电力系统概况与微电网的发展

电力系统概况与微电网的发展一电力系统概况电能是二次能源是由煤、油、风力和核能等一次能源转化而来，它又可以方便地转化成其他能源。是现代社会中最重要的、最方便的、最清洁的能源。如果发生大面积的、常时间的停电，整个社会将受到很大的影响，甚至可能影响到国家的安全。发电厂输电线路升压站配电线路枢纽、降压站照明、动力配变太阳能、风能发电(1)电力系统--是由生产、输送、分配和消耗电能的所有电气设备所组成的统一整体。它的主要设备是生产电能的发电机、输送和分配电能的变压器和电力线路以及消耗电能的各种用电设备（如电动机等）。习惯上称其为一次系统；电力系统还包括继电保护装置、安全自动装置、通信设备和调度自动化等辅助系统，一般称为二次系统。(2)电力网--是电力系统中除去发电机和用户，剩余的变压器和电力线路所组成的输送、分配电能的网络。(3)动力系统--是电力系统再加上电厂的原动机等动力部分。动力部分主要有：火电厂的锅炉和汽轮机等；水电厂的水库和水轮机等；原子能电厂的反应堆等；风力发电场的风机等。二、电力系统发展概况1875年，比利时工程师格拉姆将改造后的发电机安装在法国巴黎北火车站发电厂，该厂是世界第一座火电厂，专供弧光灯用电。1882年,世界上出现第一个电力系统(原动机是蒸气机,电压为1.5-2kV,功率1.5kW)。法国人德普勒将水电厂发出的电输送到57公里外的慕尼黑,以驱动水泵。M第一个完整电力系统（直流系统,包括发电机，电缆，熔丝，电表和负荷组成）由爱迪生在纽约城历史上有名的皮埃尔大街站建成，1882年9月投入运行，由1台蒸汽机拖动直流发电机经过110V地下电缆供给半径约1.5km面积内的59盏白炽灯。AA1891年第一条三相交流高压输电线路在德国运行，这个系统从拉芬镇到法兰克福全长178公里。由1台230kVA的水轮发电机发电、电压为95V，经1台升压变升压至25000V、电功率经4毫米的铜线送到法兰克福，在经2台13800/112V降压变降112V，其中一台变压器供给一步电动机，电动机驱动75W水泵，另一个供电给照明。M初期直流，1886年后，其无法远距离送电的局限性显露出来，输电要高电压，而发用电不接受高电压，需要基于交流的变压技术。19世纪90年代交直流标准之争，爱迪生主张直流，西屋偏好交流，激烈辩论。1893年，南加州一条长12公里的2300V电力线路投入运行，这是北美第一条三相电力线路。同年，尼亚加拉瀑布选择交流，因为直流不可能将电送往30km以外的布法罗，结束了交直流争论。到1995年世界上交流输电的最高电压已达了1150kV,输送距离最长为1900km，最大的单机容量为1300MW。我国电力工业发展概况1912年4月，电力工业发展的始端；1949年，电力工业缓慢发展；1996年，我国发电量和装机容量位居世界第2。1.电力工业发展的阶段：从1996年起，我国发电机装机容量和年发电量均居世界第二位，2003年全国总装机容量达到38450万kW，年发电量19080亿kW·h。2008年全国总装机容量达到65700万kW。

我国自1882年有电力以来至1949年底，经过67年发展装机容量只达到185万kW，年发电量43亿KW·h，分别居世界第21位和第25位。电压等级：1974年建成330kv输电线路，由刘家峡水电站到陕西关中。1981年建成500kv输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉。2003年建成750kv输电线路，由青海官亭至兰州东输变电工程。2008年11月，我国首条1000kv特高压输电线路正式通电运行。工程起于山西，途经河南止于湖北，穿越黄河、汉江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全长654km，是世界上第一条投入商业化运行的高压输电线路。我国电网已形成500kV和330kV骨干网架；已进入大机组、大电厂、远距离、超高压、高自动化阶段，目前已形成东北、华北、华东、华中、西北、南方6个跨省电网，由两大集团分别管理除西北电网采用750/330/220kV网架外，其它电网网架均采用500/220kV。Logo现阶段我国电力行业：两网和五大发电集团公司两网：国家电网和南方电网。华能集团；大唐集团；华电集团；国电集团；中电投集团。

