毕业论文：智能电网关键技术的分析与探讨概要

毕业设计(论文院系电气工程及其自动化专业班级H电升1368学生姓名孙庆钊指导教师郑重二○一五年六月智能电网关键技术的分析与探讨题目智能电网关键技术的分析与探讨摘要21世纪电力供应面临环境压力、购电能力、安全可靠和高效利用等重大挑战。以美国和欧盟为代表的不同国家和组织不约而地提出要建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网,将智能电网视为未来电网的发展方向。智能电网已成为近年来国内外有关未来电网发展趋势的热门话题。文章简要分析了智能电网研究背景情况,智能电网的概念、特性以及国内外发展现状。重点研究了智能数字变电站、分布式能源和可再生能源接入相关技术。其中数字变电站部分首先分析研究了数字变电站的系统结构,主要研究了数字电流互感器的原理和特性及发展的新方向,然后设计了以罗氏线圈为电流传感头的数字采集系统。分布式能源部分首先研究了分布式发电技术,包括太阳能发电技术和风能发电技术。然后分析了几种储能技术,重点分析了超导储能和超级电容器储能技术的原理,接着分析了并网的问题和解决方法,最后对智能电网的发展前景进行了展望,并总结了其技术优势和存在的问题。关键词:智能电网数字变电站分布式能源可再生能源微网THEANALYSISANDDISCUSSIONOFSMARTGRID’SKEYTECHNOLOGYAbstractInthe21thcenturyelectricitysupplyisfacingwithgreatchallengessuchasenvironmentalpressures,thecapacityofelectricitypurchase,safety,reliabilityandefficientuse.DifferentcountriesandorganizationssuchasUSandUEputforwardtobuiltaflexiblecleansafeeconomicalpowergridandmakesmartgridthefuturepowergrid’sdirection.Smartgridhasbecomeahottopicofthedevelopmenttrendofpowergridathomeandabroad.Thepaperbrieflyanalyzetheresearchbackgroundofsmartgriditsconceptfeaturesandcurrentdevelopmentstatus.Itfocusesontheintelligentdigitalsubstationtechnologyandthelinktechnologydistributedenergyandrenewableenergy.Thefirstpartanalyzeandresearchthedigitalsubstationsystem’sarchitecture.Itmainlyresearchdigitalcurrenttransformer’sprinciplefeaturesandthenewdevelopmentdirection.ThenitdesignsadigitalacquisitionsystemwhichmakeRogowiskicircleasthecurrentsendinghead.Thesecondpartstudiesdistributedgenerationtechnologyincludingsoarpowergenerationandwindpowergenerationtechnology.Thenitanalyzeseveralenergystoragetechnologiesfocusingontheanalysisofthesuperconductingenergystorageandsupercapacitorenergystorageprinciples.Thenitdiscussestheproblemandsolutionoflinkingtothepowergrid.Finallyitdrawsthedevelopmentofsmartgrid’prospectandsummarizesitstechnicaladvantagesandproblems.Keywords:smartgrid;digitalsubstation;distributedenergyresource;renewableenergyresource;micro-network目录摘要..................................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II1绪论.(11.1课题背景(11.2智能电网的概念及特性(11.3智能电网的发展现状(21.31国外研究现状(21.3.2国内研究进展(32数字变电站技术(42.1数字变电站概述(42.2IEC61850简介(42.3数字变电站的系统结构(52.3.1数字化的一次设备(52.3.2网络化的二次设备(102.4数字变电站的信息采集(112.4.1总体设计(122.4.2系统硬件设计(123分布式能源的接入(153.1分布式能源的系统集成(153.1.1分布式发电(153.1.2储能技术(163.2可再生能源和分布式能源并网(183.2.1并网定义和并网意义(183.2.2并网带来的问题(193.3微网(193.3.1微网概述(193.3.2微网的运行与控制(213.4分布式能源的发展方向(214智能电网的发展前景(235智能电网技术优劣势分析(24结束语(26参考文献(27致谢(28华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文1绪论1.1课题背景在20世纪,大电网作为工程领域的最大成就之一,体现了能源工业的战略布局,是实现各种一次能源转换成电力能源之后进行相互调剂、互为补充的迅速、灵活、高效和能源流通渠道。