电力系统及电力网组成

电力系统与电力网的构成（基础）

世界上大多半国家的动力资源和电力负荷中心散布是不一致的。如水力资源都是集中在江河流域水位落差较大的地方，燃料资源集中在煤、石油、天燃气的矿区。而大电力负荷中心则多集中在工业区和大城市，因此发电厂和负荷中心常常相隔很远的距离，从而发生了电能输送的问题．水电只好经过高压输电线路把电能送到用户地区才能获取充分利用。火电厂固然能经过燃料运输在用电地区建设电厂，但跟着机组容量的扩大，运输燃料常常不如输电经济。于是就出现了所谓坑口电厂，即把火电厂建在矿区，经过升压变电站、高压输电线、降压变电所(站)把电能送到离电厂较远的用户地区。跟着高压输电技术的发展．在地理上相隔必定距离的发电厂为了安全、经济、靠谱供电．需将孤立运行的发电厂用电力线路连结起来。第一在一个地区内相互连结，再发展到地区和地区之间相互连结，这就构成一致的电力系统。往常将发电厂、变电所、用电设备之间用电力网和热力网连结起来的整体，叫做动力系统。

动力系统中的电气部分，即发电机、配电装置、变压器、电力线路及各样用电设备连结在一

起构成的一致整体。称为电力系统。电力系统中由各级电压等级的输配电线路及起落压变电所构成的部分，

称为电力网。在我国

习惯将电力系统称作电网，比如华中电力系统称为华中电网。电子式互感器是数字化变电站中的要点

数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中拥有里程碑意义的一次改革，其主要特点是

“一次设备智能化，二次设备网络化，切合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传达实现网络化，通信模型达到标准化，使各样设备和功能共享一致的信息平台。这使得数字化变电站在系统靠谱性、经济性、保护简易性方面均比惯例变电站有大幅度提高。数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层建立，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与惯例变电站对比，数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口不过接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连结，逐渐改变为电子式互感器、智能化一次设备、归并单元、光纤连结等内容。电子式互感器的应用，战胜了传统互感器绝缘复杂、体积大且粗笨；CT动向范围小、易饱和且二次输出不可以开路；电磁式PT易产生铁磁谐振等诸多弊端。电子式互感器拥有绝缘简单、体积小、重量轻等优有点，特别是CT动向范围宽、无磁饱和、二次输出能够开路；PT无谐振现象等。

......

数字化变电站的优点高性能

1）通信网络采纳一致的通信规约IEC61850，不需要进行规约变换，加速了通信速度，降低

了系统的复杂度和设计、调试和保护的难度，提高了通信系统的性能。

2）数字信号经过光缆传输防止了电缆带来的电磁扰乱，传输过程中无信号衰减、失真。无

L、C滤波网络，不产生谐振过电压。传输和办理过程中不再产生附带偏差，提高了保护、

计量和丈量系统的精度。

3）电子式互感器无磁饱和，精度高，暂态特征好。

高安全性

1）电子式互感器的应用，防止了油和SF6互感器的渗漏问题，很大程度上减少了运行保护

的工作量，不再受渗漏油的困扰，同时提高了安全性。

2）电子式互感器高低压部分光电隔绝，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可

能危及人身或设备等问题不复存在，大大提高了安全性。

3）光缆取代电缆，防止了电缆端子接线松动、发热、开路和短路的危险，提高了变电站整体安全运行水平。

高靠谱性

1）设备自检功能强，归并器收不到数据会判断通信故障或互感器故障而发出告警，既提高了运行的靠谱性又减少了运行人员的工作量。

2）采集器的电源由能量线圈或激光电源供应，二者自动切换，互为备用。

高经济性

1）采纳光缆取代大量电缆，降低成本。用光缆取代二次电缆，简化了电缆沟、电缆层和电

缆防火，保护、自动化调试的工作量减少，减少了运行保护成本。同时，缩短周期，减少通

道重复建设和投资。

2）实现信息共享，兼容性高，便于新增功能和扩展规模，减少变电站投资成本。

3）电子式互感器采纳固体绝缘，无渗漏问题，减少了停运检修成本。

4）数字化变电站技术含量高，电缆等耗材节俭，拥有节能、环保、节俭社会资源的多重功

效。

看此刻各国如何环保用电

看此刻各国如何环保用电

各样“绿”字头活动总合节电101亿度。公司和商家也在为节能添一把火。自19952003

年终。

近来。节电产品目不暇接。节能产品的普及和推行在韩国节能运动中功不行没。

各地商店里。颇受花费者喜爱。新的节能型电脑、空调、洗衣机、电视机等家电近来销量大

韩国增。;

日本：开发重生物能源发电冷柜

又保护了环境。生物发电在日本是一种新惹祸物。日本岩手县葛卷町第一座牛粪便发

电厂已开始运行。葛卷町还计划利用牛粪制造燃料电池。用牛粪便发电既节俭了能源。

美国:各样激励举措鼓舞节电

各级政府经过各样激励举措。赐予20%电费回扣。实行这一项目以后。即300多万户

家庭达到减少用电量20%以上的目标，帮助百姓更为高效地用电。如：加州政府出钱对于夏

季少用电20%以上的用户。有33%居民。此外还有几百万家庭节电达到10%20%获得了很好的

节电成效便利店冷柜

巴西：节电自觉自发

2001年7月。以致居民刚搬入新居。但同时也让市民深刻领会到电的重要性。所以，

巴西全国都遭碰到电力极度不足的困扰。就被见告节俭用电。常常停电影响了市民的平时生活。人们平时生活中，早睡早起就成了基根源则。即便到此后电力供应稳固了人们也痛快地配合政府，自觉参加到各样节能活动中去。

古巴：家用电器更新换代

古巴节俭能源最快捷的方法就是家用电器的更新换代。古巴政府要入口上百万台节能

型电冰箱。经济有困难的能够分期付款。以成本价卖给老百姓。;冷藏展现柜

古巴几乎都是燃油发电。人们对用电不太注意。油价连续爬升，过去石油像水相同非

常廉价。设备耗电大。此刻石油资源愈来愈少。古巴一定进行“能源革命”开源节流，开发风能等可重生能源，同时鼎力降低能耗。可是建设新电厂投资大、工期长，还需要增加燃油，

最快捷的方法就是家用电器的更新换代。

英国：立法保障政策引导

英国政府每年取出5000万英镑的能源效率基金”鼓舞公司节俭能源。英国正在推行中的绿色房子”计划鼓舞居民采纳环保技术建筑或装饰房子。这种新式住所将采纳太阳能电池板、

沐浴水循环办理装置和无污染涂料等。英国在提高能效方面有一系列的立法保障和政策引导。

未来。花园里最好再架一座风车。每家的电就能够自给自足了每家每户可安装蒸汽发

电机。假如有可能。利用风能发电。这样一来。;家长应如何教育孩子呢

同时。通宵灯光照明的现象极少见。大型公司和政府部门都没有华美的照明工程”夜晚闲步在伦敦街头。有些商店还采纳了准时关灯装置。住所和公寓楼内，英国的城市里。看

不到大面积流光溢彩和楼体透明的景观。大多半商店橱窗的灯在打烊后就所有封闭。楼道里

的公用灯也大多采纳自动断电装置。为了节能，就连首相府所在唐宁街也换上了节能灯。

法国:建筑实现“个性化”节电

据统计。此中34%用于取暖、8%用于烹饪、15%用于热水、43%属于其余用途。为了科

学合理地用电。减少能源耗费，民居建筑的能源花费占法国能源总花费的45%排放的温室气

体占法国温室气体总排放量的25%法国家庭的电力耗费20年翻了一倍。法国政府在引导居

民节俭电力。以及提高建筑物的能源利用效率等方面采纳了诸多举措。

居室“个性化”节电

炎夏到临。向居民介绍建筑物夏天防暑降温的小诀窍。

法国环境与能源管理局的网页

增加了凉快家居全套招数”链接。

;

