002卢强---智能电力系统与智能电网

1智能电力系统与智能电网（SmarterPowerSystemsandSmartGrid）清华大学电机系卢强2011年11月2一、国外如何理解“智能电网”（Smartgrid，Mr.Obama）美国电科院（EPRI）的“定义”“Apowersystemmadeupofnumerousautomatedtransmissionandreliablemanner.Apowersystemthathandlesemergencyconditionswith‘self-healing’actionsandisresponsivetoenergy-marketandutilitybusiness–enterpriseneeds.APowersystemthatservesmillionsofcustomersandhasanintelligentcommunicationsinfrastructureenablingthetimely,secureandadaptableinformationflowneededtoprovidereliableandeconomicpowertotheevolvingdigitaleconomy.fromEPRI::有愿望，没有解决思路!3欧洲技术论坛的定义ASmartGridisanelectricitynetworkthatcanintelligentlyintegratetheactionsofallusersconnectedtoit–generators,consumersandthosethatdoboth–inordertoefficientlydeliversustainable,economicandsecureelectricitysupplies一、国外如何理解“智能电网”（Smartgrid，Mr.Obama）归结：一个能把用户与分布式发电厂聪明地整合在一起的，提供经济和安全电力的电网称为SmartGrid用智能（intelligent）去定义智能（Smart），同意语的重复，违反了定义的基本原则，说明没搞懂。4综述美欧观点可见•Smartgrid重点放在用户侧监控，重在配、供电网，将分布式发电加以集成，向用户提供安全、经济电能•有目标----经济、安全，但无总体解决思路•似乎信息畅达，用户与分布式发电站互动，就是智能电网•无人敢于直接提出：实施电力系统智能调度这个核心问题（SmarterEMS，SEMS），看成是遥远未来。5二、究竟什么是智能电力系统和智能电网2.1“智能”问题是一个“优化”问题2.2智能电力系统问题是一个多指标优化问题（Amulti-indexoptimizationsubject）–三大类指标：安全、优质、经济–标准优化指标集合（SOIS）：{安全稳定、品质优良、经济节能}好——更好——最好good——betterthebest62.3智能电力系统和智能电网定义一个具有多指标自趋优运行能力的电力系统称之为智能电力系统。110kV及以下电压等级的智能电力系统称之为智能电网。7三、多指标优化问题的解析数学一般表达式综合指标：电压质量、频率质量、电压安全稳定性、频率（功角）安全稳定性、网损最小化、…How?NoWay！巨型条件变分问题！如何解决？唯有HCS!0()F()iniiJx,yqx,ydts.tx=f(x,y,u)0=(x,y)minLagrange’smethod:0()(()())inmijjji=1j=1Jx,y,qFx,y-x+f(x,y,u)dt8理念：由事件E激发控制由控制C消除事件TimebaseandEventdriven四、清华学派的理论和方法论•无科学的理念和方法论，实施电力系统多指标趋优就无从下手用控制手段使E0则趋优化矣目的：消除事件集合EsXX全X全SXSXssssXXXXEXXE全全若令则94.2智能电网标准优化指标体系的制定1）动态和静态安全稳定裕度2）网耗的降低率3)f,V品质的改善度4）投入资金的节约度•清华初步将三大类指标细化为3类200多条标准优化指标体系。请全国有关专家讨论修改后上报给有关主管单位，以形成中国标准。•极大化104.3实现多指标优化运行技术途径4.3-1任意标准指标不满足(事件i)4.3-2自动调度机（控制指令）4.3-3自动调度机（一组操作指令）4.3-4去操作受控对象iEiiECiiCOiO•直调的水、火电厂(AVC，AGC协同作业)，包括抽水蓄能电站。•220KV、110KV、35KV及10kV变电站变压器分头STATCOM、SVC、SVG分相补偿电容器等无功补偿设备。•微电网管理。•电动车合理充放电。•大中型用户的需求响应（包括智能小区、大宾馆互动或协约管控机制）。•最好再增加一定容量的燃气轮机群作为响应备用（电源充足时作动态无功备用）。•切勿走入依赖“高能”蓄电池误区。拒绝某些国外商家“忽悠”。114.4紧急控制、防止灾变•2003年，美国8.14教训不可不引以为训•类似美国8.14，若超高压或特高压线路突然中断一切皆由在线的智能调度系统（SmarterEMS，SEMS）自动完成！