热烈祝贺本站斑竹许博主编《智能电网导论》已于2009年9月10日正式出版！！

内容简介6 b" W& D- R2 U. w% A4 A$ ?3 h
     智能电网是当前电网发展的趋势，是新时期电网发展的要求。本书在借鉴国内外相关研究和发展成果的基础上，对智能电网的内涵、发展及驱动因素，主要特征，技术及体系，以及在国内外的应用研究进行了较为全面的介绍。5 }0 ~9 F$ B3 C( k) D
    本书内容新颖，资料丰富，是一本智能电网知识的普及读物，可供从事智能电网研究和应用的人员参考阅读，也可供高等院校电力专业学生学习参考。

  智能电网导论序
( w9 f) j/ b4 K. @9 [6 H# z6 S0 M, Y# s' `) G
    近30年来，尤其是进入21世纪以来，在国家政策推动和电网企业的努力下，我国电网发展十分迅猛，自动化、信息化新技术不断应用，电网运行管理水平大幅提升。随着我国经济的高速发展，对电能的需求不断增加，我国发电装机规模快速增长，发电设备装备水平明显改善，新能源发电规模不断扩大。在输电领域，我国已全面掌握了特高压输电核心技术，研制了代表世界最高水平的全套特高压交流设备，特高压试验示范工程成功投运。以变电站自动化系统、配电自动化和馈线自动化技术、配电网分布式发电与新能源接入技术、多媒体客户服务系统为代表的新技术的研究和应用进一步深入，需求侧管理、节能减排工作正在全国大力开展，成就举世瞩目。
2 j& O. H  G- b6 ~" n# v
' i# c' u4 f: K; t* {& [( l    但随着社会经济的发展，能源短缺问题日益严峻、结构性矛盾日益突出，供电可靠性要求不断提高、用户服务需求更加多样，电网运营面临巨大挑战，为了应对这些挑战，需要大力发展清洁高效能源和多元化的能源结构，应对全球气候变化，确保能源安全和电网稳定、安全运行，保证经济和社会发展的高质量电力供应。为灵活应对电网运营所面临的各种困难，保证电网安全、稳定、可靠、经济运行，国内外纷纷开展了智能电网的基础理论、关键技术与示范项目等方面的研究与实践，将现代通信、信息、自动化和量测等各种先进技术高度集成，融合应用于发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节以及信息系统，使现代电网更加智能化已经成为全球电力行业的共同选择和发展趋势。但总体看，各国智能电网仍处于研究和应用的初期，对智能电网的功能、特性及定义并不统一。目前，美国、欧洲等国家正在结合各国经济社会发展特点，积极开展智能电网研究和实践工作，我国也正在朝着建设统一坚强智能电网的目标迈进。& N. ~& h; p) D2 D9 p* |6 R
, [# \% b( i2 j+ J
     建设中国特色的智能电网，充分发挥电网在资源优化配置、服务国民经济发展中的作用，对我国经济社会全面、协调、可持续发展具有十分重要的现实意义。建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，为我国清洁能源的规模高效发展提供保障，才能满足我国经济社会环境可持续发展的要求，智能电网建设已成为国家经济和能源政策的重要组成部分。
7 d" ~$ V& U/ x$ E9 c
  T) Y# x# T. L     智能电网建设对电网发展的各个方面都将带来重大变革，从而深刻转变电网发展方式。智能电网建设将全面推进特高压和各级电网协调发展,促进可再生能源和分布式发电的接入，提高输变电系统运行的自动化水平。智能变电站、配电自动化以及调度自动化系统的不断完善和推广，使目前各种分散的功能逐步集成、整合，并最终实现各种技术的高度融合，从而加强电网资源配置能力，提升电网运行安全稳定水平，提高用户供电可靠性，降低电网建设维护成本。通过坚强的电网和智能化的营销手段，加强用户与电网之间的信息集成共享和实时互动，进一步改善电网运营方式和用户电能的利用模式，有效改变终端用户用能方式，为消费者提供更好的减少能源消耗的路径，提高清洁的电能在终端能源消费中的比重，促进节能减排，提高能源利用效率，服务“两型”社会建设，实现国家能源可持续发展的战略目标。然而，在智能电网建设的过程中，很多技术的应用，如需求响应、实时电价等需要相关政府部门的政策支持，才能得以实施，以更好的建设智能电网，让智能电网真正全面的服务于大众。  J+ R3 X+ F+ A9 v( W# r9 r& e. x
0 [6 |( j! D  o* l8 q4 H$ F
