智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。尽管各国专家针对电力工业应致力于提高电网智能化水平及等级已经达成共识。但是，智能电网还处于初期研究阶段，国际上尚无统一而明确的定义。由于发展环境和驱动因素不同，不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式来理解智能电网，对智能电网进行研究和实践，各国智能电网发展的思路、路径和重点也各不相同。因此智能电网概念本身也在不断发展、丰富和明晰中。
1. 智能电网的定义
智能电网英语为Smart Grid，该名词是由美国首先提出来的。Smart Grid 原意为智能网格或智能网，这个概念又包括智能电子网格、智能电力网格、聪明网格和未来网格等涵义。Smart Grid 有两个关键词，其一是Smart，可以译为聪慧、灵巧、智能；其二是Grid，指电网，可以指配电网、输电网。目前智能电网-Smart Grid 这种术语和称谓看来已被全世界所普遍接受、采纳和应用。
美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作：具有自愈功能； 快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。
欧洲在2006 年推出的研究报告中全面地阐述了智能电网的发展理念和思路，欧盟委员会将智能电网定义为一个可整合所有连接到电网用户所有行为的电力传输网络，以有效提供持续、经济和安全电能，其可能适用的范围涉及到欧盟、北非、中东等国家。
2. 国外智能电网的发展现状
国外智能电网的发展，欧美国家走在了世界的前列。
2.1 欧美智能电网的发展简史
2003 年美国能源部提出Grid 2030 Vision 计划，强调自愈电网、用户参与、保证电能质量、可接入各种发电和储能设备、满足新产品、新服务、新市场的需要等。
2005 年欧盟成立智能电网技术论坛， 促进智能电网研究，希望把电网转换成用户和运营商互动的服务网，提高欧洲输配电系统的效率、安全性及可靠性，并为分布式和可再生能源的大规模应用扫除障碍。
2006 年美国电科院提出IntelliGrid 研究计划，它为灵活电网创建基础平台，将电网和通信、计算机技术结合，使得电网更聪慧。
2006 年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调欧洲已经进入一个新能源时代，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。
2008 年底，美国电科院将智能电网的提法向输电网侧转移。
2009 年美国白宫宣布将铺设或更新3 000 英里输电线路， 并为4 000 万美国家庭安装智能电表[1]。
2.2 欧美智能电网的差异
2003 年美加发生大停电事故后， 美国电力行业面对陈旧老化的电力设施、与数字信息技术脱节的二次控制系统及巨额投资改造计划，痛定思痛，决心利用日新月异的信息技术对电网进行彻底改造，以期建成一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。
在欧洲，智能电网建设的驱动因素可以归结为市场、安全与电能质量、环境等三方面。欧洲电力企业受到来自开放的电力市场的竞争压力，亟须提高用户满意度，争取更多用户。因此提高运营效率、降低电力价格、加强与客户互动就成为了欧洲智能电网建设的重点之一。与美国用户一样，欧洲电力用户也对电力供应和电能质量提出了更高的要求。而对环境保护的极度重视以及日益增长的可再生能源并网发电的挑战，则造成欧洲智能电网建设比美国更为关注可再生能源的接入。
3. 国内智能电网的发展现状
3.1 中国对智能电网的定义
以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。
它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。
智能电网最初引入中国，引起的争论焦点集中在到底是以清洁、高效、分布式，还是以特高压为核心。对此，在2009特高压输电技术国际会议上，国家电网总经理刘振亚首次提出适合当前中国国情的“一特四大”坚强智能电网定义：即通过建设特高压交直流电网，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，进而发展以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网。
