(1)智能电网的概念、特性和驱动力

智能电网的概念、驱动力及特性电气信息工程学院陈武晖[e-mail]2提纲1.智能电网发展背景2.国外智能电网的概念及特性3.国外智能电网的实践及最新进展4.国内外的技术研发与应用方向3随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出，电网发展面临新课题和新挑战。发展智能电网，适应未来可持续发展的要求，已成为国际电力工业积极应对未来挑战的共同选择。不同国家的国情不同、电网发展阶段、资源分布不同，发展智能电网的方向和重点也不同。1.1智能电网发展的背景（1/5）42020/5/11用户的需求•便宜的电能•可靠的电能•高质的电能智能电网1.1智能电网发展的背景（2/5）52020/5/11电力公司的需求•数字化电网•信息化企业•智能化运营智能电网•精细化管理1.1智能电网发展的背景（3/5）62020/5/11可持续发展的需求•节能减排•提高能源效率•开发新能源智能电网1.1智能电网发展的背景（4/5）72020/5/11科学技术进步是基础智能电网基础技术产业发展•电子•计算机•通讯•分布电源•蓄能技术•智能设备1.1智能电网发展的背景（5/5）81.2国外智能电网起源及发展历程----美国2002年，美国电科院（EPRI）正式提出并推动了“Intelligrid”项目研究，致力于智能电网整体的信息通信架构开发，配电侧的业务创新和技术研发。2003—2005年间，美国智能电网研究开始蓬勃发展，DOE（美国能源部）先后发布了“Grid2030”、“国家输电技术路线图”，描绘美国未来电网远景和技术战略；发起了“GridWise”和“现代电网(MGI）”等项目，随后几年，美国电力企业开始在智能电网领域开展一系列实践。92005年，欧洲委员会首次在欧洲提出“智能电网”概念，成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”，目标是把电网转换成用户和运营者互动服务平台，提高欧洲输配电系统的效率、安全性及可靠性，并为分布式和可再生能源发电的大规模整合扫除障碍。2006年，论坛提出了《欧洲未来电网的远景和策略》，制定了《战略研究议程(SRA)》，《欧洲未来电网发展策略》，指导欧盟及其各国开展智能电网的相关项目研究。1.2国外智能电网起源及发展历程----欧洲10美国欧洲1.3国外智能电网发展的最初动因动因：美国在全国范围内存在多个交流输电网，人员年龄老化，投入不足，技术陈旧，事故较为频繁，需要防止大停电。关注：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，有效接入可再生能源，同时最大限度地利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。动因：欧洲各国电网运行模式不同，电力需求趋于饱和，其能源政策强调对环境的保护和可再生能源发电的发展。低碳经济是欧洲智能电网的主要发展动因。关注：在迅速增长的能源成本压力下，欧洲智能电网建设更加关注可再生能源和分布式电源的接入，并带动整个行业发展模式的转变。11美国欧洲19982010此后，研究机构、制造商、IT服务商等，纷纷与电力运营商合作，推出自己的智能电网解决方案并开始试点。2004DOE启动GridWise1998EPRI提出“复杂交互式网络/系统”（CIN/SI）2005DOE与NETL发起“现代电网”（MGI）2003DOE发布Grid20302002EPRI推动“IECSA”及后续“智能电网”（IntelliGrid）2009奥巴马将“智能电网”提升为美国国家战略此间，不少项目开始实施，并达到预期效果。TheSDDStrategicDeploymentDocument2005年1月17日成立“智能电网（SmartGrid）欧洲技术论坛”2006年5月18日制定《欧洲未来电网的远景和策略》、《战略研究议程（SRA）》、《欧洲未来电网发展策略》1998年1月1日欧盟第5次框架计划（FP5）1998199920002001200220032004200520062007200820091.4国外智能电网起源及发展历程----对比分析12中国:发展智能电网也有其独特的发展背景驱动因素：智能电网电力系统安全运行风险更趋严峻电力企业资产管理的重要性日益突出节能减排与应对气候变化成为无法回避的问题电力企业抗攻击能力需要提高电力企业经营压力加剧中国1.5中国智能电网发展动力13提纲1.智能电网发展背景2.智能电网的概念及特性3.智能电网的实践及最新进展4.技术研发与应用方向14•定义：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。•目的:它以充分满足用户对电力的需求，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，保证电能质量和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。2.智能电网概念和特征----总体15智能电网技术暖通系统动态控制屋顶光伏微型风力发电机插电式混合动力车需求侧管理智能计量计费分布式储能分布式风力发电CHP/districtheatingnetwork热泵/分布式热电联供屋顶光伏智能传感器智能传感器并网可再生能源集中式电网储能智能变电站核电燃煤（气）火电厂燃料排放控制氢能发电煤、天然气、氢、生物质等的燃料运输网络生物质能水电监控与管理系统EMS,DMS,SCADA变电站相邻电网的HVDC互联智能变电站FACTS大容量储能智能用户与高效用能无处不在的传感与监控系统分布式电力与微网新型FACTS元件与HVDC洁净发电与排放控制2.智能电网概念和特征----总体162.智能电网概念和特征----总体172.智能电网概念和特征----总体18美国智能电网的概念：智能电网是一种新的电网发展理念，通过利用数字技术提高电力系统的可靠性、安全性和效率，利用信息技术实现对电力系统运行、维护和规划方案的动态优化，对各类资源和服务进行整合重组。智能电网的范畴不仅涵盖配电和用电，还包括输电、运行、调度等方面。2.