五大集团：华北电网有限公司

（北京电力公司，天津电力公司，内蒙，河北电力公司，山西电力公司，山东电力公司）

东北电网有限公司

（辽宁电力公司，吉林电力公司，黑龙江电力公司）

华东电网有限公司

（上海电力公司，江苏电力公司，浙江电力公司，安徽电力公司，福建电力公司）

华中电网有限公司

（湖北电力公司，湖南电力公司，河南电力公司，江西电力公司，四川电力公司，重庆电力公司）

西北电网有限公司

（陕西电力公司，甘肃电力公司，宁夏电力公司，青海电力公司，新疆电力公司）

电力系统的运行的特点电能不能大量存储。电力系统暂态过程非常短。电力系统的发展和国民经济的发展密切相关。

对电力系统的基本要求保证供电的可靠性。保证良好的电能质量。电压偏移不超过用电设备额定电压的±5%

；频率偏移不超过±0.2~0.5Hz；波形畸变率不超过给定值。保证系统运行的经济性。环保。二电力系统主要研究方向1电气设备状态监测与故障诊断

2电力信息分析与处理

3电力系统分析、运行与控制

4电力系统动态仿真与控制

5电力系统安全防御与恢复控制

6电力市场

7电力系统规划与可靠性

8智能技术及其在电力系统中的应用

9分布式发电与新能源技术

10电力系统继电保护

11电力系统自动化技术

12电力系统故障分析与诊断

13高压直流输电与柔性交流输电技术

14现代电能质量

15配电网自动化

电力系统保护与控制分电力系统继电保护及自动控制两部分。内容包括：电力系统的电流保护，距离保护，纵联保护，发电机和变压器的保护，自动并列和重合闸装置，励磁自动控制和自动调频等装置的作用、原理、构成和分析方法。控制涉及电力系统有潮流平衡电压控制稳定分析等电力系统分析涉及在线测量技术、实时相角测量、电力系统稳定控制理论与技术、小电流接地选线方法、电力系统振荡机理及抑制方法、发电机跟踪同期技术、非线性励磁和调速控制、潮流计算的收敛性、电网调度自动化仿真、电力负荷预测方法等方面

电力市场及其运营基于经济发展状况、电力市场发展的需要和电力工业技术经济的具体情况，研究了电力市场的运营模式，运营流程中各步骤的具体规则；研究适合我国现阶段电力市场运营模式的期货交易（年、月、日发电计划）、转运服务等模块的具体数学模型和算法，紧紧围绕当前电力市场运营中亟待解决的理论问题。

人工智能在电力系统中的应用结合电力工业发展的需要，开展将专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。在上述实用软件研究的基础上开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，以提高电力系统运行与控制的智能化水平。现代电力电子技术在电力系统中的应用电力电子装置控制理论和控制算法、各种电力电子装置在电力系统中的行为和作用、灵活交流输电系统、直流输电的微机控制技术、动态无功补偿技术、有源电力滤波技术、大容量交流电机变频调速技术和新型储能技术等方面的研究

电气设备状态监测与故障诊断技术

通过将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来，针对电气设备绝缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究，开发了发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统，全面提高电气设备和电力系统的安全运行水平。三电力系统发展新动向（一）柔性输电系统

FACTS(FlexibleACTransmissionSystem)柔性输电系统或灵活交流输电系统1986年由美国电力研究中心(EPRI)的工程师N.G.HINGORANI首次提出FACTS概念。1995年IEEE对FACTS作了如下定义：FACTS是应用电力电子技术及其它静态控制器，增加系统可控度与提高输电容量的交流输电系统。也可定义为：综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。更详细地，FACTS是应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原基本不可控的电网变得可以全面控制。从而大大提高电力系统的高度灵活性和安全稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。解决远距离大容量输送电能问题的途径2条：1.新建高压直流输电线路；2.对已建成的交流输电线路进行技术改造，提高其输送能力。通常采用的就是FACTS技术。FACTS技术的产生是解决输电系统运行和发展中遇到的各种困难的客观需要。1、运行方面的主要困难有如下几项：1)输电的可控性很差（与发电、配电和用电相比其可控性能是最差的），功率分布中不可控的的自由潮流变化很大。大电网运行中的这一类问题长期困扰着运行调度人员，并且在电网中造成大量电能损耗或被迫降低输送能力；

