第一章_智能电网概述

智能电网与配网自动化 唐小波 2020 4 6 1 智能电网概述 什么是智能电网 智能配电网的主要特征是什么 智能配电网的架构体系是怎样的 智能配电网有哪些关键性技术 配网自动化主要有哪些技术内容 智能配电网与配网自动化之间是什么关系 2 2020 4 6 1 智能电网的理念 智能电网 smartpowergrids 就是电网的智能化 也被称为 电网2 0 它是建立在集成的 高速双向通信网络的基础上 通过先进的传感和测量技术 先进的设备技术 先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用 实现电网的可靠 安全 经济 高效 环境友好和使用安全的目标 其主要特征包括自愈 激励和兼容 抵御攻击 提供满足21世纪用户需求的电能质量 容许各种不同发电形式的接入 启动电力市场以及资产的优化高效运行 3 2020 4 6 智能电网的智能化主要体现在 可观测 采用先进的传感量测技术 实现对电网的准确感知 可控制 可对观测对象进行有效控制 实时分析和决策 实现从数据 信息到智能化决策的提升 自适应和自愈 实现自动优化调整和故障自我恢复 4 2020 4 6 1 智能电网的理念 2020 4 6 5 2 智能电网的主要特征 传统电网 智能电网 1 坚强 在电网发生大扰动和故障时 仍能保持对用户的供电能力 而不发生大面积停电事故 在自然灾害 极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网的安全运行 具有确保电力信息安全的能力 2 自愈 具有实时 在线和连续的安全评估和分析能力 强大的预警和预防控制能力 以及自动故障诊断 故障隔离和系统自我恢复的能力 2020 4 6 6 2 智能电网的主要特征 3 兼容 支持可再生能源的有序 合理接入 适应分布式电源和微电网的接入 能够实现与用户的交互和高效互动 满足用户多样化的电力需求并提供对用户的增值服务 4 经济 支持电力市场运营和电力交易的有效开展 实现资源的优化配置 降低电网损耗 提高能源利用率 2020 4 6 7 2 智能电网的主要特征 5 集成 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 规范化和精益化管理 6 优化 优化资产的利用 降低投资成本和运行维护成本 2020 4 6 8 2 智能电网的主要特征 2020 4 6 9 2020 4 6 10 2020 4 6 11 3 发展智能电网的驱动力 1 能源 2020 4 6 12 世界人口和能源消耗在1980到2020的预测 3 发展智能电网的驱动力 1 能源 2020 4 6 13 不断减少的能源 已探明储量 储量 未开发资源 石油 铀 煤 新型气体 天然气 非传统油 3 发展智能电网的驱动力 2 环境 2020 4 6 14 由人类影响而导致的CO2增加远大于自然界变化的影响 3 电网电力工业电力系统复杂度的不断增加 要求采用更加智能化的电力系统来满足不断发展的电力需求 电网资产逐渐老化 影响电能安全输送 2020 4 6 15 3 发展智能电网的驱动力 4 电力安全 避免大面积停电事故的发生 2020 4 6 16 美加2003年大面积停电的卫星地图 3 发展智能电网的驱动力 5 电力市场优化资源配置 提高电力企业的运行 管理水平和效益 增强电力企业的竞争力 据美国统计 现代电网的利用系数只有55 2020 4 6 17 3 发展智能电网的驱动力 5 电力市场 2020 4 6 18 3 发展智能电网的驱动力 5 电力市场 2020 4 6 19 3 发展智能电网的驱动力 解决能源安全与环保问题 应对气候变化 是发展智能电网的核心驱动力 创造新的经济增长点与增加就业岗位 是国外主要发达国家发展智能电网的经济动因 由于国情以及电力工业发展水平不同 各国和地区发展智能电网的驱动力略有不同 2020 4 6 20 3 发展智能电网的驱动力 美国升级和更新现有电网基础设施 提高供电可靠性 避免发生大面积停电事故 最大限度地利用信息通信技术 