供配电安全技术-第6讲智能电网.ppt

供配电安全技术第六讲 智能电网的发展 中国矿业大学信息与电气工程学院电气安全与智能电器研究所刘建华 目录 一 国外智能电网研究和发展概况二 智能电网概念 定义和特征三 中国智能电网建设的基础条件和进展四 对智能电网研究 开发和应用的一些看法和建议 一 国外智能电网研究和发展概况 美国智能电网发展里程碑 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 DOE与NETL合作发起了 现代电网 MGI 研究 TheModernGridInitiative aVisionforthemoderngrid Mar 2007 NETL 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 2001 2003 2004 2005 2009 2030 年份 美国电科院EPRI开始 Intelligrid 智能电网 研究 一 国外智能电网研究和发展概况 欧洲智能电网发展里程碑 成立 智能电网 SmartGrids 欧洲技术论坛 提出智能电网愿景 制定 1 欧洲未来电网的远景和策略 2 战略性研究议程 战略部署文件 报告 2005 2006 各国开展自己的智能电网建设探索 应对21世纪的各种挑战和机遇 年份 3 TheSDDStrategicDeploymentDocument 1 EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform VisionandStrategyforEurope sElectricityNetworksoftheFuture欧洲智能电网技术平台 欧洲未来电网的远景和策略 2 StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture欧洲未来电网的战略研究议程 战略部署文件 一 国外智能电网研究和发展概况 智能电网 是目前被大家普遍接受的术语和称谓 TheSmartGrid DOE USA 20082008 11 11 11 13 中美清洁能源合作组织 JointUS ChinaCooperationonCleanEnergy JUCCCE 聚思 SmartGrid specialsession2008 11 18 中美绿色能源论坛 SmartGrid SpecialsessionSmartDistributionGrid TheRoleofTechnology toolsandTechniquesforadvancedAutomationandplanning byS S Venkata Univ ofWashington USA IEEEDLPTutorial Dec 22 Beijing China 一 国外智能电网研究和发展概况 驱动因素 美国 年美加大停电后 美国电力行业决心利用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造 开展智能电网研究 以期建设满足智能控制 智能管理 智能分析为特征的灵活应变的智能电网 一 国外智能电网研究和发展概况 美国发展智能电网的重点改造老化的电网设备 关注电力网络基础架构的升级更新 提高供电的可靠性和安全性提高能源的利用效率 最大程度利用信息技术注重用户服务的提升 提高用户对电价的可承受能力适用环境和气候的变化 适用可再生能源的接入 降低排放水平注重商业模式的创新提高在全球的竞争性 一 国外智能电网研究和发展概况 驱动因素 欧洲 发展智能电网也有其独特的发展背景欧洲能电网的兴起主要是大力开发可再生能源 清洁能源 以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的 一 国外智能电网研究和发展概况 欧洲发展智能电网的重点供电的安全性问题解决一次性能源的缺乏供电可靠性和电能质量供电能力环境问题京都协议气候变化保护自然促进可再生能源快速发展国际电力市场提供低廉的电价和提高能效进行创新和提高竞争能力有关垄断的规程修订 一 国外智能电网研究和发展概况 欧盟发展智能电网的驱动力欧盟理事会在2006年的绿皮书 GreenPaper 欧洲可持续的 竞争的和安全的能源策略 AEuropeanStrategyforSustainable CompetitiveandSecureEnergy 强调 欧洲已经进入一个新能源时代 能源政策最重要的目标必须是供电的可持续性 竞争性和安全性 一 国外智能电网研究和发展概况 欧洲2020年及后续的电力发展目标灵活性 Flexible 在适应未来电网变化与挑战的同时 满足用户多样化的电力需求 可接入性 Accessible 使所有用户都可接入电网 尤其是推广用户对可再生 高效 清洁能源的利用 可靠性 Reliable 提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求 经济性 Economic 通过技术创新 能源有效管理 