除了合时开窗关窗、合理摆放植物、视屋顶高度及居室面积选择吊扇或台扇等大量常

识。热浪袭来时突击安装空调不是理智之举。还产生噪音、阻碍空气流通，网站特别还提请居民注意。因为空调不单破坏城市景观。影响人体健康。

让人与环境和睦共处。合理的节能举措能让建筑物天然地冬暖夏凉。

鼎力发展建筑节能

新房子要除去能源破绽。这是法国近几年来全力推行的节能目标。预防天气变化全国

行动计划”和“全国改良能源耗费效率行动”都包含一个重要内容。实现建筑的可连续发

展。老房子要提高能源效率。即提高建筑物的能源利用效率。;两项全国行动计划的框架内。依据不一样地理地点的光照、温度和湿度等自然条件。并

在网站上宣告。法国政府经过了建筑节能规范。评估出不一样建筑资料的能源利用效率。这套

规范仔细入微。

为了方便咨询。获取免费服务。投资及施工方都一定依照节能规范行事，环境与能源

管理局还在各地建立“能源信息点”地方政府、个体经营者、小型公司和居民都可与之联系。

解建筑资料及设计方案的能源效率。假如要盖新楼。不然得不到施工赞同。如何选购手机

能源与环境管理局统计发现。有的还是不行轻易改动的特点建筑。逐区、逐片甚至逐

个确定了旧房的能源改造方案。老建筑在保温、通风、照明等方面有很多可填充的能源破绽。

因为这些建筑千差万别。所以管理局与地方政府亲密协作。

韩国：绿色产品刮起节电风暴

韩国政府在节能方面下了好多功夫。经过签订节能商定等形式让公司、集体和民众自动参加节能。先后在全国推行“绿色能源家庭”绿色照明”绿色发动机”绿色创意”等活动

理解智能电网

什么是智能电网

1、智能电网核心价值及其胸怀

美国智能电网给出的愿景中，认为智能电网核心价值是：

（1）更靠谱。一个靠谱的电网，不论何时何地，都可为其用户供应合格电

能。

（2）更坚毅。一个安全电网不用付出太大代价即可承受物理或网络攻击。

对自然灾祸，安全电网将遇到更小伤害，且快能够恢复。

（3）更经济。一个经济电网能够用公正合理的价钱与充分的供应来保证供需均衡。

（4）更高效。一个高效电网将运用多种策略，来控制成本、最小化网损、高效发电，并可经过给客户供应能源管理手段来优化财产利用率。

（5）环境友善。一个环境友善的电网可经过效率提高和可重生能源利用来减小对环境的负面影响。

（6）使用更安全。一个安全电网对民众和电网工作人员都不会带来任何伤

害。

欧盟智能电网给出的愿景中，认为智能电网核心价值是：

（1）高灵巧性：知足用户的需求，同时能应付未来的变化和挑战。

（2）高可接入性：保证所有的电网用户都能接入，特别是零或低碳排放的可重生电源和高效的当地电源。

（3）高靠谱性：保证核提高供电安全性和供电质量，以切合数字时代的需求。对危险和不确定因素有很强的适应力。

（4）高经济性：经过创新、能效管理、同等竞争及看管，达到最高的经济

性。

从上能够看出，高靠谱性和高经济性是二者的交集。在欧盟智能电网的愿景中，重申了高灵巧性和高可接入性，而对“更高环境友善”、“更高效”、“更坚毅”、“使用更安全”没有波及。也许，他们认为“高可接入性”已反应了“更为环境

友善”这一希望，且更为详细；“高经济性”已经隐含了“更高效”要求；“高靠谱性”中“对危险和不确定因素有很强的适应力”已经反应“更坚毅”这一希望；而“使用更安全”则不用作为智能电网最为重要希望之一来提出。整体来看，欧

洲智能电网更为重申可重生能源电源接入，美国智能电网更为重申电网坚毅靠谱，二者略有差别，这样会造成他们在建设智能电网时发展要点可能略有不一样。作者认为，出现这样的状况是自然的，智能电网建设必定要切合生态圈成员对智能电网希望，美国智能电网生态成员与欧盟智能电网生态圈成员对智能电网核心价值认识不一样、建设要点不一样，是特别正常的事情。事实上，建设智能电网没有也不该有一致的模式，要点是智能电网建设应切合国情、切合当地社会经济及电网发展详细状况，能给生态圈成员带来他们最为希望的价值。

以上对智能电网核心价值做了剖析，但从科学研究角度，光用文字说理智能电网核心价值是远远不够的，还需要对其进行量化，猜便于操作。

在2005~2007年间，美国能源技术实验室现代电网战略项目组召开了一系列地区性会员，会议参加包含宽泛的各个层次的利益有关者。会议确定了所希望的美国智能电网核心价值（即前述的更靠谱、更坚毅、更经济、更高效、更为环境友善使用更安全），并对这些核心价值用一些指标做了量化，以下表所示：

核心价值及其胸怀

核心价值权衡指标

靠谱性停运连续时间、停运频次、刹时停运、电能质量

坚毅性散布式发电占发电半分比、参加电力市场用户数

经济性地区顶峰电价与均匀电价、传输堵塞成本、供电中止损失、电能

质量扰动带来损失、传递总成本

高效性系统网损、顶峰负荷与均匀负荷比、负荷高于90%时连续堵塞传

输线数目

环境友善性可重生能源发电占总发电比率、1度电排放量

使用安全性因使用电网而受伤的电网工人与用户数

2、智能电网愿景：为何、是什么与怎么样

智能电网所带来的价值是智能电网愿景的核心。但只用核心价值来描绘愿景还有所不足，我们还需要对可带来这些核心价值的主要特征及实现这些主要特点的要点技术领域做一描绘，这样才能较好地对智能电网愿景加以界定。

（1）核心价值

国家和社会对智能电网希望，除保证基础设备安全性外，其余希望能够归纳两点：减少对化石能源依靠和减少对环境污染。而提出这两点希望的大背景，在能源危机与天气全世界变暖问题。能源危机与天气全世界变暖高速我们，人类社会要想可连续发展，一定减少对化石能源依靠，减少对环境污染。也就是说，节能减

排是可连续发展的不然要求，是历史发展的必定要求；而智能电网所为未来社会能源基础设备，一定适应历史发展要求。

从这个意义上讲，以上要求是智能电网发展的最重要驱动力。据此，作者认为，智能电网的核心价值是：

①坚毅靠谱。坚毅靠谱指电网在经受各样扰动（故障、拓扑更改、发电和负荷的颠簸）后还可以靠谱运行。电网的坚毅程度能够经过增强物理电网的建设和提高电网控制水平这双方面是举措来加以提高。

②高效。高效是指提高化石能源使用效率，减少化石能源使用量以及对化石能源依靠。主要有两个门路，一是开源，即经过支持可重生能源电源大规模接入，减少化石能源使用；二是节流，指在能源转变、传输和使用等环节（即发输配用）中，经过提高效率、减少消耗、减少化石能源使用量，主要举措包含采纳新技术

新设备降低消耗、经过调整运行方式降低网络消耗、经过合理调整发电计划提高系统整体的能量转变效率等。

③环境友善。环境友善指在能量转变和传输过程中减少含碳气体排放量，尽量减低对环境的不良影响。其主要手段是扩狂风力、太阳能等可重生能源利用的比重；增强对传统燃煤、燃油电厂的排放治理，进行相应的技术改革和改造。

以上特征中，前一点可认为电网作为能源基础设备所一定达到的目标，后两点能够视为人类社会可连续发展对智能电网的不然要求。事实上，这三点价值，

这是国家和社会对智能电网的希望。

由以上剖析也可看出，智能电网的发展驱动力其实不是第一来自电网各方面技术自己，而是源于外面需求的重要变化；我们很难不过从技术进步的角度推到智能电网，但从人类能源利用和环境保护的角度，就比较简单理解智能电网出现的必定性。

（2）主要特点

智能电网主要特征是用于回答“带来这样的核心价值的智能电网是什么样的”这一问题。作者认为，带来“高效、洁净、坚毅”特征的智能电网的组要特征可用“新能源+新客户+新电网”来归纳。

①新能源。既包含可重生能源大型集中式发电，也包含可重生能源小型散布式发电。依据各国规划，可重生能源在能源结构比率将日趋增大，如美国计划到2021年可重生能源发电比率大幅增加，将给电网接入、输电、配电、调动和运

行带来排山倒海的变化。

②新客户。既指用户可经过需求侧响应主动参加到电网运行中来，也包含小型散布式发电、微网、电动汽车等新客户。在智能电网中，因为客户能够主动对

电网运行方式作出响应，既可从电网中吸纳电能，也可向电网供应电能。对比目前电网，智能电网的电流、金融流、信息流都可双向或多相流动，电网调动运行

方式与此刻对比会发生根天性变化，由此也会带来一系列新的服务和更多的效益。

③新电网。新能源与新客户，决定了需要建设新电网与之般配。在新电网中，超导输电或特高压输电、高效变压器、数字变电站、紧凑型线路等技术将会宽泛应用，电网的运行方式也将更为复杂多变，其优化也将带来更大效益。总的来看，这么一个新电网的建设、运行与调动问题将带来一系列崭新课题！