智能电网概念和特征----美国美国提出智能电网要具备七大特征：①自愈：通过安装的自动化监测装置可以及时发现电网运行的异常情况，及时预见可能发生的故障；在故障发生时也可以在没有或少量人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，从而避免大面积停电的发生，减少停电时间和经济损失②互动：消费者可以在知情的情况下与电力系统互动，有能力选择最适合自己的供电方案；也可以向电力公司提出个性化的供电服务，以满足特殊需求；19③兼容：可接入各种分布式电源，如太阳能、风能等可再生能源和电能储存设备；⑤创新：鼓励并推动创新性的产品、服务和市场的发展；⑥优质：即电压、频率波动符合供电质量要求，谐波污染可以有效控制，从而满足数据中心、计算机、电子和自动化生产线等特殊行业对供电质量的严格需要，保障用户电能质量，并实现电能质量差别定价；⑦安全：通过坚强的电网网架，可以提高电网应对物理攻击和网络攻击的能力，可靠处理系统故障。2.智能电网概念和特征----美国20智能电网最普遍接受的功能----美国EPRI•Demand-sideintegrationandempoweringcustomers–Throughpricesignalsandthroughtechnology–TheabilitytointegrateDistributedEnergyResourceseffectively–Thecapabilityofadjustingend-useloadtomatchtheavailablesupplyinnearrealtime(e.g.throughdynamicpricingsignalsand/ordirectloadcontrol)•Improvingsystemperformanceandpowerflowandenergy–Reliabilitythroughautomaticreconfiguration,or“self-healing”–PowerQualityimprovementthroughbetterunderstandingandcontroloftheoperatingpowersystem–Theabilitytorespondinrealtimetochangesinloadorlineconditiontoimproveefficiencyandreducelosses•ReducingGreenHouseGases–Deployingrenewablegenerationandinfrastructuretosupportintegrationoftheseresourcesalongwithintegrationofelectricstorage–Optimizingoperationofcentralizedgenerationtoavoidoperatinglesscleangeneration.212.智能电网概念和特征----欧洲欧洲智能电网的概念：智能电网通过采用创新性的产品和服务，使用智能检测、控制、通信和自愈技术，有效整合发电方、用户或者同时具有发电和用电特性成员的行为，以期保证电力供应持续、经济和安全。它能够交互运行，可容纳大范围的小型分布式发电系统并网。欧洲智能电网发展的4大特征为：①灵活：满足社会用户的多样性增值服务；22②易接入：保证所有用户的连接通畅，尤其对于可再生能源和高效、无二氧化碳排放或很少的发电资源要能够方便接入；③可靠：保证供电可靠性，减少停电故障；保证供电质量，满足用户供电要求；④经济：实现有效的资产管理，提高设备利用率。•研究重点：研发可再生能源和分布式电源并网技术、储能技术、电动汽车与电网协调运行技术以及电网与用户的双向互动技术，以便带动欧洲整个电力行业发展模式的转变。2.智能电网概念和特征----欧洲23提纲1.智能电网发展背景2.智能电网的概念及特性3.智能电网的实践及最新进展4.技术研发与应用方向24（1）美国能源局(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。（2）“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、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI等。（3）电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列的专家组成，受美国能源局的部分资助，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“智能电网协会”。（5）IEC去年底筹建SG3“智能电网”战略组。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。3智能电网实践----研究机构25•PJM公司认为：广域测量技术是保证大电网安全的重要手段，也是实现智能输电网的基础，因此PJM目前主要从同步相量技术和高级控制中心的研究建设着手，开展智能输电网的工作。智能电网实践最新成果—在输电侧3.3智能电网实践----技术26ThetechnologydevelopmentaltrendsV,I,P,QVV,I,P,QVV,I,P,QVControlCentersynchronoussatelliteGPSGPSGPSMicrowave5-10sFiber50-100msWide-areareal-timemeasurementtechnologiesprovidetheopporunitiesforthewide-areadynamicsecurityanddefenseinpowersystem.3.3智能电网实践----技术27在配电和用电侧:目前建设的智能电网主要有两个方面：智能电表和智能家电。美国:XcelEnergy公司在Boulder建设全美第一个“智能电网”城市。意大利:安装和改造了3000万台智能电表，建立起了智能化计量网络，每年大约节省5亿里拉。法国:将目前使用的2700万只普通电表全部更新为“智能电表”3.3智能电网实践28美国的智能电网计划名为Unif