    本书是在充分调研欧美近10年的智能电网研究基础上，整合各方面资源，编写而成的，它较为全面地阐述了智能电网的内涵、发展历程、主要特征、关键技术、国外的政策法规以及应用实践等相关内容。相信这本书的出版能够给智能电网的研究者提供有益的参考，有助于对智能电网系统更全面的认识，促进我国智能电网的研究与发展。0 u/ t+ Z/ f. _# ?% `/ a/ e4 u5 |; k

$ ?) }" l$ \8 ]. `8 l; C

* Z3 u$ }* ]4 x# ?) q* m" ]
胡 敏 强
- h) `. U2 @; w9 h& z2 0 0 9年7月于东南大学

智能电网导论前言4 ^# g4 v9 w3 Q* h( c2 x
% |- j( |0 r* ?9 F. m; X
    本书的编写成书其实是带有一点偶然的因素,那是2 0 0 9年年初的时候,当时我在美国学习和工作之余,在网上随意地查找美国电科院的一些相关研究工作,发现了智能电网的概念,英文主要是I n t e l l i G r i d或者S m a r tG r i d。仔细阅读了几份技术报告后,作为一名电力科研工作者,我完全被智能电网的美好前景吸引住了。我当时就深刻地感受到智能电网应该是我们国家今后电网的发展方向,是引领我们电力工作者前进的动力。美国智能电网所描绘的蓝图,所能实现的功能,所需要的技术等,我想它们不仅代表了美国电网技术的发展方向,同时也是世界电网发展的新趋势,中国作为电力发展的强国,改革开放以来,特别是近几年来,电力发展取得了举世瞩目的成就,因此,我们也更应该在电网的先进性、智能化方面做深入的研究和改进,以建立现代化的国家电网。
& V; O2 v* r2 N5 M" R) p
2 O5 R- A) n1 |    此后,我便开始整理那些在美国与智能电网相关的材料,以完成一个技术报告,但是后来在朋友的建议下,我开始按照写书的要求来整理这个书稿的内容,争取在国内出版,以期为从事智能电网研究和实践的同行提供参考。由于大部分可参考的资料都是英文的,再加上时间比较紧,很多次都想放弃,正是单位领导对我持之以恒的关心鼓励和支持,本书才得以顺利完成。: d3 y$ h3 j/ c! L. ]
& I* a  [, e; U% m9 q" b7 ^% W
    本书在内容的编写方面,基本上是按照美国能源部主持下的智能电网框架展开的,并参考了美国电科院、联邦能源政策委员会以及美国各电力公司的相关资料,经过汇编整理而成的。因此,本书的部分内容可能代表了美国智能电网的发展特色,并在一定程度上反映了美国的国情,但是在智能电网的功能、特点和技术需求上,智能电网在全世界的发展应该是有共性的。通过对美国智能电网蓝图、政策需求以及功能技术等方面的内容进行研究,并编写此书,希望本书的出版能作为我国发展智能电网的政策和技术参考,促进我国电网的现代化进程。6 Z4 x7 \$ e) [4 o& R: P
7 i9 Y' O  W" F4 m) G
   纵观成书的整个过程,要特别感谢国家电网公司相关单位和领导给予的关心和指导,要特别感谢美国各大研究机构公开的如此多的宝贵资料,让我有幸能够去体验智能电网的方方面面;同时,还要感谢我的父母和同事在写书的过程中对我不断地支持和鼓励,本书才得以在较短的时间内出版。
: g! x  f3 m5 \8 R
1 [' i* M+ q' |. U! k   在本书的编写过程中,车延博博士负责整理了第7章中的分布式能源和微网部分的内容,并负责全书内容的审核;陈丽娟博士负责第5章前两节以及第8、9章相关内容的编写工作;钟小强博士负责编写了第5章后三小节的内容;许晓慧博士担任主编,编写其余章节的内容,并负责全书的统稿工作。此外,还要感谢华中科技大学毛承雄教授在智能通用变压器部分内容的编写中提供的帮助。希望本书的编撰出版对大家的研究有所帮助。由于智能电网的相关技术发展十分活跃,而限于编者水平,更兼成书时间仓促,书中疏误之处,敬请读者批评指正。
/ F% o) u& y$ Y" u3 q2 f
0 u5 E; u0 E: v  w, V3 t2 @

编暋者7 P5 i$ N8 G% P  U' D; M7 ]$ S
2 0 0 9年8月

序        2
2 \. A" N2 s8 v' R前 言        3! [; f% K  p1 Z: p' M
目 录        I
1 `$ O+ C& W' ]4 x. ^# [1 智能电网概述        1$ q/ v+ t  N: d: k1 h* `( o
1.1 智能电网的内涵        16 M1 p/ n) o4 D
1.2 智能电网的发展        10 c( c$ h( V5 S3 w& o; W; @* G
