电网友好发电技术的研究主要集中于新能源发电方面，提高其可预测性、稳定性和可调可控性，减少对电网的不利影响，提高电网接纳波动式新能源的能力和电网的平衡能力。

1、提高新能源发电的可预测性

对新能源发电进行不同时间尺度的电力、电量预测，并努力提高预测准确率，可降低电力系统调度运行的备用需求，在保证电网安全、稳定的同时降低发电成本与能耗。

考虑到新能源发电的随机性较大，一般以短期和超短期出力预测为主。目前较为成熟的预测方法主要有随机时间序列法、卡尔曼滤波法、模糊逻辑法、决策树算法、人工神经网络法以及支持向量机等。

光伏、风力、生物质能等新能源发电产业中环境、气象等不确定因素较多，单一的预测方法已经不能满足电网调度对于并网电量预测的要求。从预测精度出发，多种方式混合预测的方法将成为功率预测的发展方向。如将具有混沌特性的时间序列重建为一种低阶非线性动力学系统，结合智能化的神经网络算法，可极大地提高发电功率短期预测的精度，有望在光伏、风力发电等方面发挥重要作用。

还可利用卡尔曼滤波法动态修改预测权值的优点，结合时间序列法建立优化模型，保证预测精度。同时，作为新兴的机器学习方法，支持向量机技术因其易获全局最优解、推广性强、方便控制等特性，将在新能源发电并网的功率预测中发挥重要作用。

目前，以提高新能源发电预测为主要目的的电网友好发电技术在国内得到了初步研究和应用。2010年11月，中国首座电网友好型风电场在大唐新能源赤峰公司东山风电场建成，其精确的风功率预测系统已经实现了风电场48h内的短期功率预测和15min至4h的超短期功率预测。

2、提高新能源发电的稳定性

新能源发电的稳定性包括暂态稳定性和发电功率的稳定性。在提高新能源发电暂态稳定性方面，应用于风电场的低电压穿越技术是目前较为热门的电网友好技术，不仅确保了电压波动时风机不解列，避免连锁故障，还有效地提高了风电场运行的安全稳定性。

增加新能源发电功率的稳定性主要有2种方法：

一是利用其资源特点形成互补协调系统，如风光互补混合发电系统，不但弥补了新能源独立发电在资源上的缺陷，获得较稳定的功率输出，提高了系统供电可靠性，更显著降低了储能装置的配备容量，使系统成本趋于合理。

二是建设大型储能电站，采用复合式储能提高其技术经济性能，协助新能源发电保持出力稳定，为可再生能源发电系统配置一定容量的旋转备用。现有研究结果表明，飞轮、超导和超级电容器储能具有响应速度快、输出功率大、储能效率高、循环寿命长的特性;蓄电池类储能则具备能量密度高、自损耗小、储能时间长的优势。

在此基础上，可利用高温超导块材式的悬浮现象，研发高温超导飞轮储能，使其控制更简单，储能密度更大;或将超导储能、飞轮储能或超级电容器与铅酸电池、液流电池或钠硫电池等技术相结合，可以最大限度地发挥各种储能技术的优势，降低全寿命周期费用，提高系统经济性。

3、增强发电的可调可控性

利用各种先进的管理技术和控制策略，对新能源发电实施有效的调控措施，提高新能源发电的可调可控性，在提高其供电可靠性的同时提高电网调度运行工作的效率。如利用先进的能量管理系统技术，对海流能发电系统采取有效的在线监控、状态估计、出力预测、短期调度等能量优化控制和管理。考虑兼顾系统调频需求的分布式风电分散自治调控策略，对风电场进行兼顾系统某些特殊运行需求的有限自治，配合电力系统的统一调度。同时，还可采取风机单机调控、风电场调控、电网侧调控的三级调控措施，利用先进的风电机组技术、电网友好型电源等技术，通过坚强的受端同步电网，统一协调控制具有波动性、不确定性的电功率，使大规模同步电网稳定运行。

风光互补发电系统可结合最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制等电网友好先进技术，根据光伏阵列和风力发电机输出功率、运行特性、系统配套储能方案进行协调控制，建立风光互补混合发电系统的一体化集中监控系统。