有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益 一 国外智能电网研究和发展概况 智能电网研究机构美国能源部 DOE 是电网智能化研究的发起者和重要的投资者 电网智能化联盟 成员包括 跨国技术公司 AREVA GE IBM 研究机构 美国电科院EPRI Battelle RDS和SAIC 电力公司和电网运营商 AEP Bonneville电力管理局 PJM及法国EDF电网智能化架构委员会 GWAC 由一系列的专家组成 受美国能源部的部分资助 从事制定建立未来电网架构的原则 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 IEC去年底筹建SG3 智能电网 战略组 一 国外智能电网研究和发展概况 智能化实践最新成果在输电侧 目前有EPRI ABB PJM等机构和企业开展相关的研究 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 一 国外智能电网研究和发展概况 智能化实践最新成果在配电和用电侧 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 一 国外智能电网研究和发展概况 美国 XcelEnergy公司在Boulder建设全美第一个 智能电网 城市 AC2 Boulder 伯德市 tobecomefirstSmartGridCity 定义 definition 美国美国的智能电网计划叫UnifiedNationalSmartGrid 译为统一智能电网 是指将基于分散的智能电网结合成全国性的网络体系 从其技术定义为 综合应用现代通讯 计算 控制等技术的电网能够持续不断地适应各种正常操作 运行方式调整的优化运行 并能主动预测和应对电网扰动 美国电力科学研究院将智能电网定义为 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 二 智能电网的概念 定义和特征 二 智能电网的概念 定义和特征 欧洲欧洲智能电网计划叫SuperSmartGrid 译为超级智能电网 它是将广域电力输送网络与智能电网结合起来的广域智能网络 可能的适用范围设计到欧盟 北非 中东等国家和地区 欧盟委员会将智能电网概括定义为 以客户为中心支持分布式和可再生能源的接入负载和电源的本地交互高级自动化和分布式智能灵活的电网运营面向服务的架构更可靠 安全的电力供应低能耗 特别是低线路损耗 二 智能电网的概念 定义和特征 中国中国电力科学院把智能电网定义为 以物理电网为基础 中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架 各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础 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 二 智能电网的概念 定义和特征 1 坚强性 Robust Strong 在电网发生小扰动和大扰动故障时 电网仍能保持对用户的供电能力 而不发生大面积的停电事故 在电网发生极端故障时 如自然灾害和极端气候条件下 或人为的外力破坏 仍能保证电网的安全运行 二次系统具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力 二 智能电网的概念 定义和特征 2 自愈性 Self Healing 具有实时 在线连续的安全评估和分析能力具有强大的预警控制系统和预防控制能力具有自动故障诊断 故障隔离和系统自我恢复的能力 二 智能电网的概念 定义和特征 3 兼容性 Compatible 能支持可再生能源的正确 合理地接入适应分布式发电和微电网的接入能使需求侧管理的功能更加完善实现与用户的交互和高效互动 二 智能电网的概念 定义和特征 二 智能电网的概念 定义和特征 4 经济性 Economical 支持火电和水火电联合经济运行支持电力市场和电力交易系统提供清洁和优质电力实现资源的合理配置降低电网损耗 提高能源利用效率 二 智能电网的概念 定义和特征 5 集成 Integrated 实现电网信息的高度集成和共享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 6 优化 Optimized 优化资产的利用率降低投资成本和运行维护成本 二 智能电网的概念 定义和特征 二 智能电网的概念 定义和特征 中国智能电网的提法和4个特征 1 数字化 数字化电网 数字化电表与数字化用电设备2 信息化 市场信息 电网信息 用户信息与宽带通信形成的信息平台3 自动化 大电网安全稳定控制 高级智能调度 变电站自动化与用户用电系统智能控制4 互动化 电网 发电与用户以信息为基础的互动 二 智能电网的概念 定义和特征 二 智能电网的概念 定义和特征 智能电网技术应包括的主要内容 先进的相量测量 PMU 和广域测量技术 WAMS 先进的三维 动态 可视化技术高级计量 无线 