2)输电网缺少快速控制手段，在功率输送过程中常造成功率绕送和功率倒流情况，此外还有大量输电受限制的“瓶颈”环节；3)开关动作速度慢，交流输电线需要经常投切，以改变网络结构或断开故障，但目前只能依靠机械型断路器，而此类断路器速度慢、维修量大，是影响暂态稳定问题的重要因素。2、输电系统发展方面的主要困难概括起来有如下几项：1)由于环境和地域因素，很多国家建造新的架空线路已很难获得批准，因此电力公司不得不将现有电网运行在更高的负荷水平上，但是更高的负荷水平增加了功率损耗并降低了可靠性，使运行更加困难；2)电力系统市场化改革后，未来的发电模式是不确定的，导致了对输电设施投资的困难；3)低水平的负荷增长率使投资建设新的输电线路变得不合算，而能少量增加现有网络容量以满足低水平负荷增长需要的技术具有很大的优势。大功率可控半导体器件制造及微电子控制技术的发展，使FACTS技术的推广应用成为可能；而大型互联电网运行对电力系统潮流及其稳定性控制的需求，是该技术发展的原动力。FACTS技术最具代表性的项目，是90年代起开发的可控串联电容补偿(TCSC)和新型静止无功补偿器(STATCOM)。美国已有三个TCSC试验工程，其中用于500KV输电工程的一个TCSC为6组全控型，于1993年投入试运行，而100Mvar的STATCOM也于1996年初试运。许多国家投入相当的人力物力，研究开发新型的静止补偿器、可控移相器、统一潮流控制器(UPFC)、电气制动器等。我国静止无功补偿器制造技术是在90年代发展起来的，但仅限于大型工业企业中的应用。在一些高等学校和科研单位对TCSC、STATCOM以及UPFC有所研究，但多限于数学或物理模型的研究。近年来，随着新建电厂的不断并网发电，我国总装机容量上了新的台阶，然而整个电力系统出现了输电网络建设滞后于电厂建设的问题。许多长距离输电线输送的功率受到稳定极限的限制，这些输电线路中间和受端由于缺乏强有力的电压支撑，其稳定极限大大低于其热稳定极限，这导致送端的发电厂窝电现象突出，发电厂的容量不能得到充分地应用。如何提高长距离输电线的稳定极限，使其接近甚至达到其热稳定极限是一项有价值而且紧迫的工作。FACTS技术为增强输电系统提供了新的手段。安装在长距离输电线中间或受端的静止无功补偿装置（STATCOM）能够提供电压支撑从而能极大地提高长距离输电系统的稳定性。1、能在较大范围有效地控制潮流，功率潮流可按事先计划的线路流动；2、线路的输送能力可增大至接近导线的热极限，从而提高输送能力；3、备用发电机组容量可从典型的18％减少到15％，甚至更少；4、电网和设备故障的危害可得到限制，防止线路串级跳闸，以避免事故扩大；5、消除电力系统振荡，提高系统的稳定性。发展柔性交流输电系统的主要意义用于输电系统的FACTS装置包括：SVC（静止无功补偿器）、STATCOM（静态同步补偿器）、TCSC（晶闸管可控串补）、TSSC（晶闸管开关串联电容器）、UPFC（统一潮流控制器）、TCPST（可控移相器）等。分类:柔性输电装置按其在系统中的联接方式可分为串联型、并联型和综合型。SVC和STATCOM是并联型；TCSC和TSSC是串联型；UPFC和TCPST是综合型。其中串联补偿装置，如TCSC、TSSC等，能使输电线路的阻抗变小，从而相当于缩短了输电线路的长度，因此是提高系统输送容量和增强暂态稳定性的重要手段；而并联补偿装置如STATCOM，通过与系统进行无功功率交换，以维持线路电压恒定，因此是抑制系统电压波动、闪变、不对称和提高系统稳定性的有力工具；UPFC则综合了串、并联补偿的功能，能对线路电压、阻抗和相位进行控制，从而实现控制潮流、阻尼振荡和提高输电能力等多种功能。（二）电力市场

目前，许多国家的电力工业都在进行打破垄断、解除管制、引入竞争、建立电力市场的电力体制改革，目的在于更合理地配置资源，提高资源利用率，促进电力工业与社会、经济、环境的协调发展。在我国，电力工业快速发展的同时，电力体制改革也逐步深入，电力工业以"公司制改组、商业化运营、法制化管理"为改革目标的基本取向，从现在起到21世纪初，在发电领域将逐步引入竞争机制，逐步形成开放发电侧的经营模式，即各发电公司按电价竞争上网的市场机制，即形成了初步的电力市场化。电力市场包括广义和狭义两种含义。广义的电力市场是指电力生产、传输、使用和销售关系的总和。狭义的电力市场即指竞争性的电力市场，是电能生产者和使用者通过协商、竞价等方式就电能及其相关产品进行交易，通过市场竞争确定价格和数量的机制。竞争性电力市场具有开放性、竞争性、计划性和协调性。竞争性电力市场的要素包括市场主体(售电者、购电者)、市场客体(买卖双方交易的对象，如电能、输电权、辅助服务等)、市场载体、市场价格、市场规则等。电力市场的模式模式一：垄断模式（Monopoly）（a）描述的是发电、输电及配电一体化的电力公司（b）描述的是发电与输电构成一个部门，该部门向当地的垄断配电部门出售电力。这一模式不排除不同地域的电力公司之间的双边交易，如图所示，这些交易发生在批发层面上。

模式二：单一买方模式（Purchasingagency）

图（a）是电力工业引入竞争的第一步，电力公司不再拥有全部发电容量，独立发电厂商(IPP)接入电网，并将电力趸售给电力公司。图（b）是这一模式进一步的演变，电力公司的发电业务全部分离出去，不再拥有任何发电容量，他们向IPP购买电力再趸售给配电公司此模式中发电市场只有一个买方，缺乏充分竞争所需的足够多买方，因此这种模式竞争有限，仅仅在发电运营方面引入了竞争，所以缺乏自由市场经济的价格发现机制。在电力需求增长较快的发展中国家，常采用该模式作为吸引民间电力投资的重要途径。模式三：批发（趸售）竞争模式（Wholesalecompetition）

