作者：张毅
客观地讲，智能电网和智慧城市是相互间不能完全包含的两大体系，但是在城市建设领域它们有很大的交集。在这个交集范围内，智能电网对智慧城市具有多方面的支撑作用。目前智能电网对智慧城市建设的支撑作用还有很大的提升空间．相比于传统电网的简单、单向供电服务，智能电网对智慧城市的支撑作用应该是全方位的、立体的、互动的和系统性的。全面梳理智能电网支撑智慧城市建设的关键技术框架，无论对于智慧城市建设，还是对于智能电网自身的发展都有重要意义。
本文在剖析智慧城市的内涵和特征基础上，挖掘智慧城市对智能电网的关键技术需求，系统地提出智能电网支撑智慧城市的关键技术框架，并分类对各项关键技术进行分析，以期对未来智慧城市建设提供参考。
1 智慧城市的内涵和特征
目前全球还没有城市实现完整意义上的智慧城市．也并没有形成完全统一的智慧城市的概念和理论模型，各研究机构、组织和企业也从不同的视角出发．依据不同的技术背景、所处的经济发展阶段，提出了不同的智慧城市概念。国际电工委员会(IEC)在其智慧城市的白皮书中给出的智慧城市是：信息通信技术(ICT)与城市传统基础设施结合，使众多系统集成为一个新系统，用以实现解决环境污染问题、方便城市管理者更高效管理城市以及向市民提供高质的生活、交通及其他系统，满足市民进行经济、文化、社会性等一系列活动需求的目标。英国标准协会( BritishStandard Institution, BSI)提出智慧城市是在城市层面通过捕捉整个城市的信息，并进行数据分析，达到对整个城市资源的实时监控。欧洲智慧城市理念以人为本，突出环境的可持续发展，实现经济的可持续增长，具有用户创新、开放创新、大众创新、协同创新的鲜明特点。国内学者也在智慧城市方面开展了广泛研究，比较有代表性的智慧城市理念是：借助物联网、互联网、云计算等新一代信息技术，以透彻感知、深度互联和智能应用为特征，强调物理空间和网络空间的交互及公众的广泛参与互动，使城市运转更高效便捷、
和谐宜居、绿色环保，进而实现社会、生态、经济可持续发展的城市形态。
不同区域城市的产业结构、信息化基础、发展阶段及面临的问题不同．所处的发展阶段及采取的发展路径、关注的领域也有所不同。虽然对于当前大多数智慧城市所处的发展阶段有各种看法，但纵观国内外智慧城市有关的理论研究以及建设实践，笔者认为智慧城市的核心愿景在于经济可持续、社会可持续、生态可持续，而其关键特征包括：(1)广泛覆盖的信息感知网络：(2)多种网络的深度互联：(3)各种资源体系协同共享；(4)海量信息的智能处理；(5)信息的充分开放应用；(6)城市发展低碳化、生态化；(7)宜居的绿色生活环境。
2智慧城市对智能电网的关键需求
列出了智能电网与智慧城市间的关系，认为智能电网与智慧城市形成供应与需求关
系，智能电网为智慧城市提供能源保障．是智慧城市建设的基础和重要驱动力。作为能源技术主要组成部分的智能电网，已经从传统电网的简单、单向供电服务，逐步向坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开发、友好互动的阶段发展。智慧城市对智能电网的需求也不再仅局限于单纯的供电服务，而呈现出如图1所示的更丰富、更深层次的要求。
(1)充足、可靠、经济、优质供电：智慧城市发展的基础有赖于稳定的能源供应，提供智慧城市发展的能源基础是智能电网的基本功能。随着国民经济和科学技术的发展，城市经济社会生活对充足、可靠、优质供电的要求也越来越高。同时电力成本也是影响城市经济发展的重要冈素。电力供应的稳定直接制约着城市经济的发展、社会的稳定。
(2)完备的电网信息感知网络：广泛覆盖的信息感知网络是智慧城市的基本特征．电网作为城市的一部分，也同样需要加强信息感知网络建设，对提升电力自动化水平、提高供电可靠性也有巨大的作用。
(3)电力信息资源的开发和利用：对电力技术的发展及智慧城市建设有巨大作用，这一点已成为广泛共识，还有巨大的提升空间。