东山电网友好型风电场中采用了集中优化配置的有功功率和无功功率控制系统，有效地实现了风电的远程调节控制。

要实现真正意义上的电网友好，必须加大对各项技术的研发，落实新技术应用的相关政策。电网友好技术的推广机制是一个需要研究的重要问题。电网友好技术的研发应用具有周期长的特点，且具有“正外部性”，如何将电网友好的外部性内化，形成激励相容的推广机制，是电网友好技术能否真正发挥作用的关键。

在发电技术方面，应继续完善新能源发电技术，实现其运行频率控制、继电保护配置、信息采集、自动化、通信、电能质量等的智能一体化发展。同时，随着电网友好的发电技术研发、推广应用，提高电网接纳新能源发电的能力，实现低碳电力。进一步，针对传统电厂，研发低成本改造升级技术，也将是下一步电网友好技术的研究热点。

用电技术中亦可从负荷的谐波特性入手改善负荷特性，如尽量避免各种用电设备产生谐波、电压畸变等；在改善负荷的时间特性方面，可进一步研究负荷的时间弹性。在控制装置研发上，应着力研制低成本的智能控制装置，在不影响用户用电体验的前提下，实现自主监测电网实时信息，主动响应电网运行状态，维持电网的安全、稳定、经济运行。在平台开发上，除全面考虑用户的个性化需求外，还应为功能升级预留一定的空间。 2100433B

大规模电网互联技术的迅猛发展，远距离交直流混联输电的出现，多样化电力负荷的快速增长，大规模波动式能源集中并网，高密度、高渗透率的分布式电源的广泛应用，使电力系统不确定、不可控的因素增多，增加了大面积停电的风险。因此，构建安全、稳定、高效、经济的智能电网已成为国内电力研究的重点，已有众多概念和技术被提出。其中，比照“环境友好”而提出的“电网友好”概念越来越受到重视。

电网友好一词最早由瑞典教授Thiringer于2002年提出，但并未明确其含义。电力系统中，电源和负荷是维持系统瞬时平衡的主体，在智能电网的体系框架下，电网友好被赋予了新的内涵。其技术核心是电源和负荷分别主动与电网协调互动，更经济、快捷、可靠地提高电力系统的平衡能力。电网友好技术是智能电网技术的重要组成部分，是智能电网发电和用电环节各种关键技术的高度概括。

电网友好发电技术的提出主要是针对波动式新能源发电并网难的问题。围绕提高电网平衡能力的核心问题，对新能源电源而言，主要是提高其发电的可预测性、稳定性、可调可控性，在各种工况下以有利于电网稳定的方式运行，如低电压穿越;对传统电源而言，主要是提高爬坡能力、调峰能力、调频能力等可调可控能力。

负荷是电力系统平衡的主动方，电网友好的用电技术主要体现在改善负荷的时间特性、频率特性和电压特性，以提高电力系统不同时间尺度的平衡能力，如目前欧美普遍开展的需求侧响应;同时，用电设备尽可能降低对系统电能质量的影响。智能电网中的电网友好技术强调的是主动参与、灵活互动和高度协调。本文在归纳整理现有电网友好技术的基础上，分析电网友好发电技术和用电技术的发展思路，提出其长远发展框架。

作为电力系统瞬时平衡的主动方，用电设备的负荷特性及用户的负荷需求很大程度上决定着电网的安全稳定性。

1、改善用电设备的负荷特性

（1）改善负荷的时间特性

现有改善负荷时间特性的方法主要有2种：

一是应用峰谷分时电价，缓解高峰时段电网调峰压力，提高负荷率；

二是开发利用可中断负荷（interruptible load，IL）。

这2种方法从技术手段和实现目标来讲，都可认为是电网友好的用电技术。

削峰填谷不仅能够使负荷曲线平坦，有效地降低损耗，提高电力系统的运行效率和稳定性，还可以延缓、减少电力设备投资。如蓄冰空调利用用电低谷时期储存的能量满足负荷高峰期的制冷需求，较好体现了转移用电负荷和平衡用电负荷的削峰填谷思路，可较为明显地降低城市夏季高峰负荷。但由于其安装成本较高，因此该技术的大力推广仍需要相关配套政策的扶持。