在批发交易的层面上，仍然要集中进行的运作是现货交易市场的运营及输电网络的运行。在零售层面上，系统仍将处于集中控制之中，因为每一个配电公司不仅运营本地的配电网，还代表它所辖区域内用户的利益来购买电力。与模式二的不同是，配电公司可直接向发电商购电，大用户也被允许自主购买电力，这些交易均在批发市场中进行。批发市场可以是联营体或者双边交易的形式。模式四：零售模式（Retailcompetition）

在这种模式下，所有用户都可以自由选择电力供应商。由于交易成本的原因，只有大用户才会直接从批发市场上购买电力，中小型用户一般从零售商那里购电，而零售商在批发市场上购电。在这种模式下，配电公司的经营通常与零售活动分开，配电公司不再对其电网覆盖地区的电力供应拥有垄断权。这个模式中，唯一保留垄断作用的就是输电网和配电网。实现这一模式需要大量的复杂工作，如计量、结算、通信与数据传输等。输电与配电的费用需要向参与者收取，因为这些网络仍然是垄断的，所以仍需以管制为基础。

这些模式相互区别的关键点就在于各业务环节中引入竞争的程度以及谁有权选择竞争市场中的发电商。四种模式依次提供了逐渐增多的选择，也逐步缩小了垄断的范围。有争议的问题：在许多国家，电力行业竞争的引入是伴随着电力工业的私有化改革一同进行的。私有化是政府把公有制企业卖给个人投资者，于是这些企业就变为私有的、以营利为目的公司。但是，私有化并不是引入竞争的前提。上述4种模型都没有要求对应特定的所有权形式，公有制企业可以并且在很多情况下正在和私有企业进行竞争。美国的电力市场化道路美国已经形成的有组织的电力市场包括新英格兰ISO、纽约ISO、PJM、德州ERCOT和加州ISO。这些市场内一般都存在集中的日前市场和实时市场，并允许进行短期的电力双边交易。典型的是加州和PJM。美国联邦能源监管委员会（FERC）于2002年7月31日颁布《标准电力市场设计》，试图为全美各区域的电力批发市场建设提供一个有效的统一标准

美国在放松电力管制过程中，出现了加州大停电和电价飞涨、电力公司申请破产保护这样的重大问题，令政府惊惶失措，令世人震惊。加州改革方案中存在固有的缺陷：一是强迫电力公司出售５０％的发电容量，而同时没有要求电力公司和发电商之间签订长期稳定的供购电合同。二是要求电力公司必须１００％从现货市场购电，没有期货市场，市场无法提供反映长期供求关系的价格信号。三是缺乏科学合理的价格传导机制，对最终用户的零售价格冻结，而批发市场价格可以大幅波动和上涨，使得处于中间环节的电力公司无所适从，价格倒挂，最终申请破产保护。四是保证电网用电增长需要的供电责任不落实，将这一重大责任寄托于市场的自我调节。另外，环保主义者对环境保护的不切实际的苛求，也是造成加州十年没有建发电机组，投产新的输电线路的原因之一。

美国最大的东部PJM市场根据实际情况选择了纵向整合电力改革模式，获得了成功。具体做法是：将各电力公司发电、输电、配电、供电进行功能性分离，财务分开核算。将输电分离交给系统独立运行者管理，不要求强制出售发电厂，引入竞争机制，逐步放开供电，用户有权选择供电商。PJM负责输电系统经营，进行职能管理，提出输电计划对发电厂进行调度，不拥有输电资产，公平为市场参与者提供输电服务和电力交易市场。电力公司及供电商分别对用户供电负责，供电负荷要有发电容量保证并有必要的备用容量，不足将受处罚。发电容量来源由三部分组成：（１）本公司电厂；（２）双边交易合同；（３）现货市场和一天期货市场。电力市场交易容量约占１５％左右。为反映电网内部能力限制和拥堵，电力市场实行分区边际定价机制。

２０００年美国联邦能源管制委员会提出要建立区域输电机构，在跨州的一定区域范围内，创造一个中间没有隔离层、没有独断层的完整的输电经营系统。区域输电机构的重要作用，一个是集中精力把输电基础设施建设好，一个是监督系统的运行潮流。澳大利亚的电力市场澳大利亚电力市场采用中心交易市场（POOL）模式，其两个基本成分是集中协调的调度程序和现货（实时）市场。发电商卖电给电力库（POOL），供电商从电力库买电，形成全国统一的电力交易市场。电力库采用委员会管理制度，人员由发电、供电、电力用户及社会贤达人士组成，电力库的日常管理工作由电网公司负责，电网公司不是电力库成员，但代表电力库工作。欧盟的电力市场

