随着经济发展，人们对电力数量和品质的要求越来越高。同时，在“双碳”政策的要求下，水电、风电、太阳能等清洁能源的利用变得十分重要。构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，成为推动清洁电力资源大范围优化配置、实现“双碳”目标的关键载体。与传统电力相比，清洁能源发电具有不稳定性，它的并网会对电网造成冲击，给电网的稳定运行带来前所未有的挑战。而随着大数据、人工智能、5G等信息技术的发展，传统电网升级换代，智能电网应运而生，成为建设新型电力系统的重要支撑。
智能电网就是电网的智能化，也被称为电网2.0，是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。简单来讲，相比于传统电网，智能电网就是让电网中本来该人做的事情，让机器和系统去做，让电网会说话、思考、实现自我调节和自愈功能。
我国智能电网建设可以分为三个阶段：2009年以前，主要是在技术和理论方面进行探索和研究，为后续的发展奠定基础。智能电网的概念在这个阶段逐渐形成，但具体的应用还比较有限。从2009年开始，进入基础建设阶段。我国正式启动智能电网计划，把智能电网作为国家重点发展的战略性新兴产业，主要进行了智能电表、远程抄表、自动化设备等基础设施的建设，初步实现了对电力系统的监控、调度和控制。2015年以来，智能电网进入了应用推广阶段。智能电网的应用范围不断扩大，包括智能配电、智能变压器、智能用电、智能储能等多个领域。同时，相关技术也得到了不断的创新和完善，如物联网、云计算、大数据分析等技术的应用，进一步提高了智能电网的效能和可靠性。经过十几年的发展，我国的智能电网建设取得了非常显著的进步，体现在发、输、变、配、用的各个环节。
在发电环节上，新能源有很强的不确定性，光照、风速都具有很强的波动性，间歇性明显，对于电网的稳定与平衡影响较大，那么智能电网是如何解决新能源入网不平衡的问题呢？电力系统是一个能量实时平衡的系统，在任意一个时刻发的电跟用的电基本是持平的。新能源的能量如何平衡的问题，是智能电网要解决的一个核心问题。因此协同电化学储能、抽水蓄能和火电形成合力，用可控的部分去补偿不可控的部分，是智慧电网的“聪明”之处。在全国各地有不同的方法，在西北地区，它是通过火电来平衡新能源，新能源少的时候，控制火电马上多发一点，新能源多的时候，控制火电少发一点；在西南地区，因为有大量的水电资源和天生具有储能和调节能力的大型水库，则是依靠水电厂的调节。同时，大数据支撑的智能电网，能结合日典型曲线和季节性曲线等工具，分析新能源发电侧的出力特性，从而匹配的发电量，共同保障电网稳定运行。
在输电环节上，由于我国能源主要集中在西部，主要负荷区域在东部，距离较远，需要“西电东输”，电力在长距离的传输过程中，经过每一个元件，都会发热，都要产生损耗。通过智能电网的特高压直流交流输电技术的不断优化控制，可以把整个电力系统传输能源的损耗降低。同时，智能电网变革了线路巡检方式，与传统电网人工巡检方式相比，智能电网依托输电线路状态监测技术和5G通信技术，能够准确掌握所有线路的运行情况并进行实时监控，降低维护成本，缩短维护周期，从而大幅度减少由于输电线路故障造成的损失，确保电网安全稳定运行。2020年，青岛5G智能电网一期工程正式建成，工作人员只需要通过电力塔干上的5G+4K超高清摄像头来监控输电线路和配电设施，就可以及时发现故障隐患，能节省80%的现场巡检和人力物力，借助5G的超低时延和超高可靠性，还能快速定位隔离和恢复电网线路故障，把停电时间从分钟级缩短到秒级甚至毫秒级。
电从发电端输送到用户手中，离不开智能化的调度系统和配网自动化技术。对于企业特别是高新企业来讲，因为产品制造的工艺非常精密，他们的高精尖设备对于电能质量要求非常高，特别是供电持续性和可靠性，如果电网输送的电能时不时发生一些突变或者脉冲，那么会对产品质量产生很大的影响。通常一个重要的用户，会有多路电源可以提供供电，当其中一路电源发生故障时，依靠智能电网的智能感知系统，就可以通过快速的检测，把故障在毫秒级进行隔离，并依靠调动系统自动切换到另外一路电源，从而保证供电，而用户基本上感受不到这个故障的过程。当电网遭受自然灾害或者重大冲击时，传统的电网可能会发生大停电或者电网的解列，智能电网能够自动地找到故障点，并有效地隔绝故障，对电网进行重构，以防电网发生大停电和崩塌。2021年7月21日，河南受强降雨大风天气影响，数个电力杆塔和导地线不堪重负，发生倒塔断线事故，数百条馈线故障跳闸，数万条告警信息，犹如暴风雨般引爆系统。此次灾害导致电力设施受损严重，但是智能电网自主有效地隔绝了受灾故障点与周边电网的连接，并没有导致大面积连锁断电、电网崩溃的情况，河南的电网主干网架一直运行稳定。在保证主网安全的前提下，电力人员对重点供电设施，进行24小时监测，及时采取措施积极抢修，短时间内恢复了居民的正常用电。
信息安全是智能电网面临的一个巨大挑战，信息化是实现智能化的基础，智能电网作为一个庞大的信息化系统，已经成了网络攻击的首要目标，逐渐成为遭受网络攻击的“重灾区”。2019年3月7日至3月9日，委内瑞拉电力系统连续三天遭到网络攻击，出现3次大范围停电事故，全国大部分州都受到了影响，此后两年内，委内瑞拉又先后遭遇3次全国范围的停电事故，地区供水和网络通信都受到了不同程度的影响。据国家工信安全中心统计，我国2022年公开披露的工业信息安全事件共312起，其中制造、能源领域成为网络攻击重点目标。电力行业是基础设施的关键组成部分，不仅关系到居民的日常生活，对于工业领域甚至国家安全都影响深远，因此加强电网安全建设与安全防护是智能电网建设过程中十分重要的一环。
电力系统是很复杂的一个系统，被称为人类目前为止建造的最复杂的工业系统。智能电网实际上是一个发展着的概念，而我们对它的运行机理和控制方法的认识仍有不足。特别是随着新技术和产品的出现，它必须不断兼容新的接入设备，比如风电、光伏、电动汽车等，而这些事物的特性各不相同，实际上显著地改变了电力系统原有的结构和运行方式，相关的理论和方法只有不断地进步，才能满足智能电网发展的需求。
未来，我国智能电网的发展仍将继续深入推进。随着人工智能、区块链、5G等技术的不断发展和应用，智能电网将实现更高水平的智能化、自动化和集约化，进一步提升供电质量和能源利用效率。同时，智能电网还将与电动汽车、分布式能源、能源互联网等领域进行深度融合，形成智慧能源生态系统，为实现可持续发展和能源革命作出积极贡献。
（作者单位：南瑞电力设计有限公司）
责任编辑：王昆鹏