并与传统电网紧密结合 以促进电网现代化 利用高级量测体系 需求响应和家庭局域网等技术 实现电力和信息等双向流动 促进电力企业在不断开放的电力市场中与用户的有好互动 提高电网对可再生能源发电的接入能力 促进可再生能源的利用 以保护环境和减少对化石能源的依靠 2020 4 6 21 3 发展智能电网的驱动力 美国智能电网发展侧重次序 用电 配电至输变电在美国 Grid2030 智能电网规划中 电网发展优先考虑用户侧智能与配电 输电网的建设放在最后 这符合美国的电力产业环境的特点 分布式发电比重快速上升完全竞争性电力市场 2020 4 6 22 3 发展智能电网的驱动力 欧洲安全可靠供电 包括解决一次能源短缺问题 提高供电能力 供电可靠性以及电能质量 环境保护 电力市场 包括提高能效和竞争能力 满足反垄断管制要求等 2020 4 6 23 3 发展智能电网的驱动力 中国充分满足经济社会快速发展和电力负荷高速持续增长的需求 确保电力供应的安全性和可靠性 避免发生大面积停电事故 提高电力供应的经济性 降低成本和节约能源 大力发展可再生能源 调整优化电源结构 提高电能质量 适应电力市场化的要求 优化资源配置 增强电力企业的竞争力 2020 4 6 24 3 发展智能电网的驱动力 我国发展侧重 输变电 配电至用户侧统一坚强智能电网的战略框架 2020 4 6 25 3 发展智能电网的驱动力 4 智能电网的基本架构 2020 4 6 26 紧急恢复正常优化规划 自愈抵抗攻击与用户交互提供合格电能兼容分布式发电促进电力市场优化资产利用减小运行维护费用 通信集成高级组件高级控制传感测量决策支持 安全可靠经济优质高效环保 停电概率系统平均停电频率用户平均停电持续时间恢复时间负荷率 国外智能电网系统图 2020 4 6 27 4 智能电网的基本架构 核电 火电 传统型 火电 清洁型 分布式发电 风电 水电 大型能源基地 广域动态监测系统 新能源发电 输电网 中型发电厂 智能变电站 智能变电站 特高压 高压 输电网 20kV城市配电网 20kV农村配电网 高级智能调度中心 高级数据采集系统 储能电池 新能源发电 用户终端 储能电池 新能源发电 用户终端 新型混合电动汽车 电网友好型装置 新型混合电动汽车 电网友好型装置 智能计量体系 优化管理体系 电力流信息流 中国坚强智能电网的基本架构 2020 4 6 28 智能应用体系 发电侧业务 电网侧业务 用户侧业务 技术支撑体系 综合知识支撑 统一信息支撑 复合通信支撑 电网基础体系 坚强实体电网 电网支撑站点 智能电网装备 标准评估 试验认证 标准规范体系 电力流信息流业务流 高度一体化 4 智能电网的基本架构 智能电网技术组成 2020 4 6 29 高级量测体系 家域网HAN 分时电价 计量数据管理系统MDMS 需求响应负荷控制远程开合 智能表计双向通信电量计量电能质量监测远程升级负荷控制需求响应 高级配电运行 配电自动化保护与控制配电SCADA配电GIS运行管理系统广域测控停运管理系统配电快速仿真模拟DFSMDER运行AC DC微网运行新型电力电子装置 配电AAM 输电AAM 规划 设计建设基于可靠性的运行维护资产利用 变电站自动化高级保护高级电网元件 高级输电运行 ISOEMS可视化输电系统模拟仿真输电SCADA输电GIS阻塞管理 高级量测体系AMI 高级配电运行ADO 高级输电运行ATO 高级资产管理AAM 4 智能电网的基本架构 5 统一坚强智能电网的技术研发重点 1 建立坚强实体电网 2 建立电网支撑站点 如广域同步实时全景信息采集技术 实时综合监测技术 自适应 自优化继电保护技术 自协调区域继电保护技术等 3 实现电网智能装备灵活交流输电关键技术直流输电控制技术智能配电 用电设备研制与应用新型智能装备研制 2020 4 6 30 4 实现智能发电与并网 5 实现智能运行与控制大电网安全稳定控制关键技术大电网经济高效运行关键技术智能配电网运行控制关键技术 6 实现智能用电与交易智能用户用电信息采集与交互系统用户用电智能调度决策支持系统新型双向互动营销模式分布式能源接入及双向供电技术电力市场运营技术支持系统 