（3）要点技术领域

从国家和社会层面上看，他们对智能电网的希望主假如：坚毅靠谱、高效、环保。我们将智能电网中能帮助实现这些目标的技术，称之为狭义的智能电网有关技术。这部分技术又能够区分为三个层次：

（1）第一个层次：一次侧的发输配用各个环节中应用的技术，包含可重生

能源发电技术、超导输电技术、特高压输电技术、高效变压器、紧凑型线路、智能电器等。

（2）第二个层次：二次新技术，包含先进的丈量技术、通信技术、AMI等。

（3）第三个层次：控制中心的电网运行控制与管理技术，包含先进的信息

办理技术、先进控制理论、新式管理技术等。

3、智能电网所能拥有的最高智能形式

经过上述剖析议论，我们理解了，在电网是对于未来电网的漂亮愿景。愿景三因素中，核心价值是要点一环。而为了使愿景更为清楚，智能电网核心价值需要用一系列指标来予以量化。

从这个意义上来说，智能电网带来价值如何，可用一系列指标构成的指标集

合来权衡；而要使智能电网带来最大价值，就要使这一系列都达到最优。据此，

我们认为，拥有多指标自趋优运行能力是智能电网所拥有的智能形式，而这也正

是清华大学所提数字电网的核心理念。

（1）多指标

智能电网带来价值如何，可用一系列指标构成的多指标会合来权衡。这里做

说多指标，就是指的该多指标会合，它由运行人员或研究人员最关怀的系列指标

组合，可因时因地而异。如对美国智能电网，能够用表征电网运行坚毅、靠谱、

高效、经济、环境友善性及使用安全性的一系列指标相容构成；而对欧盟所提智

能电网，则可用表征电网运行灵巧性、可接入性、经济性的一系列相容指标构成。

（2）自趋优

自趋优是指某个对象经过的自动调理，实现从不令人满意的状态到令人满意的状态的一个过程。对于智能电网而言，权衡其能否处于趋优状态（或令人满意状态）的标准就是前述的电网运营指标会合；智能电网的自趋优是指电网能够依靠完美一致的基础设备（包含一次设备、采集、通信、IT平台等），在实现全面的自我监测和信息共享基础上，对自我状态（也即电网运营指标评论系统）有标准的认知，并经过智能剖析形成决议，借助完美一致的基础设备，自动对自己进行综合调控，使得电网自己状态趋势最优。

自愈是实现电网安全靠谱运行的主要功能，指无需或仅需少许人为干涉，实现电力电网络存在问题元器件的隔绝或使其恢复正常运行，最小化或防止用户的供电中止。经过进行连续进行连续的评估自测，智能电网能够监测、剖析、响应，甚至恢复电力元件或局部网络的异样运行。

从所针对的对象来讲，自愈仅针对电网运行环节；而自趋优针对的是整个电网的运营，范围更为广阔。从要达到的目标来讲，自愈仅能保证系统在马上发生异样状况或出现异样状况时实现对有问题设备的自动监测和隔绝，为单调目标；

自趋优则是对所有不满意运行状态均采纳必需的动作，为目标。也就是说，自趋优已涵盖了自愈的观点。

（3）实现电网“多指标自趋优运行”的理论基础：电力混成控制论

使电网具备多指标自趋优运行能力，如何电网可自动保持在安全、优良、经济的运行状态，是可能吗？回答是必定的。

第一，用于实现电网多指标自趋优的控制理论基础也已成立，它就是卢强院士所提“电力混成控制论”。鉴于这一思想实现的先进能量管理系统（AdvancedEMS），已在电网及时运行和控制方面获取应用。

（4）拥有多指标自趋优运行能力的电网是电网所能拥有的最高智能形式

假如使一个电网具备多指标自趋优运行能力，则意味着我们可将一个电网控

制得好像一台智能广域机器人一般（SmartWideAreaRobot，Smart-WAR）。这意味着假如电网一旦处于不那么令人满意的状态（即不切合前述系统运行多指标会合），系统即可发现；而后可发现；而后即可集中所有可控资源，自动进行调控，使得电网回归到令人满意状态中来。这也意味着美国智能电网或欧洲智能电网要求的核心价值可由多指标自趋优电网自动实现。试想，还有比具备多指标自趋优运行能力的电网更为智能电网吗？没有了。

中国坚毅智能电网的发展思路和目标

一、中国坚毅智能电网的内涵：

2009年5月在召开的“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司宣告了对智能电网内涵的定义

坚毅智能电网以坚毅网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调动各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”是高度一体化交融，是坚毅靠谱、经济高效、洁净环保、透明开放、友善互动的现代电网。

内涵包含：

1、坚毅靠谱的实体电网架构是中国坚毅智能电网发展的物理基础；

2、经济高效是对中国坚毅智能电网发展的基本要求；

3、洁净环保是经济社会对中国坚毅智能电网的基本诉求；

4、透明开放是中国坚毅智能电网的发展理念；

5、友善互动是中国坚毅智能电网的主要运行特点。

二、国家电网公司将分三个阶段推动坚毅智能电网的建设：

第一阶段：2009年~2010年，规划试点阶段，要点睁开坚毅智能电网发展规划工作，拟订技术和管理标准，睁开要点技术研发和设备研制，睁开各环节的试点工作。

第二阶段：2011年~2015年，全面建设阶段，加速特高压电网和城乡配电网的运行控制和互动服务系统，要点技术和装备实现重要打破和宽泛应用。

第三阶段：2015年~2020年，引领提高阶段，全面建成一致的坚毅智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力大幅提高，洁净能源装机比率达到35%，散布式电源实现“即插即用”，智能电表普及应用。

三、坚毅智能电网各环节发展目标与要点任务

发电环节。发展目标：1、以“一特四大”发展战略为导向，引导电源集约化

发展，协调推动大煤电、大水电、大核电和大可重生能源基地的开发；2、增强网厂协调，提高电力系统安全运行水平；3、实行节能发电调动，提高惯例电源的利用效率；4、优化电源结构和电网结构，促进大规模风电、光伏等新能源的

科学合理利用。要点工作：1、国家风电研究检测中心建设；2、国家太阳能发电研究检测中心建设；3、大型储能技术在间歇能源发电系统中的示范应用；4、节能发电调动系统和要点技术的应用；5、抽水蓄能要点工程建设。

输电环节。发展目标：1、加速建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协

调发展的坚毅电网；2、全面实行输电线路状态检修和安全寿命周期管理；3、建

设输电线路状态检测中心，实现对特高压线路、要点输电走廊、大超越、灾祸多发区的环境和运行状态参数的集中检测和灾祸预警；4、宽泛采纳柔性交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵巧性，技术和装备全面达到国际当先水平。要点工作：1、特高压后续交直流工程建设；2、跨区联网工程建设，建成河西走廊750千伏通道，实现新疆与西北主网联网、西藏与青海联网运行；

3、睁开特高压可控电抗器等要点技术研发并示范应用，睁开柔性输电要点技术

研究；4、全面实行线路状态检修和全寿命周期管理；5、成立输电线路状态检测中心及灾祸预警系统。

变电环节。发展目标：1、设备信息和运行保护丈量与电力调动全面互动；2、枢纽及变电站全面建成或改造为智能变电站；3、实现电网运行数据的全面采集和及时共享，支撑电网及时控制、智能调理和各种高级应用，保障各级电网安全稳固运行。要点工作：1、拟订智能变电站及装备标准规范。2、睁开变电站智能化改造和智能变电站建设工作。3、智能装备研发及装备智能化改造。

配电环节。发展目标：1、建成高效、灵巧、合理的配电网络，配电网具备灵巧重构、潮流优化能力和可重生能源采纳能力，在发生紧迫状况时支撑主网安全稳固运行；2、实现集中/分别储能装置及散布式电源的兼容接入与一致控制；

3、供电靠谱性和电能质量明显提高；4、达成配电自动化系统和配电调控一体化智能技术支持系统的全面建设，全面推行智能电网配电环节示范工程应用成就，主要技术装备达到国际当先水平。要点工作：1、配电网坚毅网架建设，研究制

定配电网坚毅网架建设的规划，按步骤、分地区实行配电网坚毅网架建设；2、智能电网配电环节技术架构系统及技术标准系统研究；3、适用配电自动化系统推行建设，配电自动化技术研究与推行；4、配电调控一体化智能技术支持系统研究与推行。

