美国智能电网相关技术

1、美国智能电网相关技术2009-7-2213:05:04信息来源：浏览次数：129电网运行与管理实时监测一传感器遍布电网，从发电机、线路到变电站和馈线。实时信息使多种功能都成为可能，包括电网问题的快速诊断和修正，确定输电线路何时达到容量上限的测量。缺少这些信息则意味着输电网运行人员无法充分利用线路，以确保其不会过负荷。实时读取则允许对输电线路更充分的利用，从而改善电网可靠性和经济性。快速仿真与建模一FSM,即快速仿真与建模，其目的是为自愈”的电网提供数学上的支撑，使电网对将要发生的扰动具有一定的预见与反应能力，从而不断调整其状态。具体来说，FSM旨在开发一套开放的软件平台，使电网对扰动有一定的预

2、见及自动响应能力；向系统运行人员提供精确的实时状态估计以辅助其作出决策；使电网运行人员能够根据历史数据与实时数据进行正确的预测和操作。FSM可进一步分为TFSM（TransmissionFSM）与DFSM（DistributionFSM）,即输电系统的FSM和配电系统的FSM。TFSM在2004年2月开始由一个研发团队承担并签署了相关的合约，该团队由来自TVA、HP公司和华盛顿大学等机构的专家组成，由ABB公司领导。该团队目前已经建立了TFSM的功能需求，并已经开发出一套计算机架构以支持这一系统。DFSM在2004年9月开始由另一个团队承担并签署了相关合约，该团队由纽约联合爱迪生公司和法国ED

3、F的专家组成。该团队目前已经建立了DFSM的功能需求，并为关键功能设计了UML（统一建模语言）模块。输电/配电自动化一自动化给予电网管理者遥控运行电网的能力，而以前运行人员只能在变电站或馈线现场对设施进行手动操作。自动化能够对电网状态作出更快的调整，有助于避免电网停电和快速恢复。一些电网研究人员预计，自动化电网更加灵活，能够在故障期间将电力输送至对可靠性具有绝对要求的用户中（如医院）。自动化变电站具有传统变电站缺少的能力，将新的智能信息技术和控制技术连接起来。输电/配电自动化是自愈电网”的基础，其实施依赖于电力系统实时监测和快速仿真计算技术的发展。需求响应一发电侧到用户的双向通信使电网能够根据

4、状态灵活调整电力。与传统电力公司必须满足所有需求的系统相比，当电网处于较大压力下时，用户切断用电需求以获得奖励。用户可以通过减少电能消费和使用分布式电源来降低用电需求。需求响应通过减少高峰时期对昂贵电力的需求以及减少线路投资来控制电力企业成本，其中后者是电网最为昂贵的投资，因为这些设施的利用率往往很低。需求响应还有助于防止发生停电和拉限电。需求响应包括智能电器对电压、频率下降的响应技术、混合动力车、燃料电池及其他分布式能源也可以有效的对电网需求进行响应。集成通信技术一宽带通信网，包括电缆、光纤、电力线载波和无线通信，在智能电网中扮演了重要的角色。通信网络在智能装置之间传递信息使其能够根据电网状

5、态作出响应，向电网提供服务，进行具有经济性的事务。用户信息网关提供双向通信使智能装置能够与智能电网互联和进行交易。通信网、电网及其参与者依靠信息安全、私钥和验证软件获得保护。通信技术的关键是将能源技术与通信技术相融合，建立起新的电网体系和通信架构，以支持电网中设备装置的智能化及其相互间的通信，是智能电网的基础，目前，GridWiwe和Intelligrid都在进行相关的研究；此外，EPRI的Intelligrid项目还开展了DER/ADA（分布式能源/高级配电自动化）研究，着力于建立一套标准通信协议，以确保DER（分布式能源）与其他设施之间的信息交换，从而使DER能够在整个电网范围内协同使用。

6、先进的大容量导线一与传统钢芯铝镀线相比，ACCR导线（加强型复合铝芯导线）价格是其5-8倍，但其容量是却是其1.5-3倍；ACCC复合导线价格是传统导线的3-5倍，而容量却能够提高100%,其中ACCC导线目前已能够实现商用。高温超导电缆损耗低、散热少、容量大，可有效缓解线路阻塞和降低损耗。此外，美国第二代基于YBCO线路的短路电流限制器也正在研发中。第二代短路电流限制器使用YBCO作为线路，损耗较上代产品降低10倍，而限流能力却增加3-10倍。决策支持和人机接口技术一随着电力系统运行决策时间越来越短（以秒计），智能电网需要各种无缝、实时的应用软件和工具，包括支持人机接口的人工智能系统、调度员