互动电网的定义为：在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。
3.2 中国电网建设需求与欧美的差异
国际上提出智能电网概念的初衷侧重配电网的智能化和自动化。国外智能电网的内涵不宜照搬，需要结合我国目前的国情，发展适合中国特点的智能电网。在中国，由于电价机制和配电基础设施等因素，使得需求侧管理和用户参与的空间有限，国外提出的智能电网方案难以在我国配电、用电侧产生效益，只能随着改革的不断深化而逐步实现。近些年，电能源供给仍是我国的主要矛盾，建设西电东送、南北互供的国家电网仍是近年我国电网发展的主要任务，适合中国目前国情的智能电网更多的还是侧重输电方面，解决一次输电网基础设施问题和二次调度控制技术问题应摆在首位。
我国的智能电网与西方国家有所不同，是建立在特高压建设基础上的坚强的智能电网。中国式智能电网将以特高压电网为主干网架，利用先进的通信信息和控制技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的智能电网。其特征将包括在技术上实现信息化、数字化、自动化和互动化，同时在管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化。
2009年2月2日，中国能源问题专家武建东在《全面推互动电网革命拉动经济创新转型》的文章中，明确提出中国电网亟须实施“互动电网”革命性改造。在2008年5月末召开的特高压国际大会上，国务院副总理张德江表示，中国将从实际出发积极探索符合中国国情的智能电网发展道路。这是我国高层领导首次在公开场合表达对智能电网的态度。会议上，国家电网公司公布，将分三个阶段推动坚强智能电网的建设：2009年至2010年为规划试点阶段，重点开展“坚强智能电网”发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，及各环节试点工作；2011年至2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；2016年至2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。预期我国清洁能源接入将在西部进行试点；而输配电网和农网将在中部试点，智能调度将在华北和华东地区试点。
国家电网公司副总经理舒印彪指出：“美国发展智能电网重点在配电和用电侧，推动可再生能源发展，注重商业模式的创新和用户服务的提升。而中国的智能电网包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度共六个环节，具有信息化、数字化、自动化、互动化的‘智能’技术特征。”舒印彪强调：“中国的智能电网首先是一个坚强的电网，其中，具有长距离、大容量输电特征的特高压电网将成为核心环节。这是由中国经济发展阶段、能源集中分布特点所决定的。”
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3.3 智能电网中国特色的含义
我国的智能电网与欧美智能电网在发展背景、目标和主要特征上不同，发展适合我国电力发展水平、技术水平和经济水平的智能电网，即建设中国特色智能电网是我国电网发展的必由之路。中国特色主要体现在以下方面：
（1）我国电网正处于快速发展阶段。美国、欧洲等发达国家电网的格局已基本稳定，负荷增长很小，所以他们将智能电网的研究及应用重点放在配电和用电领域。而我国电网的格局还将快速发展，负荷也增长很快，输电网的建设也在快速发展，特高压输电技术的研究及应用还应继续深入。
（2）可再生能源接入方面。欧洲因天然气管网发达、风能资源便利等原因大力发展了分布式发电，作为智能电网中主要的可再生能源接入方式。我国的风能、太阳能资源集中，主要分布在我国电网的边缘地带，故不能完全采用国外的发展模式，而应发展大容量、远距离可再生能源输电，综合考虑水火、水风、水光结合等输电方式，同时应加强储能技术研究和应用。
美国智能电网功能示意图
欧洲智能电网功能示意图
互动电网功能示意图
坚强智能输电网功能示意图
3.4 国内研究现状