欧盟于1996年12月19日一致通过关于放宽电力市场的指令，倡导建设统一电力市场，内容包括：一、有选择权用户可自由选择供电商，参与的欧盟及欧洲经济区１３个国家必须依据时间表开放供电市场。二、供电市场可采用不同的业务模式。一种是第三方接入：有选择权的用户和供电商可接入供电网络；允许采用纵向整合化系统，但必须将发电、输电和配电行业的会计账目分开；可采用管制价格或协商价格。另一种是单一买家：有选择权的用户可与独立供电商签订合同，但所有电力均由单一买家供应，而单一买家则按约定价格向合约供电商购买电力。三、对于发电市场，欧洲国家可选择采用招标机制或许可证制度来监管新的发电容量。法国电力公司在电力行业中占据绝对统治地位，总发电量和装机容量占全国的94％，拥有100％的输电业务，自1958年起拥有75年输电网的独家经营权，拥有全国96％的配售业务，拥有100％的电力进出口业务。尽管有来自欧盟的压力，但法国政府反对电力工业破碎化，追求规模经济效应。法国没有将法国电力公司私有化的意愿，也没有将法国电力公司分解为若干公司的意愿，只是按规定将其发、输、配业务实现功能分离和财务分开；确立供电市场开放时间表和有选择权用户；建立生产许可证制度；设立一个电力监管委员会。我国的电力改革三个阶段：20世纪80年代改革开放后，经济发展，电力短缺，1995年实行多家办电1997年1月，国家电力公司成立。目标：政企分开，打破垄断，引入竞争，优化资源配置2002年3月，电力体制改革工作小组成立2004年1月15日，东北区域电力市场模拟运行在辽宁沈阳正式启动，成为我国第一个正式建立的区域电力市场。东北区域电力市场开放部分发电市场，采用两部制上网电价全电量竞争模式，容量电价由国家价格主管部门调整和制定，电量电价由市场竞争决定。模拟运行阶段将开展年度合同交易和月度合同交易，按多段报价方式进行，对报价进行网损修正，以市场总购电费最低为目标进行竞价交易。后续将适时开放发电权市场；按照国家有关文件规定，开展发电公司（厂）与大用户双边交易试点；建立辅助服务补偿机制。华东电力市场模拟运行

启动于2004年5月18日，一期交易类型包括：年度合同、月度合约竞价、日前现货竞价和实时平衡机制。随着市场发育，将逐步开放周、季度及一年以上的电能交易。华东电力市场运行初期，约85%的电能交易以年度合同方式确定；15%左右的电能开展市场竞争。同时，各省电力公司作为购电者，在区域电力交易平台竞争购电。模拟运行期间，华东电力市场有竞价电厂59个，竞价机组171台，竞价容量4338.8万千瓦，占华东总装机容量的一半以上。2006年4月华东电力市场进入试运行阶段，有70多家发电企业，200多台机组参与市场竞争，竞争容量约为6000万千瓦，采用“全电量竞争加差价合约”的市场模式，按市场价格结算的电量约占总电量的10％。（三）智能电网

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。(GalvinElectricityInitiative,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)纽约独立系统运行员（ISO),趸售电价中23％是阻塞成本，它们全部转嫁给用户。(PNNL,2006)美加大停电损失:$40-60亿,5000万人受影响。驱使人们研究智能电网的，不是电能的成本，而是电能不合格的成本. EnergyDirector,OracleCorporation,2004实现（以抵御事故扰动为目的）安全稳定运行降低大规模停电的风险实现分布式电力系统：处理数以万计的分布式电源高级市场化

现实电网的利用系数很低（据美国统计，约55%）需要电力公司与用户友好合作，达到双赢；开发高透明度的用户界面，以便实现负荷消减和更具弹性的负荷需求，提高现实电网的利用率。而通讯与信息技术已为此准备好了条件。对电网各种约束日益严格（提高可靠性、提高电能质量、节能降损和环保）分布式发电存储需求管理智能电网是以物理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1硬件基础：电网和建立在集成的、高速双向通信网络。2软件基础：智能的控制技术，是指诊断电网状态，防止供电中断，改善电能质量扰动的装置和算法。将来智能电网的功能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为了解决这些问题，国际上形成了一些大型科研群体,开展面向21世纪电网的研究。常见国外关于智能电网的名词：

IntelliGrid

SHG(selfhealinggrid)

SmartGrid(SmartGrids)

ModernGrid

SHG主要是对配网而言由于Smart不好译，中文大家多用“智能电网”一词智能电网的技术结构高级计量体系AMI用户户内网HAN计量数据管理系统需求响应负荷控制远程开合分时电价（送到用户）自动读表AMR（按小时读表，远方编程，电能计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出）配电SCADA配电快速仿真与模拟DFSM高级配电运行ADODER运行高级配电自动化高级保护与控制（带有高级传感器的）运行管理系统停运管理系统配电