2020 4 6 31 5 统一坚强智能电网的技术研发重点 6 配网自动化概述 为什么建设智能电网要特别关注配电网 智能配电网的主要特征是什么 配网自动化主要有哪些技术内容 智能配电网与配网自动化之间是什么关系 什么是高级配网自动化 与配网自动化有何区别和联系 配网自动化有何作用与效益 国际上配网自动化的应用情况和我国的存在问题 2020 4 6 32 6 配网自动化概述 为什么建设智能电网要特别关注配电网 首先是供电企业履行自身根本使命的需要 保证供电安全 可靠与质量 供电企业追求的另一个经营目标是运营成本低 资产利用效率要高 损耗要小 目前 在电力系统的损耗中 配电网占大头 建设智能电网要服务于国家发展新能源这个战略大局 可再生能源发电的并网问题 2020 4 6 33 智能配电网的主要特征是什么 更高的供电质量很高的资产利用效率 可大量接入可再生能源发电 能够与用户互动 适应电动车的发展 2020 4 6 34 6 配网自动化概述 配网自动化主要有哪些技术内容 2020 4 6 35 6 配网自动化概述 智能配电网与配网自动化之间是什么关系 配网自动化 简称DA 和智能配电网有着密切的联系与广泛的共同性 DA是现代计算机 通信与测控技术在配电网中的应用 而这些新技术也是智能配电网的主要技术手段 DA的技术内容完全包含在智能配电网内 且是其主要内容 具有举足轻重的作用 2020 4 6 36 6 配网自动化概述 智能配电网与配网自动化之间是什么关系 但与DA相比较 智能配电网也有着革命性的变化 它是各种电力新技术在配电系统中应用的总和 几乎涉及配电系统一次与二次的所有技术领域 强调坚强网架与电网智能化的统一 强调各种技术的有机融合 协调应用 支持分布式电源的大量接入 深度渗透 适应电动车发展需要 实现与用户的互动 2020 4 6 37 6 配网自动化概述 什么是高级配网自动化 与配网自动化有何区别和联系 高级配网自动化或称高级配电自动化是美国电科院的专家提出的 所谓 高级 是指智能电网概念下的DA 它是以前DA概念的继承与发展 首先要适应分布式电源的大量接入 第二是要高度标准化 做到即插即用 第三个特点是分布式智能控制 即现场终端装置能够通过局域网交换信息 实现故障隔离 电网无功调节等控制功能 2020 4 6 38 6 配网自动化概述 配网自动化有何作用与效益 DA好处包括提高电压质量 改善客户服务 提高管理效率 减少损耗 延缓一次设备投资等 但根本的一条还是减少停电次数与停电时间 提高供电可靠性 首先通过对配电设备的监控 及时发现并消除故障隐患 减少故障的发生 二是通过自动故障隔离与恢复供电 避免或减少故障造成用户停电 三是快速定位故障 快速调度 派修 缩短故障抢修时间 四是远程遥控分段开关 进行倒闸操作 避免人工操作造成长时间停电 2020 4 6 39 6 配网自动化概述 配网自动化有何作用与效益 如果仅考虑供电企业自身的回报 很难论证DA投资的必要性 必须把社会效益计算在内 最突出的效益还是体现在减少用户停电损失 保障社会正常运转上 从国际上的情况来看 DA之所以能够在一些国家和地区获得广泛应用 主要是由于政府电力监管机构对供电可靠性提出了严格的要求 供电可靠性达不到要求 企业受罚 不让股东分红 严重的还要被取消特许经营权 2020 4 6 40 6 配网自动化概述 国际上配网自动化的应用情况国际上DA应用做得最好的还是东亚的一些国家和地区 欧洲发达国家的DA应用也搞得比较好 配电地理信息系统获得了广泛应用 配电调度 停电投诉处理 故障抢修管理基本都实现了计算机化 美国的DA应用主要还是集中在配电管理流程计算机化上 馈线自动化应用面还相对有限 随着智能电网的发展 许多美国公司开始或在计划大面积应用DA 2020 4 6 41 6 配网自动化概述 我国的配网自动化发展情况我国90年代就开展DA技术研发与应用工作 1998年国家城网改造计划与当时国家电力公司的创一流活动 极大地推动了我国DA应用工作 到2003年 有一百多个地级以上城市开展了DA系统工程试点工作 有的DA规模很大 如绍兴DA系统 安装终端近5000套 基本覆盖