关于智能电网的一些思考与探讨
中国电机工程学会电力系统自动化专委会委员 顾锦汶
摘要:智能电网这个名称已成为电力科技界热议的一个话
题
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。本文结合见到的有关文章就只能电网的定义、智能电网与常规电网的差别叙述了自己的见解。
关键词:智能;电网
中图分类号:TM73
0 引言
最近智能电网这一词汇在国内电力工业部门和一些研究机构中成为一个热门话题,关注的人多,持不同意见的也多。不少文章对智能电网的定义、智能电网与常规电网的差别等提出了许多看法。本文结合这些议题,提出一些思考与探讨。本着百花齐放、百家争鸣的方针展开学术交流。
1 智能电网的定义和基本特征
至今没有见到权威的智能电网定义。中国有“顾名思义”的传统习惯。按这四个文字的本意应是:有智能的电网。
首先,什么是电网。在中国电力百科全书上有对电力系统的释义,它是“由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统,按
规定
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的技术和经济要求组成的一次能源转换为电能并输送和分配到用户的一个统一的系统” [1]。电网是电力系统中除了发电和用电以外的部分。一个电网的运行不可能离开发电和用电。扼要地说,电网是电能传输网络。其次,什么是智能,在中文里,智能的含义为智谋和才能[2、3]。这是人类所具有的智谋和能力。智能的近义词智慧是指对事物认识、辨析、判断处理和发明创造的能力,这种能力通常也称为智力[4]。英文intelligence智力的释义是“它体现了一个人通过经验进行学习的能力,对新环境的适应能力,理解和运用抽象概念的能力和运用已学到的知识改造他所处环境的能力” [5]。从这些对智能(智慧、智力)的释义中,可以理解到,它一是人类所具有的,二是具有主动性,三是具有创造能力。因此智能具有的基本特征应是具有自学习、自组织、自适应和创造能力。某些动物的嗅觉或视觉的灵敏度超过人类很多倍,但这只是它们的本能,因而还不能说该动物具有智能。有 部分生物学家认为某些动物,如大猩猩、海豚有低等智能。
根据以上所述,可以得出一个结论,电网是一个物理系统,是一个非生物系统,它不可能具有智能。要定义智能电网这个术语,就必须直面回答智能电网有还是没有智能这一不可回避的问题。有文章说:“以特征辅助甚至取代定义,已成为当前描述智能电网所普遍采用的一种方式” [6]。而且提出了信息化、自动化、互动化是智能电网的基本特征。
信息是指事物发出的消息、指令、数据、符号等所包含的内容。人通过获得识别自然界和社会的不同信息区别不同事物得以认识和改造世界[2]。“按物理学的概念,信息只不过是被一定方式排列起来的信号序列” [2]。各种信息,社会的、经济的、各种工业部门的等等,千姿百态的社会有其各色各样的信息。信息可以在人与人之间传递,也可以在人与物之间,或者物与物之间传递。譬如大家知道的GDP、CPI、PPI、股市的信息可以反映经济运行状况。譬如在变电站,通过各种仪器仪表,人们认识和了解变电站的运行工况。电力系统中的一些设备和系统,如继电保护装置、同期装置、备用电源投入装置、调度自动化系统等,通过采集相关信息,经过
分析
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、处理和判断,对电网运行状况做出判断,并随之根据设定的规则做出决策并发出相应的信息。
信息技术是指对信息的采集、存储、传送、分析诸方面的研究和应用。信息化就是把信息技术普遍地加以应用至经济社会生活的各方面。当然对于电网而言,由于计算机、通信等技术和设备的应用程度比较普及,因而信息化程度比较高。由此可见,信息化并不是智能的特征,即使信息化程度很高,它也决不可能成为智能的特征。
在辞海中,自动化的释义是“采用能自动调节、检查、加工和控制的机器、设备进行生产作业以代替人工直接操作的措施”[4]。针对电力系统,它的含义是“应用各种具有自动检测、反馈、决策和控制功能和装置并通过信号、数据传输系统,对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、协调、调节和控制,以保证电力系统的供电质量和安全经济运行” [1]。
具有自动化功能的设备或系统,虽然具有一定的自动识别、分析、判断、决策并执行能力,但它都是在一定的技术条件下,按人预先设定的规则进行的。它并没有自学习、自组织、自适应能力,更没有创造能力,所以这些设备或系统只能称作自动装置或系统,而不能是具有智能的设备或系统。
