电能质量与智能电网

1、电能质量与智能电网电力电子与新能源研究中心卓放2010.05.25主要内容1.背景2.电能质量电能质量问题及相关标准常见电能质量控制方法3.智能电网智能电网的发展及意义智能电网的主要技术组成智能电网的特点4. 智能电网建设与电能质量提高5. 结语背景-系统危机每年美国不可靠的电力所造成的损失多于1000亿美元. 相当于花一美元买电,同时还得付出30美分的停电损失。(Galvin Electricity Initiative, 2005仅扰动和断电(即,不计大停电每年的损失就达790亿美元。(LBNL, 2004少卖电的损失一年可达1.35亿美元。(Primen, 2004背景将来目前特征电网的

2、智能化同资产管理软件深度集成很少计及资产管理优化具有快速恢复能力防止断电,减少影响对恐怖袭击和自然灾害脆弱扰动发生时保护资产(保护跳闸抵御攻击自愈智能电网是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变的解决方案未来智能电网和目前电网功能比较2. 电能质量理想的电网供电频率恒定;电压幅值大小恒定;电压波形为正弦,无畸变;三相平衡2.1 电能质量问题及相关标准电能质量的定义(尚无公认的定义IEC(1000-2-2/4标准:供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性IEEE Std. 1100-1999:满足电子装置的运行条件,并能够以一种与主布线系统及其它相关装置相协调的方式

3、驱动、保护电子装置Dugan R C, etc. Electrical power systems quality. McGraw-Hill,1996:任何明显引起电压、电流或频率偏移并由此导致用户装置故障或误动作的电能问题一种简洁的定义:电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差2.1 电能质量问题及相关标准电压和频率的偏差过电压(overvoltage、欠电压(undervoltage频率偏差(frequencydeviation电压和电流波形问题电压中断(interruption, outage:2.1 电能质量问题及相关标准国家标准供电电压允许偏差(GB12325-1990电压允

4、许波动和闪变(GB12326-2000公用电网谐波(GB/T14549-1993三相电压允许不平衡度(GB/T15543-1995电力系统频率允许偏差(GB/T15945-1995暂态过电压和瞬态过电压(GB/T18481-20012.1 电能质量问题及相关标准国际标准变限值1000-3 包括发射限值、抗扰限值杂项1000-6欧洲电工标准化委员会(ENELEC2.2 常见电能质量控制方法电能质量问题相关的研究方向电能质量问题的监测电能质量控制措施解决矛盾的两个方面提高发电、输电、配电系统的电能质量提高用户终端设备容许干扰的能力提高电能质量,应该是用户、电力部门、电气设备制造商三方面共同的责任。

5、2.2 常见电能质量控制方法用户设备改造电力系统中的有功功率与无功功率电力系统中有功功率与频率的关系有功功率平衡:电力系统内所有电源输出的有功功率=所有负荷消耗的有功功率以及输配电网损耗的有功功率有功功率不平衡时,如有功功率电源不足或负荷增大时,会引起频率下降,反之频率会升高电力系统中无功功率与电压的关系2.2 常见电能质量控制方法i j j jPR QX PX QR U U j U U +=+&i j j j QX PX U U j U U +&cos sin i i i U U jU =+&sin cos i j i j j U U P X U U Q U X RX l 为线路两端电压的相

6、位角差,通常较小,可认为cos 1l 无功功率大小与线路两端电压有效值的差成正比2.2 常见电能质量控制方法用户端电能质量控制技术无功功率补偿稳定电压抑制电压波动和闪变谐波抑制解决电压、电流波形畸变问题动态电压恢复2.2 常见电能质量控制方法联电容器静止无功补偿装置(SVC饱和电抗器3.1智能电网的发展及意义智能电网是以物理电网为基础,将现代先进的电力电子技术、传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网是未来能源系统的重要平台,未来电力系统的发电、输配电和用电建立在智能电网之上,以更高的效率传输和管理电能,同时将分布式电源系统,包括风电、

7、小水电、太阳能屋顶等无缝接入电网。3.1智能电网的发展及意义1. 充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的,实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。3.1 发展智能电网的重要意义2. 智能电网的概念已涵盖了提高电网科技含量、提高能源综合利用效率、提高电网供电可靠性、促进节能减排、促进新能源的利用、促进资源优化配置等内容;3. 是一项社会联动的系统工程,最终实现电网效益和社会效益最大化,代表着未来电力系统发展的方向和社会的进步。3.1 发展智能电网的重要意义4. 智能电网及其装备的发展融合了

8、电子信息、新材料、新能源、工业控制、电力互联网等诸多高科技领域的尖端技术,实现这些技术在此平台上的融合。5. 智能电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济,是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成,也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成,对于推动新技术革命具有直接的综合效果。3.2 智能电网的主要技术组成n简单讲4个A,即AMI、ADO、ATO 、AAM n AMI: 高级计量体系(Advanced Metering Infrastructuren ADO:高级配电运行n ATO:高级输电运行n AAM:高级资产管理n4环节均衡行为和效率最

9、高;n目前4环节配电和用户间的互动相对弱,尤其缺少可视化和控制;n信息和通讯技术的发展使得实现AMI和ADO变为可能。 1. 高级计量体系AMI企业通信高效建筑系统动态系统控制可再生PV控制接口即插混合动力用户便携&建筑EMS先进电表配电运行数据管理配电&储能智能终端设备 3.3 智能电网的特点1自愈和自适应实时掌控电网运行状态,及时发现、快速诊断和消除故障隐患;在尽量少的人工干预下,快速隔离故障、自我恢复,避免大面积停电的发生。2安全可靠更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应。在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。3.3 智能电网的特点3经济高效优化资源

10、配置,提高设备传输容量和利用率;在不同区域间进行及时调度,平衡电力供应缺口;支持电力市场竞争的要求,实行动态的浮动电价制度,实现整个电力系统优化运行。4兼容性既能适应大电源的集中接入,也支持分布式发电方式友好接入以及可再生能源的大规模应用,满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。3.3 智能电网的特点5与用户友好互动实现与客户的智能互动以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户需求。系统运行与批发、零售电力市场实现无缝衔接;通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理,从而提升电力系统的安全运行水平。3.3 智能电网的特点近年来智能电网的研究现状和研究动态(1智能电网的规划。随着智能电网概

11、念的提出以及分布式电源的快速发展,电网规划的研究已从传统以可靠性和经济性为目标的电网规划向考虑随机电源影响,网络运行灵活性与安全性方面发展。新的满足智能电网要求的电网规划模型、快速的优化计算方法和电网规划评估方法是解决智能电网规划的关键技术。4. 智能化电网建设与电能质量提高智能电网的运行、控制与保护。在智能电网条件下,海量的共享运行信息、新型的控制手段为保障电网运行可靠、安全提供了新的技术支撑。围绕这方面的课题,学者们开展了基于WAMS、PMU和Multi-Agent等新技术的研究。在保护和控制方面,学者和制造厂家在故障分量保护、自适应保护、暂态量保护、参数识别原理保护等方面开展了深入细致的研究。智能电网中数字化变电站技术和电子式传感器的应用,提供了获取电能输送系统真实完整信息的手段,研究新型的基于高线性光传感器的继电保护原理和控制技术是智能电网控制和保护面临的重大课题。4. 智能化电网建设与电能质量提高通过研究智能配电网控制理论和方法,实现电网自愈控制。研究分布式电源并入配电网运行控制与保护技术,优化