自动计量读数 Advancedmeteringinfrastructure AMI Automaticmeterreading AMR 需求响应 DemandResponse 需求侧管理DSM 先进的配电自动化 高级配电运行 ADO 功能使 自愈 SelfHealing 成为可能 分布式发电技术 DistributedGenerationorDistributedEnergyResources DGorDER 及电力储能技术等 二 智能电网的概念 定义和特征 三 中国智能电网的建设与发展 中国智能电网发展方向与重点在中国 国家电网公司目前正在推进 一特四大 的电网发展战略 即以大型能源基地为依托 建设由1000千伏交流和 800千伏直流构成的特高压电网 形成电力 高速公路 促进大煤电 大水电 大核电 大型可再生能源基地的集约化开发 在全国范围内实现资源优化配置 同时 将以特高压电网为骨干网架 各级电网协调发展的坚强电网为基础 发展以信息化 数字化 自动化 互动化为特征的自主创新 国际领先的坚强智能电网 三 中国智能电网的建设与发展 总体情况 国家电网和南方电网组织开展了 大电网安全关键技术研究数字化电网关键技术研究电力电子关键技术特高压同步电网安全稳定运行关键技术研究电力通信建设用户用电信息采集系统为建设我国智能电网奠定了坚实的基础 三 中国智能电网的建设与发展 智能电网中国发展历程2007年 华东电网率先开展智能电网研究2009年3月26日 由美国电气制造商协会 中国电力企业联合会和中国电气工业协会联合主办的智能电网标准与技术研讨会在北京举行 中美两过专家针对美国 IEC和中国智能电网标准 技术和应用等问题展开研讨5月21日 2009特高压输电技术国际会议在北京隆重召开 会议向全世界展示了中国在特高压输电技术领域的辉煌成就中国国家电网公司发布了建设以信息化 数字化 自动化 互动化为特征的 坚强智能电网 的研究成果6月3日 中国电机工程学会智能电网研讨会6月10日 中国分布式能源国际研讨会7月11日 国家电网年中会议召开 智能电网的详细部署首次披露 三 中国智能电网的建设与发展 智能电网建设分三个阶段第一阶段 2009 2010年 为规划试点阶段 重点开展以下工作 智能电网发展规划编制 现在已经完成 正在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 第二阶段 2011 2015年 为全面建设阶段 重点开展以下工作 加快特高压电网和城乡电网建设 为智能电网建设提供可靠基础 初步形成智能电网运行控制和互动服务体系 关键技术和设备研制实现重大突破和广泛应用 第三阶段 2016 2020年 为引领提升阶段 重点开展以下工作 全面建成统一坚强智能电网 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 在服务清洁能源开发和保障能源供应中发挥重要作用 三 中国智能电网的建设与发展 智能电网建设的具体目标 1 发电环节大规模可再生能源发电出力预测 发电运行控制技术研究 电网接纳大规模可再生能源能力及其对电网安全稳定影响等关键技术研究 制订并网技术标准 建立风 光 储一体化仿真分析平台 2009 2011年 建成风电和太阳能发电研究中心 张家口现在已开始建设太阳能和风电研究中心 这是我国太阳能检测中心 检测达到标准才可以入网 在新能源发电运行控制 功率预测等方面取得突破 2012 2015年 风电 太阳能发电等新能源信息化 数字化和自动化技术得到普遍应用 2016 2020年 所有并网风电场实现风电功率预测 可再生能源有序并网发电 实现协调经济运行 三 中国智能电网的建设与发展 2 输电环节全面掌握特高压交 直流输电技术 加快特高压和各级电网建设 开展分析评估诊断与决策技术研究 实现输电线路状态评估的智能化 加强线路状态检修 全寿命周期管理和智能防灾技术研究应用 加强灵活交流输电技术研究 2009 2011年 加快建设交流特高压工程 建成 800和 660千伏直流输电工程 完成750kV串补 750kV l000kV可控电抗器 短路电流限制器 新型无功补偿装置研究和工程示范 三 中国智能电网的建设与发展 2 输电环节2012 2015年 加快华北一华中一华东特高压电网建设 全面掌握和应用特高压直流输电技术 完成特高压串补和灵活交流输电装置关键技术开发和应用 实现输电线路标准化与全寿命周期管理 2016 2020年 建成以特高压电网为骨干网架 各级电网协调发展为基础的统一坚强智能电网 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 在服务清洁能源开发和保障能源供应中发挥重要作用 三 中国智能电网的建设与发展 3 变电环节制定智能变电站和智能装备技术标准和规范 建设广域同步信息采集系统 构建综合测控保护体系 研究各类电源规范接纳技术 开展智能设备及设备智能化改造技术研究 转变检修模式 实现资产全寿命综合优化管理 2009 2011年 制定技术标准规范体系 初步实现信息统一采集 支持大型能源基地 可再生能源规范接入 