智能电网介绍

国外提出智能电网概况EPRI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“Grid2030”DOE启动电网智能化(GridWise）项目DOE与NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,之后，研究机纷纷构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，推出自己的智能电网方案和实践。纷纷奥巴马将智能电网提升为美国国家2004200520032009年份2004200520032009国外提出智能电网概况提出智能电网愿景，制定（1）《欧洲未来电网的成立“智能电网(SmartGrids提出智能电网愿景，制定（1）《欧洲未来电网的（1）欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）欧洲未来电网的战略研究议程远景和策略》（2）《战略性研究议程》（（2）欧洲未来电网的战略研究议程部署文件（3）战略部署文件年份20052006年份u“TheSmartGrid”,DOE,USA,2008u2008.11.11-11.13,中美清洁能源合作组织(JointUS-ChinaCooperationonCleanEnergy–JUCCCE-)，聚思--“SmartGrid”specialsessionu2008.11.18--中美绿色能源论坛–“SmartGrid”SpecialsessionuSmartDistributionGrid:TheRoleofTechnology,toolsandTechniquesforadvancedAutomationandplanning—byS.S.Venkata,Univ.ofWashington,USA,--IEEEDLPTutorial,Dec.22,Beijing,Chinau2009.5.20,中国国家电网–“Strong&SmartGrid”美国能源部等机构致力于电网现代化建设，发展大概经历2个初步阶段：u电力基础设施战略防护系统（SPID）整个项目将于2025年完成，最终达到具有承受、应对各种意外及快速恢复的自愈能力。u从综合能源及通讯系统体系结构（IECSA）到智能电网：实时评估电力系统行为、应对电力系统可能发生的各种事故、防止大面积停电，并可快速从紧急状态恢复到正常状态。需要从快速仿真决策、协调/自适应控制和分布式能源（DER）集成等3个方面进行实现。•一次能源的缺乏、•供电可靠性和电能质量•供电能力•京都协议•气候变化•保护自然•提供低廉的电价和提高•进行创新和提高竞争能力•有关垄断的规程修订u欧洲电网为适应发电需要，大力提倡可再生能源，特别是风能、水电、太阳能和生物质能的发展，是欧盟委员会能源政策的中心目标。u欧洲以分布式电源作为发展的一个必然方向，同时未来的电网必须建立在电网信息化管理系统之上，特别是低压供电电网的信息化控制，流量平衡控制、网内分布式电源智能管理系统、智能保满足用户多样化的电力需求；u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；u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；u经济性(Economic)，通过技术创新、能有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。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，从事制定建立未来电网架构的原则。（4）2005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（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。智能电网实践最新成果—在输电侧Thetechnology+-----------------⃞developmentaltrends+-----------------⃞GPSGPSVδVδsynchronoussatelliteWide-areareal-timemeasurementsynchronoussatellitethetechnologiesprovidetheopporunitiesforthewide-areadynamicControlCentersecurityanddefenseinpowerControlCenterGPSVδMicrowave5-10sGPSVδMicrowave5-10sGPSVδVδ智能化实践最新成果—u智能电网"城市。u智能电表"。BoulderBoulder伯德市遍布全网的传感器能够进行快速诊断并采取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”家用能源控制装置定义（definition)u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。u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。