智能电网课件

1、智能电网的兴起与发展态势武汉大学电气工程学院孙元章七月 22讲座内容国外智能电网研究和发展概况智能电网概念、定义和特征中国智能电网建设的基础条件和进展对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议讲座内容 国外智能电网研究和发展概况智能电网的概念、定义和特征中国智能电网建设的基础条件和进展对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议美国智能电网发展里程碑201920192019201920092030DOE与 NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,The Modern Grid Initiative : a Vision for the modern grid. Mar. 2019. NET

2、LEPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid 2030”DOE启动电网智能化(GridWise）项目之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践奥巴马将智能电网提升为美国国家战略年份国外提出智能电网概况欧洲智能电网发展里程碑成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”提出智能电网愿景，制定（1）欧洲未来电网的远景和策略（2）战略性研究议程战略部署文件报告20192019各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇年份国外提出智能电网概况（3）The

3、 SDDStrategicDeploymentDocument（1）European Smartagrids Technology Platform ：Vision and Strategy for Europes Electricity Networks of the Future 欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）Strategic Research Agenda for Europes Electricity Network of the future 欧洲未来电网的战略研究议程战略部署文件“The Smart Grid”, DOE, USA,20192019.11.1

4、1-11.13,中美清洁能源合作组织(Joint US-China Cooperation on Clean Energy JUCCCE-)，聚思-“Smart Grid” special session2019.11.18-中美绿色能源论坛 “Smart Grid” Special sessionSmart Distribution Grid: The Role of Technology,tools and Techniques for advanced Automation and planningby S.S.Venkata, Univ. of Washington, USA, -IE

5、EE DLP Tutorial, Dec.22, Beijing, China 2009.5.20, 中国国家电网 “Strong & Smart Grid”“智能电网”可接受度美国智能电网发展概况驱动因素：美国:年美加大停电后，美国电力行业决心利 用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网.美国发展智能电网的驱动力改造老化的电网设备，提高供电的可靠性和安全性提高能源的利用效率和技术的先进性提高用户对电价的可承受能力适用环境和气候的变化，适用可再生能源的接入，降低排放水平提高在全球的竞争性 欧洲:发展智能电网

6、也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。 欧洲智能电网发展概况驱动因素：欧洲发展智能电网的驱动力（1）供电的安全性问题一次能源的缺乏、供电可靠性和电能质量供电能力（2）环境问题京都协议气候变化保护自然（3）国际电力市场提供低廉的电价和提高能效进行创新和提高竞争能力有关垄断的规程修订欧盟发展智能电网的驱动力欧盟理事会在2019年的绿皮书(Green Paper)欧洲可持续的、竞争的和安全的能源策略(A European Strategy for Sustainable，Competitive and

7、 Secure Energy)”强调：欧洲已经进入一个新能源时代，能源政策最重要的目标必须是供电的可持续性、竞争性和安全性。未来欧洲电网应满足如下需求:灵活性(Flexible)，在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求；可接入性(Accessible)，使所有用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用；可靠性(Reliable)，提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求；经济性(Economic)，通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。欧洲2020年及后续的电力发展目标 中国:发展智能电网也有其独特的发展背景

8、中国智能电网发展概况驱动因素：智能电网电力系统安全运行风险更趋严峻电力企业资产管理的重要性日益突出节能减排与应对气候变化成为无法回避的问题电力企业抗攻击能力需要提高电力企业经营压力加剧中国智能电网研究机构方面：（1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。（2）国际上成立的“电网智能化联盟” 成员包括: 跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：AEP、Bonneville电力管理局、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI、Battelle、RDS和SAIC。（3）美国电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列的专家组成，受美国能源部的部分资助，

9、从事制定建立未来电网架构的原则。（4）2019年欧洲委员会正式成立“智能电网欧洲技术论坛” 。欧洲还将成立“智能电网协会” 。（5）IEC去年底筹建了SG3“智能电网”战略组。（6）中国国家电网公司相继也成立了“智能电网部” 根据目前掌握的情况，还没有智能电网 的国际标准或国家标准。国外智能电网研究概况PJM公司认为：广域测量技术是保证大电网安全的重要手段，也是实现智能输电网的基础，因此PJM目前主要从同步相量技术和高级控制中心的研究建设着手开展智能输电网的工作。 国外智能电网研究概况智能电网实践最新成果在输电侧The technology developmental trendsV,I,P,