初步形成基于风险控制检修模式 完成智能变电站建设及改造试点 三 中国智能电网的建设与发展 3 变电环节2012 2015年 跨域实时信息初步共享 各类电源的规范接入 实现智能设备对优化调度和运行管理的信息支撑 建立资产全寿命周期管理和检修工作体系 电网重要枢纽变电站智能化建设和改造 2016 2020年 枢纽及中心变电站完成智能化建设和改造 超过50 的关键变电站实现关键设备的智能化 建立面向智能电网和智能化设备的运行管理体系 基本实现基于企业绩效管理的设备检修模式 形成基于状态的全寿命周期综合优化管理 三 中国智能电网的建设与发展 4 配电环节建成高效 灵活 合理的配电网络 具备灵活重构 潮流优化能力和可再生能源接纳能力 在发生紧急状况时支撑主网安全稳定运行 实现集中 分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制 完成实用性配电自动化系统的全面建设 全面推广智能配电网示范工程应用成果 配电网主要技术装备达到国际领先水平 2009 2011年 研究智能配电网的总体框架和技术发展规划 开展重点科研项目攻关和试点工程建设 建立智能配电网仿真实验平台 智能配电网示范工程建设 三 中国智能电网的建设与发展 4 配电环节2012 2015年 完善智能配电网技术架构体系 继续优化完善配电网架 在全面总结试点经验的基础上 研究建立智能配电系统的成熟度评估模型和实验平台2016 2020年 在重点城市建成具有自愈 灵活可调能力的智能配电网 三 中国智能电网的建设与发展 5 用电环节全面开展智能用户管理与服务 推广应用智能电表 实现电网与用户的双向互动 提升用户服务质量 满足用户多元化需求 通过智能电网建设推动智能楼宇 智能家电 智能交通等领域技术创新 改变终端用户用能模式 提高用户用电效率 2009 2011年 完成双向互动关键技术研究 开发智能电表等计量装置 智能电表覆盖率达30 用户超过5000万户 电能占终端能源消费比重提高到约2l 三 中国智能电网的建设与发展 5 用电环节2012 2015年 智能用户管理与服务体系基本建成 全面建成用电信息采集系统 智能电表覆盖率超过80 用户超过1 4亿户 电能占终端能源消费比重提高到约23 2016 2020年 全面建成智能用户管理与服务体系 双向互动服务全面应用 全面建成并完善用户用电信息采集系统 智能电表覆盖率达100 电能占终端能源消费比重提高到约26 三 中国智能电网的建设与发展 6 信息平台环节信息是非常重要的基础手段 要建立坚强智能电网信息体系架构 实现信息高度共享 为发电到用户的各个应用环节提供安全的信息化平台支撑 满足系统协调优化控制 电网企业与用户问灵活互动的要求 充分利用智能电网多元 海量信息的潜在价值 增强智能分析和科学决策能力 全面建成国家电网资源计划系统 实现信息化与电网的高度融合 2009 2011年 初步建立智能电网信息和通信体系架构和统一信息模型 开展下一代电力光传输网络 支撑配用电及分布式能源的负荷通信网络研究与试点 完成 SGl86工程 三 中国智能电网的建设与发展 6 信息平台环节2012 2015年 完善智能电网信息通信架构体系建设和一体化统一信息模型 基本建成国家电网资源计划系统 SG ERP 全面建成坚强智能电网骨干通信网 基本建成适应于配电 用电及分布式能源接入的负荷通信网络 2016 2020年 结合信息与通信技术的发展 优化信息与通信应用的融合 统一和集成 实现智能决策 支撑智能电网各环节建设 信息平台整体达到国际领先水平 三 中国智能电网的建设与发展 华东电网公司 智能输电网技术为重点领域 开展了规划技术体系完善研究 三 中国智能电网的建设与发展 华东电网公司 智能输电网技术为重点领域 开展了高级调度中心的研究 三 中国智能电网的建设与发展 华东电网公司 智能输电网技术为重点领域 开展了统一数据平台的研究 开展了数字化变电站研究 徐行站数字化改造 新建数字化海宁站 三 中国智能电网的建设与发展 华东电网公司 智能输电网技术为重点领域 华东公司建设智能电网的三阶段目标 三 中国智能电网的建设与发展 1 电力通信基本实现主干通道光纤化 数据传输网络化 信息化水平已初步达到建设智能电网的要求 三 中国智能电网的建设与发展 三 中国智能电网的建设与发展 2 广域量测技术已大范围应用 状态监测技术正大力推进 信息化水平已初步达到建设智能电网的要求 三 中国智能电网的建设与发展 自动化控制领域的技术研究走在世界的前列 1 在可视化和运营管理辅助决策方面取得了大的进展 对智能电网进行了有益的探索 三 中国智能电网的建设与发展 自动化控制领域的技术研究走在世界的前列 2 江苏大电网安全稳定实时预警及协调防御技术 EACCS 实现了电网精细化调度和智能化控制 三 中国智能电网的建设与发展 数字化变电站研究成果已应用于工程实际 国家电网和南方电网开展了数字化变电站和数字化电网的建设工作 取得了一系列研究及应用成果 三 中国智能电网的建设与发展 双向信息交互与互动上积累了相当多的经验 用户侧管理 