作为电网的紧急备用发电容量资源和输电容量资源，IL对供电可靠性的要求不高，在一定的经济补偿或赔偿条件下，对小概率停电事故可以容忍。当电网高峰期或遇到重大冲击时，调用IL比调用电源更具有时效性和经济性。由于国内电力市场开放程度有限，目前Il尚未组织市场交易，仅由调度机构按照“有序用电”的相关措施按需调用。

（2）改善负荷的频率特性

电网友好的用电技术考虑用电设备主动响应电网的实时频率。如在部分用电设备（如热水器、电动汽车充电负荷）中加装控制装置，当电网中负荷或发电机出力变化，造成频率偏移超出正常允许范围且偏移量持续一定时间，对电网安全稳定运行造成威胁时，用电设备中的控制装置能够自动监测并判断频率的变化，分析并判断当前电网频率偏移的程度，自主选择相应的调整控制策略，短期内调整用电设备的运行参数，提高电网保持平衡的能力。这样，不仅节省了通信时间和费用，更因其短暂的响应时间，不会降低用户的用电体验，真正体现了友好的含义。

应用电网友好频率响应技术后，用电设备不仅可以作为电力系统的备用负荷，还可以帮助实现频率管理，在容量市场中起到与发电机类似的作用，这将为电力系统的控制增加更多的灵活性。

（3）改善负荷的电压特性

改善负荷的电压特性、避免节点电压降低时，用电设备消耗更多的无功功率。不同的用电设备具有不同的电压特性，其中，空调负荷是近年来城市电网中负荷比例较高、电压特性不利于电压稳定的代表，且空调负荷一般是非刚性需求。因此，改善负荷电压特性，较多以空调负荷为研究对象。现有分散型和集中型的低压减载技术不能兼顾响应动作的可靠性、时效性及经济性，并且还会给用户带来不同程度的不便。

从负荷侧考虑，当电网电压的偏移幅度和偏移持续时间超出了正常范围，电网有可能失稳时，如果受端电网中的负荷能够主动响应，短时微调其运行参数，将有利于电网的电压稳定。例如上文中提及的电网友好控制装置可根据不同用电设备的负荷特性自行设定电压偏移门槛值和电压异常持续时间门槛值，当控制装置监测出物理量的偏移（偏移幅度、持续时间）达到了响应门槛值，即可根据相应的控制策略自行切除部分负荷，尤其是电压特性较为突出的用电设备负荷（如空调类负荷）。在电网发生过载、电压稳定受到威胁时，借助城市民用或商用负荷在城市电网负荷中的重大比例，即可及时调整城市电网电压水平，有利于电网的安全稳定运行。

电网友好用电技术具有广阔的应用前景，部分发达国家已经在这方面展开了积极尝试。如美国西北太平洋国家实验室（pacific northwest national laboratory ，PNNL）已着手研发一种新型控制器，该控制器嵌入用电设备中，能够监控电网运行状态，适时响应，以平衡电网的供需关系。该控制器的研发基于美国现有电力市场的电价机制，从电力设备端出发，维持电网稳定运行。

（4）综合改善负荷特性

对用电负荷的研究离不开用电环境，目前，城市热岛效应、温湿效应和累积效应及其对用电负荷的影响逐步成为新兴的研究热点和重点。

可研究不同用电环境下，城市电网的负荷结构、负荷水平以及不同用电设备的负荷特性对电网安全稳定运行的影响，综合分析上述改善负荷特性的思路，提出电网友好的用电方式。制定各种紧急情况时的响应控制策略，协助电网快速恢复系统频率稳定和电压稳定。同时，新型的用电方式支持分时电价、阶梯电价以及节能减排政策，可有效地降低电力用户成本，提高系统运行稳定性。进一步，亦可考虑研究不同用电设备间的协调响应控制策略，分析多种响应模式，提出优化方案，真正地达到电网友好、安全用电、经济用电的目标。