用电环节。发展目标：1、全面睁开智能用电服务，推行应用智能电表。2、建立智能化双向互动系统，实现电网与用户的双向互动，提高用户服务质量，提高供电靠谱性。3、推动智能楼宇、智能家电、智能交通等领域技术创新，改变

终端用户用能模式，提高用电效率，电能在终端能源花费中的比重超出26%。要点工作：1、智能电网示范园区建设；2、用户管理与服务互动系统建设；3、用电信息采集系统建设；4、高级计量管理系统建设；5、智能化需求侧管理系统建设；6、电动汽车充电站试点建设。

调动环节。发展目标：1、在国调、5个网调及26个省调建成智能调动技术支持系统并在地县调进行推行；2、在散布式一体化平台支持的基础上，建设及时监控与预警、安全较核、调动计划和调动管理四大类应用，实现同质化管理能

力和灵巧高效调控能力，保障电网安全、稳固、经济、优良运行。要点工作：1、智能电网调动技术支持系统建设。2、新能源接入和调控能力建设。3、电力通信网络和调动数据网建设。

信息通信环节。发展目标：1、信息支持平台：建设国家电网资源计划系统

（ＳＧ－ＥＲＰ），贯穿六大环节，实现生产与控制、公司经营管理、营销与市

场交易三大领域的业务与信息化的交融，实现电力流、信息流、业务流合一；2、通信支持平台：成立结构合理、安全靠谱、绿色环保、经济高效、覆盖面全、具

有时间同步和业务感知能力的下一代大容量、高速通信网络。完美通信管理系统。

成立应急通信系统，为应急指挥供应重要支撑。

智能电网有关技术之一

——一次与二次侧新技术智能电网作为下一代电力系统发展方向，包含的技术特别宽泛。广义的智能

电网有关技术包含全部下一代电网中获取应用的技术。但这样的化所包含的技术太多，难于尽述。从国家和社会层面上来看，他们对智能电网的希望主假如：坚毅靠谱、高效、环境友善、我们将智能电网中有利于实现这些目标的技术，称之为狭义的智能电网有关技术。

先进的发电与储能技术

从能源转变的角度来看，在电力生产中，发、输、配、用四个阶段实质上达成的是能源转变、传输和使用过程。在这个过程中，排放量最大，同时是最具减排潜力的无疑是发电环节。风电、太阳能发电等不行控能源的接入给电力系统的运行和控制带来好多影响，毕竟在传统电网中，发电环节基本是完好可控的。为此，作为应付不行控发电的重要手段之一，储能技术也获取了智能电网研究者的重视。

1、风力发电

风能是世界上散布最宽泛的能源之一，拥有洁净无污染、可重生等优点，同时也拥有不稳固、散布不均匀等特点。人类对风能的利用已有超出三千年的历史，

但因为各种原由，风能利用进展向来较为缓慢。直到20实质早期，风能仍主要被用于作为提水浇灌、碾磨谷物的动力根源。

1887年，在苏格兰出现了用于给蓄电池充电的风力发电设备，这也是将风

能转变为电能的最后应用。但在随后的书十年间，提水浇灌、碾磨谷物还是人类

利用风能的主要方式。在20世纪70年月早期，第一次石油危机使得人们从头审

视新能源发电的推行价值，这几点地促进了风力发电技术的发展。到了20世纪年月，化石燃料焚烧所带来的环境污染问题使得人们对可重生能源发电的重视程度不停增加，风力发电已成为除水能外最具经济利用和开发价值的新能源。

2003~2007年，全世界风电均匀增加率为24.7%，总装机容量目前累计达到9400

万kW。2007年，全世界大概生产了2000亿前夜晚风电电力，约占全世界电力供应的1%。

我国计划在2020年从前将可重生能源站国家能源总理的比率提高至15%，而发展风力资源是中国能源战略的重要构成部分。2008年我国风电总装机已突

破1000kW，发哦2010年，我国风电装机容量将达到2000万kW以上。

风力发电机组即是将风能转变为电能的工具。风力发电机组主要由风力机和发电机两部分构成，前一部分负责将风能转变为机械能，后一部分负责将机械能转变为电能。所以风力发电机组也可依据风机和发电机组的不一样有着多种分类方式。

依据风机种类不一样，风力发电机组主要有以下几种分类：依据风机旋转主轴的方向（即主轴与面相对地点）分类，可分为水平轴式风电和垂直轴式风机；依据安桨叶接受风能的功率调理方式可分为定桨距（失速型）机组和变桨距机组，同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极种类有可分为电励磁同步发电机和永磁

同步发电机两类。

此外，还依据风机的额定功率分为微机型（10kW以下）、小型机（10~100kW）、中机型（100~1000kW）、和大机型（1000kW以上）四类，此中大机型又被称为兆瓦级风力发电机组。

风力发电技术的进展是跟着人们对风力发电的重视程度同步发展的。早期的风力发电机组多为小容量，大多采纳结构简单、并网方便的异步发电机，连结方式多为直接和用户配电网相连，采纳国力运行的方式供应电能，主要用于解决偏僻无电地区的用电问题。在二战结束后，特别是1973年的石油危机以后，风电

技术发展很快，接入方式也从从前的小容量、孤网运行方式渐渐转向大容量、并

网运行。目前生界上最大的风力发电机组为德国Enercon公司开发的E-116型风

力发电机机组，其单机容量可达到7MW以上，叶片直径为126m。该型机组已

在德国投入并网运行。

欧洲是世界上风力发电发展最快的地区。早在20世纪90年月初，欧盟就提

出了鼎力发展风电的目标。截止2008年终，欧盟风电装机总容量达到了

64935MW，并且在2008年，风电新装机已占到当年新增装机容量的36%，是增

长容量最大，也是增加最快的发电方式。在2008年，风力总发电量达到了

142TWh，占当年总发电量的4.2%，减少二氧化碳排放量达108百万吨。欧盟在2009年三月将其2020年风电装机目标由180GW调整到230GW，并包含40GW了离岸风电机组。到2020年，风力发电每年将供应600TWh的电能，能够知足欧盟60%的家庭用电或14%~18%的欧洲总电力供应。目前德国和西班牙是风电装机容量最大的国家，此中德国风电装机为1665MW，西班牙为1609MW。下一步，欧盟将加大对离岸风电场的研究和发展。

跟着风电场的容量愈来愈大，作为一种不行控发电的风电对系统的影响也愈来愈明显，研究风电并网对系统的影响已成为重要课题。因为不一样种类风力发电机组的工作原理、并网连结方式都不尽相同，所以剖析方法及其对电网的影响也存在差别。目前在国内外主要应用的风力发电机种类及其数学模型包含：

1、鼠笼式异步发电机。这种风力发电机组的风机经过一个变速箱和鼠笼式异步发电机相连，可经过变速箱来调整发电机的转速变以使得发电机组转子运行于效率较高的转速。因为发电机的转速变化较小，在实质剖析时可近似认为机组转速为恒定值。鼠笼式发电机在发电时需汲取许多无功，所以在风机功率较大或连结于弱网络时需加装电容器进行无功赔偿，以提高发电机组的功率因素。

2、双馈异步发电机。发电机的定子绕组直接与电网相连，而转子绕组经过一个背靠背的整流逆变器和电网相连，这种发电机组为双馈异步发电机。它拥有有功、无功能够解耦控制，风电利用效率高，卖力颠簸较小等特点。

3、支取性异步风力发电机。这种发电机组不需要变速箱，所以见底了风机机械部分的复杂程度，提高了靠谱性。但因为发电机电气部分完好经过整流逆变器和电网相连，在发电机容量较大时需要整流逆变器应有相应的般配容量，这无疑增加了机组的成本。其优点在于能够经过整流逆变器的控制来调整发电机组无功，也可经过调整风机叶片的角度来实现有功的部分可控。

大规模风电接入对电网的运行和控制的影响主要表此刻以下几个方面：

（1）对系统频次的影响。

因为风能具备随机性和不行控性等特点，所以风电场的卖力主要因为风电场所处地点的电力大小所决定。当系统中风力发电达到必定比率以后，就一定考虑风电颠簸对系统频次的影响。

（2）对系统电压稳固性的影响

目前投入运行的风力发电机组仍以异步发电机组为主。在向电网输出有功功率的同时，还需要从电网汲取滞后的无功功率。发电机汲取滞后无功功率会跟着

发电机输出有功功率的变化而变化，约为有功功率的20%~30%。如才有电容分级赔偿，则难于做到连续赔偿，这必定会影响到风机接入点邻近电网电压。同时因为电容器无功赔偿量遇到电压的影响大，在系统电压降低时赔偿量反而会下降很大，严重时会以致电压崩溃。针对这种状况，一方面对风力发电机入网拟订相应的标准，要求其一定具备必定的低电压无功亮相调理能力；另一方面在入网点

