从智能电网概念的提出至今已经10年有余，自从2009年美国新任总统奥巴马提出发展智能电网的号召，至今也有3年多了。关于智能电网是什么怎么发展的问题，可谓是百家争鸣、百舸争流。究其原因，主要是因为智能电网所涵盖的内容太丰富了，而且存在巨大的商机，因此除了学术之争外，还存在利益之争。但是，事实总是最具有说服力的。本文就从电网自身发展历史及其面临的挑战的角度，对智能电网的发展问题做一些思考，供有兴趣的网友批判！  

                           从历史和发展的视角看智能电网

   自从19世纪末人类发明电力以来，便有了电网。到了20世纪50年代，电网的输电电压达到了220千伏，发电机组以汽轮发电机和水轮发电机为主，其单机容量大约为10万千瓦左右，电网以独立电网为主。此后，随着经济的不断发展，人类对电力需求量日益增长，加之技术的进步，使得发电机组的单机容量越来越高，从而也使得大型电站（主要包括水电站、火电站和核电站）的建设得到了飞速发展。为了提高电网的效率并在大范围内有效配置电力资源，远距离超高压输电（500千伏乃至1000千伏）和电网间的互联逐步涌现，进而使得电网发展成为今天的大规模交流电网。

人类总是被自己所发明的东西所困扰。电力的发明，使得人类日益依赖于电力供应，因而，电网的任何安全稳定性问题均可能影响工业生产、服务和人们的生活。例如，2003年美加 “8·14”大停电事故使得5000万人饱受断电之苦，经济损失高达数百亿美元。2008年春节前后，我国南方地区的特大雨雪冰冻灾害严重破坏电网的安全稳定运行，对受灾地区造成重大的经济和社会影响。

然而，随着电网的不断发展，电网的安全稳定性问题日益突显。一方面，由于电网是一个统一的电气系统，任何局部故障均可能对整个电网造成负面影响。另一方面，由于电网内的发电、输配电和用电需要实现实时动态平衡，因此电网内的扰动也可能造成电网安全稳定性问题。所以，随着电网规模的扩大，大电网的不可预知性与出现安全稳定性问题的概率有所增加。

因此，自从有了电网以来，电网技术的发展历史就是不断地利用最新的科技成果以提高其自动化和智能化水平的历史，也就是电网不断满足电力供应需求的历史，同时，也是不断提高电网的安全稳定性和电力系统的综合效率和效益的历史。

但是，纵观一百多年来电网的发展历史，其主导能源是可灵活调度的化石能源，发电机组则以汽轮发电机组和水轮发电机组等大惯性机组为绝对主导。随着化石能源的日益枯竭和环境压力的日益增大，人们已经认识到，发展以可再生能源为主的新能源，并替代常规能源是必然的趋势。

由于可再生能源的资源特点及可再生能源发电模式与常规能源有根本性的区别，因而将对未来电网带来新的革命性挑战，主要体现在以下几个方面：（1）由于可再生能源的主要利用方式是发电，加之可再生能源资源和负荷资源分布不匹配决定了远距离输电和大电网互联在相当长时间内仍将存在，因此，能源结构的调整将使得未来电网的规模将比当前有成倍的增长，因而电网的不可预知性和安全稳定性问题将会更加突出。（2）由于可再生能源的发电模式与传统发电模式有根本性的不同（例如，太阳能光伏发电系统就缺乏常规发电机组的机械惯性，而风机的机组惯性与传统发电机组也有很大区别），在满足可再生能源规模化接入的约束条件下，如何保障交流电网的实时动态功率平衡和安全稳定性，就成为未来电网面临的新的重大挑战。（3）由于可再生能源资源具有间歇性和不稳定性的特点，一般认为，需要建设大量的储能系统来解决其对电网的影响。但是，即使不考虑储能系统的技术成熟度，储能系统的大量使用将大大增加电网的网络损耗（例如，目前各类化学电池的效率只有80%左右，而抽水储能的效率只有70%左右）。研究表明，可再生能源具有很好的时空互补性，采用超级大电网有效整合广域内的资源时空互补性后，从电网整体上讲，电网内的可再生能源作为一个整体，其间歇性和波动性将大为降低，可以大幅度降低对电力储能系统的需求，从而大大提高整个电网的效率和效益。但是，如何有效地整合广域资源的互补性则成为电网需要解决的重大问题。（4）由于可再生能源资源是一种广域分散资源和波动性资源，不同区域资源（包括电力资源和负荷资源）的实时变化和波动可能会导致电网输送功率的双向流动，解决大量功率的双向流动控制问题是电网需要面临的另一重大问题。（5）由于可再生能源具有分散性的特点，靠近负荷侧就地利用的分布式发电也将是一种重要的方式，这就是说，未来的电力用户也将是电力供应方，分布式电网如何实现与大电网的并网互动，也将是未来电网面临的重要课题。（6）随着可再生能源逐步替代化石能源，目前以化石能源为基础的能源消费系统将采用电力（例如，电动汽车将采用电池），这就使得未来电网的负荷构成及负荷特性也与目前电网有很大的不同，如何适应负荷这一重要的变化也将是未来电网面临的重大挑战。

由于现有电网固有的安全稳定性问题以及能源结构调整对电网带来新的革命性挑战，为了解决上述问题和应对上述挑战，人们提出了智能电网的概念。尽管各国针对自身的国情，对发展智能电网的侧重点有所不同，但智能电网的本质就是利用现代科学技术（主要包括信息与智能科技、新材料技术、储能技术、预测预报技术、新型器件和电气装备技术等）和新的电网组织结构及运行模式等来运行和管理电网，使电网能够大规模地容纳新能源的接入，并使电网更加高效、安全、可靠，从而为实现能源体系的重大变革提供基础。因此，智能电网是涵盖发电、输配电和用电等各个环节的能源网络，是未来能源生产、分配和利用的统一体。

为此，要实现整个电网的智能化，关键是要从以下四个方面入手。第一，从哲学上讲，结构决定功能。因此，需要改变现有电网结构，采用合理的电网结构来保障电网的安全可靠性，并实现多种能源的互补利用；第二，需要改变现有电网以交流为主的运行模式，实现从交流模式向直流模式的重大转变，采用直流运行模式将从根本上解决大型电网的稳定性问题；第三，智能电网是由智能设备构成的智能能源网络，要打造智能电网就需要实现所有设备的智能化，包括各种发电设备、输配电设备和用电设备的智能化以及开发新的智能设备，以便于实现全电网的统一智能协调控制；第四，打造涵盖整个电网的信息系统，充分利用物联网技术将所有智能设备有机地联系起来，并利用‘云’计算技术对电网进行实时仿真乃至超实时仿真，进而确立整个电网的优化运行方案和对可能发生的故障提出应急预案和有效解决方案。

由此可见，智能电网的实现是一个美丽的理想，智能电网的建设与发展，将是一项长期而艰巨的任务，值得几代人为之奋斗！