(4)电力通信技术的深化应用：经过多年的建设，电力通信资源已经非常丰富，但目前还主要是在电力系统中得到应用。电力通信技术因其在路由资源上所具有的特殊优势，以及其自身特点，作为城市资源的重要组成部分，随着智慧城市建设对通信资源的强大需求，电力通信技术有很大的应用空间。
(5)发展环保电力技术：智慧城市建设对于生态可持续及城市发展低碳化、生态化的需求不断提升，电力作为城市中的重要组成部分．也不断面临着环保、节能的需求。对于配电网、城市变电站、电源建设、智能用电等电力各环节都有重要影响和需求。
(6)开发分布式和可再生能源技术：能源可持续是城市经济、社会、生态可持续的基础。新能源和可再生能源技术对于城市的可持续发展具有极其重要作用，智慧城市需要智能电网积极发展分布式和可再生能源技术．从而减少对传统化石能源的依赖。
(7)与其他社会应用系统的协同互动：智慧城市需要城市各个领域的应用系统间的协同互动,实现资源利用最大限度的集约化、自动化和智能化。电力系统也需要不断提高开放程度，实现与城市中其他领域应用系统的协同共享水平。
3关键技术框架
在综合智慧城市特征及其对智能电网关键需求，以及国内外智能电网研究和建设现状的基础上，提出了如图2所示的智能电网支撑智慧城市关键技术框架。
智能电网通过各类电力技术和应用，对智慧城市提供支撑，但是各项技术需要合理地组合，需要一定的理论支撑，需要相关政策体系、建设策略、商业模式、评价指标体系、技术标准体系的配合，才能在智慧城市的政务、经济、医疗、流动、环境、交通、人群、教育、居住、水务、家居、建筑、社区、公共交通等各业务系统中充分发挥支撑作用。
智能电网对智慧城市的支撑作用，可以分为2种基本的形式。一是直接提供支撑，为最终用户提供服务，如基本的供电服务、电动汽车充换电服务、分布式能源接入等；二是通过与智慧城市中其他各业务系统的交互，相互合作，共同提供服务，如智能电网在城市应急响应、多源信息综合互动服务、城市电力需求响应服务等业务中提供服务。
智慧城市中多业务系统的交互，是智慧城市建设的重要内容．也是智慧城市实现其绿色、智能、节约的可持续发展的基础。
4智能电网支撑智慧城市的关键技术
根据目前智慧城市对智能电网的关键需求，梳理出智能电网对智慧城市的关键支撑技术，包括：信息通信技术、分布式能源发电并网技术、绿色输变电工程技术、先进储能技术、主动配电网和微网技术、需求响应技术、电动汽车和电网互动技术、智能用电和用户用能行为分析技术、智能电网业务互动技术、城市能源互联网技术等。智能电网技术对智慧城市关键需求的响应如图3所示。
4.1 信息通信技术
信息通信支撑技术是实现智能电网与智慧城市业务互动的底层基础设施，不仅包括目前已在智慧城市中越来越引起重视的4G通信、物联网、移动互联网、 “互联网+”等社会公共信息通信技术，也包括电力大数据、电力光纤通信等电力行业特有的电力信息和通信技术。
4.1.1 电力大数据技术
电力大数据来自电力生产和使用的各环节，与智能电网、智慧城市紧密相连，是未来电力发展的重要资源。电力大数据以体量大、类型多、价值高、处理速度快、准确性高为显著特点，包含数据分析、数据管理、数据处理、数据可视化等关键技术。电力大数据与人们生产生活数据、政府企业等多行业数据相结合，将激发更多更大的价值增值潜力，实现电力大数据价值在电网外部的延伸和发展。在山东德州高铁新区智能电网综合建设工程、山东青岛中德生态园智能电网项目巾已经初步开展了电力大数据挖掘平台的应用探索。
4.1.2 电网感知网络和信息化建设
智能感知技术包括数据感知、采集、传输、处理、服务等技术。城市电力感知网络以电力综合通信网和电力调度数据网等电力通信网络建设为基础，主要包括软交换、SDN（软件定义网络）、流媒体、可视化等各类信息通信技术在城市电网中的应用，电网内部及其与城市中其他业务系统的一体化平台研究和应用，以及所涉及的电力资产全寿命、能量全过程业务和应用系统等。
智慧城市的建设也非常重视信息化建设，启动了数据中心、云计算模式等新型信息化应用。应该加强电网信息化成果在系统外的应用，加强与智慧城市其他业务部门信息化系统的互联互通，提高自动化和智能化水平。