也需配置合理、受电压影响小的快速连续无功赔偿装置。

（3）对电能质量的影响

因为风力发电机组的卖力受风速影响很大，为保护风力发电机，当风速超出切除风速时，风机遇自动退出运行。假如整个风电场所有风机几乎同时动作，这种冲击对配电网单的影响十分明显，简单照成电压闪变与电压颠簸。这对电压质量的影响很大，可经过在风电入网时配合合理容量的快速反响的储能装置来缓解

这一问题。此外，风机自己和入网所需的电力电子设备也可对系统产生谐波污染，这也会对电能质量产生必定的影响。

2、太阳能发电

太阳能是太阳内部核聚变反响产生的能量，占有关数据，假如把太阳射入到地球表面的所有能量采集起来，只要不到两个小时即可知足人类目前一年的能源耗费。

和其余能源对比，太阳能拥有散布宽泛、洁净、安全等特点，这些特点使其成为新能源发电的发展方向之一。可是，太阳能的能量密度小，并且利用成本较高，转变为电能的效率低，同时受天气条件影响大，在夜间没法使用，太阳能的这些特点使它在整个综合能源系统中是作用遇到必定的限制。

目前太阳能转变为电能主要有两种基本门路，一种是将太阳能变换为热能，而后再将热能转变为电能，这种发电方式为太阳热发电；另一种是经过光电器件将太阳光直接转变为电能，即太阳光发电，跟着半导体元器件价钱的下降和新式光电资料的发展，太阳能光电技术已经渐渐成为太阳能发电的主要发展方向。

太阳能电池是利用半导体p-n结的光伏效应将太阳能直接变换为电能的器件。因为电压合电容的限制，单个太阳能电池其实不可以直接作为电源使用，需要由若干片电池组构成电池阵列进行发电。目前太阳能电池产品主要分为晶体硅电池、薄膜电池两类。此中前者分为单晶硅、多晶硅电池两种，其转变效率较高，

约为15%，高者已能达到25%以上，但成本较高，目前占有大多半市场份额；

后者固然转变效率尚不如前者，稳固光变换效率约为5%~8%，但成真相对较低，

近来几年来在转变效率方面已有打破性的进展，主要包含非晶硅电池、铜铟镓硒电池

和碲化镉电池等。

微风力发电相近似，太阳能发电技术也可分为并网太阳能发电技术和离网太

阳能发电技术两大类。此中离网太阳能发电技术主要用于解决偏僻地区用电和路

灯、扬水站等孤立设备的供电问题。依据能否有储能装置，太阳能并网系统可分

为“不行调动式光伏并网发电系统”和“可调动式光伏并网发电系统”两类。其

中前者发电发电和负荷之间的不平权衡完好由主电网进行均衡，后者则能够经过

储能元件对其进行控制，在太阳能发电许多时储能，在太阳能发电不足时开释能

源以供用户使用。跟着超级电容器、钠硫电池等储能技术的不停进步，可调动式

光伏并网发电系统或联入微电网将渐渐成为光伏并网的主流方式

3、洁净煤发电技术

火力发电（特别指煤炭焚烧发电）向来是世界上最重要的电力根源。我国煤炭资源丰富，即便在鼎力发展可重生能源的背景下，火力发电在我国能源结构中占很大比重。为了达到智能电网节能减排的目标，一定鼎力发展洁净煤发电技术，尽量降低煤炭焚烧造成污染、减少温室气体排放，将火力发电的不利因素降到最低。依据煤焚烧过程来剖析，洁净煤技术可分为煤焚烧前过程、使煤更洁净焚烧过程和焚烧后洁净废气过程三类。

（1）整体煤气化联合循环机组（IGCC）

IGCC被称为“世界上最洁净的煤电站”其工作原理是将煤气化，将净化后的洁净煤气作为燃料，驱动燃气轮机发电机组发电。其实是煤气化技术和高效的联合循环发电技术相联合的新式洁净煤发电技术。和惯例煤发电技术对比，IGCC技术可将氮氧化物的排放量减少90%，减少CO2排放量35%。其联合循环热效率最高可达52%以上，同时IGCC机组的焚烧煤后废物办理量少，耗水量比惯例汽轮机电站少30%~50%。

（2）增压流化床焚烧联合循环机组（PFBC-CC）

世纪初极具发展潜力的另一种先进的洁净煤发电技术就是增压硫化床联合循环（PFBC-CC）技术。

增压硫化床是在常压流化床（CFBC）的基础上发展起来的，在较高压力下进行焚烧的一种燃煤发电技术，它拥有热效率高、污染排放低、能构成蒸汽燃气

联合循环等特点。增压流化床的焚烧效率可达99%，联合循环发电效率可达

40%~42%，SOx、NOx和粉尘的排放量低，同时增压硫化床的设备模块化程度，结构紧凑，PFBC锅炉的体积只有同容量惯例锅炉的1/4。这些特点使得增压硫化床特别适合于老旧电厂设备改造时应用。

4、其余新能源发电技术

（1）燃料电池

燃料电池，其工作原理主假如：在必定条件下使氢气、天然气或煤气（主假如氢气）与氧化剂（空气中的氧气）发生电化学反响，将化学能直接转变为电能

的过程。燃料电池具备能量变换效率高（电能变换效率为45%~60%）、功率密度高、相应速度快、启动时间短、洁净、五污染、噪声低等特点，合用于可挪动动力源、电动车以及分别电站，既可集中供电也可适合分别供电。

燃料电池发电时，电池的电解质（酸、碱、固体氧化物等）将电极分开，由电池外面将反响物（燃料、氧化剂）分别供应电池的阳极和阴极，发生电——化学反响（燃料的氧化过程），经过电解质传递带电离子，产生电位差，惹起电子在外电路流动，形成低电压直流。

燃料电池的研究和应用方面，美国、日本、加拿大以及一些欧洲国家研究投入许多，特别美国和日本，其开发应用均处于世界前列。固然我国在燃料电池研究和应用方面投入了巨大的精力，但与世界先进国家对比，我国在燃料电池基本理论方面差距相对较小，但在结构、资料应用、要点零件的设计与生产方面差距较大，这也限制了我国燃料电池行业的快速发展。从世界范围来看，限制燃料电池大规模商业应用的主要技术问题包含原资料成本、电极工艺和燃料的储藏和运输等。

（2）潮汐能发电

因月球引力的变化惹起潮汐现象，潮汐以致海水平面周期性地起落，因海水涨落及潮水流动所产生的能量成为潮汐能。潮汐能是以势能形态出现是大海能，

是指海水潮涨潮落形成的水的势能与动能。

潮汐能发电可分为两种形式：一种是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，并在坝中或坝旁建筑水力发电厂房房发电；另一种则是利用洋流发电，无需建筑水坝。目前投运的潮汐能电站多为千一种。目前往哦过正在运作发电的潮汐能电站总合8座，均为水坝型，总起色容量为6000kW，每年发电量为1000万余kWh。

2008年，在英国斯特兰福德湾安装了世界首台不需要建筑水坝的潮汐能电站——Seagen，装机容量为1.2MW，利用潮汐涨退产生的洋流发电，是目前生

界上单机容量最大的潮汐能发电机。为了检测Seagen对大海生物的影响，该项目还集成了Tritech公司的声纳设备，并将进行连续5年的连续观察。因为不需要建筑大坝，这种发电方式对大海生态系统的影响较小。

因为潮汐能发电机工作于海水中间，如何解决设备锈蚀和大海生物附着问题

是此类发电方式一定解决的问题，同时如安在发电的同时尽量降低对大海生太环

境的影响也有待进一步研究。

（3）生物质能发电

生物质能是指储藏在生物质中的能量，是绿色植物经过叶绿素将天阳能转变为化学能而储藏在生物质内部的能量。生物质能也属于一种可重生能源，往常包含以下几方面：一是木材及丛林工业荒弃物；二是农业废气物；三是水生植物；

四是油料植物；五是城市和工业荒弃物；六是动物粪便。

与矿物燃料对比，生物质能拥有可重生、低污染和二氧化碳零排放等特点；与其余可重生能源对比，它拥有资源丰富、散布面广和用途宽泛（能够变换成多种二次能源，如发电、供热、生产气体或液体燃料）等特点、并且和其余新能源

