上海智能电网建设的实践和发展方向
当前，节能减排、绿色能源、可持续发展成为各国关注的焦点。人类能源发展面临的第一挑战，是以可再生能源逐步替代化石能源，创造能源使用的创新体系。智能电网是应对这一挑战的最佳解决方案之一，通过运用信息技术彻底改造现有的能源利用体系，最大限度地开发电网体系的能源效率。
在智能电网建设领域，上海一直走在全国前列。上海世博园智能电网综合示范工程 是国内智能电网综合应用的代表性实践，通过集中运用并展示多项先进的智能电网技术，为智能电网的集中推进积累了非常宝贵的经验。为推进智能电网建设，上海在政策法规保障、新技术研发投入、生产运行全方位的实践应用等方面施行了一系列行之有效的举措，取得了较为丰硕的成就。展望未来，上海智能电网建设仍任重道远，需要在智慧城市建设的总框架下，不断探索、奋力推进，以谋求更大发展。
一、上海发展智能电网的客观要求和内在动力
发展智能电网是满足节能减排、产业发展、智能用电等要求，实现电网的经济、高效、可靠、安全运行，实现能源包括可再生能源的规模化高效利用，实现经济、环境和社会效益的最大化的有效途径。正是由于这些需求的存在，成为推进上海智能电网建设的巨大动力。
1、节能减排的要求
2009年，中国在哥本哈根联合国气候变化大会上宣布，2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。中国已经是全球温室气体排放总量最大的国家，电力生产行业作为主要的碳排放来源，必然需要在减少碳排放过程中履行更为重要的义务。如何在确保电网安全稳定运行的同时，提高低碳、清洁能源的使用比例，将是电力行业迫切需要解决的问题。据初步测算，仅风力发电一项，按照至2020年建成风力发电规模约120万kW计，当年就可减少二氧化碳排放量约280万t。
2、产业升级的要求
智能电网涉及众多技术领域，上海在传统电力设备制造行业不占优势，但智能电网建设为上海相关产业的提升提供了一个契机，是上海产业结构调整和优化升级的新抓手，有助于促进上海高新技术和新材料的加速发展，是上海产业可持续发展的重要途径。发展智能电网将涉及信息、通信、装备制造、智能家用电器等多个领域的技术研发和产品生产。因此，智能电网的建设将大大带动上海相关产业的发展和智能楼宇、智能家庭、智能交通等一系列建设，并推动技术升级和产业结构调整。
3、接受市外来电的要求
上海一次能源匮乏，本地电源难以不断满足快速增长的用电需求，需要大规模接受市外来电。目前，上海市外来电通道已有3个500 kV交流通道、两回±500 kV直流和一回±800 kV特高压直流通道，根据电网规划，未来上海市外来电规模还将进一步扩大。上海电网地处华东电网的末端，大量市外来电使上海电网自我调节能力大大削弱，对电网安全稳定运行提出了很大挑战。
4、新能源接入的要求
上海新能源的发展起步较早，起点较高。崇明前卫村1MW光伏电站是国内第一个商业化运行的兆瓦级太阳能光伏发电项目；东海大桥100MW海上风电场是国内海上风电的第一个示范项目，也是亚洲第一个并网运行的海上风电项目；世博园区并网光伏发电容量达4.687MW；高铁虹桥站并网光伏发电容量达到6.688MW， 是世界上最大的“建筑光伏一体化”项目。未来5年，新能源发电还将有迅猛发展，接入电网的新能源发电容量近100万kW。大量新能源发电并网后，带来的间歇性、随机性和波动性对电网将产生较大冲击。
5、电网调峰的要求
上海作为特大型城市，用电峰谷差巨大。虽然采取了多种手段引导用户削峰填谷，但用电峰谷差仍逐年增加，近年来一直保持10%左右的增长。2010年，最大用电峰谷差达到10098MW，占最高用电负荷的38%以上。用电峰谷差加大，导致电网调峰压力巨大、电网设备平均利用率难以提高。
6、电能质量的要求
多年来，上海电网的供电可靠性一直保持国内领先地位，用户年平均停电时间仅为1.66h，但和新加坡、日本东京等发达国家和地区相比仍有较大差距。同时，随着社会发展，用户不再仅仅满足于“有电用就行”，对电能质量的要求也日益提高。特别是芯片制造等高新技术企业，对电能质量更为敏感。此外，用户对于计量、付费、业务办理等客户服务需求也不断提高。需要电力部门拓展营销服务渠道，提供更加可靠、优质、多元化的服务，提高优质服务水平。
二、上海智能电网发展成就
上海电网是我国最大的城市电网，处于华东电网的受端位置，是华东地区乃至全国负荷密度最高的负荷中心。在由传统电网向智能电网过渡的进程中，上海根据国家智能电网发展的总体战略，牢牢把握住区位优势，有计划、有重点扎实推进智能电网建设。经过几年来的飞速发展，在发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息平台等电力运行的全方位领域都取得了较大的突破。
1、发电环节