4.1.3 电力信息安全支撑技术
电网的信息安全是电网安全运行的基础，也是城市正常运转的基础。在智慧城市中，由于开放性、互动性的要求，电力信息安全问题更加重要。其主要内容包括城市电网信息安全主动防御体系、信息安全运行控制与治理体系、大规模的信息安全监测与预警技术、智能电网安全接入平台、智能移动安全终端及相关的安全标准规范等。
4.1.4 电力通信资源的社会化使用
为推进电力光纤到户研究和应用．助力智能电网建设，服务电信网、广播电视网和互联网“三网融合”，电力通信资源和技术的社会化使用主要包括光纤复合低压电缆光电分离技术、电力光纤到户网络统一承载多业务技术、光纤复合低压电缆及其配套设备、电力光纤到户标准化建设及商业运营模式设计等。
4.2分布式能源发电并网技术
未来智慧城市对生态环境越来越重视，随着国家分布式能源政策的引导．分布式能源在城市中的渗透率将会逐步提高．是实现智慧城市绿色发展的关键。在建立统一、规范的相关技术标准和体系前提下．完善分布式能源并网技术，大力提高电力电子技术应用水平。在分布式能源渗透率逐步提高的情况下，不断提高相关的负荷预测、运行控制技术水平。根据各种电源的性质以及当地具体情况．科学选择集中接人中压配电网或者分散接入低压配电网等方式，做到因地制宜、灵活接入。开发适应分布式能源渗透率逐步提高的新型调度技术，克服分布式能源波动性、随机性、反调峰特性在累积作用下对调度造成的重要影响。解决分布式能源大规模接入所带来的电能质量、与微电网系统的协同、与储能系统的配合等新的
技术问题。
4.3绿色输变电工程技术
城区绿色输电技术．从紧凑型输电、地下输电、新型输电线路、动态增容等方面节省占地、提高工程经济性，从噪声污染、电磁影响、无线电干扰等方面提高环保程度，不断满足城市注重美观、节约土地、注重环保的需求。
随着城市规模的扩大，智慧城市在环保、稳定可靠、高效等方面对变电站的要求越来越高。智能变电站作为支撑智能电网变电环节的关键,经历了一系列的技术研究、产品研发、标准制定、工程建设、检测调试和运行维护等工作。到2014年年底,国家电网公司已有1 000多座智能变电站以及6座新一代智能变电站试点工程建成投运．为国内智能变电站技术的推广应用及建设经验的积累奠定了坚实的基础。目前，已初步实现了“系统高度集成、结构布局合理、技术装备先进、经济节能环保”的目标。
4.4 先进储能技术
储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超级电容器储能、超导磁储能、储热／冷以及铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池等各类电池储能技术。储能技术的应用包括在城市电网中保障电能质量．调节控制电网频率．节约剩余电能，为用户提供不间断电源供应和用电电压支撑等。同时储能技术在城市分布式能源系统、微电网和配电网、电动汽车发展中也有广阔的应用空间。将电能存储并回馈到电网已成为共识,把电能转化成氢能的储能方式也已引起关注。随着电生氢技术的逐渐实用化，可以推动氢能源在智慧城市、智慧社区的规模化应用．有效促进能源互联网的多源协同发展。
4.5主动配电网和微电网技术
主动配电网和微电网技术主要包括新能源高渗透率情况下的综合规划技术、分层分布协调控制技术、新的潮流特性下的配电网保护技术、全局优化能量管理技术以及多目标经济性评估等，将成为未来城市能源互联网的核心载体。主动配电网技术把单纯的“配电系统”转化成为一个“电力交换系统”用以解决高渗透率的分布式电源的接入，支持负荷连续转移，实现负载均衡，提高供电可靠性、配送能力和设备利用率。主动配电网与微电网具有协同运行作用，微电网作为柔性负荷．有利于主动配电网利用微电网中的储能设备消纳新能源。
4.6 需求响应技术