互动是二个事物或几个事物间信息的交流、行为的相互作用或影响,这是普遍存在于自然界和社会的各个方面。互动的程度有弱有强,有直接和间接之分。就以电力系统为例,发电厂的调速器和励磁调节装置可以说就是发电厂和电网负荷间起互动作用的一种设备,负荷的需求与发电出力保持平衡也可以看作是一种互动。计算机的键盘、屏幕显示器就是人与计算机联系的设备。
在电力系统中,互动从来就存在。目前电网中已经存在大量用于互动的设备和系统。电源、电网和用户之间的互动,电网运行方式的调整,各类电源的接入与退出,以及负荷管理已经实现了互动。电网和用户的信息互动现在也已有,例如电话95598就是一种方式。只是随着时间的推移、社会的进步、科学技术的进步,互动的内容将不断地丰富和增加,互动的手段将不断的改进。但是互动也并非是智能的特征。
至于所谓互动化,即可能是指互动达到某种普遍化程度的意思。由于互动的内容、程度和手段是永远不断发展的,要说“化”也是无止境的。
总之,这所谓三个化它既不是电网特有的的特征。(电网的特征是电能传输),也不是智能的特征。具有这三个化的设备与系统可以有天然气供应系统、自来水系统、铁路系统、石化系统等等。从另一角度观察,智能及其有关的活动也不必一定具有这三个特征。例如,古代人类的智能及其活动,哪有什么自动化。即使现代人类的智能及其活动,也不是非要有这三个特征。一个数学家闭门推导数学定理,没有这三个特征,却有丰富的高度的智慧思维活动。
2 常规电网与所谓智能电网的区别
有文章把目前存在的电网称为常规电网。2020年要建成的电网称为智能电网,而且提出了智能电网有别于常规电网的五个主要特征,这一节就这五个主要特征叙述一些看法。
第一个区别特征是智能电网有“自愈”功能[6]。自愈的含义是:一个实体,其某一组成部分或全部受到了损害,不由外部加以干预,它能自动做出反应并自行修复。其最重要的关键词是自行修复。这里要强调以下几点,(1)仅有自动作出反应还不是自愈,实体受到损害时,仅仅感知到或测量到这种损害而没有修复,那就是没有愈合,因此不能称为自愈。(2)如果引起损害的损因消失后,实体并无损伤,也没有导致不可自行恢复的状态变化,这时就没有必要进行修复,因此这也就不称其为自愈。(3)这种修复必须是自行的,即由这个实体自己把受到损伤的那一部实体及其功能恢复到损害前的状态。观察自然界和人类社会,只有生物才有自愈功能。非生物是不可能有自愈功能的。电网中某一部分,例如变压器、线路等,损坏后必须维修后才能恢复功能。电网的某些功能恢复不是由于损伤被自愈,而是在设备的配置、功能的配置上采用了多重配置和备用。自愈与备用,两者的概念不能混淆。分布储能其实质就是对电网电能供应的一种备用。
由此可知,这一特征并不能把电网由非智能变为智能。
第二个区别特征是智能电网有“供需互动”[6]。这个功能在常规电网中已有实施。只是普及的程度将来会更广,提供的信息种类更多,上下通讯的方式有变化,供需双方交流更方便。尽管使用的技术会进步,但还是测量、计量、通信、显示、操作、控制等等。它并不会从非智能变成智能。用户主动参与电网管理和市场竞争,这要视各种不同的电力用户和电力市场的规则。大用户可以直接与电力供应商订立交易合同,参与的程度深一些。广大居民主要是按电价来考虑自己大容量电器的使用时间。目前大容量储水式热水器就是用了分时电价政策晚上加热,广大居民参与程度就很浅。这些互动,在常规电网中已有不同程度的应用。将来应用程度加深,也不会导致电网有智能。
第三个区别特征是智能电网推动“节能减排”[6]。电网要接入各种能源生产的电能,这是电网的基本功能。现在的常规电网就已经可以接入化石能火力发电、水力发电、核电、太阳能发电、风力发电、生物质发电、潮汐发电、地热发电等各种发电方式发出的电能。大规模风电场和太阳能发电的出现对于电网而言,主要应解决这种具有间歇性、随机性、波动性大的电能接入电网引起的电网运行问题,主要是调频、调峰和运行的安全稳定性问题。风力发电已有几十年历史,太阳能发电至少有十年历史,2009年前就有了,这都属于常规电网已有的。
第四个区别特征是智能电网有“协调与自适应控制”[6]。EMS/DMS,几十年前就有了,它随着电力技术的发展,以及电子、通信、计算机、测控等技术和相关设备的应用,也在不断的发展和进步。其中也包括了各EMS系统间的协调,集中控制和分布控制(包括继电保护/就地补偿/稳定补救装置)。这都是在2009年前就有的。技术的进步并未改变其实质。