特征将来激励/包括电力用选择较少充分的电价信息，实施电价，有许多方案和电价可供选择提供发电/储能集中发电占优，少量DG、DR，储能或可再生能源源补助集中发电使市场化成为可有限的趸售市场，未很好的成熟、健壮，很好的趸售市场满足电能质量需关注停运，不关注电能质量电能质量需保证，有各种各样的质量/价格方案可供选择优化很少计及资产管理电网的智能化同资产管理软件深度集成扰动发生时保护资产防止断电，减少影响抵御攻击对恐怖袭击和自然灾害脆弱具有快速恢复能力（1）坚强性（Robust/Strong）u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u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u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。u具有实时、在线安全预评估和预分析能力u具有强大的预警控制系统和预防控制能力u具有自动故障诊断、故障隔离和阻断故障传播的能u系统具有自我恢复的能力—高压输电断面的智能重（3）兼容性（Compatible）u能支持可再生能源的正确、合理地接入u适应分布式发电和微电网的接入u能使需求侧管理的功能更加完善u实现与用户的交互和高效互动（4）经济性(Economical)u支持火电和水火电联合经济运行u支持电力市场和电力交易系统u提供清洁和优质电力u降低电网损耗，提高能源利用效率（5）集成（Integrated）u实现电网信息的高度集成和共享u采用统一的平台和模型u实现标准化、规范化和精细化的管理（6）优化（Optimized）u优化资源的合理配置u优化资产的利用率u优化电网规划降低投资成本u优化管理模式降低运行维护成本数字化电网、数字化电表与数字化用电设备市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信（3）市场化发输配用电、电力市场等信息的开放透明市场化竞争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电网、发电与用户以信息为基础的互动（6）集成化通过流程优化、信息整合，实现集企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务等于一体的信息系统（7）标准化建立兼容集成的电网升级的国际新标准，特别是智能智能电网7个目标的相互结合u即时连接网络互动。终端传感器将用户之间、用户和电网公司之间可实时、高速、双向地读取数据，整体性地提高电网的综合效率。u实时监控及数据融合。发电、输电、配电、用电等关键设备的运行状况，在电力供应高峰可在不同区域间及时调度，达到对整个电力系统运行的u数字化、网络化、信息化综合集成。智能表计可作为互联网络路由器，终端用户进行通信、宽带业务或传播电视信号。u可再生能源发电技术太阳能风电地热潮汐生物质u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u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u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u电力系统分析技术快速建模仿真动态安全评估u电力系统控制技术分布式控制技术变电站自动化馈线自动化智能保护u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u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u家庭用电智能化技术自动温度控制负荷控制技术u优化的电厂选址u鼓励可再生能源投资u严格的排放管理u有效的成本管理u可靠经济的设备管理u灵活的竞价策略u优化的电网规划u具有自愈特征的坚强电网u安全、经济、清洁的电力调度u适应各种类型的发电资源u更高的设备利用水平u更低的传输损耗u可靠经济的设备管理u科学经济的配网规划u自适应的故障处理能力u更可靠的电力供给u更出色的电能质量u可靠经济的设备管理u支持分布式能源和储能元件u与用户的更多交互u更具竞争力的市场营销策略u针对用户需求定制服务u允许用户向电网提供多余的电力u根据用户的信用控制电力的供给智能电网设计电力系统发、输、配、用各个领域，对各个环节中的规划、建设、运行、维护工作，其从物理上来看可以分成：★发输配用层——智能元件、智能电器★传感量测保护控制层——智能控制★信息通讯网络层——智能网络★高级调度中心层——智能运行u风电：风电、分布式电源、光伏、接入等u输电：互济、超导、特高压、网架等u配电：微网、虚拟电厂、先进表计网络设施、需求侧响应等u用电：智能电器、用电自动控制、移动电力供应车、储能技术等。u传感器与测量：用来评估阻塞和电网稳定性，监控设备健康状况、防止切点以及控制策略支等。u智能表计：提供从发电厂到电力出口（智能槽）以及其他智能电网设备间的通讯路径且用户可以再高峰期开关此设备。u相角测量单元：高速传感器的PMU分布在电网中，用于监控电能质量，在一些情况下自动响应u广域测量系统（WAMS）：既支持具有快速、准确又可与稳控装置终端相结合，组成广域稳定控制的快速保护系统。建立一个完成集成的统一智能通讯网络，并且通过网络直接连接。其主要包括：变电站自动化、需求响应、配电自动化、监控和数据采集（SCADA）、能量管理系统、无线网与其他技术、电线载波通讯以及光纤通信等。通过与知识工程（如Multi-Agent）的智能解相结合，实现新一代软件系统工程技术即面向Agent（AO）。同时为了实现整个系统范围内的协调控制，分散式智能代理及其网状控制结构等形式的设计具有非常关键的作用。