智能电网技术在电力工程中的应用及发展趋势

摘要：随着能源结构转型与数字技术革命的深度融合，智能电网技术成为电力系统发展的核心方向。本文从智能电网的关键技术体系出发，分析其在电力工程中的典型应用场景，基于全球能源互联网发展趋势，探讨未来技术演进方向。研究表明，智能电网通过信息物理融合、分布式能源管理及需求侧响应优化，正在重构电力系统的运行范式。

关键词：智能电网；电力工程；应用；发展

引言：全球气候变化与能源安全压力推动电力系统向清洁化、智能化方向转型。传统电网在应对高比例可再生能源接入、用户侧双向互动需求时面临技术瓶颈。智能电网（Smart Grid）通过集成先进传感、通信、计算与控制技术，构建具有自愈性、互动性和优化能力的电力网络，成为电力工程领域的技术制高点。国际能源署（IEA）预测，到2030年全球智能电网投资将占电力基础设施总投资的40%以上[1]。

一、智能电网关键技术体系

（一） 高级量测体系（AMI）

智能仪表与实时通讯技术是智能电网“感知神经”的核心。电力系统通过装设于用户侧的智能仪表，实现对电力系统的电能质量（如电量、电压、电流等）的实时采集，并与用户建立双向通讯。比如，家庭电表每隔几分钟自动上传用电信息，供电公司可据此调整供电策略，该方法有效地解决了传统手工抄表效率低下、数据滞后等问题，使电网运行更加透明，反应更加迅速。

（二）分布式能源集成技术

为了满足太阳能和风能等分布式能源大规模接入的需求，电网必须具有柔性并网的能力。这种方法可以分为两个部分：一是采用智能控制器对新能源电站的出力进行调整，以防止电网电压的波动；二是将分布式电源如屋顶光伏和小型风机接入到微网中，组成“虚拟电站”，实现对电网的统一调度。比如，在小区中安装太阳能电池，利用这种技术，可以实现日电量过剩和晚上电量峰值之间的矛盾[2]。

（三） 储能系统协同控制技术

储能设备如同“充电宝”将过剩的电能储存起来，然后在必要的时候将其释放出来。其中，如何利用智能算法来实现对各类储能装置的充电和放电行为的协调控制是其核心问题。比如，在风电功率急剧上升的时候，该系统会命令电池迅速存储电力，避免电力网络超负荷运行；在用电峰值到来的时候，能量存储装置可以再次释放能量，补充电量。当前，由于价格的不断降低，锂离子电池逐渐占据了主导地位[3]。

二、智能电网在电力工程中的典型应用

（一）输电环节优化

输电网络如同电力的“高速公路”，智能电网技术通过两大核心手段提升其效率：（1）柔性直流输电：传统输电线路只能单向传输固定功率的电流，柔性直流技术能灵活调节电流方向和大小，特别适合远距离输送风电、光伏等波动性强的清洁能源。例如，中国张北的±500kV工程，通过该技术将风电、光伏和储能设备“打包”输送，输电损耗降低40%，相当于每年节省3亿度电。（2）动态增容：传统输电线路容量设计保守，实际温度变化下存在20%-30%的容量潜力。通过在输电线路上安装光纤传感器，实时监测电线温度和环境风速，动态调整最大输电能力。英国已应用该技术，让老旧的输电线路“焕发新生”，承载能力提升20%，相当于少建300公里新线路[4]。

（二）配电自动化升级

配电网络是电力送达用户的“最后一公里”，智能电网技术使其更可靠：（1）自愈型配电网：传统电网故障后需人工排查，停电往往持续数小时。自愈系统如同“电网免疫系统”，通过智能开关和传感器，能在0.1秒内定位故障点，自动隔离问题区段并恢复供电。新加坡的案例显示，用户平均停电时间从15分钟缩短到3分钟以内，保障医院、数据中心等关键场所不断电。（2）智能配电终端：在电线杆、配电房安装带边缘计算功能的终端设备，实现电能质量监测、电压调节的本地化处理。过去需要上传到控制中心的数据，现在现场就能分析决策，响应速度从分钟级提升到毫秒级，有效解决电压不稳导致的工厂设备宕机问题。