第五个区别特征是智能电网可“资产优化管理”[6]。资产规划、生命周期优化管理也是常规电网中已采用的,有的已列入了国网公司新技术发展和成果推广目录中。先进技术的推广应用,在任何领域中都在进行,而且与日俱进。优化管理的方法和工具是数学规划、优化方法、计算机软件技术、网络技术等。可以说资产优化管理是这些常规技术、非智能的技术的综合应用。
这五个方面的技术、功能是常规电网中已使用的,随着科学技术进步,其功能会更完善。采用新的技术是正常的科技进步,电网也逐年有进步。但是不会因此把一个非智能电网,即常规电网变成有智能。
3 关于智能电网名称的来历
有人说,2000年前后,美国EPRI提出了“Intelligrid”概念。后来美国能源部有“Grid wise”,欧洲有“Smart grid”。这些英文名称中,只有Intelligrid可直译为智能电网。把在西方国家普遍采用的Smart grid译成智能电网是翻译错误。Smart这个词是形容词、副词;它的中文意译有许多,如:鲜明的、漂亮的、整洁的、新式的、时髦的、灵活的、聪明的、有创造力的、剧烈的、厉害的、相当的、可观的、滑头的、剧痛的,等等。它的本意是描述所形容事物的程度而并没有智能的意思。在形容一个人时,如果用聪明的、有创造力的,其含有智能之意是因为被形容的人有智能、智慧。在形容一件衣服时,就只能用清洁的、时髦的等等。也就是说,在一个非人的物体名称前加上smart译成“智能XX”是不对的。(郑健超同志在动力与电气工程师杂志上,把smart grid译为灵巧电网)。
我认为,在外国,怎样称呼电网是外国人自己的事。我们中国人用的是中文。重要的是在中文的用法上不要造成概念错误。既然中文里对智能已有明确含义,那就不能用不科学、不准确、不合中文含义的智能电网这一称呼。外国人用各种称呼是他们针对自己国家的国情,也由于他们自身的利益所求。不要以为洋人的话都是对的。他们出自商业利益或其他利益的炒作是经常有的。重要的是我们不要自己忽悠自己。
建国60年来,工业各部门、各行业,如电力工业、钢铁工业、军工工业、航天工业、化工工业、铁道、石化等等,在总的工业现代化的总口号下用发展规划、五年
计划
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等方式紧跟世界科技发展,立足国内实际,使这些部门和行业的建设和发展取得了长足的进步和巨大的成就。60年来,这些部门和行业的名称前并未冠以什么形容词或名词,它们也没有妨碍这些工业部门的建设和发展。如果要给电网二字前面加一个词,起个名称,我
建议
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用“现代电网”更合适,它的定义可以是:满足现代社会需求,采用现代技术和设备的电能传输网络。
像“电脑”和“机器人”一样。电脑的正式名称是计算机。计算机的功能和性能增长了千、万、亿倍,但还叫计算机,它不可能代替人脑,它也不可能有智能。电脑是计算机的别称,也可以说是俚语。被称为机器人的实物,实际上是比较灵巧的工具、设备,是物不是人。由于种种原因,这二个名称一直沿用至今。但是“电脑不是脑”、“机器人不是人”已是人们固有的概念了。如果这样,智能电网也和电脑、机器人一样,留在人们脑子里的概念是“智能电网无智能”。既然智能电网无智能,那有何必要称为智能电网呢?
4 结论
智能电网的名称是不科学、不准确的。常规电网中有许多功能现在都被称为智能电网的功能了。常规电网中许多自动化技术的发展并不因为一个电网的名称而有本质的区别。科学技术的发展有其自身的规律,它不以人们的主观意图可随意扭曲。未来电网是一个先进的、采用现代科学技术成就、满足现代社会发展要求的电网。现代电网名称比智能电网名称更全面地、与日俱进地推进电网的建设和发展。
参考文献
[1] 中国电力百科全书 中国电力出版社 第二版 2001年
[2] 汉语大词典 上海辞书出版社 1986年
[3] 辞源 商务印书馆 1980年
[4] 辞海 上海辞书出版社 1979年
[5] 不列颠百科全书 中国大百科全书出版社 2005年北京
[6] 王明俊,智能电网热点问题探讨【J】电网技术 2009 33(18:9-16)
作者简介: 顾锦汶,1963年初毕业于清华大学电机系,1963年至1972年在清华大学任教,1972至1994年在浙江大学任教,1994-2000年在国网电科院任职。长期从事电力系统及其自动化的教学和科研工作。中国电机工程学会电力系统自动化专委会委员。
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