GISAC/DC微网运行新型电力电子装置变电站自动化高级保护高级输电网元件阻塞管理输电系统仿真与模拟高级的输电运行ATOISOEMS可视化输电SCADA，

WAMS输电GIS

配电AAM基于条件维护规划设计/建设资产利用输电AAM记录

AMI

ADO

AAM

ATO能量传输链四个环节均衡时行为和效率最高四个环节中，配电与用户间的互动相对较弱，尤其缺少可视化和控制信息技术和通信技术的进步，已使实现AMI和ADO的花费可以接受输电发电用户侧配电侧输电侧发电厂配电用电高级计量体系AMIAMI授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行TextTextText美国的典型峰荷日的负荷与备用饼图

GFAs的电器包括：电暖气，空调，热水器，电冰箱。GFAs的潜力超过运行备用的需要同电网友好的电器（GFAs）可帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生同电网友好的电器GFAs感知电网的频率漂移自动担负调频的任务，起到旋转储备的作用智能仪表SmartMeterTransformerMeterFeederMeter(energy)FeederMeter(current)FeederMeter(energy)高级配电运行（ADO）AAMAMIADOATO高级配电运行（ADO）功能使“自愈”（“SelfHealing”）成为可能；ADO同AMI,ATOandAAM的密切配合实现配电系统（运行和资产管理）优化用户端口电能质量高级的传感器高级电力电子分布式能源高级配电自动化

把积极的电力用户集成到配电网中

使用户参与到（削峰的）输电运行辅助服务中来

配电灵活输电DFACTS和配电静止无功补偿安置的计算

使DFACTS参与到网络重构中来

使中压与低压配电网的电能质量优化

使电能质量可以评估

把分布式能源单元接入配电网

使参与者能够提供辅助服务(带有企业EMS的电网传感器)IECSAD-FSMT-FSM设想中的未来电网高级输电运行（ATO）

ATO强调阻塞管理和降低大规模停运的风险ATO同AMI,ADOandAAM的密切配合实现输电系统的（运行和资产管理）优化风电（特别是大规模风电）入网运行是个具有挑战性的任务，电力系统将面临如何调度峰荷和如何维持稳定的问题End-uses&DRDistributionSystemTransmissionSystemEnergyStorageFuelSupplySystemFuelSource/StoragePowerPlantsRenewablePlantsDataCommunicationWideAreaControlSensorsControllersZIPMDynamicLoadModelsMonitoring,Modeling,Analysis,Coordination&Control高级资产管理（AAM）AMI、ADO和ATO同资产管理过程的集成将大大改进电网的运行和效率ATO强调阻塞管理

AAM大大地改善资产管理AMI授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行ADO使系统可自愈

AMIandDRDistribution(ADO)Transmission(ATO)AssetManagement(AAM)AMI同用户建立通讯联系提供带时标的系统信息ATO使用ADO信息改善运行和管理输电阻塞AMI使用户能够访问市场ADO使用AMI的通讯收集配电信息使用AMI信息改善运行AAM使用AMI,ADO,andATO的信息与控制，改善:运行效率资产使用成本效益AMIADO/AAMATO/AAM智能电网的是历史发展的必然，不是可搞可不搞的，而且现实条件业已具备。它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。启动智能电网的研究项目—战略研究与技术研究

1）智能电网涵盖AMI、ADO、ATO和AAM，它们之间的密切配合实现现代电网研究的四大目标。为此有许多新技术需要研究与开发，特别是需要建立标准；

2）开展智能电网的战略研究：在决策时应做智能电网的详细技术经济分析和预测,以便：显示成本－效益，和确定实现智能电网目标（清洁、效率、可靠性、安全）的最佳道路。做好智能电网规划：集成的能量与通讯系统IECSA是智能电网的基础设施，在配电网规划中宜尽早虑（我国不应该继续规划仅适应模拟技术时代的电网）。四分布式发电与微网技术分布式发电（DistributedGeneration,DG）是指为满足特定用户的需要、支持现存配电网经济运行、靠近用户侧、配置功率为数kW至几十MW的小型、高效、清洁的发电机组及其辅助设施

分布式发电对电力系统和用户来说是多用途的，可以作为备用发电容量、削峰容量，也可承担系统基本负荷；对于电力系统的运行，分布式发电还可起到电压自动调节、电压稳定、系统稳定等作用。分布式发电引入的原因传统电力系统存在的问题:

不能灵活跟踪负荷的变化对于偏远地区的负荷不能进行理想的供电，原因有如下两种：距离供电中心较远及自然条件的恶劣对传统输电网的接入的限制；大型互联电力系统中局部事故极易扩散，导致大面积的停电；环境污染问题日益严重分布式电源发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的电源。应用较多的分布式电源主要有微型燃气轮机、燃料电池、光伏发电、小型风力发电、生物质能发电等。

(1)微型燃气轮机微型燃气轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型气轮机，其发电原理与大中型燃气轮机相同。其发电效率可达30％，如实行热电联产，效率可提高到75％。微型燃气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。