负荷管理控制系统等一系列应用在我国已取得一定成果 无论从技术层面还是管理层面都积累了相当多的经验 但还未达到智能电网对用户大量参与电网互动的要求 三 中国智能电网的建设与发展 配电领域智能化研究有待突破 1 分布式发电及新能源接入技术 2 储能技术储能技术对智能电网改善电能质量 提高风电接入效率起着重要作用 3 AMR的工作正在开展 4 定制电力技术定制电力技术是提高用户供电可靠性和供电质量的重要技术手段 也是 智能电网 的重要支撑技术之一 研究动态电压恢复器技术 DVR 固态切换开关技术 SSTS DFACTS技术 无功补偿器技术 DSTATCOM 有源电力滤波器 APF 技术 三 中国智能电网的建设与发展 用电领域智能化应用研究要积极探索用户用电信息采集系统很多电力公司启动了电力用户用电信息采集系统建设 计划在3 5年内完成用户用电信息的 全覆盖 全采集 预付费 管理 目前在电力负荷控制系统 电力需求侧管理的技术方面具有一定的研究基础 当前欧美智能电网更加注重互动性和智能电表的应用 应该引起关注和研究 三 中国智能电网的建设与发展 中国能源专家武建东提出的 互动电网 智能电网的含义已涵盖其中 互动电网InteractiveSmartGrid 它将智能电网的含义涵盖其中 互动电网定义为 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 它将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 三 中国智能电网的建设与发展 三 中国智能电网的建设与发展 互动电网功效 一 互动电网能够实现双向互动的智能传输数据 实行动态的浮动电价制度 二 它可以利用传感器对发电 输电 配电 供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合 遇到电力供应的高峰期之时 能够在不同区域间进行及时调度 平衡电力供应缺口 从而达到对整个电力系统运行的优化管理 三 互动电网能够将新型可替代能源接入电网 比如太阳能 风能 地热能等 实现分布式能源管理 四 智能电表也可以作为互联网路由器 推动电力部门以其终端用户为基础 进行通信 运行宽带业务或传播电视信号 也可以互动电网的终端用户为基础提供无线即时宽带和视讯服务的计划和实验 三 中国智能电网的建设与发展 四 智能电网的实现 中国电网发展的规模之大和速度之快 未来高质量的电力供应在中国国民经济的发展中起着越来越重要的作用 但要面临以下的挑战 充分满足用户对电力的需求确保电力供应的安全性和可靠性提高电力供应的经济性及节能满足环境保护的约束保证高质量的电能供应适应电力市场化和放松管制 四 智能电网的实现 智能电网贯穿发 输 配 用全过程 通过智能电网的建设 电力系统各领域都将产生质的飞跃 四 智能电网的实现 四 智能电网的实现 运维体系 标准体系及评价体系研究 四 智能电网的实现 四 对智能电网研究 开发和应用的一些看法和建议 智能输电技术 智能电网下大型可再生能源的接入技术 大电网安全稳定运行控制技术 未来电网控制中心建设技术 具备分布决策功能的智能变电站技术 输变电设备智能管理技术 智能电网下的电力市场技术 智能电网下的现代企业管理技术 智能电网下的电网规划技术 四 对智能电网研究 开发和应用的一些看法和建议 四 对智能电网研究 开发和应用的一些看法和建议 四 智能电网的实现 智能电网是一个极其复杂的大系统 根据现代控制理论 要对一个系统实施有效控制 必须首先能够观测这个系统 传感与量测技术在智能电网系统检测 分析 控制中起着基础性作用 提高了智能电网的可观测性 传感与量测技术 四 智能电网的实现 传感与量测技术国家标准GB7665 87对传感器下的定义是 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置 通常由敏感元件和转换元件组成 传感器是一种检测装置 能感受到被测量的信息 并能将检测感受到的信息 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出 以满足信息的传输 处理 存储 显示 记录和控制等要求 它是实现自动检测和自动控制的首要环节 四 智能电网的实现 传感与量测技术传统传感器 电流 电压传感器 气体传感器 超高频传感器 温湿度传感器 压力传感器 振动传感器 噪声传感器 风速和风向传感器等 光纤传感器 把被测量转变为可测的光信息的装置 以光作为敏感信息的载体 以光纤作为传递敏感信息的媒质 由光发送器 敏感元件 光接收器 信号处理系统以及光纤组成 四 智能电网的实现 传感与量测技术光纤传感器优点灵敏度较高 几何形状具有多方面的适应性 可以制成任意形状的光纤传感器 可以制造传感各种不同物理信息 声 磁 温度 旋转等 的器件 可以用于高压 电气噪声 高温 腐蚀 或其它的恶劣环境 而且具有与光纤遥测技术的内在相容性 四 智能电网的实现 传感与量测技术智能传感器 intelligentsensor 是具有信息处理功能的传感器 智能传感器带有微处理机 具有采集 处理 交换信息的能力 