智能电网现状及发展趋势

1主要内容智能电网概念1智能电网国内外研究现状2构建中国智能电网技术思考32020/9/20第四部分智能电网--现状及发展趋势主讲人:二00九年六月3智能电网引言21世纪电力系统面临的挑战：1）依赖于新型能源技术实现可持续发展基于环境保护、节能减排和可持续性发展的要求，越来越多的分布式电源（含分布式发电、分布式储能和需求侧管理）渗透在配电系统基础设施中。2）依赖于市场化和放松管制提高电力工业的运营效率现时电网利用系数很低（据美国统计约为55%），浪费了大量的固定资产投入。因此，需要开发高级的配电市场，通过电力公司与终端用户的互动，实现更具弹性的负荷需求特性，优化资产管理和利用。3）数字化技术要求及应用近20年，通讯和信息技术得到了长足的发展，数字化技术及应用在各行各业日益普及。它对电网的供电可靠性和电能质量提出了很高的要求；同时，目前电网在数字化技术的应用方面也相对落后。4智能电网引言智能电网的思想:1)首先是利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控；2)然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合；3)最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。办公楼集中发电厂家庭燃料电池工厂风电厂微型涡轮机储存虚拟电厂智能电网：在先进信息技术支持下具有灵活可控潮流！5智能电网概念传统电网与智能电网的差异传统电网:刚性系统:垂直的多级控制机制反应迟缓,无法构建实时、可配置、可重组的系统;系统自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余;对客户的服务简单、信息单向;系统内部存在多个信息孤岛,缺乏信息共享,整个电网的智能化程度较低。智能电网:智能电网可及时获取完整的电网信息,优化社会能源配置,提高能源综合投资及利用效益。6智能电网概念传统电网与智能电网的差异7智能电网概念8智能电网概念可观性可控性灵活性开放性安全性自愈性预测性快速性互动性全局性协调性经济性智能电网特点9智能电网概念智能电网特点1）可观测和可控制控制中心控制信号控制信号广域动态监控系统10智能电网概念可视化技术观测电网运行状态和趋势改进的界面和决策支持:简化的信息展示可将大量数据压缩成易懂的模式。包括:着色和动画技术、信息的快速刷新、声音识别、触摸屏、全息视频、电子地图墙、“仪表盘”展示等技术,将在智能电网的分析决策方面发挥重要作用。11智能电网概念智能电网特点2）自动化:自愈和自适应实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。3）安全可靠更好地对人为或自然发生的扰动更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应。在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。4）经济高效优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统优化运行。12智能电网概念智能电网特点5）兼容既能适应大电源的集中接入，也支持分布式发电方式友好接入以及可再生能源的大规模应用，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。6）与用户友好互动实现与客户的智能互动，以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户需求。系统运行与批发、零售电力市场实现无缝衔接，同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理，从而提升电力系统的安全运行水平。13智能电网概念智能电网实现手段实现手段市场化网络化数字化自动化集成化标准化14智能电网概念智能电网实现手段—标准化15智能电网概念智能电网实现手段—集成化•实现电网信息的高度集成和共享包括监视、控制、维护、能量管理(EMS)、配电管理(DMS)、市场运营(MOS)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。•采用统一的平台和模型•实现标准化、规范化和精细化的管理16智能电网概念智能电网构建一层：发输配用智能元件，智能电器;二层：传感量测保护控制智能控制;三层：信息通讯网络智能网络;四层：高级调度中心智能运行17国内外研究现状美国的研究与实践投资与效益:美国电科院估计在美国实现智能电网需要在未来投资2650亿美元。而在未来的智能电网工程实现后，由于系统降低了的能耗和阻塞、较高的能量效率、较高的电能质量和供电可靠性、较低的系统运行和维护费用、系统利用系数提高而减少的对发电和输配电的资产投入、较大的系统安全性、清洁的环境和较低的能量成本，其综合社会效益可达6380亿～8020亿美元，投资收益率为400％。18智能电网概念智能电网构建信息网中间件的应用软件控制通信/计算电能等级（W）并入大型DERs的系统并入小型DERs的系统配电网、许多网络化系统和小型DERs集中电厂发电集中电厂发电输电系统“电网”电网监测（如传感器网络）输电子系统输电子系统变电站变电站本地传感/数据处理/控制19智能电网概念智能电网图景20国外研究现状•欧美各国对智能电网的研究开展较早，且已经形成强大的研究群体。•英国、瑞典均在积极规划推动智能电网，意大利及美国已率先试行。•由于各国的具体情况不同，其智能电网的建设动因和关注点也存在差异。21国内外研究现状美国的研究与实践•驱动因素:•特点:美国主要关注电力网络基础架构的升级更新，最大限度地利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。22国内外研究现状美国的研究与实践DOE与NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETL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）项目之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践奥巴马将智能电网提升为美国国家战略年份23国内外研究现状欧洲的研究与实践驱动因素:大力开发可再生能源、清洁能源，电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求24国内外研究现状欧洲的研究与实践1)2005年智能电网欧洲技术论坛成立。