然而,世界能源体系正面临着抉择,目前全球能源供应和消费的发展趋势从环境、经济、社会等方面来看具有很明显的不可持续性。在当前世界能源短缺危机日益严重、电力系统规模的持续增长、气候环境变化加剧等因素的影响下,21世纪电力供应面临一系列新的挑战。因此,在欧盟、美国和中国,政府、高校研究机构和企业共同参与,针对保证21世纪能源供应面临的技术问题、技术难点和技术路线开展了深入的研究,提出了智能电网的概念。目前,这些国家和地区将智能电网提高到国家战略的高度,将发展智能电网视为关系到国家安全、经济发展和环境保护的重要举措。智能电网是解决2l世纪电力供应面临问题的有效途径[1]。我国随着江苏沿海大开发的迅猛推进,盐城地区的风力发电、光伏发电等新能源产业发展迅速,其接入以及正常运行对电网的影响日益显现,电网面临着巨大挑战和机遇。一方面,电网需要应对日益严峻的资源和环境压力,实现大范围的资源优化配置,提高全天候运行能力,满足能源结构调整的需要,适应电力体制改革;另一方面,输配电、发电、信息化、数字化等技术的进步也为解决这一系列问题提供了坚实的技术支持[2]。由此智能电网成为现代电力工业发展的方向。2009年举行的特高压输电技术国际会议上提出,到2020年,我国将全面建成统一的坚强智能电网。1.2智能电网的概念及特性所谓智能电网即以物理电网为基础,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。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。按照我国著名能源问题专家武建东先生的描述,将智能电网称之为智能互动电网或互动电网,“互动电网”是指在开放和互联的信息模式基础上,通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统,实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理,是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化,简称为“坚强的智能电网”。智能电网概念提出的时间虽然不长,但人们对这项变革的热情却极为高涨,其根本原因是,智能电网战略不仅为全球能源转型提供了一个重要的契机,更为电力设备行业提供了无限的商机和难得的发展机遇。智能电网是人类面对电力供需平衡、新能源的接人、电网可靠性以及信息安全挑战的一种必然选择。它代表了电网将来进化的一种愿景,结合先进的自动化技术、信息技术以及可控电力设备,支持从发电到用电的整个电力供应环节的优化管理,尤其是新能源的接人以及电网的安全运行。智能电网在电网安全运行、可为用户可靠提供高质量电能前提下,提高能源使用效率,减少对环境影响,同时可以形成新的产业群,促进就业。一般来说,智能电网具有以下功能特点1自愈—稳定可靠。自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能,指无需或仅需少量人为干预,实现电力网络中存在问题元器件的隔离或使其恢复正常运行,最小化或避免用户的供电中断。2安全—抵御攻击。无论是物理系统还是计算机遭到外部攻击,智能电网均能有效抵御由此造成的对电力系统本身的攻击伤害以及对其他领域形成的伤害,一旦发生中断,也能很快恢复运行。3兼容—发电资源。传统电力网络主要是面向远端集中式发电的,通过在电源互联领域引入类似于计算机中的“即插即用”技术(尤其是分布式发电资源,电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型电源甚至是储能装置。4交互—电力用户。电网在运行中与用户设备和行为进行交互,将其视为电力系统的完整组成部分之一,可以促使电力用户发挥积极作用,实现电力运行和环境保护等多方面的收益。5协调—电力市场。与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接,有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平,电力系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。6高效—资产优化。引入最先进的信息和监控技术优化设备和资源的使用效益可以提高单个资产的利用效率,从整体上实现网络运行和扩容的优化,降低它的运行维护成本和投资。7优质—电能质量。在数字化、高科技占主导的经济模式下,电力用户的电能质量能够得到有效保障,实现电能质量的差别定价。8集成—信息系统。实现包括监视、控制、维护、能量管理(EMS、配电管理(DMS、市场运营(MOS、企业资源规划(ERP等和其他各类信息系统之间的综合集成并实现在此基础上的业务集成。1.3智能电网的发展现状1.31国外研究现状在美国,奥巴马政府的经济刺激计划中,有大约45亿美元贷款用于智能电网投资和地区示范项目。智能电网采用数字技术收集、交流、处理数据,提高电网系统的效率和可靠性。智能电网的倡导者要让客户相信,智能电网将帮助客户减少电费支出。另外,太阳能等分布式可再生能源、即插即拔式电动车等还将创造大量间接的工作机会,智能电网将带来数百万个“绿色就业机会”。美国全国范围内有3个交流输电网,由于投入不足,技术陈旧,美国在智能电网建设中更加关注电力网络基础架构的升级更新,以提高电网运行水平和供电可靠性,同时最大限度利用信息技术,实现系统智能对人工的替代。其发展智能电网的重点在配电和用电侧,注重推动可再生能源发展,注重商业模式的创新和用户服务的提升。欧洲国家发展智能电网主要是促进并满足风能、太阳能和生物质能等可再生能源快速发展的需要,把可再生能源、分布式电源的接人及碳的零排放等环保问题作