是传感器集成化与微处理机相结合的产物 智能传感器具有以下三个优点 通过软件技术可实现高精度的信息采集 而且成本低具有一定的编程自动化能力 功能多样化 四 智能电网的实现 广域测量系统广域测量系统 WideAreaSystems WAMS 是在同步向量测量技术基础上发展起来的 对地域广阔的电力系统进行动态监测和分析的系统 当前广域测量系统 WAMS 的相量测量装置 PhasorMeasurementUnit PMU 以GPS为采样基准 能全网同步采集机组和线路的电压 电流以及重要的开关保护信号 并能计算得到电压和电流相量 频率和频率变化率 机组和线路功率 发电机内电势 功角 以及根据机组键相信号实测机组功角 同时还能提供扰动触发的暂态记录 四 智能电网的实现 广域测量系统基于PMU的广域测量系统能实现对电力系统动态过程的监测 其测量的数据能反映系统的动态行为特征 广域测量系统为电力系统提供了新的测量和监控手段 其突出的优点是 可以在时间 空间 幅值三维坐标下同时观察电力系统全局的机电动态过程全貌 国外WAMS技术的研究和开发可追溯到1990年以前 1995年前美国已经有工业化的相量测量装置 PMU 2000年提出WAMS概念 2003年美国8 14大停电事故推进了WAMS的建设 并促进WAMS应用研究成果向工业领域转化 2000年以前 我国主要进行向量测量技术的研究和PMU实验装置的开发 2000年以后 我国研制出满足工业环境要求的PMU和数据集中系统 主站 多个网调和省调纷纷建成了WAMS WAMS技术应用的研究也成为当前国内各大院校和研究机构的热点 四 智能电网的实现 WAMS监测控制中心 通信网 GPS 通信接口 PMU 测量点1 GPS 通信接口 PMU 测量点2 GPS 通信接口 PMU 测量点N 广域测量系统总体构成框架图 四 智能电网的实现 决策制定 信息智能处理 检修 规划 运行 控制 电力系统 WAMS信息 数据采集 相量测量 基于WAMS的智能电网控制示意图 四 智能电网的实现 时间同步技术大区域时间同步组网的重要性作为设备运行的必不可缺的辅助工具 授时系统 目前在电力系统时间不能够达到完全统一 各系统在时间描述方面存在较大差异 时间精度差异大 难以准确描述时间顺序 给电网故障的分析带来了一定困难 没有有效的技术手段 对众多对时装置的时间准确度 工作态度 自动化装置接受时间等进行全网统一监管 这些都是 智能电网 运行的潜在隐患 常规GPS对于时间组网的局限性目前电力系统内部各送端 受端的分布广泛而分散 自动化装置内部都带有实时时钟 或者站内有以GPS为主的授时装置 其固有误差难以避免 随着运行时间的增加 积累误差会越来越大 会失去正确的时间计量作用 需要对其进行统一的监测与监控 如果 常规GPS时钟要想实现大区域组网 必须通过地面链路 PTP SDH 但是 由于各地的地形地貌差异决定 这样物理传输必不可少的产生时延 达不到电力设备要求的精度 时间组网于是搁浅 另从政治角度上讲 GPS属于美国政府拥有和控制 以美国GPS卫星为时钟源 对于我国以电力基础为核心的民生产业存在政治隐患 四 智能电网的实现 时间同步技术中国电网引入北斗时间系统摆脱 美国授时 北斗时间 系统于2010年03月月首次被顺利引入我国电网数字化变电站 开辟了智能电网建设的新纪元 这一全称为 北斗电力全网时间同步管理系统 的精准授时系统 以我国自行研制和建立的 北斗一号卫星导航定位系统 为基础 结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS全球定位系统的历史 使得以往缺乏安全保障的 美国授时 变为 中国授时 四 智能电网的实现 时间同步技术我国自主研发的北斗卫星系统在电力时间同步系统中的应用我国自主研发的北斗卫星系统 具有通信的双向性 不仅能够使终端设备接受卫星传来的时间信号 还可以通过卫星反馈终端信号 传输给监控中心 让其远程控制 自动纠错终端设备时间的误差 当然双向传输功能的开放需要中参部授权北斗民用电力系统的指定厂家才可以使用 而这一切都是空中链路 并通过地面基站对空中信号的传输进行校对 保持精度 这样不仅能够对电网的故障做出快速反应 减少停电时间和经济损失 优化电网资产提高运营效率 而且只需建设少许新的基础设施 降低了运行维护成本 有效的实现大区域的自动化时间同步系统组网 四 智能电网的实现 时间同步技术北斗一号双星定位系统的突出特点是 构成系统的空间卫星数目少 用户终端设备简单 一切复杂性均集中于地面中心处理站 其主要功能包括 定位 快速确定用户所在地的地理位置 向用户及主管部门提供导航信息 通信 用户与用户 用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信 就如同使用手机发短信一样 这是北斗一号系统独有的一项功能 目前 这项功能特别得到渔政 水文监测和森林防火部门的青睐 在抢险救灾中也发挥了巨大作用 事实上 普通百姓第一次听说 北斗 大多是在2008年汶川抗震救灾期间 当时 在基础设备损坏 通信中断的情况下 救援部队紧急配备了1000多台 