（三）用户侧服务创新

智能电网让用户从“被动用电”转向“主动参与”：（1）虚拟电厂（VPP）：将分散的屋顶光伏、储能电池、工厂备用发电机等资源，通过物联网整合成“虚拟电厂”。江苏镇江项目聚合156MW分布式资源，在电网负荷高峰时等效于一座中型火电厂出力，参与调峰服务获得收益，用户每年增收超200万元。（2）车网互动（V2G）：电动汽车不仅是耗电设备，还能变身“移动充电宝”。加州试验中，1000辆电动车的电池在电网低谷时充电、高峰时反向放电，提供相当于一座小型水电站的调频能力。车主通过向电网“卖电”，每月可节省30%充电费用。

三、智能电网发展趋势

（一）全维度数字化：从“信息孤岛”到“万物互联”

未来的电网将像智能手机一样高度互联。通过5G技术实现设备间毫秒级通信，让变电站、电表、甚至家庭空调的数据实时流动；量子加密技术为这些数据加上“无法破解的锁”，解决黑客攻击风险；区块链则像“公共账本”，确保发电厂、电网公司、用户之间的交易透明可信。例如，欧洲正在建设“数字电网2030”，要求输电关键节点数据延迟必须小于一次眨眼的时间（10毫秒），让不同系统之间的数据像朋友圈一样实时共享。

（二）人工智能深度赋能：电网装上“最强大脑”

AI技术正从三方面改变电网：（1）设备运维：变压器上的传感器收集温度、振动等数据，AI模型（类似ChatGPT的底层逻辑）能提前两周预测故障，准确率超过90%，检修从“坏了再修”变成“预测性维护”；（2）调度决策：电网调度员过去靠经验判断何时启动备用电源，现在AI通过分析天气、电价、用户习惯等数据，自动生成最优调度方案。美国某区域电网使用该技术后，每天节省的调度成本足够给一个小镇供电；（3）灾害应对：遭遇台风或山火时，AI能模拟灾害影响范围，自动切断高风险线路并转移负荷，将抢修效率提升3倍以上。

（三）能源互联网跨界融合：打破行业“次元壁”

未来的电网不再是单纯的输电网络，而是水、电、气、热等多种能源的“调度中心”。丹麦一座小岛上的示范项目，把风力发电机、太阳能板、储氢罐和沼气池连接成网：白天风电过剩时，多余电力用来电解水制氢；夜晚无风时则燃烧氢气发电，同时收集发电产生的热量给居民供暖。这种“多能互补”模式让能源利用率从40%提升到75%，相当于每年少烧2万吨煤。

（四） 低碳化发展加速：给每度电贴上“碳标签”

为实现“双碳”目标，电网开始追踪每一度电的“碳足迹”。新技术能像快递查询一样，实时显示电力的碳排放来源——比如某企业使用的电力中，30%来自风电（零碳）、50%来自煤电（高碳）。中国已要求新建光伏电站安装碳计量模块，未来企业采购电力时，可优先选择低碳电源，倒逼火电厂加速清洁化改造。

结语：

智能电网技术正在重塑电力工程的价值链与生态系统。未来，由于数字孪生、人工智能与能源材料的不断突破，智能电网将向全息感知、自主决策、全域协同方向演进，为实现碳中和目标提供核心基础设施支撑。

参考文献：

[1]孔德育. 电力工程技术在智能电网建设中的应用研究[J]. 科技资讯， 2025， 23 （01）： 76-78.

[2]华志坚. 智能电网技术在电力系统中的应用与发展趋势[J]. 农机使用与维修， 2024， （10）： 41-44.

[3]孔菁， 李广凯， 王庆红， 王琦. 智能电网技术在电力系统规划中的应用与发展趋势[J]. 科技创新与应用， 2018， （27）： 42+46.

[4]程国庆. 探究电力工程技术在智能电网建设中的应用与发展[J]. 通讯世界， 2013， （23）： 135-136.