截至2012年，上海电网火电机组已经全部实现厂网协调。单机容量为100MW以上的火电机组已全部进行了励磁参数实测，共覆盖55个火电机组，覆盖装机容量达到19567.5MW。上海电网目前已接入10个风电场，风电机组台数155台，总容量达到317.35MW，所有风电场已实现风电功率预测。上海电网目前的储能系统主要在漕溪能源转换综合展示基地，包括100kW镍氢电池储能系统、100kW磷酸铁锂电池储能系统和60kW钠盐电池、100kV钛酸锂电池和100kV超级电容。嘉定钠硫电池基地安装了100kW钠硫电池储能系统，崇明前卫村光伏电站安装了10kW液流电池储能系统。
2、输电环节
上海电网已于2012年初完成了输变电设备状态监测系统建设。在输电部分，已完成渡郊线等6条220kV线路增容系统接入、泗练线等3条500kV线路在线监测系统数据接入及展示。在变电部分，完成了500kV静安站等9站变压器油色谱在线监测装置接入、500kV徐行站整站在线监测系统接入和220kV泸定智能变电站一体化平台接入。2011年7月投入运行的“柔性直流输电关键技术与示范工程”是亚洲第一条拥有完全自主知识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路。
3、变电环节
截至2012年底，上海电网已经完成220kV泸定站智能化改造，建成110kV蒙自、封周、华铁智能变电站。
4、配电环节
2012年2月，上海电网完成浦东配电自动化工程建设，结合光纤到户试点工程，实现配电自动化系统与配电网建设的同步实施，提高了配电自动化系统的建设应用效能。一体化智能抢修指挥管理系统（TCM）在上海电网得到全覆盖应用，实现了电网、客户以及故障抢修信息在大营销、大运行、大检修专业体检之间的实时动态共享与交互，形成了覆盖上海电网全域和全市857万客户，“统一平台、统一流程、统一指挥”故障抢修流程管理与综合指挥管理能力。
5、用电环节
全市统一的用电信息釆集系统数据平台正在抓紧建立，通过智能电表的安装和电力用户用电信息釆集系统的建设，可实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时釆集，及时、完整、准确地为“SG186”信息系统提供基础数据，实现用户用电信息的汇集和共享。截至2012年，已开展约510万户低压用户用电信息采集系统试点建设，覆盖面达到58%。
智能小区是智能用电环节的重要组成部分，是实现电网与用户之间实时交互响应，增强电网综合服务能力，满足互动营销需求，提升服务水平的重要手段。2011年，奉贤区南桥恒盛豪庭小区建成智能小区，通过对小区通信网络、用电信息采集系统、智能用电双向互动服务、智能家居、配电自动化、电动汽车充电设施、智能小区综合应用展示平台的建设，实现上海市电力公司与客户互动，提供多样化供电服务，提高能效智能化管理水平，提高终端用能效率。
截止至2012年底，上海共建成12座电动汽车充换电站和1710个交流充电桩，并已建成沪杭高速枫泾服务区城际互联充换电站一对，初步实现了上海与长三角的电动汽车服务网络的互联互通。
6、调度环节
上海电网调度管理体系是一个分层结构体系，由市调、11个地调（含崇明、长兴）构成两级调度。上海市调的调度管辖范围主要是上海电网所属的发电厂、500kV变电站内的 220kV设备部分、220kV变电站及跨地区联络线；地调的调度管辖范围主要是110kV及以下变电站及10kV配电网。上海已初步实现了基于智能电网调度技术支持系统的调控一体化和调度一体化，作为“大运行”体系的技术支撑手段，实现了综合智能分析与告警、在线安全稳定分析、调度计划和安全校核等核心功能的上线应用。结合大运行体系技术支撑手段建设，同步完成了智能电网调度应用功能的建设任务。
7、通信信息平台环节
上海电网的传输网络以光纤通信为主，微波、载波、卫星通信为辅，多种传输技术并存。目前正开展电力光纤到户工作，覆盖新建住宅小区用户约15万户，对已有住宅小区改造，实现电力光纤覆盖20万户。
三、上海智能电网未来发展方向
1、发展目标
上海电网的发展要适应上海城市总体布局和转型发展的要求，为城市提供高质量、可靠的电力；要与国家和区域大电网的发展布局相适应，立足于大电网统筹本地电网，成为“受纳容量大、应变能力强、运行灵活、层次分明、结构合理、供电可靠”的现代化城市电网。上海电网将建设成为具有信息化、自动化、互动化的特征，髙效、经济、透明开放、友好互动，体现上海大都市特点、国际领先的智能电网，具备坚强的网架结构，各类电源接入、送出的适应能力，提供全方位、多样化的的协调和用户服务，实现安全、可靠、优质、清洁、高效、互动的电力供应。
2、技术攻关方向
（1）坚强而灵活的网络拓扑