北斗一号 终端机 实现了各点位之间 点位与指挥部之间的直线联络 为抗震救灾发挥了重要作用 四 智能电网的实现 时间同步技术授时 中心控制系统定时播发授时信息 为定时用户提供延时修正值 这也是一项非常重要的功能 在军事领域 联合攻击之所以能够精确打击目标 是因为通过卫星定位和高精度授时对目标进行了多维锁定 在民用领域 例如电力部门 电力传输设备运行时间如果不同步 轻则运行设备失控 重则造成整个地区电网瘫痪 四 智能电网的实现 可再生能源发电renewableenergyresources可再生能源定义 具有自我恢复原有特性 并可持续利用的一次能源 包括太阳能 水能 生物质能 氢能 风能 波浪能以及海洋表面与深层之间的热循环等 地热能也可算作可再生能源 风力发电把风的动能转变成机械动能 再把机械能转化为电力动能 这就是风力发电 风力发电的原理 是利用风力带动风车叶片旋转 再透过增速机将旋转的速度提升 来促使发电机发电 太阳能热发电也叫聚焦型太阳能热发电 ConcentratingSolarPower 简称CSP 通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来 加热工质 产生高温高压的蒸汽 蒸汽驱动汽轮机发电 四 智能电网的实现 可再生能源发电光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电脑的一种技术 这种技术的关键元件是太阳能电池 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件 再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置 地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术 其基本原理是根据能量转换原理 首先把地地热转换为机械能 再把机械能转换为电能 地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能 然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电 四 智能电网的实现 柔性输电技术20世纪80年代 美国电力科学研究院的NarainGHingorani博士提出柔性交流输电系统 FlexibleACTransmissionSystems FACTS 的概念 1997年 IEEEPES学会正式公布的FACTS的定义是 装有电力电子型和其他静止控制装置以加强可控性和增大电力传输能力的交流输电系统 FACTS技术 技术系统应用技术及其控制器技术 已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为 未来输电系统新时代的三项支持技术 柔性输电技术 先进的控制中心技术和综合自动化技术 之一 四 智能电网的实现 柔性输电技术柔性交流输电系统的优点 能在较大范围有效地控制潮流 线路的输送能力可增大至接近导线的热极限 例如 一条500kV线路的安全送电极限为1000 2000kW 线路的热极限为3000kW 采用FACTS技术后 可使输送能力提高50 100 备用发电机组容量可从典型的18 减少到15 甚至更少电网和设备故障的危害可得到限制 防止线路串级跳闸 以避免事故扩大 易阻尼消除电力系统振荡 提高系统的稳定性 四 智能电网的实现 柔性输电技术柔性直流输电技术是迄今为止工程应用中最先进的电力电子技术 也是智能电网关键技术之一 在风电领域 风电场发电能力受制于风力的大小 传统的直流站对换流后的输出功率基本不可调 柔性直流输电技术通过 绝缘栅极双极型晶体管 能实时 精确地控制发电功率 这就好比给变电站装上了一个 蓄电池 使人们能更自如地控制输电线路的电流大小和输送状态 柔性直流输电技术还是解决大面积区域停电 实现远距离孤立送电的有效途径 在相联的交流系统因故障全部停电后 网内柔性直流部分因不受交流电网故障影响 成为孤立小电网仍维持运行 此时即可带动无自启动能力的发电机组 逐渐扩大恢复范围 完成整个系统 黑启动 过程 在新能源日益加快发展的背景下 柔性直流输电技术具有重要应用价值 四 智能电网的实现 柔性输电技术国家电网国内首座柔性直流换流站上海启动2011年2月28日 国内首座柔性直流换流站 35千伏南风换流站首次充电 该换流站的启动 意味着我国柔性直流输电技术的研究 开发和应用进入了一个新的时代 标志着我国清洁能源的接入技术达到了国际领先水平 四 智能电网的实现 智能变电站变电站是电力网络的节点 它连接线路 输送电能 担负着变换电压等级 汇集电流 分配电能 控制电能流向 调整电压等功能 变电站的智能化运行是实现智能电网的基础环节之一 智能变电站采用先进 可靠 集成 低碳 环保的智能设备 以全站信息数字化 通信平台网络化 信息共享标准化为基本要求 自动完成信息采集 测量 控制 保护 计量和监测等基本功能 并可根据需要支持电网实时自动控制 智能调节 在线分析决策 协同互动等高级功能 