2、电网友好用电技术的支撑性技术

（1）高级量测系统技术

电网友好用电技术要求用电设备实时获取并及时分析处理精确、可靠的电网数据信息（如频率、电压等）。而作为电网友好的支撑性技术，高级量测系统具有电能计量以及用电信息采集、处理、监控、计费、资源调度等功能，可最大限度地满足电网友好用电技术的要求。

全面考虑国内分时电价和阶梯电价的电力市场现状，在现有智能电表、柔性电力负荷控制等技术的基础上，有针对性研发新型高级量测系统技术，开发家庭控制网关、智能插座等电网友好装置。通过家庭控制网关可以实现用电设备的自动识别，支持电器电能计量、功率测量等功能。通过智能插座可以及时感知电网异常运行状态，使用电设备主动响应。

上述研究不仅可以辅助电网友好技术的实施，二者的配合还将真正地实现信息一体化和用电智能化，有利于推动智能家居、智能楼宇及智能小区的建设。

（2）用户用电互动平台

电网友好技术的内涵之一是“灵活互动”。国内虽然已经实现了电力营销流程标准化，建立了客服中心，开展了有序用电、IL等需求侧管理实践，但在提升用户服务体验、优化用户用电方式以及提高终端用能效率等方面仍存在较大不足。

为彻底贯彻电网友好的内涵，有必要研发可正确引导用户灵活选择用电方式、鼓励其主动参与供需平衡的用户用电互动平台，开发用电方式选择、响应激励措施、远程缴费、报修等多种互动服务功能模块，以提升用电设备的用能效率，实现电能量交互，满足电力用户的个性化、差异化服务需求。作为用电技术中一项重要的支撑技术，该平台不仅体现了智能用电的互动性，还将为调度系统实现更加准确、实时、精细的调度提供坚实的基础。在互动平台的支持下，电网友好用电技术将有效优化用户用电行为，加强能效管理，实现电网安全稳定运行、用户经济用电、发电部门酌情发电的三赢局面。

我国已经建立了系统的特高压与智能电网技术标准体系，编制相关国际标准19项，特高压交流电压已成为国际标准电压。

国际电工委员会主席克劳斯·武赫雷尔表示，中国的特高压输电技术在世界上处于领先水平，这种能够减少长距离输电损耗的技术，在世界其他地区也将有广泛的应用前景。

智能电网新型配电技术的应用

未来的配电技术必须具有如下特点：网络快速自愈、抗扰动能力强、提供优质电力、与用户互动等。这些智能电网配电技术都会促进云计算数据机房的供电系统更加安全可靠。

1、同步开断技术

云计算数据中心机房中，由于电力需求量大，常涉及到高压供电。高压开关大都是机械开关，开断时间长、分散性大。这种慢过程的机械开断容易引起操作过电压，加速设备老化或者直接损害设备。同步开断，又称智能开关，是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。采用电子开关取代机械开关，在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压。这样，由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低，由于操作引起设备（包括断路器本身）的损坏也可大大减少。

2、故障电流限制技术

由于云计算数据中心的规模，数据中心的用电电流是很大的，短路电流也呈日益增大的趋势，如果不采取有效的抑制短路电流的措施，一旦发生短路故障，开关及用户设备将是无法承受的。随着电力电子技术、超导技术等的发展，限制短路电流已成为可能，这就依赖于故障电流限制器（FaultCurrentLimiter,FCL）的研制和开发。国外对超导FCL和电力电子FLC研究较多，这可以在云计算数据中心中借鉴和应用。

3、主动配电网技术

未来“主动配电网”可能采取类似英特网的形式，即分布式决策和双向潮流。在遍布全系统的所有节点上都将有控制设备。主动配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行。要达到这一要求，控制水平要远高于配电网的水平。这包括潮流评估、有竞争力的电压控制和保护技术，以及比配电网拥有更多的传感器和自动装置的新型通信控制系统等，实现云计算数据中心供电系统的主动预警，负载均衡和三相平衡等。

