2、智能电网对电力自动化系统的挑战

智能电网及其对电力自动化系统的挑战罗毅华中科技大学电气与电子工程学院[e-mail]多种智能电网定义•一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务（美国电科院）多种智能电网定义•智能电网是使用健全的双向通信技术、高级的传感技术和分布式计算技术的电力传输与分配网络。其使用可以改善电力传送和使用效率、电力系统的可靠性和安全性多种智能电网定义•通过信息化、数字化、自动化、互动化技术彻底改造现有能源开发、利用体系，通过对能源资源开发/输送/存储/转换(发电)、输电、配电、用电终端用户的各种电气设备和其它用能设施实施智能化控制，实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和能源供应安全提高到全新的水平，将污染与温室气体排放降低到环境可以接受的程度，使用户成本和投资效益达到一种合理的状态多种智能电网定义•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多种智能电网定义•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多种智能电网定义•智能电网是将信息技术、通信技术、计算机技术、先进电力电子技术、可再生能源发电技术和原有的输配电基础设施高度集成的新型电网，具有提高供电安全性和可靠性、提高能源利用效率、有利于可再生能源接入、减少对环境的影响、降低输配电损耗等优点，成为21世纪电力工业的发展方向。中国坚强智能电网•以统一规划、统一标准、统一建设为原则，以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的国家电网统一坚强智能电网战略框架统一坚强智能电网战略框架•一个目标：构建以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的统一坚强智能电网•两条主线：技术上体现信息化、自动化、互动化、构建以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的统一坚强智能电网；管理上体现集团化、集约化、精益化、标准化统一坚强智能电网战略框架•三个阶段：•2009～2010年为规划试点阶段，重点开展智能电网发展规划的编制工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各个环节的试点工作；•2011～2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和设备上实现重大突破和广泛应用；•2016～2020年为引领提升阶段，全面建成统一坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。届时，电网在服务清洁能源开发，保障能源供应与安全，促进经济社会发展中将发挥更加重要的作用。统一坚强智能电网战略框架•四个体系：•电网基础体系•技术支撑体系•智能应用体系•标准规范体系统一坚强智能电网战略框架•五个方面的内涵：•一是坚强可靠，即具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；•二是经济高效，即提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用；•三是清洁环保，即促进可再生能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重；•四是透明开放，即电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放；•五是友好互动，即实现电网运行方式的灵活调整，友好兼容各类电源和用户的接入与退出，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。智能电网的目标•美国侧重于建设现代化电力系统，并注重需求侧管理和可再生能源的应用；•欧洲侧重推广分布式发电，比如微电网组网及运行、分布式发电控制、需求侧管理等；•日本将主要围绕大规模开发太阳能等新能源，确保电网系统稳定，构建智能电网；•中国提出建设“坚强智能电网”，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度共六个环节，具有信息化、数字化、自动化、互动化的智能技术特征。智能电网的特征•表现在：自愈能力、防御能力、电网兼容性、高效运营和管理、优质和友好性、电力交易的方便性•智能家居网络系统（HAN,HomeAreaNetworks）、电力交通系统也应该是智能电网的重要内容智能电网中存在多个自治系统•智能输电网需要考虑大量接纳大规模可再生能源发电场，如陆地和海上大型风电场、陆地大型太阳能发电场等，发出的电力。因此，建设以特高压输电为特征的智能输电网将极大地提升电网的驾驭能力、资源优化配置能力、纵深风险防御能力和公平友好市场调配能力智能电网中存在多个自治系统•传统的各级EMS高级应用功能将得到大大加强，特别是在安全的预测预警和决策、电能质量调控、资产监控与评估等方面。EMS将会增强基础设备（系统）的智能化，如智能线路、智能变电站、智能保护等。另外，为了支持电厂、用户与电网的互动，支持电力市场的EEMS功能将逐步取代EMS的相应功能。智能电网中存在多个自治系统•智能配电网需要考虑即插即用大量分布式能源发电设备和储能设备，并为电力交通系统提供电动汽车（PEVs，Plug-inElectricVehicles）、混合电动汽车（PHEVs，Plug-inHybridElectricVehicles）的充电站。同时众多的PEVs、PHEVs也将可以作为储能设备改善配电网的电能质量，并整形配电网负荷曲线。智能电网中存在多个自治系统•传统的DMS将由于分布式发电、电动汽车、智能用电设备等的介入而被细分为DMS、微网能量管理系统(MEMS，MicrogridEMS)和智能用户系统。