虽然我国还没有从国家层面制定智能电网的发展战略，但在很多方面的研究成果已经为发展智能电网奠定了一定的基础。华东电网公司于2007年在国内率先开展了智能电网可行性研究，并设计了2008—2030年“三步走”的行动计划，在2008年全面启动了以高级调度中心项目群为突破的第一阶段工作，以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网规划体系、建设企业统一信息平台为4条主线，力争到2010年全面建成华东电网高级调度中心，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。
2009年2月28日，作为华北公司智能化电网建设的一部分——华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组验收。这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。此外，该系统通过搭建并网电厂管理考核和辅助服务市场品质分析平台，能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。
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在输电网建设方面，2006年底交流特高压示范工程奠基，2008年8月正式建成投运。我国电网优化配置资源的能力明显增强。
在控制系统新技术方面，由中国电力科学研究院等单位承担、周孝信院士担任首席科学家的国家973计划项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”研究人员开展了基于智能和专家系统的电力系统故障诊断和恢复控制技术研究，为智能型的电力系统动态调度与控制提供了基本的分析工具，开发成功电网在线运行可靠性评估、预警和决策支持系统平台，为新的智能化电网运行控制开发提供了系统的研发平台。
国家电网公司推行了SG186一体化平台建设，山东、浙江、江苏、上海等各省(市)电力公司都在积极推动用电信息采集系统、营销业务系统信息化建设等项目，并取得了突出成果。在可再生能源发电方面，国家也启动了多项863高技术研究发展计划项目，在“十一五”期间，在三大先进能源技术领域设立重大项目和重点项目，包括：以煤气化为基础的多联产示范工程，MW级并网光伏电站系统，太阳能热发电技术及系统示范等项目。
以宽带网络为主要标志的电网信息基础设施已具规模，骨干网络覆盖全部网省公司，基于同步数字体系(SDH)光传输网的电力统一时间系统取得重大突破。数据交换体系建设加快，实现了统计数据等关键信息的及时上报、自动汇总和动态发布，各种生产自动化系统获得广泛应用，大大提高了生产自动化水平。
自主研发的能量管理系统(EMS)等在省级以上调度机构得到了广泛应用，全部地区级以上电力调度机构均配置了电网调度自动化系统，引入了电能量计费系统和广域测量系统，新规则下的电力市场交易技术支持系统正在建设之中。变电站实现了计算机监控和无人、少人值守，地理信息系统(GIS)已开始应用于输电、变电和配电管理等业务。
以提高信息化水平和生产效率为目标的生产运营管理信息系统，如电网生产运行管理系统、设备检修管理、变电站建设视频监控系统等，在电网生产管理业务方面发挥了重要作用；以提高经济效益、优质服务为中心的电力客户服务系统，如集中抄表计费、用电查询等系统，直接提供了高效快捷的客户服务，电力负荷管理、电力营销管理等现代化管理手段得以广泛应用。
2007 年，华东电网公司启动了高级调度中心、统一信息平台等智能电网试点工程，目前，先行开展的高级调度中心项目一期工作已通过验收。上海市电力公司在2008 年开展了智能配电网研究，重点关注智能表计、配电自动化以及用户互动等方面。此外，华北电网公司也于2008 年启动了数字电表等用户侧的智能电网相关实践。
综上所述，以数字化、自动化为特征的各类应用已覆盖了电网规划、设计、建设、运行、调度和维护等各个方面，信息技术的应用领域深入到电网生产运行、经营和管理的各个环节，取得了诸多标志性成果。
但是，现有电网生产各应用系统都是基于本业务或本部门的需求，存在不同的平台、不同的应用系统、不同的数据格式，难以从整个电网公司生产全流程的角度来考虑数据的使用，这导致电力公司内部不同的系统信息资源分散，横向不能共享，上下级间纵向贯通困难。这些系统虽然有丰富的信息资源，却形成了以纵向层次多、横向系统多为主要特征的“信息孤岛”
就厂站端的应用系统来说，存在着规约繁杂、信息承载率低、信息不完整、信息杂乱、系统联调复杂、数据采集资源重复浪费等问题。目前还有一些生产所需信息没有纳入计算机应用系统，电力企业的生产自动化系统与管理信息系统处于相互分离状态，彼此不能有效结合，不能实现管控一体化，数据信息不能集成共享，不利于实现电网企业的综合管理。