进入紧急控制状态12五、大网调中心层面智能调度自动化系统（SEMS）结构图跨D-5000、OPEN-3000及CC-2000平台采用IEC61970及IEC61850标准的SmarterEMS结构例：0.2秒E南总C南总0.2秒DPSDPSOK大电网总调省电网现有EMS可视化服务CiEiPFOPFE&CE?分析与判断先进状态估计动态SCADA0.2秒标准指标体系分析与转化省电网状态估计数据与信息共享平台12mCO,O,,OOiiiiiOi基于分布式计算及并行计算的TestingplatformOiIfNot省电物理系统发电厂（含抽水）AGC+AVC变电站分接头+补偿器AVC（VQC）分布式新能源及微电网网络保护及自愈用户双向电动车功率因数电价杠杆or协议管控PMUDRTU省调通中心及地区调度数据共享平台有无控制效果可视化（包括电压稳定域可视化和实时网损可视化）13•6.1动态数据共享平台（dynamicdatasharingplatform,DDSP）•DRTU(DynamicRemoteTerminalUnits)•由2秒0.2秒，带时标（满足实时控制要求）•PMU（PhasorMeasurementUnits）•0.02秒级——直传可视化服务单元“swingcurves”•0.2秒级——与DRTU时间尺度一致六、对结构图的简单剖析上与大网调，下与省调共享tx(t)014六、对结构图的简单剖析•6.2动态SCADA（DynamicSupervisoryControlAndDataAcquisition）•由现在2秒一个周期0.2秒一个周期•一个飞跃式的进步15六、对结构图的简单剖析6.3先进状态估计系统与平台（ASEU）•上从大网调下至每个省级调，都有提高SE计算收敛率，合格率的迫切需求。•在国网科技部和南网支持下，定于2011年研发成功达到收敛率100%计算速度小于次/1秒合格率远超过现有国内外所有状态估计方法可指明坏数据的来源，便于测量系统维护•状态估计结果可形成真状态数据共享平台16六、对结构图的简单剖析基于超实时仿真的控制策略测试平台ControlStrategyTestingPlatformDatafromASEU控制效果不理想控制效果好iiECiiCOOperatingordersiO•6.4两级变换单元与控制策略测试平台指令下发D（先进状态估计单元）17六、对结构图的简单剖析•6.5发电厂与变电站的通信与受控器•直调燃煤电厂，装备一台采用国际通信规约的受控机•水电站宜采用国际标准建立数字化水电站•对220KV枢纽变宜构建以IEC61850通信规约的通信机+受控机•对微小型风电、太阳能、生物能微电网采用IECTC57WG17开发受控机18七、网、省、地三级调度皆需建立SEMS大网总调省电力调通中心……NO.10地调用户群、微电网用户群、微电网NO.n地调NO.1地调用户群、微电网例：19•如此一来：IT计算机科学电力系统知识、经验创新方法论创新控制理论基层受控器智能广域机器人（SmartWideAreaRobot,S-WAR），在本质上，而不是体势上。•政、产、学、研多结合，有望“十二五”建成真正意义上的智能广域机器人（S-WAR）示范工程。八、电力广域智能机器人（S-WAR）20九、若干重要问题探讨与建言•9.1用户管理•第一，以分时电价为杠杆引导合理用电，移峰填谷作用巨大（试点分小时电价）•第二，通过配网智能调度（D-SEMS）及用户智能调度（User-SEMS），移峰填谷建议：成立智能电网办公室下设“智能用户服务部”，与大宾馆、大中企业、智能小区、可再生能源与用户组合的微电网、农灌大中型泵站，电动车充放电管理站签约节约归您，接受调度彻底消除煤电机组调峰现象21九、若干重要问题探讨与建言•9.2电动车蓄能充放电站•2020年全国3千万辆。•2kW/辆，2个三峡！22九、若干重要问题探讨与建言•9.2-1“钞票回收车”（Cash-backcar）集控站无线公网国际互联网（车主可视图形及用电优化选择）23九、若干重要问题探讨与建言•9.2-2―充”电站双功率接口(TwoPowerinterfaces)•一开始规划设计就考虑，不要建成后再改建•一接口充电（车主买电）•另一接口放电（车主卖电）•车内有智能仪表，电价向车主透明，车主自控；或大型停车场、居民区停车场由U-SEMS集控应超前考虑该专项技术24变电站控制命令SCADASEMS主站端核心软件电厂RTU状态估计数据实时数据RTU数据上传AVC遥调命令下发调节命令执行情况监控变电站控制指令AGC遥调命令EMSAGC指令变电站指令输出变电站控制命令电厂AVC监控系统前置机变电站RTU运行计划计划、预测数据CIM模型地调SEMS下发指令上传状态实现方式：GEEMS（XA/21）系统+清华大学SEMS系统清华SEMS和GEEMS已经实现了“无缝连接”具备了建设一体化SEMS条件遗憾的是：无动态数据平台和动态SCADA单元十、上海市调SEMS主站概览10.1系统概览图县调2510.2上海SEMS的一幅主人机界面图十、上海市调SEMS主站概览26ThankYou!