坚强、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。上海是全国最大的末端电网，电压等级涵盖1000kV交流、±800kV直流特高压至民用的380/220V等级。如何进一步优化特高压和各级电网规划，做好特高压交流系统与直流系统的衔接、特高压电网与各级电网的衔接，促进各电压等级电网协调发展、送端电网和受端电网协调发展、城市电网与农村电网协调发展、一次系统和二次系统协调发展，成为需要解决的关键问题。随着电网规模的扩大，互联大电网的形成，电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越突出，对主网架结构的规划设计要求相应地提高。只有灵活的电网结构才能应对冰灾、战争等突发灾害性事件对电网安全的影响。
（2）开放、标准、集成的通信系统
智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力，既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应的能力。智能电网也需要不断整合和集成企业资产管理和电网生产运行管理平台，从而为电网规划、建设、运行管理提供全方位的信息服务。因此，一个开放、标准、集成的宽带通信网，包括电缆、光纤、电力线载波和无线通信，将在智能电网中扮演重要角色。智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求，这一问题需要格外注意。
（3）高级计量体系和需求侧管理
电网的智能化需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。电表是电力运行数据釆集的基础感知元件，传统电表只是达到了自动读取，是单方面的交流，不是双方的、互动的交流。由智能电表以及连接它们的通信系统组成的先进计量系统能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快捷准确的系统响应。将来随着技术的发展，智能电表还可能作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。
（4）智能调度技术和广域防护系统
智能调度是未来电网发展的必然趋势，一方面通过动态优化调度实现发电与负荷的实时平衡，另一方面通过动态监控电网运行信息实现对电网风险的防控。智能调度的目标是建立一个基于广域同步信息的网络保护和紧急控制一体化的新理论与新技术，协调电力系统元件保护和控制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系，其核心是在线实时决策指挥，目标是灾变防治，以实现对大面积连锁故障的预防。
（5）分布式能源接入
在发展智能电网时，如何安全、可靠地接入各种分布式能源电源也是面临的一大挑战。分布式能源包括分布式发电和分布式储能。分布式发电技术包括：微型燃气轮机技术、燃料电池技术、太阳能光伏发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等。分布式储能装置包括蓄电池储能、超导储能和飞轮储能等。风能、太阳能等可再生能源在地理位置上分布不均匀，并且易受天气影响，发电机的可调节能力比较弱，需要有一个网架坚强、备用充足的电网支撑其稳定运行。随着电网接入风电量的增加，风电场规划与运行研究对风电场动态模型的精度和计算速度提出了更高的要求。
3、重点建设领域
在发电方面，推进机组涉网参数评估和在线管理；新能源发电预测及控制技术覆盖所有3万kW以上风电场和兆瓦级光伏电站；研究试点新能源发电配置储能系统的示范应用。
在输电方面，积极开展灵活交流输电技术的研究和示范应用，提高电网动态无功储备；全面推进输变电设备状态监测及数据分析中心建设，提高输变电设备状态监测覆盖面和监测内容。
在变电方面，开展智能变电站建设，推广智能变电站运维管理集约化实施；结合全寿命周期管理，对110kV及以上主要输变电设备实现状态检修。
在配电方面，结合电力光纤到户，在市中心区和市区其他核心区域开展配电自动化建设；推进配电自动化建设和运行指标优化管理；深化应用故障抢修管理系统；开展电能质量监测系统的深化应用和试点治理；研究试点配电网分布式储能系统的示范应用。
在用电方面，推进用电信息采集系统“全覆盖、全采集、全费控”；建设电动汽车充（换）电站和充电桩；示范建设智能园区、智能用电小区/楼宇。
在调度方面，完成智能调度技术支持系统建设；完成调度数据网双平面和安全防护体系建设。
在通信信息方面，大力推进电力光纤到户实施，通信网络覆盖整个上海电网；全面建成 SG-ERP系统，基本达到电力流、信息流、业务流的三流合一。
四、结语
智能电网的全面建设已经开始，随着建设的推进，将使上海的传统电网改造成为新一代安全、高效和环保的电网。除了保障上海电力供应的安全稳定，还将极大地提高新能源发电的有效利用，提供更加多样的客户服务体验，促进社会经济可持续发展。智能电网的发展不仅依赖于技术创新，更需要观念创新、制度创新和商业模式的创新，使电力相关各方共同参与到智能电网的建设当中，形成“多方参与，互惠共贏”的局面。