发电技术不一样，生物质能发电的卖力能够人为的加以控制，为一种可控发电能源，对电网的稳固性有着较大的帮助。跟着现代生物质能技术的不停发展，生物质能发电将在未来的智能电网发电系统中占有重要的地位。

5、储能技术

电力生产过程是来女婿进行的，发电和负荷及消耗之间一定时刻保持基本均衡。而电网顶用户对电力的需求却跟着时间及气象因素的变化而变化。传统电力系统是经过对可控发电机（如水电、火电）的卖力难于控制。而假如电力系统不可以保证发电及负荷之间的均衡的话，轻则电能质量恶化，造成频次和电压不稳，重则引起停电事故，影响电力系统的安全稳固问题。这就需要电力系统一定保存充分的备用容量，降低了系统设备运行的效率。要解决这一问题，可从两个思路着手。第一是从负荷侧着手，经过需求侧管理等技术调整用户的用电习惯，减少顶峰期用电，拉平负荷曲线；第二是在电网中安装储能元件，在电力充足时储藏能源，在电力紧缺时开释能源，供用户使用。

在新能源发电技术很快发展的大背景下，假如能在风力发电、太阳能光伏发电或许太阳能热发电等新能源发电设备备用储能装置，第一能够解决新能源发电自己卖力不行控问题，经过储能元件对机组的卖力曲线进行调整，减少卖力变化对电网的冲击；第二能够是电力充足时，储藏电能，在负荷顶峰期开释电能，达到削峰填谷、减少电力系统备用需求的作用。

储能技术是指将电能经过某种装置变换成其余便于储存的能量并高效储存起来，在需要时，能够将所储存的能量方便地变换成所需形式能量的一种技术。它包含两个方面的内容，一是高效大容量储存能量的方法，二是快速高效的能量变换技术。

依据做转变是能源种类不一样，目前主要的电能储存形式可分为机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池等）、电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器等）和相变储能等四类。

（1）机械储能

机械储能是将电能转变为动能或势能等机械能量储存的储能方式，详细包含抽水蓄能技术、飞轮储能、压缩空气储能等方式。

抽水蓄能技术是目前应用较为宽泛的一种储能技术。其主要原理是利用在电

力负荷低谷期将水下池水库抽到上池水库，将电能转变为重力势能储存起来，在电网负荷顶峰期，开释上池水库中的水发电。按上水库有无天然径流汇入又可分为纯抽水、混淆抽水和调水式抽水蓄能电站。抽水蓄能的开释时间能够从几个小时到几日，综合效率在70%~85%之间，其最大特点是储藏能量特别大，所以特别适合电力系统调峰和用作长时间备用电源的场合。如调峰填谷、调频、调相、

紧迫事故备用等。因为抽水蓄能电站要求一定同时具备以下池水和上池水库，对地理条件要求较高，这是限制抽水蓄能电站进一步推行在主要因素。同时抽水蓄能机组要同时担负电动机和发电机两个角色，其设计制造和运行效率是限制抽水蓄能技术效率提高的要点因素。

目前，全世界共有超出90GW的抽水蓄能机组投入运行，约占全世界总装机容量的30%。

飞轮蓄能是利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能装换为机械能储存起来，

并在需要时飞轮带动发电机发电，是一个电能和机械能相互变换的储能元件。为

减少消耗，飞轮系统需要运行于真空度较高的环境中。适用飞轮储能系统有高速

飞轮、轴承支承系统、电动机/发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、

紧迫备用轴承等附件设备构成。现代飞轮设备储能功率密度大于5kW/kg，飞轮储能最大优点在于计划不需要运行保护，设备寿命长（可达成20年或许数万此

深度充放能量过程），储能效率高（在采纳悬浮轴承后效率还可进一步提高）洁净无污染，五噪声，负荷追踪能力轻，对环境没有不良的影响。弊端是能量密度比较低，花费较高，在小型场合还没法表现其优势。主要应用于那些在时间和容量方面介于短时储能应用和长时储能应用之间的场合，如电能质量控制、不中断电源（UPS）、电压稳固、电力调峰等方面。

压缩空气储能（CAES）过程中，因为惯例燃气轮机在大概需要耗费输入燃料的2/3进行空气压缩，所以可在电网低谷时早先压缩空气，将空气高密封在报废矿井、降低到海底储能气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在负荷顶峰

时开释出来加上一些燃气进前进行发电。对于相同的电力输出，采纳CAES的机组所耗费的燃气要比惯例燃气轮机少40%。最早投入商业运行的CAES于1978年建于德国，燃气轮机机组起色容量为290MW，目前已经成功运行超出20年。较大规模的压缩空气储能电站的建设受地形限制较大，对地质结构有特别要求。

目前跟着散布式电力系统的发展，人们渐渐开始关注微型压缩空气储能系统

8~12MW）。

（2）电磁储能

超导储能（SperconductingMagneticEnergyStorage,SMES）利用超导导线圈经过大功率电力电子变换装置将超导储能磁体与电力系统相连，将电网剩余的能量已电磁形式储藏起来，在需要时再经过整流逆变器将能量馈送给电网的一种电磁储能方式，其原理是经过对超导储能磁体的预充电，控制变换装置的触发脉冲实现SMES装置与系统时间的有功功率和无功功率的变换。

因为超导线圈在超导状态下无焦耳热消耗运行，同时其电流密度比一般惯例线圈高1~2个数目级。所以它不单能长时间无消耗地储能，并且能到到很高的储能密度。其主要消耗来自于超导储能体温度保持和漏磁。和其余储能方式对比，SMES装置能够同时实现与系统的四象限有功和无功功率交换，且无需进行电磁能量与其余形式能量的变换，效率高，反响速度快，运行方式灵巧。研究者最初使用SMES为发电机组供应阻尼、克制系统振荡，以及改良电能质量、提高供电靠谱性等方面的研究。

限制超导储能大规模应用的主要因素还是超导资料的性能和价钱。截止目前

为止，共出现五代高温超导资料：镧系、钇系、铋系、铊系和汞系，此中最有实

用前程的是钇系和铋系。Y系高温超导的磁场特征因为铋系，可是其线材制作技2术还不行熟，工程电流密度达到100A/mm(77K,自场)、长度为100~1000m的铋

系多芯复合导线已商品化，所以目前的高温超导磁体的设计和制造多项选择用铋系材

料。目前高温超导资料的性能与超导储能装置的要求另有必定的差距，尚不具备

并未真切投入电力系统商业运行。

考虑到超导储能在响应时间和运行方式方面的诸多优势，假如超导资料能在价钱和性能双方面获得进一步打破，超导储能在智能电网的推行潜力将特别巨

大。

（3）电化学储能

①超级电容器储能。超级电容器（SuperCapacitor），又称为电化学电容

器（ElectroChemicalCapacitor）,是20世纪七八十年月开始发展的，是介于

传统电容器和电池之间的新式储能器件、依据储能原理，超级电容器可分为双电

层电容器（ElectricDoubleLayerCapacitor,EDLC）和法拉第准电容器

FaradaicSeudocapacitor）两类。双电层电容器，其电容的产生主要鉴于电极/电解液上电荷分别所产生的双层电容，如碳电极电容器；而法拉第准电容器的储藏电荷过程不单包含双电层上的储存，还包含电解液中离子在电极活性物质

中因为氧化复原反响储存于电极中的电荷，往常拥有更大的比电容。如RuO2等金属氧化物在电极/溶液界面法拉第氧化复原反响产生的准电容是双电层电容的

10~100倍。

和传统电容器对比，超级电容器拥有容量大、功率密度高、充放电速度快、使用寿命长、受环境温度影响小等特点，但其耐压能力仍有待进一步提高，若能解决这一技术难题，超级电容器的容量还可以进一步提高。因为超级电容器造价较高，目前主要用于需要短时间、顶峰值输出功率场合，如大功率真流电机的启动支撑、动向电源恢复器等，在电压跌落和瞬态扰乱时期提高供电水平。

②电池储能。电池储能系统主要利用电池正负极的氧化复原反响进行充放

电，也是人类最早应用和应用最宽泛的电储能系统之一。电力系统的使用背景决定了储能系统应拥有容量大、效率高、使用寿命长、造价相对便宜等特点，这就限制了系统的铅酸、镍镉、锂离子电池在电力系统中的应用。而近些年出现的纳流电池则更能知足在电力系统大规模应用的需求。