实现与相邻变电站 电网调度等互动的变电站 四 智能电网的实现 智能变电站统一支持平台统一信息建模智能高级应用 调度中心 设备与资产管理 输变电维护 新能源 大用户 相邻变电站 智能变电站概念示意图 四 智能电网的实现 智能变电站智能变电站分为过程层 间隔层 站控层 站控层包含自动化系统 站域控制 通信系统 对时系统等子系统 实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制的功能 完成数据采集和监视控制 SCADA 操作闭锁以及同步相量采集 电能量采集 保护信息管理等相关功能 间隔层设备一般指继电保护装置 测控装置等二次设备 实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能 即与各种远方输入 输出 智能传感器和控制器通信 过程层包括变压器 断路器 隔离开关 电流 电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置 数据库 同步时钟源 人机会话 保护及故障信息管理 调度中心 运动通信 网络通信记录分析系统 大用户 电源 外部通信 相邻变电站 测控单元 保护单元 状态检测单元 计量单元 同步相量测量装置 合并单元 电子式互感器 智能组件 高压设备 站级总线 过程总线 站控层 间隔层 过程层 智能变电站系统结构示意图 智能变电站 四 智能电网的实现 智能配电网智能配电网 SmartDistributionGrid SDG 是智能电网的重要组成部分 与传统的配电网相比 SDG具有以下功能特征 自愈能力强具有更高的安全性提供更高的电能质量支持DER的大量接入支持与用户互动对配电网及其设备进行可视化管理更高的资产利用率配电管理与用电管理的信息化 四 智能电网的实现 配电网自愈自愈的概念最早出自美国电科院 EPRI 与美国能源部于1999年启动的 复杂互动系统 联合研究计划后来美国电科院的 智能电网 美国能源试验室的 现代电网 研究项目都把自愈作为主要研究内容 作为保证电网供电质量的核心技术手段 自愈功能是当前智能电网研究的热点内容 四 智能电网的实现 配电网自愈电网的自愈功能 SelfHealing 是指其在无需或仅需少量的人为干预的情况下 利用先进的监控手段对电网的运行状态进行连续的在线自我评估 并采取预防性的控制手段 及时发现 快速诊断 快速调整或消除故障隐患 在故障发生时能够快速隔离故障 自我恢复 不影响用户的正常供电或将影响降至最小 四 智能电网的实现 配电网自愈的相关技术馈线自动化技术目前的馈线自动化技术依赖分段开关顺序重合或配网自动化主站远方遥控来实现 故障隔离与自动恢复供电的时间在 分钟级 在架空线路中 还不可避免地导致故障区段上的用户较长时间停电下一步进一步研究采用广域IP通信技术 馈线终端之间能够实时交换故障检测数据与控制命令 不依赖主站实现线路故障的就地隔离与恢复供电 预计可将自愈的时间降低至 秒级 配网闭环运行故障隔离技术配电网闭环运行是指其正常运行时的双端电源供电方式 闭环运行线路分段开关采用断路器 并配备差动保护 则可在线路出现故障时快速 200ms之内 切除故障 而使非故障线路的供电基本不受影响 这适用于接有重要敏感负荷的线路 闭环运行的方式在新加坡普遍采用 而国内配电网均采用开环运行 因此 该项技术目前得不到应用 四 智能电网的实现 配电网自愈的相关技术微网技术微网 MicroGrid 是指接有分布电源 DER 的配电子系统 是一个预先设计好的供电孤岛 可在主网脱离后孤立正常运行 微网应用先进的测控技术 保护技术 电力电子技术 可以灵活地与大电网连接与断开 可在主网停电时维持其中所有或部分重要用电设备的供电 充分发挥微网的作用 提高配电网自愈能力 保证供电可靠性 柔性配电技术 DFACTS DFACFS在提高配电网自愈能力方面具有重要的作用 首先 应用SSCB SSTS可以提高故障切除与负荷转移切换速度 提高自愈速度 而利用UPS与DVR可以补偿配电网故障切除 隔离期间短时供电中断与电压骤降 实现无缝自愈 保证重要敏感负荷供电不受影响 此外 作为配电网自愈能力的一部分 应用SVC STATECOM APF可以消除谐波 电压波动的影响 改善电能质量 四 智能电网的实现 高级量测体系AMI高级量测体系 AMI 是用来测量 收集 储存 分析和运用用户用电信息的完整的网络和系统 主要包括智能电能表 通信网络 测量数据管理系统等AMI有智能装置 通信网络和书籍管理应用软件及相关系统组成 在智能电网和电力用户见建立通信网络 集成电网企业和第三方的各种业务应用 AMI组网技术 远程组网技术 光纤专网 中压电力线载波 无线宽带专网 无线窄带专网 无线公网 用户接入组网技术 FTTH光纤通信 电力线宽带通信 电力线窄带通信 ZigBee Wi Fi无线通信 四 智能电网的实现 AMI关键技术和功能主要包括 智能电表 智能电网AMI中的智能电表系统设计电价是电力改革的关键 在发展智能电网中 智能电表受到前所未有的重视 智能电表不但能显示用电量 而且能显示电能价格 将推动新的用电方