他们可以支持分散式决策，也可以在此基础上进行集中协调。ADOADOAMOATOAAAMAMOATOAAAMu四个环节均衡时行为和效率最高尤其缺少可视化和控制u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。高级计量体系使用智能电表通过多种通讯介质，按需或以设定的方式测量、收集并分析用户用电数据、能够提供开放式双向通信的系统，是智能电网的基础AMI授权给用户，使系统同负荷建立起联系，并让用户能够支持电网的运行，同时与电网友好的电器（GFAs）也能够提高设备利用率和防止停电事故的GFAs的电器包括：电暖气，空调，热水器，电冰用户户内网HAN用户户内网HAN计量数据管理•••负荷控制远程开合•••AMI的功能结构关系图FeederFeederMeter(energy)SmartSmartMeterTransformerMeterFeederMeter(energy)结算结算系统控制系统控制/(15-25%)帐单和客户服务/(15-25%)帐单和客户服务效益效益资产管理 人身安全资产管理负荷预测负荷预测收费标准与管制停运与恢复停运与恢复读表需求管理a需求管理a高级配电运行体系的主要作用是使“自愈”功能得以实现。主要包括高级配电自动化、配电快速仿真与模拟、分布式电源运行、AC/DC微网运行、新兴电力电子装置、配电SCADA、配电地理系统（GIS）七高级配电运行ADOADO高级配电运行ADO高级配电自动化ADA高级保护与控制高级配电自动化ADA高级保护与控制配电快速仿真与模拟DFSMDER运行的）运行管理系统的）运行管理系统停运管理系统AC/DC微网运行新型电力电子装置新型电力电子装置配电SCADA高级输电运行体系主要实现输电智能化，强调的是阻塞管理和降低大规模停运风险。主要包括输电阻塞管理、输电SCADA、WAMS、输电GIS技术、EMS高级报警可视化、输电系统仿真与模拟等。高级报警可高级报警可变电站自动化输电系统仿ISO变电站自动化输电系统仿ISO高级输电运行体系输电GIS高级输电网元输电GIS高级资产管理体系主要实现电力资产管理，大大改进电网的运行和效率。主要分为四个层次：①用户层；②业务逻辑层；③应用服务层；④系统服主要的管理分为：设备资产管理、缺陷管理、发电计划及项目管理、发电计划及项目管理、检修管理、备用备件及工器具管理等。输电AAM输电AAM基于条件（如可靠性水AAM的功能结构关系图为了构建上述四大体系，智能电网具备两个重要的基础设施，分别是灵活的电网结构和集成的通讯系统。灵活的可重构的配电网拓扑，是未来智能电网的基础。它需使系统在经历故障时，把故障影响范围局限在最小范围，并可迅速通过其他链接恢复对其他部分的供电。因此，必须具备现有电网不具备的条件：①综合考虑终端电网（分布式电源、电力设备调节设备、无功补偿设备和用户能量管理系统）控制和总体配电系统控制，已达到系统性能的优化，取得期望的稳定性和电能质量；②支持高比重的分布式电源、以提高系统的整体性、效率和灵活性。通过协同的分布式控制，可以利用分布式电源来优化系统性能；并在发生重大系统故障时利用他们进行局部供电（微网）。智能电网是通过以光纤、电力线通信、无线通信为载体，在更广的范围实现更多信息和应用的链接和集成，使数据在发电、输电和用户等不同主体及各类以用系统之间实现高速双向通信。它能够允许各种各样的物理媒介的嵌入，并且可以兼容分散式信息和集中式信息，从而把数据通讯网络和智能设备集成为一体。智能电网还大力发展和实施被使用者、供应商和其他主体广泛接受的通信标准，该标准可以使不同系统和不同主体能够相互识别、交换信息并协调运行，目前诸如需求侧响应、电力线通信等通信标准已经研究成功，进一步的标准化工作仍在进行中。用户端口分布式能源高级配电自动化IECSA分布式能源高级配电自动化IECSA高级电力电子D-FSMT-FSMD-FSMT-FSM高级的传感器IECSA—能量与通讯系统集成的智能电网－此图概括了下边介绍的全部同传统电力系统相比，图示的DC微网,具有改善能量传输效率、可靠性、安全性、电能质量，以及运行成本的潜力绿色箭头代表测量。红色箭头代表cell控制器的控制行为丹麦Cell控制试点工程的目标为：（1）初级目标：全系统崩溃后，cell自己黑启动，进入可控的孤岛运行状态。（2）最终目标：当系统发生严重故障处于不可挽回的紧急状态(如即将出现电压失稳)时电网（150kV）解列，由联网运行转为可控的PowerPlantsDistributionSystemTransmissionSystemDistributionSystemFuelSupplySystemEnergyStorageEnergyStorageRenewablePlantsFuelSource/StorageEnd-uses&DRControllersSensors●MMGPSsatellitePMUPMUPMU(ABB)PMUAMIandDRAMIAMIandDRDistribution(ADO)ADO使系统可自愈ATOATO强调阻塞管理Transmission(ATO)AssetAssetManagement(AAM)AAM大大地改善资产管理AMIu同用户建立通讯联系u提供带时标的系统信息ATOu使用ADO信息改善运行和管理输电阻塞uAMI使用户能够访问市场ADOu使用AMI的通讯收集配电信息u使用AMI信息改善运行AAMu使用AMI,ADO,andATO的信息与控制，改善:l运行效率l资产使用一般情况下…AMI是电网智能化的第一步ATO/AAM效益ADO/AAMAMI★美国夏威夷大学研发的配电管理系统平台该平台部署在夏威夷的某个变电站中，用户在家中进行能量管理的功能。