钠硫电池是Na-beta-Al2O3为电解质和隔阂，并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池，其理论比能高达760Wh/kg，且没有自放电现象，放电效率几乎可达100%，系统效率可达80%。钠硫电池的基本单元为单体电池，将数百个单体电池组合后形成模块，功率可达到数十千瓦，同时也有利于制造、运输和安装。目前在日本及北美已有100余座钠硫电池储能电站在运行中，在各样二次电池中最成熟也是最具潜力的技术。

液流电池的指正、负极活性物质主要存在于电解液中，分别安装在两个储能

罐中，经过送液泵循环流过电池，电池内的正、负电解液由离子交换膜分开的电池装置。最早是由ThallerL.H于1974年提出的一种化学储能装置。目前液流电池已有钒-溴、全钒、多硫化钠/溴等多个系统，液流电池电化学极化小，能够100%深度放电，储藏寿命长，能够经过增加电解液的量或提高电解质的浓度达到增加

电池容量的目的。因为液流电池组合电解液储液罐能够分开搁置，因此能够因地

制宜安排相对地点，并可依据设置场所的状况自由设计储蓄形式及任意选择形状。

目前，钠硫哈液流电池均已实现商业化运作。但技术和价钱两个方面的因素仍限制其进一步发展。跟着容量和规模的扩大、集成技术的日趋成熟，储能系统成本有望进一步降低，在经过安全性哈靠谱性的长久测试的前提下，有望应用于小时~天级的储能应用，包含提高风能/太阳能可重生能源系统的稳固性、光滑负荷曲线、作为紧迫供电能源等方面的应用。

（4）相变储能

相变储能是利用某些物质在其物相变化过程中，能够与外界环境进行能量

交换的性质达到能量变换与控制的目的。依据相变形式不一样，相变储能资料一般

可分为四类：固-固相变、固-夜相变和固-气相变。从资料的化学构成来看，又可

分为无机相变资料、有机相变资料和混淆相变资料三类。

相变储能在航空航天太阳能利用、采温暖空调、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、食品保鲜、建筑节能、纺织服饰、农业等多个领域均有重要价值。

在智能电网领域相变储能的使用可作为电力调峰的重要手段之一，使用变相资料的储能空调技术已经成为国际上广泛使用的调峰填谷技术。储能空调广泛使用冰为变相蓄冷资料，也用使用相变点在5C。以上的蓄冷资料，与其余调峰方式对比，鉴于冰相变储能的调峰手段每千瓦投资仅为1200元，远小于抽水蓄能、安装燃气轮机等调峰手段。且经过相变储能进行调峰仅需要一次性投资，运行花费极低，且不受地形地势的限制，具备大规模应用的潜力。美国、日本和欧洲许

多国家在20实质80年月中期就开始大规模推行使用蓄能空调技术，我国从20实质90年月中期开始利用这项技术。如在上海南火车站安装的大型冰蓄冷空调

系统，每晚从10电开始，制冷主体制冰，向来到第二天清晨6点止，每日蓄冷能量22500千瓦时，完好能够知足上午9点至夜晚9点的用冷需求。年节俭电费122.5万元。大连新玛特购物广场冰蓄冷中央空调初投资420万元，电力设备容量减少25%；全负荷状态下移峰填谷2765kWh，总用电量减少15000kWh，峰值用电量减少2000kWh，削峰36%；半负荷状态下移峰填谷5580kWh，总用电量减少12260kWh，峰值用电量减少1324kWh，削峰60%；年运行电费减少16.2%。此外相变储能还用于电站余热利用中，采纳相变蓄热资料白腊来储藏发电机

组产生的余热，需要时将这些热能用于空气加热，可进一步提高能源的使用效率。对电热蓄热系统，电锅炉在低谷和非峰谷时段（或部分非峰谷时段）制取的一次水先送到蓄热罐（设有相变资料）中储藏，待顶峰时段和部分非峰谷时段到暂时备用，停止电加热，使用储藏的一次水与二次水换热，将二次水送至负荷区供热。

能够降低消耗的输配电技术

1、特高压输电技术

特高压输电技术指在500kV以及750kV交流和±500kV直流之上采纳更高一级电压等级的输电技术，包含交流特高压输电技术和直流特高压是输电技术量部分。外国研究特高压输电到现在已有近四十年的历史，其目的还是连续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及试点远距离是电力系统互联，建成联合电力系统。

从二十世纪60年月开始，前苏联、美国、日本和意大利等国，先后进行特高压输电基础性研究、适用技术研究和设备研制，已获得了打破性的研究成就，

制造出成套的特高压输电设备。前苏联已建成额定电压1150kV（最高运行电压1200kV）的交流输电线路1900多公里并有900公里已经按设计电压运行；日本

已建成额定电压1000kV（最高运行电压1100kV）的同感双回路输电线426公里。百万伏级交流线路单回的输送容量超出5000MW，且拥有明显的经济效益和靠谱性，作为中、远距离输电的基干线路，将在电网的建设和发展中起重要的作用。

日本和前苏联的实践表示：特高压交流输电技术已基本成熟。交流特高压技术几乎没有难以战胜的技术问题。从输变电设备制造技术上，前苏联已基本成熟，但技术水平相对落伍；日本已达到国际当先水平，并经历了长达5年的带电实验查核，目前变电设备处于分别载流和加压实验阶段，但输电线路向来降压运行。

跟着经济的全世界化趋势和科学技术的快速发展，我国电力系统也将面对巨大的挑战和机会。在未来15~20年内我国的电力工业将保持快速发展的步伐、因为我国能源和负荷散布的特点，能源集中在西部和北部地区，而负荷又集中在东部和南部沿海地区，需要进行远距离、大容量输送电力。按自然传输功率计算，一

条特高压线路的传递功率相当于4~5条500kV超高压线路的传递功率（约

4000~5000MVA），这将节俭可贵的输电走廊和大大提高我国电力工业可连续发

展的能量。我国在特高压领域已经睁开了必定的科研及设备研制的基础工作，累积了一些经验。特高压输电技术包含设备研制、线路绝缘设计以及运行控制技术的在超高压输电特别是500kV和750kV输电技术基础上发展起来的。但是，特高压输电系统的电压水平较高、线路产生的无功功率较大、短路电流非周期重量衰减慢，这对特高压输电的设计和运行产生的影响。

据国家电网公司的技术经济比较研究表示：在我国发展特高压交流输电是可行的。从技术角度看，采纳特高压输电技术是实现提高电网输电能力的主要手段之一，还可以够获得建设占用输电走廊、改良电网结构等方面的优势；从经济方面的角度看，依据目前的研究成就，输送10GW水电条件下，与其余输电方式对比，特高压交流输电有竞争力的输电范围能够达到1000~1500km。假如输送距离较短、输送容量较大，特高压交流的竞争优势更明显。所以，特高压交流输电技术已较成熟，具备应用条件。

2009年1月16日，国家电网公司宣告第一条特高压交流示范工程晋东南到湖北荆门的1000kV交流特高压输电线路建成投运，这标记着我国特高压输电工程迈出了实质性的一步。

特高压交流实验示范工程的投入运行说明我国已经有能力进行特高压交流

输电线路的建设，这也为建设坚毅智能电网扫清了技术阻碍。但在应用特高压技术时，还应从我国的国情出发，深入剖析我国未来几年甚至几十年的能源发展远景，认真比较各种技术在坚毅智能电网中的应用远景；同时也应鼎力发展先进控制技术，已保证坚毅智能电网能充散发挥特高压输电的优势，克制其对电网运行带来的不利影响。

