智能電網(wǎng)發(fā)展的各個階段，從基礎科學和工程技術的研究直到開發(fā)、示范和運行都會出現(xiàn)障礙。指出其中關鍵性的障礙，可以明確如何才能最大限度地發(fā)揮其潛能，從而為國家提供廣泛的社會效益和經(jīng)濟效益。為此，梳理出發(fā)展智能電網(wǎng)所面臨的11個關鍵的挑戰(zhàn)性問題，強調指出：計量科學和技術以及標準的制定是需要優(yōu)先發(fā)展的重點領域，多學科交叉合作是發(fā)展智能電網(wǎng)的必然選擇，法律框架和監(jiān)管、市場設計以及管理改革是智能電網(wǎng)成功實施并獲取應得效益的基本保障。

　　實施智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略不僅能使用戶獲得高安全性、高可靠性、高質量、高效率和價格合理的電力供應，還能提高國家的能源安全，改善環(huán)境，推動可持續(xù)發(fā)展，同時能夠激勵市場不斷創(chuàng)新，從而提高國家的國際經(jīng)濟競爭力。簡而言之，提高供電安全性、生態(tài)可持續(xù)性和經(jīng)濟競爭力是智能電網(wǎng)的3個目標。

　　智能電網(wǎng)最本質的特點是：電力和信息的雙向流動性，并由此建立起一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡；把分布式計算和通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)，實現(xiàn)信息實時交換和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡。

　　未來的電網(wǎng)將由集成的電力網(wǎng)和通信網(wǎng)組成。電力網(wǎng)是靈活的、可重構的，且電所及之處均有可靠的雙向通信，由底層的智能網(wǎng)絡代理(INA)開始這兩張網(wǎng)高度融合。

　　微處理器歲月之前創(chuàng)建的集中規(guī)劃和控制的電力基礎設施，在很大程度上限制了電網(wǎng)的靈活性，失去了效率，致使在安全性、可靠性等幾個關鍵方面承擔著風險。所以智能電網(wǎng)是分布式智能的基礎設施。

　　以智能配電網(wǎng)為例，它被分成許多片(Cell)，每個Cell中有許多由片內通信連接起來的INAs(如繼電保護、分布式電源(DER)等)，這些代理能夠收集和交流系統(tǒng)信息，可以對局部控制作出自主決策(如繼電保護)，也可以通過Cell中的配電快速仿真與建模(DFSM)協(xié)調做出決策(如電壓調節(jié)與無功優(yōu)化、網(wǎng)絡重構)；同時各片之間有通信聯(lián)系，由裝有DFSM的配電調度中心協(xié)調各片的決策；進而輸、配電調度中心之間也通過通信聯(lián)絡起來，裝有輸電快速仿真與建模(TFSM)的輸電調度中心，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求協(xié)調決策，實現(xiàn)跨地理邊界和組織邊界的智能控制，使整個系統(tǒng)具有自愈功能和強抗擾能力。

　　在智能電網(wǎng)中由于能夠實時交換信息，使得大量分布式發(fā)電(含風能和太陽能等可再生能源發(fā)電)和分布式儲能在電網(wǎng)中可以即插即用，進而還可參與運行優(yōu)化；使得用戶中可平移負荷，可與電網(wǎng)友好合作(猶如虛擬電源)，幫助電網(wǎng)實現(xiàn)需求側管理(如削峰填谷)，并在緊急情況下支援電網(wǎng)運行。

　　通常把分布式發(fā)電、儲能和需求側管理統(tǒng)稱為DER。如何處理數(shù)以萬計的DER并應對風能和太陽能等可再生能源發(fā)電的間歇性、多變性和不確定性，同時確保電網(wǎng)的可靠性以及人身和設備安全，并激勵市場的問題已經(jīng)歷史性地擺在面前。

      智能電網(wǎng)要實現(xiàn)前述3個目標并具備前述的特點，所面臨的挑戰(zhàn)是極其廣泛的，涉及許多技術、體制和社會問題。在其發(fā)展的各個階段，從基礎科學和工程技術的研究直到開發(fā)、示范和運行都會出現(xiàn)障礙。厘清其發(fā)展過程中關鍵性的障礙，可以幫助明確如何才能使其最大限度地發(fā)揮潛能，從而為國家提供廣泛的社會和經(jīng)濟效益。本文試圖歸納智能電網(wǎng)關鍵的挑戰(zhàn)性問題。

　　1)基礎設施

　　2)標準和協(xié)議

　　3)計算機網(wǎng)絡(賽博系統(tǒng))安全

　　4)運行和規(guī)劃模型

　　5)負荷與電源計劃安排與調度

　　6)儲能

　　7)能源效率、需求響應和負荷控制

　　9)態(tài)勢感知

　　10)市場設計

　　11)法律框架和監(jiān)管路徑

　　結語

　　最后需要說明的是：當對智能電網(wǎng)3個目標的側重點發(fā)生變化時，智能電網(wǎng)實施的路線圖也會不同，因而上述挑戰(zhàn)性問題的優(yōu)先級也會略有變化。

　　這里特別強調指出以下幾點。

　　1)計量科學和技術上的進步，以及標準的制定，將貫穿這些挑戰(zhàn)，并影響智能電網(wǎng)的各個方面。例如：①缺乏標準和協(xié)議是實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化和有效通信的障礙；②缺乏適當?shù)脑u估、量測和證實方法，制約有效利用EE、DR和DLC策略的能力；③安全性(如電力系統(tǒng)概率的靜態(tài)和動態(tài)安全性評估)、電網(wǎng)性能以及規(guī)劃的測度不充分、不一致或不存在。

　　所有這些挑戰(zhàn)都具有較強的計量科學和技術的根源。因此，如果得到解決，就可能產(chǎn)生深遠的影響。為了加速智能電網(wǎng)的發(fā)展和收獲潛在的(能量的、經(jīng)濟的、環(huán)境的和社會的)效益，這些無疑是至關重要的和需要優(yōu)先研究的課題。

　　2)需要應對復雜的、多學科的工程挑戰(zhàn)。為了加快智能電網(wǎng)的創(chuàng)新，同時需要科學與工程兩個方面的進展。物理科學領域的科研人員和工程師需要與信息科學的同行密切合作，并使用共同的語言和協(xié)議，以確保獲得具有抗擾能力的、可行的設計。

　　3)法律框架和監(jiān)管、市場設計以及管理改革，是智能電網(wǎng)成功實施并獲取應得效益的基本保障，需要國家層面的關注，也需要社會學家(含律師)與科技專家的密切合作。

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