10、QV,I,P,QV,I,P,QControl Centersynchronous satelliteGPSGPSGPSMicro wave5-10sFiber50-100msWide-area real-time measurement technologies provide the opporunities for the wide-area dynamic security and defense in power system.目前建设的智能电网主要有两个方面智能电表和智能家电： 美国:Xcel Energy 公司在Boulder建设全美第一个“智能电网”城市。 意大利:安装和改造了3

11、000万台智能电表，建立起了智能化计量网络，每年大约节省5亿里拉。 法国:将目前使用的2700万只普通电表全部更新为 “智能电表” 。 国外智能电网研究概况智能化实践最新成果在配电和用电侧Boulder伯德市美国:Xcel Energy 公司在Boulder建设全美第一个智能电网城市城市“智能电网”城市“智能电网”基于先进信息技术的动态系高速、实时、双向通信遍布全网的传感器能够进行快速诊断并采取行动提高高峰时段效率的决策数据和支持分布式发电技术（例如风电、太阳能和PHEV)自动化的“智能变电站”家用能源控制装置自动化的家庭能源利用内容 国外智能电网研究和发展概况智能电网的概念、定义和特征中国智

12、能电网建设的基础条件对我国智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议 智能电网的概念、定义和特征定义（definition)以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、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。它以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。 智能电网主要特征坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化智能电网坚强性特征（1）坚强性（

13、Robust/Strong）在电网发生小扰动和大扰动故障时，电网仍能保持对用户的持续供电能力，仍能保证电网的安全运行在电网发生极端故障时，如自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏而不发生大面积的停电事故二次系统具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。（2） 自愈性（Self-Healing）具有实时、在线安全预评估和预分析能力具有强大的预警控制系统和预防控制能力具有自动故障诊断、故障隔离和阻断故障传播的能力系统具有自我恢复的能力高压输电断面的智能重构能力智能电网自愈性特征（3） 兼容性（Compatible）能支持可再生能源的正确、合理地接入适应分布式发电和微电网的接入能使需求侧管

14、理的功能更加完善实现与用户的交互和高效互动智能电网兼容性特征（4）经济性(Economical)支持火电和水火电联合经济运行支持电力市场和电力交易系统提供清洁和优质电力降低电网损耗，提高能源利用效率智能电网经济性特征（5）集成（Integrated）实现电网信息的高度集成和共享采用统一的平台和模型实现标准化、规范化和精细化的管理智能电网集成性特征（6）优化（Optimized）优化资源的合理配置优化资产的利用率优化电网规划降低投资成本优化管理模式降低运行维护成本智能电网优化特征中国智能电网的提法和4个特征（Strong & Smart Grid ） （1）数字化： 数字化电网、数字化电表与数字

15、化用电设备（2）信息化： 市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信息平台（3）自动化： 大电网安全稳定控制（高级智能调度），变电站自动化与用户用电系统智能控制（4）互动化： 电网、发电与用户以信息为基础的互动 智能电网解决双赢可再生能源发电技术 太阳能风电地热潮汐生物质分布式发电和储能技术微透平抽水储能超导储能超级电容钠硫电池智能电网技术发电侧智能电网技术输配电侧新型输配电设备技术：电力电子技术超导技术特高压技术复合材料电力系统监测技术物联网传感技术广域监测输电限额动态评估技术电缆监测技术变压器监测技术断路器监测技术智能电网技术输配电侧电力系统分析技术快速建模仿真动态安全评估电力系统控制

16、技术分布式控制技术变电站自动化馈线自动化智能保护电力系统决策支持技术数据处理技术信息集成技术可视化技术高级测量架构技术智能表计技术双向通信技术量测数据管理技术家庭用电智能化技术自动温度控制负荷控制技术智能电网技术用电侧智能电网建设中的受益发电侧：优化的电厂选址鼓励可再生能源投资严格的排放管理有效的成本管理可靠经济的设备管理灵活的竞价策略输电侧：优化的电网规划具有自愈特征的坚强电网安全、经济、清洁的电力调度适应各种类型的发电资源更高的设备利用水平更低的传输损耗可靠经济的设备管理智能电网建设中的受益配电侧：科学经济的配网规划自适应的故障处理能力更可靠的电力供给更出色的电能质量可靠经济的设备管理支持