(2)燃料电池燃料电池的基本原理与一般原电池相似，可将燃料氧化反应所释放的能量直接转换为电能。但是与一般原电池不同的是，在燃料电池中，反应物燃料及氧化剂（空气或氧）可以连续不断地供给电池，反应产物可以连续不断地从电池排出，同时连续不断地输出电能和热能。实用的燃料电池都以氢为燃料，由于氢在自然界不易获得，因此天然气或液化石油气在进入燃料电池之前必须进行重整和纯化。

安装在柏林的250kWPEMFC燃料电池电站

（3）光伏电池光伏电池发电的主要原理是半导体的光电效应，指的是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）产生光电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。

（4）小型风力发电风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。1.微型燃气轮机：体积小，重量轻；建造成本和运行成本低；发电效率高，污染少；运行维护简单。

2.光伏电池：结构简单、体积小且轻；易安装，易运输，建设周期短；容易启动，维护简单，随时使用，保证供应；清洁，安全，无噪声；可靠性高，寿命长；太阳能无处不有，应用范围广；降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。3.风电场：无污染、可再生、零成本的清洁能源。4.生物质能：转化设备安全可靠，维修保养方便；就地利用；可再生能源，污染小、清洁卫生。5.燃料电池：高效；环境友好；安静；可靠性高。分布式发电的意义分布式发电有如下优点：(1)经济：能源合理利用，提高能源利用效率（60%——90%）；节能效果好，投资回报率高；就近供电减少网损；(2)环保：分布式发电主要利用天然气和太阳能等能源，排放污染物少，减轻环保压力；(3)能源：多种能源利用；(4)系统安全及可靠性：在调峰问题、备用问题上可以提高供电可靠性和供电质量，防止大面积停电事故的发生；(5)电力市场：适应电力市场发展需要，多家办电打破电力部门垄断；(6)投资风险：分布式发电投资少、周期短、回报快，大大降低大型电站建设风险；(7)扶贫：解决边远地区供电困难。分布式发电与电网的相互影响

1对电能质量的影响

1）电压调整由于分布式发电是由用户来控制的，因此用户将根据自身需要频繁地启动和停运，这会使配电网的电压常常发生波动。分布式发电的频繁启动会使配电线路上的负荷潮流变化大，从而加大电压调整的难度，调节不好会使电压超标。另外，若分布式电源为采用异步电机的风电机组，由于需从配电网吸收无功功率，且该无功功率随风的大小和相应的有功功率变动而波动，使电压调节变得困难2）电压闪变当分布式发电与配电网并网运行时，因有配网的支撑，一般不易发生电压闪变，但切换成孤岛运行时，如无储能元件或储能元件功率密度或能量密度太小，就易发生电压闪变。3）谐波畸变和直流注入电力电子型电源易产生谐波，造成谐波污染。2对配电网可靠性产生不利影响包括：①大系统停电时，由于燃料（如天然气）中断或辅机电源失去，部分分布式发电会同时停运，这种情况下无法提高供电的可靠性。②分布式发电与配电网的继电保护配合不好，可能使继电保护误动，反而降低可靠性。③不适当的安装地点、容量和连接方式会降低配电网的可靠性。譬如，由于燃料电池等DG的响应过程本身难以跟踪负荷的变化速率，更不用说在与配网解列后保持适当的电能质量。3孤岛运行问题孤岛运行是DG需要解决的一个极为重要的问题。一般而言，DG的保护继电器在执行自身功能时，并不接受来自于任何外部与之所联系统的信息。如此，配网的断路器可能已经断开，但分布式发电的继电器还未能检测出这种状况，不能迅速地做出反应，仍然向部分馈线供电，最终造成系统或人员安全方面的损害，所以孤岛检测尤为重要另外，对于光伏发电并网还有一些特殊问题。由于光伏在白天发电，在并网运行且无蓄电池的情况下，会产生反向功率输入电网，此时由于云层的变化而造成公共连接点的电压波动和电压升高，如与各相负荷连接的光伏发电设备数量不均匀的话，很容易产生不平衡电流和不平衡电压。V.S.

微网世界上绝大多数能源电力专家认为，分布式发电（DistributedGenerators,DG）与大电网相结合是是电力系统的未来重要发展研究方向，但分布式电源的接入使得配电网由单一的辐射状网络变为遍布电源和用户的互联网络，必将给配电网带来一系列影响。为缓解能源需求，实现节能减排，充分发挥分布式发电的效益和价值，微网相关技术研究受到广泛关注。