1.2.1 美国智能电网        1
/ A) Z$ G. ?. J/ O/ L) J1.2.2 欧洲智能电网        38 W* l  E" u2 j& W6 a$ \- W
1.2.3 亚洲智能电网        4) ~! t8 u& J( t2 V+ f3 d' q
1.3 智能电网的驱动因素        7
2 f- j8 \6 L! r5 [5 X8 M8 j% t1.3.1 能源需求不断增加        7/ q# F4 O3 \/ @2 I0 Z! \) M! |1 Y! M
1.3.2 地球环境不断恶化        9
1 ]0 p! C2 e6 m7 {' s6 Z, o1 ^1.3.3 电网复杂度越来越高        93 A& O5 h8 z5 d2 V7 t. A* `
1.3.4 电力安全        10. y, k2 Q/ `% L; l0 Y1 v$ F& I
1.3.5 市场开放        111 E9 B. x8 M5 s. F& H
2 智能电网蓝图        12
, p3 u$ l( F/ c! a5 T3 K7 `% y2.1 EPRI智能电网蓝图        12& f' D. p' O1 v* D% E: e
2.1.1 IntelliGrid        12# {( O; `( V1 X" }! T7 _5 u
2.1.2 IECSA        13
  X9 e3 X+ h' G7 H  `0 ]+ H5 P. \2.2 DOE现代电网蓝图        18
+ N$ G6 c* c+ I3 k2.2.1 现代电网概述        18
# C0 a6 ]) q( C6 ~- w8 z7 N2.2.2 现代电网蓝图        184 g+ e0 d/ M9 t4 K2 ], i4 [
2.2.3 现代电网视图        20
/ Y5 k7 v  ~( T1 P. s+ P4 h3 智能电网的主要特征        279 m7 B7 I/ [- L
3.1 自愈        273 {% T8 A0 ^3 H# z' @
3.2 互动        28
" k. v+ K9 |- A* M3.2.1 对比分析        289 _' u3 r. }! I! Y7 w" T. s( y
3.2.2 需求分析        30
. L* ^' c) [  n* D3.3 坚强        31) d! @/ z4 K/ S' y% {
3.3.1 对比分析        31
% a8 o9 b+ ~  I+ n3.3.2 需求分析        33+ G. N! u5 Y8 n; O2 j
3.4 优质电能供应        34
( ^& @: S1 {4 R1 u2 @3.4.1 对比分析        34$ T% y: v- L, M1 P3 G
3.4.2 需求分析        37
, k! c: W9 p8 q2 K2 V0 _7 E  I3.4.3 对于具体的电能质量问题的具体解决办法        38, H; I8 H& d7 g! S7 Z- {
3.5 兼容各种发电和储能系统        39# g3 e: B* d! W1 H/ P& L
3.5.1 对比分析        40! Q0 M- l' X/ a0 f
3.5.2 需求分析        40
; r4 J; m7 E6 N$ d3 W8 ?7 S3.6 活跃市场        43& ?+ M9 n+ s% F8 i
3.6.1 对比分析        435 s* Q$ i; O5 a% u) U' k! u( M
3.6.2 需求分析        44" }- E) b' T6 Y/ \, g
3.7 优化资产和高效运行        46
' o( H9 u: f0 F9 |9 N" ?3.7.1 对比分析        46! r. D7 H9 K& e0 [: K
3.7.2 需求分析        48
! A7 A  Y" {7 P0 g3 i4 智能电网的关键技术        51
2 t5 F6 s( y7 g: \  F4.1 集成通信        51$ h! n& L4 @9 v7 G& D  s( ^) V
4.2 传感与测量        55  j2 j, r6 K% {  y! P! n
4.3 高级电力设施        57% I- r( }7 j9 C9 Z) J