17、分布式能源和储能元件与用户的更多交互智能电网建设中的受益用电侧：更具竞争力的市场营销策略针对用户需求定制服务允许用户向电网提供多余的电力根据用户的信用控制电力的供给智能电网建设中的受益讲座内容 国外智能电网研究和发展概况智能电网的概念、定义和特征中国智能电网建设的基础条件和进展对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议国家电网和南方电网组织开展了：大电网安全关键技术研究数字化电网关键技术研究电力电子关键技术特高压同步电网安全稳定运行关键技术研究电力通信建设用户用电信息采集系统这些技术为建设我国智能电网奠定了坚实的基础。中国建设智能电网基础研究开展了规划技术体系完善研究国家电网公司-智能输电网技

18、术为重点领域新能源对电网规划的影响及对策研究基于LCM的电网规划方案评价研究新能源对电网规划的影响及对策研究节能减排下的电网规划研究区域电网协调规划研究考虑不确定因素的电网灵活规划方法研究基于预想事故集的电网规划研究开展了高级调度中心的研究国家电网公司-智能输电网技术为重点领域开展了统一数据平台的研究国家电网公司-智能输电网技术为重点领域开展了数字化变电站研究国家电网公司-智能输电网技术为重点领域徐行站数字化改造新建数字化海宁站 按照考虑N-1情况下特定预想事故的原则，规划建设多馈入直流和交流系统并联的华东区域坚强受端网架 初步建设高级调度中心 开展数字化变电站试点 开展相关技术研发坚强受端大

19、电网 规划建设适应电力市场要求的特高压电网，满足“三华”联网需要 建成高级调度中心 数字化变电站推广 适应电力市场要求的运行技术 FSM的研究与应用数字化电网 规划以自愈为目标的智能电网 实现智能化调度 新型材料和智能设备的全面使用 可再生能源的友好接入 实现与用户的智能互动智能化电网201920192020智能电网全面转型 巩固提升 引领超越 2019国家电网公司建设智能电网的三阶段目标中国智能电网建设的基础条件1、电力通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化信息化水平已初步达到建设智能电网的要求2、广域量测技术已大范围应用,状态监测技术正大力推进中国智能电网建设的基础条件自动化控制领域的

20、技术研究走在世界的前列1、在可视化和运营管理辅助决策方面取得了大的进展，对智能电网进行了有益的探索中国智能电网建设的基础条件2、江苏大电网安全稳定实时预警及协调防御技术（EACCS） 实现了电网精细化调度和智能化控制 中国智能电网建设的基础条件数字化变电站研究成果已应用于工程实际国家电网和南方电网开展了数字化变电站和数字化电网的建设工作，取得了一系列研究及应用成果中国智能电网建设的基础条件双向信息交互与互动上积累了相当多的经验用户侧管理、负荷管理控制系统等一系列应用在我国已取得一定成果，无论从技术层面还是管理层面都积累了相当多的经验，但还未达到智能电网对用户大量参与电网互动的要求。中国智能电网

21、建设的基础条件（1）分布式发电及新能源接入技术（2）储能技术 储能技术对智能电网改善电能质量、提高风电接入效率起着重要作用（3）AMR的工作正在开展中国智能电网建设的基础条件配电领域智能化研究有待突破定制电力技术是提高用户供电可靠性和供电质量的重要技术手段，也是“智能电网”的重要支撑技术之一。研究动态电压恢复器技术（DVR）、固态切换开关技术（SSTS）；DFACTS技术；无功补偿器技术（DSTATCOM）、有源电力滤波器（APF）技术。 中国智能电网建设的基础条件定制电力技术有待提高用户用电信息采集系统 很多电力公司启动了电力用户用电信息采集系统建设，计划在35年内完成用户用电信息的“全覆盖

22、、全采集、预付费”管理。目前在电力负荷控制系统、电力需求侧管理的技术方面具有一定的研究基础。当前欧美智能电网更加注重互动性和智能电表的应用，应该引起关注和研究。中国智能电网建设的基础条件用电领域智能化应用研究要积极探索内容 国外智能电网研究和发展概况概念、定义和特征我国智能电网建设的基础条件对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议对智能电网研究和应用的建议NorthChinaSouth ChinaNortheastTaiwanNorthwest陕北煤电陕北蒙西煤电II石家庄北京东济南豫北420280240460340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电330280雅龙江梯级金沙江I期金华川

