智能电网技术与概念全解析

# 智能电网技术与概念全解析 ## 1 智能电网相关技术概念 ### 1.1 市场 电力供应领域存在多种市场，如现货市场、平衡市场和辅助服务市场等。利益相关者可在这些市场中积极交易不同的能源产品。目前，现货市场和平衡市场为聚合业务提供了最具盈利性的机会，尽管短期运行储备可能为系统带来更多价值。 ### 1.2 城域网（MAN） 城域网覆盖整个城市或校园，由多个局域网连接而成。它比局域网大，但比广域网小。城域网效率极高，可通过光纤电缆等高速载体实现快速通信。采用旧标准 [IEEE 802.6] 的分布式队列双总线（DQDB）城域网可延伸至 30 - 40 公里或 20 - 25 英里。 ### 1.3 网状网络 网状网络是一种拓扑结构，其中每个节点都为网络中继数据，所有节点协作进行数据分发。每个节点称为网状节点，全网状网络中每个节点都与其他所有节点相连。网状网络能动态自组织和自配置，减少安装开销。硬件故障时，有多种路由可维持网络通信。它可使用泛洪技术或路由技术中继消息，自配置能力使工作负载能动态分配，提高容错性并降低维护成本。不过，全连接有线网络虽有安全可靠的优点，但随着节点数量增加，电缆数量和成本会迅速上升。 ### 1.4 微电网 微电网是一个本地化的电力生成、储能和负载组合，通常与传统集中式电网（大电网）相连，且可与之断开独立运行。微电网内的发电和负载通常在低压下互连，电网运营商可将其作为一个整体进行控制。微电网的发电资源包括燃料电池、风能、太阳能等，多个分散的发电源以及与大电网隔离的能力可提供高度可靠的电力。此外，微型涡轮机等发电源产生的热量可用于本地工艺加热或空间加热，实现热能和电能需求的灵活权衡。 ### 1.5 邻域网 邻域网（NAN）或现场区域网络（FAN）由多个家庭局域网（HAN）或楼宇局域网（BAN）组成，用于将计量数据传输到数据集中器，并将控制数据传输到 HAN 和 BAN。它使小区域内的设备能够相互通信，例如一个社区内的智能电表可相互通信并与路由器形成智能设备互联网络。许多家庭计量网关相互连接可形成无线网状网络，广域网则将智能计量网关与公用事业和配电控制系统连接起来。NAN 是智能电网通信的重要组成部分，负责连接住宅用户，实现电网传感、测量状态和控制消息的双向传输。 ### 1.6 个人区域网 个人区域网（PAN）指个人用户环境（通常在 10 米范围内）内信息技术设备或小工具的互连，如笔记本电脑、个人数字助理（PDA）、手机、打印机、个人电脑或其他可穿戴计算设备，也称为无线个人网络（WPAN）。 ### 1.7 电力交易所 电力交易所即现货市场，是一个商业实体，通过提前一天或一小时的发电和需求投标拍卖，建立具有竞争力的电力现货市场，促进形成透明的能源现货价格。它确定市场清算价格，定义那些投标价格等于或低于清算价格并被安排发电的发电机组。根据交易结束时间，可分为日前市场、日内市场或实时市场（在交付前关闭）。 ### 1.8 可再生能源（RES） 可再生能源包括风能、太阳能、地热能、波浪能、潮汐能、水能、海洋能、生物质能、垃圾填埋气、污水处理厂气和生物气等。它们一般不会枯竭，但单位时间内可用的能量有限。 ### 1.9 弹性/恢复力 弹性是指抵抗、吸收、从逆境或条件变化中恢复或成功适应的能力。在能源安全领域，弹性通过健壮性、资源丰富性和快速恢复能力来衡量。不同学科对弹性有不同定义： - 基础设施系统：减少干扰的幅度和持续时间的能力，取决于系统预测、吸收和适应干扰并快速恢复的能力。 - 组织系统：识别风险并处理影响其能力、战略和协调的干扰的能力。 - 社会系统：社区承受社会、政治和经济变化带来的压力和干扰的能力。 - 计算机网络：在故障和正常运行挑战面前提供和维持可接受服务水平的能力，威胁和挑战包括简单的配置错误、大规模自然灾害到有针对性的攻击。 - 系统工程：系统在可接受的降级参数内承受重大破坏并在可接受时间内恢复的能力。 - 云计算：将 IT 资源的冗余实现分布在不同物理位置的故障转移能力，IT 资源可预先配置，若一个出现故障，处理自动转移到另一个冗余实现。 - 信息安全：在检测到攻击或事件时保持运行、在假设未检测到的妥协情况下保持运行、以降低的能力或容量运行以及在事件期间和之后提供优雅降级和恢复的能力。 ### 1.10 智能设备 智能设备是一种电子设备，通常通过蓝牙、Wi-Fi、3G 等无线协议与其他设备或网络连接，能够在一定程度上交互式和自主运行。例如智能手机、平板电脑、智能手表和智能钥匙链等。该术语也可指具有普适计算特性（包括人工智能）的设备。智能设备可设计成支持多种外形因素，适用于物理世界、以人为中心的环境和分布式计算环境等三种主要系统环境。 ### 1.11 智能电网通信 智能电网应用需要通信网络支持电网各实体之间可靠的信息传输，但存在网络性能、适用性、互操作性和安全性等问题需要解决。其中一个需求是网络流量控制，以向智能电网应用提供服务质量（QoS），并管理传统和可再生能源发电源之间以及公用事业和客户资产之间的电力流动。例如，广域测量系统的流量与互联网流量结构不同，智能电网应用对延迟和丢失的要求差异很大，一些应用（如计量）对长延迟或信息丢失有很高的容忍度，而另一些应用（如广域测量系统）则要求近乎即时的数据传输且几乎无丢失。随着广域测量系统中相量测量单元（PMU）数量的增加，集中式超相量数据收集器（PDC）架构将变得不可行。 ### 1.12 智能电表 智能电表是一种电子设备，用于记录电能消耗并将信息传达给电力供应商，以便进行监测和计费。智能电表通常每小时或更频繁地记录能源消耗，并至少每天报告一次。 ### 1.13 智能计量 智能计量、高级计量、智能计量基础设施和高级计量基础设施在世界不同地区常被用作同义词，强调计量基础设施方面，与自动抄表（AMR）和高级计量管理（AMM）等仅关注计量内部问题的术语形成对比。高级计量提供更多控制，客户可选择参与住宅能源管理和其他能效计划，并根据收到的信息管理日常能源使用。智能计量基于相应的计量服务，具有自动处理、传输、管理和使用计量数据，自动管理电表，与电表进行双向数据通信，向相关参与者及其系统（包括能源消费者）提供有意义和及时的消费信息，以及支持提高能源消耗和能源系统（发电、输电、配电和终端使用）能效的服务等特点，还支持灵活分布式能源的聚合。