由分布式电源、储能装置和负荷组成的可控、可独立运行的电力系统被称为微网，见下图。当主网发生某种扰动事故时，微网能无缝（seamless，又译平滑）切换到独立运行（isolatedoperation）或称孤网运行（islandingoperation）状态从主网脱离。当主网扰动清除回复正常后，微网又能重新与主网同步并入主网。目前，国际上对微电网的基本共识是：微电网是由各种分布式电源、储能单元、负荷以及监控和保护装置组成的集合具有灵活（Flexible）的运行方式和可调度性能何谓“灵活”？——能在并网运行和孤岛（自主）运行两种模式间切换；通过相关控制装置间的协调配合，可同时向用户提供电能和热能微网组成元素包括：微电源（Microsource，MS）或微源，内容基本包括前述分布式电源的种类，如风电、光伏、燃料电池、微型燃气轮机、生物质发电等；负荷，包括敏感负荷（sensitiveloads）和非敏感负荷；快速开关，用于将微网与主网分离与再并网（reconnection）。微网控制及调度系统微网的典型应用场景包括：1）以家庭为中心的社区供电、偏远的农村及郊区供电2）学术或公共社区诸如大学校园、山野中心、工业园区及写字楼地带。微网的优势体现在：1）微网内用户的就近取电和取热，从整体上看提高了能源的利用率；2）清洁能源的使用能实现CO2的低排放乃至零排放，从而显著地保护自然环境；3）对间歇式能源的发电特征，通过合理的网源协调控制策略，可以保证对主电网不造成较大的冲击。分布式发电的劣势

就微网中微源与微网的协调及微网自身与主网的协调网源协调，其尚存的技术攻关难点包括：

1）从几毫秒到几年的时间标尺内的微网内部精确的能量管理和功率匹配。

2）同主网间的关系定位

3）储能装置及技术

4）需求管理（可以减小储能装置的规模从而降低微网建设成本）

5）源荷之间的季节性匹配微网与分布式发电的区别及联系

分布式发电与微网的最重要区别就在于：

前者禁止孤岛运行；而后者允许甚至人为安排孤岛运行。

这种区别的产生是由两者在配网中的不同地位所决定的：前者在配电网中的地位是负荷层的，准确说即有源负荷或“负的负荷”（潮流计算观点）；

而后者从其概念提出之际就被当作是一个独立的电力系统而对待，其设计宗旨为与配电网互利共生，无缝切换，即插即用，随接随断。微网研究方向及热点1.微网控制策略与能量管理主流的研究集中在：1）研究有功和无功的能量管理策略

无功控制方面，对三种控制策略的进行比较和讨论（电压下垂特性、电压调整、负荷无功补偿）

有功方面，在频率下垂特性控制策略的基础上探讨各种频率恢复策略2）建立微网控制的小信号分析模型并进行了特征值分析，指导微网控制器参数的设计。利用MATLAB等软件对微网下的频率控制问题进行了分析，通过控制策略的动态响应来平衡系统有功波动，提高系统应对频率方面的电能质量下降的能力，同时其控制策略兼顾了两种因素引起的频率波动：①DG出力的随机性波动引起的频偏；②主网与微网间联络线的交换功率波动引起的频偏。

微网控制策略

微网除了并网/孤岛两种稳态运行模式外，还存在着两种模式间的转换过渡过程。

在逆变器不停机的同时，通过调整控制策略和变换网络拓扑来实现微网内电压的平缓过渡，及所谓的“无缝切换”（seamlesstransfer），以保证网内重要敏感负荷的供电不受影响。

微网的不同运行模式和DG并网接口的不同拓扑形式都将导致模式切换过程中微网控制方法的多样性和不确定性。此外，不同种类储能装置的配置及运行特性也会对其控制策略的选取产生影响。从早期到现在，微网控制策略的研究基本上遵循两条思路1）微观层面，即逆变器的下垂控制，本质上是逆变器的并联均流问题；2）宏观层面，有无互联线通信的控制机制之争。集中控制、分散控制以及各种衍生版本的分层分区控制，如基于多代理系统的控制方案设计，本质上是各微源间如何协调出力分配（包括借助储能）以实现负荷分摊的思路。

微网建模仿真微网的建模和仿真目前的研究主要集中于

1）微源建模

2）电力电子变换器建模，尤其是逆变器的建模利用MATLAB/Simulink对微网中的风机、柴油发电机、储能电池组以及电力电子变换器接口进行了详细建模，对风电和光伏的微网进行建模，重点研究其对负荷的供电可靠性，研究不同网架拓扑结构和储能-电源配置下的微网运行经济性和供电可靠性的比较。微网研究现状美国美国能源部——USDOE负责总体协调全国主要机构和公司的微网研究计划，著名的GRID2030计划书中明确提出了Micro-Grid将是下一代电网技术的核心环节之一。由美国能源部负责协调的、目前公开的主要有两个项目：

1）GE（通用电气）公司的微网能量管理系统

MEMS——MicrogridEMS

其研究期限为两年，资金420万美元，预期研究目标包括探讨微网的规格和标准，开发适应于微网能量管理系统的本地监控策略和算法，研究微网的商业运转模式，并且最终将在新泽西州的Wayne城进行实物