2、高温超导输电技术

超导特征是指部分导体在某一特定温度下电阻为零的特征。因为超导特征在传输电能中的独到优势，人们向来致力于将这种超导电性应用于电力系统中间。

但直到1986年从前，超导技术是电力系统的应用向来处于假想和实验阶段。直

到1986年，IBM实验室科学家Mueller和Bednorz发现一转变温度于30K的超

导体的多合金超导资料，随后美国、中国科学家接踵发现转变温度高于90K的超导体，开始了液氮温区超导体时代，因为液氮价钱相对较低，这使得超导由实

验室走向工程应用成为可能。

超导电缆的发展经历了直流低温超导电缆、交流低温超导电缆、交流高温超

导电缆（HTS）等几个阶段，跟着零界温度高于77K的高温超导线材的开发及

低温冷却计时的快速发展，目前高温超导电缆已成为超导电缆发展的主流。

在近来几年，交流高温超导电缆经完美的实验室测试后已逐渐走向并网运行

阶段。与惯例电缆对比，高温超导电缆在能够大幅提高输电能力的同时大幅减少

输电消耗，同时具备对环境污染小、占用走廊宽度低等特点，有着广阔的发展前

景。正是因为高温超导电缆所具备的这些优点，世界各国纷繁进履行用高温超导

电缆技术的研究。美国是世界上超导电缆适用化最初进的国家，世界上第一组并

网运行的高温超导电缆就是美国南线公司研制的3相30m/12.5kV/1.25kA高温超

导电缆，该电缆于1999年正式并网实验运行。丹麦是世界上第二个使用高温超

导电缆并网运行的国家。2001年5月丹麦NKT公司研发的30m/30kV/2kA高温

超导电缆并网运行。我国从20世纪90年月开始研制高温超导电缆，进展很快。

1998奶奶中国科学院电工研究所成功地研制出长1m、1kA的直流高温超导模型

电缆，2000年达成长6m、2kA直流高温超导电缆的研制。2000年11月，中国

第一条100m长BSCCO高温超导导线研制成功，2001年4月，中国第一条300m

以上BSCCO高温超导研制成功。2004年4月，中国第一组适用高温超导电缆在

昆明普吉变电站正式运行，这也是世界上第三组并网运行的超导电缆。该组电缆

在性能上优于目前已经头运的美国和丹麦的两组电缆系统。2004年终，75m/10.5kV/1.5kA三订交流高温超导电缆在甘肃挂网运行。在日本，1995年东京电力公司（TEPCO）开发了7m/66kV/2kA高温超导电缆。2003年11月，在电力中央研究所的横须贺研究所开始进行长500m、77kV级超导电缆实证明验。

国家我国已投入运行的高温超导电缆实质运行结果显示：与惯例电缆对比，超导电缆单位长度电阻要小4~5个数目级。实质运行的超导电缆电阻主要来自愈电缆终端和接头。整个超导电缆系统的消耗中，漏热性质的消耗所占比重较大，此中，制冷系统和终端的消耗又占了很大一部分，表示电缆长度的增加不致惹起整个系统消耗的明显增加，也就是说，跟着高温超导电缆长度的增加，其消耗其实不会大量增加，这也说了然高温超导电缆在节能减排方面的巨大应用远景。

此后高温超导电缆在智能电网中的应用主要有远距离、大容量输电、为大城市和特别场合供电、应用于变电站内的大电流传输母线、代替海底电缆、离岸风电站接入、可重生能源后备、电网间能源交换等。

电力电子技术

电力电子技术是由电子学、电力学和控制理论三个学科交错而成的一门新兴技术，是采纳功率半导体器件对电能进行变换、控制和优化利用的技术

跟着电力电子技术的不停发展和电力系统运行要求的不停提高，电力电子技术在电力系统发、输、配、用等各个化解获取宽泛的应用，所以电力电子技术也是智能电网得以实现的基本技术之一。

1、电力电子技术概括

电力电子技术的基础是电力电子器件，所以电力电子技术的发展是跟着电力电子器件的发展同步发展的。

1957至1958年间，美国GE公司研制出生界上第一只一般的反向阻断型可控硅（SillionControlledRectifier，SCR），又称晶闸管（Thyristor）。此后，经过

近20多年的工艺完美和应用开发，一般晶闸管形成了从低电压、小电流、到高

电压、大电流的系列产品；同一时期出现了大量的晶闸管派生和改良器件，特别

是20世纪80年月快速发展起来的可关断晶闸管(Gate-Turn-OffThyristor,GTO)使得晶闸管在高压交流输电、交直流调速、电解电镀等方面获取宽泛的应用。晶

闸管大多是换流器件，开关频次不高。工作频次往常在400Hz以下。20世纪70年月功率晶闸管，这也促进了脉宽调制入工业应用阶段。功率晶闸管的开关率较

晶闸管高，这也长距离脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）技术在晶体管变换电路中的应用。但因为电压和电流水平比晶闸管低，功率晶体管仅合用于数百千瓦以下功率的应用，同时存在二次击穿、安全工作区（SafeOperationArea，SOA）小、不易并联以及过载能力差等问题。20世纪70年月后期，功率场效应管（PowerMOSFET）进入适用阶段，标记着电力电子器件在高频化发展过程中

的一次重要打破。它拥有场控可关断、工作频次高（几十~数百千赫，甚至兆赫）、开关消耗小、SOA宽、易并联等优点，成为高频电力电子技术的核心器件。MOSFET导通电阻跟着承受电压的增加而快速增大，这限制了它在中、高功率

领域的应用。20世纪80年月出现了一类复合型电力电子器件，他的主要特点是拥有双极型器件与MOS器件的优点，在高电压大电流和动向性之间获得较好

的折衷。典型的复合型器件为绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolar

Transistor,IGBT）和MOS栅控晶闸管（MOSControlledThyristor，MCT），它们均为场控器件，工作频次超出20kHz。目前在中高频、中小功率应用处合，已出

现IGBT渐渐取代GTR和MOSFET，MCT取代SCR和GTO趋势。在20世纪

90年月末出现的注入增强栅晶闸管（Injection-EnhancedGateTransistors，IEGT），

在2004年该器件已达到4500V耐压、关断6kA电流的水平。在20世纪80年月还出现了两种静电感觉原理的电力电子器件，即单极型的静电感觉晶体管（Static

InductionTransistor，SIT）和双极型的静电感觉晶闸管（StaticInductionThyristor，SITH）。其优点是高压大电流和高频，可是其通态压降较大，不适合大功率电流

电子应用领域。20世纪90年月末出现的（集成）门极换流晶闸管[(Integrated)Gate-CommutatedThyristor,(I)GCT]、MOS关断晶闸管（MOSTurn-offThyristor，MTO）、发射极关断晶闸管（EmitterTurn-OffThyristor，ETO）等，利用集成电

路技术和高速场控起降来改造晶闸管的门极，在大功率与高频次之间获得了更好的均衡。

自20世纪80年月始，功率电力电子的另一个重要发展是高压功率集成电路

HighVoltageIntegratedCircuit，HVIC）和智能功率集成模块（Intelligent/PowerElectronicModule，IPEM）的考证和开发。它们的电力电子和微电子技术相联合的产物，马上电力电子电路和微电子电路集成在一个芯片上，或是封装是一个模块内构成。HVIC将电力电子开关器件与电力电力变换器中有关信息电子电路环

节（如工作状态运行参数的检测、驱动信号的生成合办理、缓冲、故障保护和自诊疗）制作在一个整体芯片上，它打破了传统“器件”的观点，使之拥有功率控制和保护的能力而发展成为了一种“电路”。模块化是器件发展方向之一，功率集成模块是由同类或不一样类的开关器件按必定的电路拓扑结构连结并封装在一

起构成的，而假如进一步拥有信号检测及办理、驱动、保护与诊疗功能，则构成所谓的智能功率集成模块。HVIC和IPEM的发展使得电力电子器件使用起来更方便，靠谱性高。

从电力电子器件发展历史来看，电力电子器件的发展主要取决于两个因素，即应用的需要和器件自己在理论及工艺上的打破。大概表现以下几个方面：

①提高现有器件的容量和性能。②开发新的器件。③集成化、智能化。④鉴于新资料的电力电子器件。

按造发展历史来看，电力电子器件分为第一代、第二代和第三代产品。第一代产品主要分立式换流开关器件，它们不拥有自关断有自关断，包含SR、thyristor等；第二代产品主要指拥有自关断能力的器件，包含GTO、GTR、CDMOS、SIT、SITH等；第三代产品是一些性能优秀的复合器件和功率集成器件、电路、如

IGBT、MTO、（I）GCT、MCT、IEGT以及HVIC、IPEM、PEBB等。

依据器件主体是鉴于晶闸管工作原理还是晶体管工作原理还可分为晶闸管

类器件和晶体管类器件，此中前者包含Thyristor、GTO、SITH、（I）GCT、MTO、

MCT等，后者包含GTR、MOSFET、IGBT、SIT等。

依据能否需要控制信号，器件又可分为半控型、全控型和不行控器件：

半控型器件是指经过控制信号能够控制其导通而不可以控制其关断的器件，主

要包含晶闸管（Thyristor）及其大多半派生器件。半控型器件的关断由其在主电

路中承受的电压和电流决定的。

全控型器件是指经过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，所以又称为

自关断器件。主要包含绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor，

IGBT）、电力场效应晶体管（PowerMOSFET，简称为电力MOSFET）和门极可

关断晶闸管(Gate-Turn-OffThyristor,GTO)。

不行控器件是指不可以用控制信号来控制其通断的器件，这种器件不需要驱动

电路。如电力二极管（PowerDiode），只