需求响应是智能电网框架下重要的互动资源，通过价格信号或激励机制引导用户做出响应进而调整用电方式．可以灵活部署，快速响应系统要求。需求响应改变了传统的发电跟踪负荷变化的运行模式．将大量用电负荷的响应行为作为系统运行备用以平抑功率波动，可有效解决或减轻系统备用短缺、输配电能力不足等问题，从而提高供电可靠性，提高电网设备资产的使用效率和寿命．同时增强电力负荷响应的灵活性及电网与用户间的互动性。需求响应作为一种虚拟的绿色电厂，对于智慧城市绿色、可持续发展有重要意义。
4.7 电动汽车与电网互动技术
电动汽车作为可控型负荷和支持电网运行的分布式储能资源技术已引起学术界和产业界的关注．可以在不同的地点和层面对电力系统提供支持．是城市智慧交通发展的要求，特别是在城市区域中，将获得优先发展。同时，城市电动汽车的发展反过来也会给电网带来显著影响。大量的电动汽车的充换电活动会给电网运行特别是配用电网络，带来新的问题和挑战。
4.8 智能用电及用户用能行为分析技术
智能用电是综合利用高级量测、实时通信、负荷协调控制和需求侧响应等技术，形成电网与用户“三流合一”（电力流、信息流、业务流）的实时互动的新型供用电关系。智能用电的基础是用电信息采集系统。城市智能用电技术包括智能量测和用电信息采集技术、双向互动运行模式及支撑技术、管理和服务平台、用能评测与管理、智能家居、用电系统节能技术、大数据分析及应用以及相关的标准、系统与终端等。
用户用能行为分析技术是指以智能电表汇聚的海量用户信息为基础，采用大数据分析技术，分析用户用能行为监测数据，建立用户用能行为分析模型，能够挖掘用户用电量与煤、气、油等其他能源间此消彼长的耦合信息，使能源企业针对用户的行为习惯制定出更加有效的营销策略和调控方案．进而调动用户调整用能方式的积极性，使用户参与在能源市场中发挥越来越重要的作用。
4.9 智能电网业务互动技术
友好互动是智能电网的基本内涵之一，同时协同互动也是智慧城市的基本特征和要求。
智能电网、业务互动要求智能电网与包括最终用户在内的城市中其他各个业务系统实现互动，主要技术包括信息和通信支撑技术、互动业务系统框架、业务流设计、相关通信和应用接口标准规范等．其中互动业务系统框架指实现智能电网与智慧城市业务互动的系统体系框架，主要面对城市巾各业务系统条块分割的现状，如何在系统架构层次实现智能电网与智慧城市的业务互动，而业务流设计和相关通信、应用接口标准，则是智能电网与智慧城市互动业务的具体技术实现。
4.10城市能源互联网
目前国家电网公司已经提出了全球能源互联网的建设目标和构想，以特高压电网为骨干网架（通道）、以输送清洁能源为主、全球互联的坚强智能电网，实现清洁替代和电能替代。能源互联网是能源技术与互联网信息技术相结合的产物，是国家明确的“互联网+”的11个重点行动领域之一。能源互联网的研究已引起了国内外众多研究机构的重视。甚至有观点认为未来的智能电网就是能源互联网。城市能源互联网的发展必将促进高渗透率可再生能源发展，满足未来构建可持续能源供应体系的需要，适应分布式电源、电动汽车的发展，推动智慧能源产业升级的需要。
5结语
智能电网是智慧城市的重要基础和客观需要，智慧城市的发展为智能电网建设营造了良好的外部环境，二者相互促进，共同发展。本文从智慧城市的内涵、特征和对智能电网的关键需求分析出发，给出了一个智能电网支撑智慧城市建设的关键技术框架，并具体分类梳理了相关智能电网支撑技术。后续，还需要进一步细化考虑智慧城市不同发展阶段，智能电网相关支撑技术的具体作用、期望和应用方案。
6摘要：智能电网对智慧城市建设具有强大的支撑潜力。阐述了智慧城市的内涵与特征，及其对智能电网的关键需求。通过梳理二者的关系认为智能电网是智慧城市的重要组成部分，以智能电网为基础构建智慧城市是智慧城市发展的重要途径。在智能电网建设中，需要深化应用信息通信类技术、分布式能源发电并网技术、绿色输变电工程技术、先进储能技术、主动配电网和微网技术、需求响应技术、电动汽车与电网互动技术、智能用电及用户用能行为分析技术、智能电网业务互动技术城市能源互联网等关键技术，使智能电网为智慧城市的发展提供强大的支撑。
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