第1章
绪论

1.1　智能电网的发展

作为清洁、高效的二次能源，电力的应用遍及人类生产和生活的各个领域，电气化成为社会现代化水平和文明进步的重要标志。同时，随着世界经济的高速发展与能源需求的日益增长，全球性的能源短缺和环境污染成为世界各国面临的重大课题，能源的节约和合理化利用已成为世界共同关注的热点，建立在化石能源基础上的传统电力系统面临巨大挑战。新能源的开发与利用，使得人们不仅可以逐渐摆脱对石油、煤炭等传统燃料的依赖，还可以缓解能源危机，减小温室气体排放和应对全球气候变化带来的压力。建设能够促进新能源开发利用、支持先进用电设备运行的智能电网已成为全球电力工业应对未来挑战的必然选择。

处在发展中的中国，面临经济快速发展、资源短缺、环境约束等多重压力，在“互联网+”智慧能源战略行动的支持下，作为支持能量与信息双向流动的先进电力网络，智能电网的研究与建设已经被确定为国家重大发展战略。智能电网的不断发展和完善必将促使电力生产和利用格局发生根本性的变化，为清洁能源的发展、可再生能源的大规模接入和电动汽车等新型用电设备的快速发展奠定坚实的基础。

作为智能电网的重要组成部分，电力产生即能源供给侧的可再生能源诸如风能、太阳能等清洁能源发电并网规模迅速扩大，导致供给侧能源多元化特征日益显著，传统能源所占比例逐渐降低。国家发展和改革委员会印发了《可再生能源发展“十三五”规划》，提出2020年我国可再生能源发电装机容量6.8亿千瓦、发电量1.9万亿千瓦时（占全部发电量27%）的宏伟目标[1]。截至2020年底，我国可再生能源发电装机容量达到9.34亿千瓦，其中，风电装机2.81亿千瓦，光伏发电装机2.53亿千瓦，水电装机3.7亿千瓦。国家电网有限公司提出了全球能源互联网的概念，指出电网将以输送清洁能源为主导，推动全球清洁能源高效开发、配置和利用是实现世界能源可持续发展的必经之路[2]。可再生能源的大规模利用会给电网运行带来持续性、大幅度的随机扰动。为了平抑其间歇性，常规发电机组需预留足够的备用，当其并网容量较大时，仅靠调整常规机组出力往往无法充分消纳可再生能源。因此，在可再生能源逐步替代传统能源的混合能源时代，如何实现可再生能源的高效利用，促进可再生能源与传统能源的协调优化，保证电力系统安全、低碳、高效、经济运行是目前急需解决的问题。

在需求侧，电动汽车的广泛应用对电网产生重要而深远的影响。主要表现在电动汽车作为充电负荷在很大程度上受使用者生活规律及驾驶行为的影响，在时间与空间上具有很强的随机性，电动汽车规模化接入将给电力系统的运行与控制带来显著的不确定性，电力系统的安全可靠运行面临这一新的挑战。另外，电动汽车电池具有储能特性，在其作为电力用户的同时也可成为电力供应方，具备依托电网信息调整用电行为和参与电网运行的潜力，可成为智能电网互动业务的重要组成部分，对可再生能源超发消纳、平抑转移峰时功率等业务具有积极意义。

如上所述，供给侧能源多元化和广域分布，需求侧负荷多样化和随机移动，导致电网呈现新的复杂随机特征、多源大数据特征和多尺度互动特征。面对这种新的挑战，世界各国投入了大量的财力和人力开展智能电网的研究。国家电网、科技部、发改委和自然科学基金委都在智能电网的理论研究和开发利用上给予了高度的重视和支持。毫无疑问，全面获取电网的数据，对智能电网进行系统性研究，将对完善源网荷互动协调控制理论，实现电网友好、用户满意的智能电网协调优化运行具有重要意义，不仅可以实现电网的安全、高效运行和能源的有效利用，满足国家重大战略需求，还对环境保护，新能源有效开发利用，促进国民经济绿色、和谐发展具有深远影响。