23、西水电170无锡南阳300170260150上海西北100杭北芜湖290440长沙荆州恩施乐山360300川西水电蒙西煤电IV天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电I宁夏煤电蒙西煤电III晋中煤电驻马店武汉沿海核电220270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480连云港沿海核电280160300晋中重庆300450晋东南煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电金沙江II期沈阳三峡地下电站上海西南安西永登拉西瓦白银兰州东西宁宁东官亭蒙西 锡盟Legend张掖雅安西安东靖边蒙西煤电V400470400220260100晋东南煤电II

24、300银川东哈密电厂哈密二、三厂远东（俄）滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170雅江水电平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网360温州280East ChinaCentral ChinaTibetYunnan中国电网发展的规模之大和速度之快未来高质量的电力供应在中国国民经济的发展中起着越来越重要的作用，但要面临以下的挑战: (1) 充分满足用户对电力的需求 (2) 确保电力供应的安全性和可靠性 (3) 提高电力供应的经济性及节能 (4) 满足环境保护的约束 (5) 保证高质量的电能供应 (6)适应电力市场化和放松管制对智能电网研究和应用的建议智能电网贯穿发、

25、输、配、用全过程，通过智能电网的建设，电力系统各领域都将产生质的飞跃优化的电厂选址鼓励可再生能源投资严格的排放管理有效的成本管理可靠经济的设备管理灵活的竞价策略发电优化的电网规划具有“自愈”特征的坚强电网安全、可靠、节能、经济的优化调度适应各种类型的发电资源更高的设备利用水平更低的传输网损可靠经济的设备管理更可靠的电力传输输电科学经济的配网规划自适应的故障处理能力更迅速的故障反应更可靠的电力供给更出色的电能质量可靠经济的设备管理支持分布式能源和储能元件与用户的更多交互配电更具竞争力的市场营销策略针对用户需求定制服务允许用户向电网提供多余的电力根据用户的信用控制电力的供给用电对智能电网研究和应用

26、的建议智能电网评价体系研究智能电网架构体系我国智能电网的发展目标研究智能电网功能体系研究智能电网技术体系研究智能电网信息体系研究智能电网标准体系研究对智能电网研究和应用的建议智能电网装备技术广域量测技术时间同步技术状态监测技术电子式互感器技术控制保护一体化技术柔性输配电技术信息一体化技术 181816171515151413121198776555443321110对智能电网研究和应用的建议智能输电技术智能电网下大型可再生能源的接入技术大电网安全稳定运行控制技术高级调度控制中心建设技术具备分布决策功能的智能变电站技术输变电设备智能管理技术智能电网下的电力市场技术智能电网下的现代企业管理技术对智

27、能电网研究和应用的建议智能电网下的电网规划技术智能配电技术风险预警预控及智能报警技术配电网自愈控制技术智能配网故障快速处理技术分布式发电、微电网和储能技术智能网络重构及自优化技术自适应保护控制技术自适应无功与电压控制技术对智能电网研究和应用的建议智能用电技术用户门户技术智能表计技术用户电压调节技术用户电源和储能设备接入技术用户通信能源一体化技术对智能电网研究和应用的建议 智能配电网技术开发主要包括以下几方面: (1) 先进的计量设施（Advanced Metering Infrastructure） 智能表计系统开发和表计数据管理 支持与用户间的双向通讯 商业、工业、居民用户的市场信息 采用计

28、算机代理系统，与家庭的自动化系统相连，并能响应电价信息 对智能电网研究和应用的建议(2) 配电及停运管理（Distribution and Outage Management） 软件系统 必须提供自愈的功能，以便立即获悉电网扰动的信息并及时对它做出响应，以便使对客户的影响最小化 无缝的图像化接口 具有实时功能，将来自于各渠道的有关网络的信息，以动态系统拓扑模型的方式集成在一起智能化的DMS/OMS平台 与AMI紧密联系，其接口方面要有新的创新型技术，以利于数据的上下传送和连接。通过将实时的DMS/OMS功能实施、遥测技术和集成安全性结合在一起，智能电网将成为真正的自愈电网。对智能电网研究和应用的建议(3) 配电和变电站自动化 配电系统远远落后于输电系统，自动化的设备投切可减少运行人员对设备的手动操作，以便及时对网络结构进行变化，适应运行的要求。(4) 模拟和优化 通过先进的模拟和优化技术，可使智能电网