7、决策支持系统（报警工具、假设分析工具、动作过程工具等）、可视化的工具和系统、高级控制室设计、实时动态模拟训练等。代理和多代理系统一代理和多代理系统将电力企业的控制运行与主流的web技术相融合，独立的计算机通过网络进行通信，完成一致的任务或目标。代理和多代理系统具有自适应、自知、自我修复及半自动控制能力。此项技术目前正在开发阶段，有望在1-5年内得到商用。Web服务和网络计算一Web服务和网络计算技术致力于将电网运行与停电管理（OMS）、状态检修、系统规划以及其他电力企业流程和技术相融合。任何企业流程或技术，只要能够从信息获取中得到收益，都能够融合于其中。网络计算是一种新兴的计算模型，通过将联网

8、的多台计算机构建为虚拟的计算机架构，将计算任务分解为并行架构，从而获得更强大的计算能力，该技术目前处于研发阶段，有望于3-5年内达到商业应用水平；语义Web试图通过给予万维网上的文档一些计算机能够理解的（具有语义）的内容，创建一种通用的信息交换媒介，该技术正处于概念验证阶段，预计需要4-10年才能够达到商用水平；与状态检修相融合的故障预测技术是一种分布式的故障分析，目前正处于研发阶段，有望与2-5年内达到商业应用。分布式能源分布式发电互联一北美地区至少有60GW的小规模分布式发电机组（定义为低于10MW的机组）在应用，大多是柴油和往复式机械机（reciprocating），但太阳能模块、小型风

9、机、微型轮机和燃料电池正在出现。目前，联接、运行分布式发电的网络和相应电网的通信、控制和切换系统正在开始出现。这些都减少了对高峰时期昂贵的电力设施的需求，并且能够减轻停电程度。（当然，很多后备机组排放都很大，必须严格限制其使用小时数。大规模的分布式发电依赖更加清洁和零排放技术的成长。）电子智能技术还将太阳能模块和其他小规模分布式发电与电网相连，使得净测量成为可能，通过净测量，多余的可再生能源会反馈到电网中，发电机拥有者获得收益。这些互联技术是能源Web的先驱，使电网向拥有大量本地发电机组的电网转变。融合这些新技术和清洁能源技术需要更复杂的自动控制系统，而目前基于少数集中发电厂的控制系统则简单得

10、多。能源Web将至少有三点好处：高可靠性，降低网损，加强利用发电废热的能力。储能技术融合一电力系统主要是一个实时的输送系统，而智能电网将更多的融合具有经济性的储能装置，可以稳定潮流，防止电网波动，为电网提供避振器。对太阳能和风能这类间歇性的可再生能源，储能技术将平衡发电与用电。自动控制系统可以在需要时调度储存的能源。传统的石墨一酸性电池组已经很普遍了，而电力公司规模的钠硫电池已经可以商用，并应用于日本，而潮流可逆的电池组正在研发和实证中。一些超导储能（将能量储存于超导线圈中）单元也正在运行中。小规模的飞轮已经出现在定点后备系统中，而加州和纽约在2005年开始规划电力公司规模飞轮的实证。智能电网

11、融合大量分布式能源的能力将为储能技术创造更大的经济效益并加速该领域的发展。用户管理智能表计一智能表计在每天各时刻对电能使用进行数字化记录，并通过通信网进行汇报。这使得高峰和低谷期间分时定价成为可能，在经济上激励用户将用电从高峰时期转移开。西北地区的电力企业包括PugetSoundEnergy和Avista都已经采用了大量的智能表计。智能建筑和设备一家用电器包含了智能，从电网收到信号，在电网处于压力下时减少用电需求。这种智能能够预先编程，在电费更低时使电器运行。一系列的智能电器在高峰时期减少用电，从而节省了基础设施投资，并极大增强了电网的可靠性。智能热水器和空调在某些时段可以减少峰荷。现在智能电冰箱、洗碗机和洗衣机/甩干机也正在研发中。用户电压调节一大多数设备都适合运行在标准电压下。但电力系统电压却是时变的。电压的本质是强制电流流动的压力”，在变电站得到补偿以维持远距离地方的电压。因此，在变电站附近的用户电压实际是高于实际需求的，既浪费能源又损耗电器。调节单元放置于用户侧，将电压调节至恰能够满足需求的基本水平，在节省电能的同时延长电器寿命。当电压较低时这些调节器也能够提升电压。（电网级别的电压调节包含在输电/配电自动化中）。用户门户（customerptal）随着数以百万计的用户接入电力系统，用户能够参与电力市场交易，提供反馈信息并采取行动以响应系统的变化。用户门户能够