平台集成了先进的计量设备作为家庭需求响应的入口，家庭节能自动化，配电系统内分布式发电、储能、负荷的优化调度，并使配电系统成为一个可控整体与电网中其它整体配合运作。此外，这个平台还能为当地的公共事业提供辅助服务，如：旋转备用、负荷跟踪监管、风能和太阳能的间歇性管理。★伊利诺伊理工大学的“完美电网”“完美电网”系统被定义为：一个电力系统能足用户的电力需求。完美的电力系统具有灵活性，能够为各种不同类型的终端用户提供电力，满足他这个工程将要设计一个完美电网的原型，他利用先进技术创造微网来反应不同的电网条件，提高可靠性，减少负荷。这个模型能够复制于各种市一级规模的系统，在这种系统里，用户具有参与电力市场的机会★西佛吉尼亚的“超级电路”超级电路工程被设计出来，证明一个先进的配电电路通过综合分布式电源和先进的检测、控制、保护技术具有更高的稳定性和安全性。通过先进的测量设备和一种通信网络，这个电路能结合生物柴油发电和能量储存达到快速的故障预测、快速的故障定位与解决，使对用户的影响最小化。超级电路能动态的重新配置电路，使得故障区段被隔离而对无故障区段保持正常供电，也可以从相邻馈线上取得电能提供给用户，优化服务。★科罗拉多州的波尔得——第一个智能电网城市美国多个州已经开始设计智能电网系统，每户家庭都已安排了智能电表，人们可以直观地了解智能电表，从而把一些事情，如洗衣服、烫衣服等安排在电价低的时间段。电表还可以帮助人们优先使用风电和抬眼能等清洁能源。同时，变电站可以收集到每家每户的用电情况。一旦有问题出现，可以重新配备电力。欧洲智能电网技术平台着力于将来欧洲电力网络的研究和发展，创立于2005年，它的目标就是规划2020年及以后的欧洲电网发展，是欧洲技术平台的重要组成部分。★意大利的特拉格斯托里2700万家庭用户应用了通过窄带宽电力通讯的智★德国施图凳湖的虚拟电厂德国施图凳湖的虚拟电厂，在该项目中大约400人居住在100个公寓和房屋里。住宅区先前的能源系统已经转换为一个小型的虚拟电厂。发电单元包括：一个热电联产机组、一些太阳能光伏系统、一个即供电又当负荷的电池系统。2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，并规划了从2008年至2030年的“三步走”战略：2010年初步建成电网高级调度2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。徐行站数字化改造新建数字化海宁站国家电网公司—建设智能电网的三阶段目标智能化电网数字化电网智能化电网数字化电网2015巩固提升全面转型引领超越巩固提升全面转型引领超越中国智能电网建设的基础条件信息化水平已初步达到建设智能电网的要求1、电力通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化中国智能电网建设的基础条件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。中国智能电网建设的基础条件(2)储能技术中国智能电网建设的基础条件中国智能电网建设的基础条件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用电领域智能化应用研究要积极探索u很多电力公司启动了电力用户用电信息采集系统对智能电网研究和应用的建议 电网发展的规模之大和速度之电网发展的规模之大和速度之NortheastNorthChinaNortheastNorthChinaNorthwest青岛拉西瓦—— Northwest青岛拉西瓦—— 380East福州。380East福州。ChinaChinaSouthYunnanSouthYunnanChina对智能电网研究和应用的建议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、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发电输电用电务发电输电用电务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优化的电网规划具有“自愈”特征的适应各种类型的发电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配电配电科学经济的配网规划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与用户的更多交互对智能电网研究和应用的建议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智能电网评价体系研究对智能电网研究和应用的建议智能装备554智能装备5544254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智能输电技术对智能电网研究和应用的建议智能输电技术智能电网下的电网规划技术智能电网下的电网规划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能电网研究和应用的建议智能技配电智能技风险预警预控及智能报警技术配电网自愈控制技术一智能配网故障快速处理技术分布式发电、微电网和储能技,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智用户门户技术用户门户技术智能表计技术智能表计技