配电网的高级量测（AMI，advancedmeteringinfrastructures）和负荷控制成为DMS的重要功能，或独立成系统。这些系统将成为使能需求侧负荷管理和负荷整形、实现配电电力市场、加强用户与电网互动等的重要技术基础。智能电网中存在多个自治系统•与国家调度、大区网调、省级调度、地区调度和地方配调对应的信息管理系统将加强电力交易的友好性和方便性，加强资产管理和评估，提升现有功能。如健全信息发布体系；为电厂、用户与电力系统的互动提供平台；提供用户差异化供电需求服务；采用合理机制，提高分布式清洁能源对电网运行和交易的参与度等等。智能电网中存在多个自治系统•与智能电网互动的智能发电系统将由本地自动化为特征的被动式调度运行向跨区域/流域的信息化为特征的与电网互动式反馈调节运行，使得机组运行在最优状态，从而达到提高能源综合利用效率和延长机组寿命的目标；实现发电的可预测、可控制、可调度，并与电网信息交互和协调控制，保障电网安全稳定。如何在大规模可再生能源接入输电网后实现电厂与电网的良性互动是重要的研究课题。此外，智能发电涉及一次能源开发、输送和存储，增加对一次能源的监管系统，监视、预测和管理电煤、核燃料、水能资源、大型风电场的风能、大型太阳能电厂的太阳能等等一次能源，有利于能源、电厂和电网之间的互动。智能电网中存在多个自治系统•与智能电网互动的智能用户实现用户内部的节能降耗。根据用户的特征，分别构成电动汽车使能系统（EnablingEVsSystem）、智能家居网络系统（HAN,HomeAreaNetworks）、工业企业能量管理系统（IEMS，IndustryEMS）等等。智能电网的系统特征－－自治性•管理自治性：有些系统可能永远都属于不同的管理部门，其管理体制、习惯、要求、管理重点都可能不同甚至相互矛盾。•运行自治性：每个系统都具有独特的运行特性和规律，即使在其他系统运行异常时，该系统也能按照自身运行特性和规律运行。智能电网的系统特征－－协同性•自治系统的协同性主要表现为目标协同性或功能协同性，既为了实现统一目标和功能，需要各系统相互协同，共同完成。自治系统的协同性通常通过系统之间交换信息来实现。•例如为了实现节能调度，需要在EMS和一次能源监管系统之间交换诸如一次能源需求、能源价格、各电厂的能源需求量、能源运输情况、可再生能源预测等信息，并且由于两个系统的自治性，可能需要两个系统之间多次的协商才能达到最终双方满意的或折中的结果。•互动是系统协同性的另一突出表现，在开放和互联的信息模式基础上，通过升级管理系统，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，再造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。智能电网的系统特征－－进化性•系统功能重心发生变化；•系统某些功能因过时而消亡；•系统新增功能；•新技术的不断加入；•建设全新系统；•多个系统由于需求变化而合并智能电网的系统特征－－阶段稳定性•国家政策在相当长的时间内是稳定的；•在一定时期内技术水平具有相对稳定性，并可以在以前智能电网建设的基础上找到一种阶段性的技术解决方案；•在一定时期内对智能电网建设的经济条件是有限的。•由于各系统的阶段稳定性，在智能电网建设的任何阶段，总可以规划一套稳定的智能电网方案进行建设。智能电网的系统特征－－层次性•在中国，按照五级调度体制和目前的管理体制，考虑可能的输配分离，可划分如下层次：一次能源、集中式发电、输电（可细分为多级调度）、配电（含微网、分布式源和可控负荷）等。•在每个层次中，能量系统和信息、自动化系统可能具备多个自治系统，很多同层系统之间具有对等关系。下一层次的系统为上一层次的系统提供服务。智能电网的系统特征－－新性能•智能电网中各个系统相互协同可以呈现出各个自治系统所不具备的新性能。•例如，DMS中的高级量测功能（AMI）、负荷控制功能和交易系统中的实时电价机制协同工作，将促使用户改变用电习惯，从而部分达到负荷整形的目标。•再如，电力系统对大型可再生能源发电和分布式发电的接纳、EMS节能调度对各类发电和储能装置之间的协调、各类智能发电厂对EMS的响应将可能顺应国家能源结构的变化，达到节能减排的作用。SoS概念模型智能电网建设原则•充分认识并仔细确立智能电网的整体性的目标，做好战略规划，确定智能电网现阶段稳定的中间模型。这是建设好智能电网的前提。•关注自治系统间互联模式的设计和标准化问题。•确保各自治系统协同工作。•对各种不同的系统采取不同的策略。自治系统之间如何互联？——智能电网对电力自动化系统的挑战？一个无线网络示例Internet中的外部网关Internet中的边界网关（BGP）自治系统之间如何互联？——智能电网对电力自动化系统的挑战•边界节点定义为自治系统中负责与其他自治系统直接通信的节点。•每个自治系统中可能具有一个或多个边界节点。边界节点之间的通信可以分为固定边界节点模式和竞争边界节点模式之分。•设置汇聚节点，实现自治系统与智能设备的通信转化为汇聚节点与智能设备之间的通信多级汇聚节点电力系统分层调度国家调度中心大区电网调度中心省调度中心地区调度所县级调度所超大型电厂大型电厂、核电厂中型电厂地方小电厂500kV变电站220kV变电站110kV变电站负荷中心配电主站示意图各种通信工作站文件服务器数据库服务器GIS服务器应用程序服务器DWM服务器TCM服务器网络打印机Web服务器SwitchHUBASwitchHUBB工程师工作站GIS工作站DTS工作站报表管理工作站控制工作站计算工作站TCM工作站SubSwitchHUBDWM工作站调度工作站采用IEC61850-9-1标准（单向多路点对点传输协议）的220kV变电站系统图即插即用？——智能电网对电力自动化系统的挑战即插即用需求PnP:PlugandPlay词条简介:它是Window的一个重要技术特性。所谓即插即用是指将符合PNP标准的PC插卡等外围设备安装到电脑时，操作系统自动设定系统结构的技术。这就是说，当用户安装新的硬件时，不必再设置任何跳线器开关，也不必用软件配置中断请求(IRQ)、内存地址或直