在数字化变电站的建设方面，目前国内还没有形成统一的体系结构，对数字化一次设备的计量、检验及验证也缺乏统一的标准，迫切需要制定相关技术标准来规范数字化变电站的建设和数字化一次设备的入网试验、计量检验和验证。
3.5 建设智能电网对我国具有重要意义
根据当前中国电网企业的发展状况和特点，在进行智能电网试点时，应先重点关注电力生产运行，从条件比较成熟的地域和业务着手，制定适宜的策略和实施步骤，选择适宜的范围或试点。
在技术层次上应重点关注生产运行相关数据采集和信息集成/共享，具体包括：
1）在数据采集上，可以结合电网新建和改造，增加对设备状态数据的实时采集，同时充分利用巡检过程记录的数据、设备检修和试验产生的数据、营销系统的部分数据等。通过作业管理与生产管理系统配合建设，有效提高生产业务数据的获取。
2）在信息集成方面，重点关注调度业务信息与生产管理信息的集成，建设调度综合数据平台，实现调度业务相关信息的共享，然后与第三、四安全分区中的生产业务数据集成，为数据分析和优化打下基础。其中模型和信息标准的建立十分关键。
4. 智能电网的关键技术
4.1 电网信息的数字化与规范化
智能电网需求信息的数量和种类更多，更新速度更快，在不同节点间的交互更加频繁；各功能系统的综合应用和设备装置间的互操作需求，对信息的质量要求更高。因此信息系统必须是精确、快速、开放、共享的，这就要求基础信息在实现数字化的基础上，必须进一步实现标准化和规范化。信息的数字化是标准化和规范化的基础。
在信息采集环节，尤其是在变电站和输配电线路的量测中，依靠新型的数字化量测装置，实现信息的数字化量测，并经光纤数字化传输，可从信息流的源头保证信息的品质。智能电网需要大量的不同型号、不同功能的现场测控装置在全网范围内广泛配置， 若在设计、生产时没有统一的接口和标准化、规范化的信息要求，则不同产家生产的现场测控装置可能采取不同的信息格式和通信规约，所采集的信息只能满足局部的子网或部分功能系统的应用需求，而不能在全网范围内被所有的功能系统应用，形成所谓的“信息孤岛”。这实际上正是当前阻碍电力系统自动化水平进一步提高的关键制约因素。
因此信息的标准化与规范化已急不容缓。现已发布的标准如IEC61970、IEC61968、IEC61850 等在一定程度上促进了电网信息标准化、规范化的进程。根据未来智能电网发展的技术需求， 在美国国家标准技术研究院的组织下，IEEE、IEC 和其他更多的组织正在谋求制定更多有助于电网信息标准化、规范化并可在全球范围内推广应用的技术标准。
4.2 电网广域测量技术
电网广域测量技术是输电网实现数字化、信息化的基础。据不完全统计目前已投入电网运行的相位测量（PMU） 装置超过1000 套，我国成为世界上安装PMU 装置最多的国家，同时我国完全实现的PMU 装置的国产化， 主要生产厂家有中国电力科学研究院、四方公司、南瑞公司，PMU 产品的性能、精度、处理能力均优于国外产品，处于国际领先水平。
国外电网广域测量技术的研究及应用虽然较早， 但其功能停滞于电网数据实时监视和事故分析，近些年没有大的进展，国内广域测量系统的从2002 年开始得到了较大发展， 目前各项功能处于世界领先水平
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4.3 灵活交流输电技术
众所周知， 电力网络的输电可控性和发电、配电相比较差，网络中功率潮流的自然分布会随着负荷变化而变化。智能电网需要解决主要问题之一就是：如何最大限度地提高电力设备的利用率、如何最大限度地提高输电网络的传输能力。发展灵活交流输电技术就是很好的解决方案。
中国在灵活交流输电技术研究和应用方面取得了突出的成绩， 整体水平已处于世界领先水平。目前具有成功应用经验的灵活交流输电技术主要包括：固定串补技术、可控串补技术、静止无功补偿技术、可控并联电抗技术、静止同步补偿技术等；已经开展研究但还没有应用经验的灵活交流输电技术主要包括：故障电流限制技术、统一潮流控制技术。
4.4 高压直流输电技术
高压直流输电系统具有传输容量大、损耗低、潮流调节灵活、快速、自动化和智能化程度高等优点， 对于充分挖掘智能电网的潜力具有重要意义，必将成为智能电网极为重要的组成单元之一。