4.3.1 电力电子学        581 a/ V3 O( h7 F9 ^. V3 _
4.3.2 超导装置        60
/ |7 y' h0 }/ Z% k4.3.3 分布式发电及储能        61
8 T. b' `9 P6 a  C1 ]( b) o4.3.4 复杂系统        63  l- G  X( s9 o% M* [
4.3.5 复合导线        63
- v4 t. K# E9 A/ o. a; f& w1 ]6 Z4.3.6 电网友好装置        64$ C3 [% K8 r" Q) F/ H8 {" q
4.4 高级控制方法        652 o1 l; x* P+ T/ c! ]: V; E5 m
4.4.1 发展现状        65* z& I; {" a/ z0 i, V; W. E
4.4.2 发展方向        70$ [9 t8 x( P& N* R
4.5 决策支持        72) r. U4 E9 S. j$ q( e7 b) ^' y
4.5.1 发展现状        73
. b! S, L5 U& }( e! e! J9 o4.5.2 发展方向        74
, E, W% f! P/ X& N0 j. u6 W5 高级量测体系        76/ A& i2 M# t4 M' o! C( O, ^
5.1 AMI的概念        764 H+ v* p5 m  v
5.2 AMI的作用        768 Y! i/ ^/ V- H2 X* G: \6 l7 X
5.3 AMI的技术需求        78
3 B$ i+ }4 I5 H8 t- g3 _$ [5.3.1 智能表计        796 v  r5 v7 T+ `* B: m# K
5.3.2 通信设施        83
0 I0 N2 g, Q% U( j5 _5.3.3 家庭网络        89& b( o5 a. c5 |" @$ V
5.3.4 表计数据管理系统        94
: i; _( [" ^" T# a5 ~2 Z0 ^5.3.5 运行网关        94. y4 s+ D6 s" _/ [5 \- Y5 w
5.4 用户入口        95
2 J- s. ^+ m& b4 N$ _' O5.4.1 用户入口的概念        95. W* ^- ?6 ~/ s7 o% \9 Q$ a
5.4.2 用户入口的使用        95
# q, Z+ z6 S. l5 D: N2 h6 A3 e5.4.3 用户入口的功能        973 K1 l8 M" N6 d( n+ n8 T7 U
5.4.4 用户入口的形态        101
6 K  A, Z: D% ]* r( z* _& A% F( h6 高级配电体系        103
9 M8 y# d2 ~5 K6.1 高级配电自动化        1032 Z- k( M# V3 X& _  G2 T. P! C
6.1.1 传统配网自动化        1030 x  W& u) x" `6 S1 S
6.1.2 ADA概述        1067 i. ]7 ~, y1 W( _
6.1.3 ADA功能        1085 Q3 v6 @5 z3 Q- i
6.1.4 ADA的新技术需求        1100 A) o  d3 x5 F6 b: b& k& P& a  b. k
6.1.5 ADA优点        111# r- c- i7 d/ g
6.2 智能通用变压器        111
. `4 o3 H! H' }) J6.2.1 IUT的基本结构与原理        113) L0 O+ k1 @! u* r1 _! y5 g
6.2.2 IUT的研究状况        114
" {0 G% U5 F1 r7 w" z' A6 \6.2.3 IUT的特点        1168 R$ ^- v6 r7 `
6.2.4 IUT的发展方向        117
: L0 C; f3 s6 s. ?4 n6.3 DER运行        117% d8 G6 [$ r6 s  U$ t8 z0 v- C
6.3.1 分布式能源及主要特征        117
( m: A9 Q* G/ I2 e3 X, w: N) \/ T) `) X6.3.2 几种分布式发电简介        118* }2 {. R, N; @7 Y3 @/ n# u4 M