4、储能技术

储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

储能技术可用于云计算数据中心的应急供电状况，以及充分利用当地的峰谷电价差。现有的电能存储方式主要可分为机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能等。超导储能由于超导体电流大，能量密度高，存取快速，可作为理想的电磁能储藏器，超导材料临界温度低一直是超导储能应用的限制因素，直接冷却超导储能（HTc-SMES）的研究受到了美日等国的高度重视，但绝大部分超导储能装置为低温超导储能系统。

智能电网新型用电技术的应用

在智能电网的框架下，需要新型用电技术提高电力需求弹性，提升电力需求侧管理的智能化水平，帮助电力用户与智能电网进行互动，实现云计算数据中心更加方便、高效、经济、环保的管理用电。

1、先进传感器技术

未来的数据中心传感器将更加智能化，功能将逐步融合。风、火、水、电、气、温度、湿度、烟雾、二氧化碳等都是传感器的采集对象。传感器不仅可以分析和提取数据中心环境的特征数据，而且可以和特定的数据管理分析系统进行信息交互，可以对数据中心的日常数据、整体效能和环境指数提供整体分析和科学评估。

2、先进用电监控技术

用电监控技术分为两个层面：用电监测技术和用电控制技术。新型用电监测技术对用户的电力消费信息进行动态的准实时监测，帮助用户了解自身的详细用电信息，以指导用户优化系统的用电行为。新型用电控制技术在信息获取的基础上，结合用户的用电需要，对整个数据中心用电系统进行自动控制，实现电能更合理的分配。

智能电网环境中的物联网技术应用

目前，物联网在智能电网中的每个环节都有应用，协助实现了对电网的智能控制和优化配置，提高电力规划的管理能力。

第一：发电环节。对常规能源发电的机组的运行情况、设备之间的互动以及各种参数指标实行实时监控，对风力、太阳能发电进行电机组的稳态特性和动态特性进行稳定性分析预测，实现发电环节的自动、稳定和高效。

第二：输送环节。运用物联网在每个节点上的监控能力，对整个输送线路上的导线温度、线路电容、绝缘子污秽以及线路风振进行全程监测，并作出评估和诊断。由于智能电网具有自愈的特性，对发现破坏或者不正常的情况进行自我治愈，对用户实现连续供电。

第三：变电环节。将物联网应用到智能电网后，可以通过物联网中的传感器对重要变电设备进行检测，并将数据传送到管理终端，实现对整个变电站的实时检修，对周围的安全进行防护，更好地提高变电环节的可靠性和智能化水平。

第四：配电环节。由于我国国土广阔，所以配电规模和配电设备数量都十分巨大。物联网可靠传递特性恰好可以针对这一情况实现配电网络中的配电现场作业、配电网络设备以及运行状态信息的有效传递并进行安全防护，避免大规模人力、物力的投入。

第五：用电环节。物联网技术与门禁系统、防盗防火系统以及有情境控制的结合，实现了电网与用户的双向互动。革新电力服务的传统模式为用户提供更加优质、便捷的服务，提高了人民生活质量。2100433B

“坚强智能电网”以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。因此，“坚强”和“智能”是坚强智能电网的基本内涵。只有形成坚强网架结构，构建“坚强”的基础，实现信息化、数字化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用。特高压就为发展智能电网提供了坚实的基础。我们提出的目标是加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网。我们将要建设的坚强智能电网，是一个坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。在这个目标的指导下，国家电网将按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则，加快建设由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流构成的特高压骨干网架，在实现各级电网协调发展的同时，围绕发电、输电、变电、配电、用电、调度等主要环节和信息化建设等方面，分阶段推进“坚强智能电网”发展。到2020年，将全面建成统一的“坚强智能电网”，使电网的资源配置能力、安全稳定水平、以及电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高，使“坚强智能电网”在服务经济社会发展中发挥更加重要的作用。2100433B

《区域智能电网技术》紧随靠前发展动向，反映了当今在工程研制中的很新研究成果，图文数据、技术方法经得起推敲和检验，对智能电网一线科研和工程人员具有直接指导作用，能积极推进我国智能电网技术的发展，以及与靠前接轨，具有很高的学术及应用价值。能为智能电网专业的发展，进而对全社会节能减排和可持续发展起到积极作用。