基于新型电力电子器件的电压源换相直流输电技术是直流输电技术领域的一次革新，它极大提高了直流输电技术的应用领域，且在潮流调节的快速性、灵活性等方面有了更大的提高，它不仅可以应用于输电领域，也可以应用于配电领域，而且可以应用于无源网络，同时使得直流输配电网络的形成成为可能，如果再结合超导技术、储能技术等将会在促进智能化、分布式供电电网等形成发挥重要的基础性作用。国家电网公司目前已完成前期研究及基础理论研究， 正在开展柔性直流关键技术研究，并将进行工程示范。
4.5 数字化变电站技术
国家电网公司从2005 年开始数字化变电站研究工作，电网的数字化能够为电网智能化的实现提供技术保障。数字化变电站将是智能电网的一个自愈智能节点，以变电站数字化为重点，以电网数字化为支撑，最终将形成以电网自愈为重要特征的智能电网。
数字化变电站现阶段有三个特征：数字式互感器及智能高压电器的应用，基于IEC61850 规范的标准化信息模型和网络化的信息处理，以及智能化的运行管理。基于此特征，使得综合测控、保护和信息管理于一体的综合自动化变电站系统成为可能。国家电网公司在数字化变电站研究和应用领域取得的成果，使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了一定建设智能电网的条件，对我国智能电网的发展将起到重大推动作用。
5. 总结
智能电网并没有一个确定的概念，需要根据实际情况赋予新的含义。我国的智能电网建设不能照搬国外，应当吸取国外先进经验，坚持走符合中国国情的技术路线。此外，武建东先生提出的“互动电网”是站在跨行业的高度，结合中国实际对智能电网进行的思考，具有一定借鉴意义。适合中国国情的智能电网建设，将以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，发展以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。
结合本实验室具体情况，可以考虑从以下几个方面来进行智能电网相关研究工作。
1 RFID技术在智能电网中的应用
在电力系统中，设备繁杂，种类较多，这给资产的管理带来困难。在资产管理中仅使用单纯的纸面或传统方法无法满足资产管理可视化的需要，不利于企业了解各种设备当前的状态，而企业清查资产或进行设备巡检并了解状况，常常要消耗大量宝贵的时间和人力物力，同时也需要员工具有很高的责任心。这就要求我们寻找一种能快速、准确识读批量设备的方式，这就是远距离批量射频识别技术。电力资产全生命周期管理如下所示:
结合实验室多年在RFID应用方面的研究成果和成功经验，可以考虑在电力资产的智能化管理方面进行研究。
2 巡检机器人在智能电网中的应用
数字化变电站是智能电网的关键技术之一，其中智能化的运行管理是数字化变电站现阶段的重要特征之一。基于此特征，使得综合测控、保护和信息管理于一体的综合自动化变电站系统成为可能。变电站自动化指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作的一种自动化系统。变电站自动化以信号数字化和计算机通信技术为标志，使变电站运行和监控发生了巨大的变化，取得显著的效益。依托本实验室正在开展的有关研究工作，可以对变电站巡检方式的数字化和智能化进行相关研究。
长期以来，我国电力行业沿用的变电站设备人工巡检作业方式，在高压、超高压以及恶劣气象条件下，不仅对人身危害大，而且对电网安全运行带来一定隐患。
变电站设备巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的所有巡检作业。变电站设备巡检机器人系统以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象。它可以根据操作人员在基站的任务操作或预先设定的任务，自动进行变电站内的全局路径规划，通过携带的各种传感器，完成变电站设备的图像巡视、设备仪表的自动识别、一次设备的红外检测等，并记录设备信息，提供异常报警。操作人员只需通过后台基站计算机收到的实时数据、图像等信息，即可完成变电站的设备巡视工作。利用智能移动机器人完成电站设备的巡检，可以提高工作效率和质量，真正起到减员增效的作用，能更快地推进变电站无人值守的进程。
3 基于GIS地理信息系统的区域输电线路监控系统
在智能电网中，输电线路的全程监控是电力系统安全稳定运行的重要保证之一。通过GIS建立输电线路的地理信息，结合音视频，实现辖区内输电线路的全程可视化监控，在电网监控方面具有重要意义。
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