6.3.3 分布式能源发展的主要障碍        124
$ [( l+ Z. R) b6.3.4 分布式能源的主要技术发展方向        129
2 [- P1 y% n# Q3 i' w6.4 微网        130
! _2 j3 e/ k; `, B6.4.1 微网的发展        130
0 G2 v: ~" [% J& C- f" [7 a$ y6.4.2 微网的特点        131: A5 M/ m4 @  i' n  s7 _& ^. \
6.4.3 微网的保护和控制        132
+ m1 n9 t2 R, F5 g9 w6 i4 B, F" r  E6.5 需求响应        133- f  N+ p0 d. n6 ^. s
6.5.1 DR的分类        1343 t: J2 U/ d/ G( U
6.5.2 DR的发展方向        136
% ]# D+ A5 O3 H7 R6.5.3 OpenADR需求响应通信规范草案        1377 U! D3 m% l0 l; F5 L% b9 f' Q
7 高级输电运行        138
& U4 w7 L- e/ t9 e7.1 输电网增容技术        1383 {1 |" ^" b- D1 u& a
7.1.1 特高压输电网        138, x* }' o) h" Q7 f  l1 D
7.1.2 超导输电网        1394 r- B  o8 p- j
7.1.3 输电线路动态定额技术        1413 T' N. Q: j9 A9 T" P
7.2 输电网高级监测技术        1439 d' j0 a, F: X  N' W& z6 B
7.2.1 广域测量系统        143
7 N* q/ B" x1 t" B6 W/ f7.2.2 输变电设备状态监测        145
7 P8 z' d* h8 L5 m/ X" |6 b8 美国与智能电网相关的政策和法案        158
$ m6 l7 o* F% s: Y1 G7 E. x/ }8.1 美国《能源独立和安全法案》        1584 N0 o+ w# x9 z, ^' P
8.1.1 建立智能电网的政策声明        159
0 w) ^, Y  }5 T  f( v& e  v8.1.2 智能电网技术研究、发展和示范        159
5 `: m; k) s. J7 \8.1.3 智能电网互操作框架        160
2 f8 C; ?) z. E: ^* ?$ g8.2 FERC智能电网政策        160
8 p5 b- F* X( N* q/ U# W1 x. `- A8.2.1 实现智能电网某些功能的紧迫性        160
+ ]/ ^2 m# b. ^: X8.2.2 关键互操作标准的发展        162% B" B* p  C, ?' l% c8 \
8.3 GWAC互操作框架        165. B, Z, h/ u( |& {: a
8.3.1 技术方面        1665 j& [$ p0 _- K) ]  O  {- b3 I
8.3.2 信息方面        167
4 \$ K, B; n( \  T7 R; b3 `) F- i. I8.3.3 组织方面        167
$ `' J: S- A, s2 s0 n. A8.3.4 交叉问题        168
' E! I4 f+ o, x  R* n6 @9 智能电网的应用        170
; \2 U9 v$ `: Q: y9.1 加州智能电网规划        170
7 R  E  l" |+ d; L7 n( l: i9.2 PNNL GridWise项目        171& G! U+ l2 z1 n0 t
9.3 Xcel 智能电网规划        1720 I! P) t1 Q& X6 Y4 K
9.4 San Diego智能电网城市规划        174
* r- [* O  b' u2 b& _4 ?  F9.5 PJM智能电网        176$ `( w7 H  d, ?) z8 l
9.6 我国开展智能电网研究应用的建议        1781 R! s- E7 S$ I% C& R/ N6 t3 ^
10 参考资料        1829 l3 c5 L2 @5 S8 Q- q
11 附录：常见缩写对照        188$ ~% c9 r2 l% v