2)主要项目有Dispower、CRISP和Microgrids。3)2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。4)目前英、法、意等都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利的有关电网2001年已经率先实现了智能化。25欧洲未来电网变电站家庭工厂商业区输电线配电网储存光伏发电站风能电厂带有CHP的家庭电能质量设备储存本地CHP电站储存储存潮流控制电能质量设备欧洲未来电网:智能/分散/自主发电和高度集成的网络管理当前的电网26欧洲未来电网三个关键方面：集分散发电的主动配电网;电网与用户的双向互动;双向潮流和信息流.27国内研究现状虽然我国还没有从国家层面制定智能电网的发展战略，但在很多方面的研究成果已经为发展智能电网奠定了一定的基础。1)华东电网公司于2007年在国内率先开展了智能电网可行性研究，并设计了2008—2030年“三步走”的行动计划，在2008年全面启动了以高级调度中心项目群为突破的第一阶段工作，以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网规划体系、建设企业统一信息平台为4条主线，力争到2010年全面建成华东电网高级调度中心，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。28国内研究现状按照考虑N-1情况下特定预想事故的原则，规划建设多馈入直流和交流系统并联的华东区域坚强受端网架初步建设高级调度中心开展数字化变电站试点开展相关技术研发坚强受端大电网规划建设适应电力市场要求的特高压电网，满足“三华”联网需要建成高级调度中心数字化变电站推广适应电力市场要求的运行技术FSM的研究与应用数字化电网规划以自愈为目标的智能电网实现智能化调度新型材料和智能设备的全面使用可再生能源的友好接入实现与用户的智能互动智能化电网智能电网全面转型巩固提升引领超越20071)华东公司建设智能电网的三阶段目标2930国内研究现状2)华北公司2009年2月28日，作为华北公司智能化电网建设的一部分——华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组验收。这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。31国内研究现状3)在输电网建设方面，2006年底交流特高压示范工程奠基，2008年8月正式建成投运。我国电网优化配置资源的能力明显增强。4)在控制系统新技术方面，由中国电力科学研究院等单位承担、周孝信院士担任首席科学家的国家973计划项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”研究人员开展了基于智能和专家系统的电力系统故障诊断和恢复控制技术研究，为智能型的电力系统动态调度与控制提供了基本的分析工具。5)国家电网公司推行了SG186一体化平台建设，山东、浙江、江苏、上海等各省(市)电力公司都在积极推动用电信息采集系统、营销业务系统信息化建设等项目，并取得了突出成果。6)在可再生能源发电方面，国家也启动了多项863高技术研究发展计划项目，在“十一五”期间，在三大先进能源技术领域设立重大项目和重点项目，包括：以煤气化为基础的多联产示范工程，MW级并网光伏电站系统，太阳能热发电技术及系统示范等项目。32智能电网关键技术智能电网关键技术智能电网需要6个主要的技术领域来实现其功能：1）坚强灵活的网络拓扑；2）基于开放体系并高度集成的通讯系统，以便实现对系统中每一个成员的实时控制和信息交换，使得系统的每一部分都可双向通讯；3）传感和测量技术，以便实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应；4）高级电力电子设备、超导和储能技术；5）先进的系统监控方法，以便实现快速诊断和事故下的准确解决；6）高级的运行人员决策辅助系统。33智能电网关键技术智能电网关键技术智能电网需要6个主要的技术领域来实现其功能：1）坚强灵活的网络拓扑；2）基于开放体系并高度集成的通讯系统，以便实现对系统中每一个成员的实时控制和信息交换，使得系统的每一部分都可双向通讯；3）传感和测量技术，以便实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应；4）高级电力电子设备、超导和储能技术；5）先进的系统监控方法，以便实现快速诊断和事故下的准确解决；6）高级的运行人员决策辅助系统。34智能电网关键技术智能电网关键技术配电FSM(系统快速仿真与模拟)支持的自愈功能:1）网络重构；2）电压与无功控制（VVC）；3）故障定位、隔离和服务恢复(FLIR)；4）当系统拓扑结构发生变化时继保再整定(RPR)，即实现电力系统更新运行方式后的保护.35智能电网关键技术智能电网关键技术灵活的分布式电源:节省对输电网的投资外;提高全系统的可靠性和效率;其他辅助服务功能:如无功支持、电能质量改善等；巨大的灵活性:如在风暴和冰雪天气下，当大电网遭到严重破坏时，这些分布式电源可自行形成孤岛或微网向医院、交通枢纽和广播电视等重要用户提供应急供电。36智能电网关键技术智能电网关键技术高级计量体系和需求侧管理:高级计量体系由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统（MDMS）和连接它们的通讯系统组成。近来，为了加强需求侧管理，该体系又延伸到了用户住宅之内的室内网络（HAN）。智能电表:实现多种计量（如kW·h，kvar，kW，V等）;设定计量间隔（如5min，15min，1h等）;具有双向通讯功能;支持远程设置、接通或断离、双向计量、定时或随机计量读取;通向用户室内网络的网关--提供给用户实时电价和用电信息，并实现对用户室内用电装置的负荷控制，达到需求侧管理的目的。可视化测量遥控智能电网智能表计37构