ecom-余贻鑫 在湖南大学关于智能电网讲座PPT课件

1 智能电网 天津大学余贻鑫2009 05 2 提纲I 智能电网原动力和功能比较II 智能电网的主要技术组成和智能电网的实现顺序III 成本与效益IV 天津大学的相关工作V 结论 3 智能电网的目标 定义和功能 4 中国的情况不是特例 全球电力行业的发展都面临诸多挑战 既有共性 也有各地区特有的问题 对中国的挑战是 电力基础设施投资大量增加温室气体减排的压力越来越大快速增长的燃料价格和负荷需求 5 1 实现 以抵御事故扰动为目的 安全稳定运行 降低大规模停电的风险 大停电频繁发生 用较好的 灵巧的和快速的控制增强电网的可靠性 是避免系统崩溃的关键 I 1现代电网研究的目标 6 2 分布式电源 DER DistributedGeneration 如何处理数以万计的分布式电源 7 3 高级市场化现实电网的利用系数很低 据美国统计 约55 需要电力公司与用户友好合作 达到双赢 开发高透明度的用户界面 以便实现负荷消减和更具弹性的负荷需求 提高现实电网的利用率 而通讯与信息技术已为此准备好了条件 一年内只有少数时间资产被完全使用 8 美国对未来20 30年对电网可靠性的预测可靠性比例Reliabilityof9nine0 6 增加到10 Reliabilityof6nine8 10 增加到60 4 对电网各种约束日益严格 提高可靠性 提高电能质量 节能降损和环保 9 什么事都不做时的花费 每年美国不可靠的电力所造成的损失多于1000亿美元 相当于花一美元买电 同时还得付出30美分的停电损失 GalvinElectricityInitiative 2005 仅扰动和断电 即 不计大停电 每年的损失就达790亿美元 LBNL 2004 少卖电的损失一年可达1 35亿美元 Primen 2004 纽约独立系统运行员 ISO 趸售电价中23 是阻塞成本 它们全部转嫁给用户 PNNL 2006 August2003blackout 40 60亿 5000万人受影响 驱使人们研究智能电网的 不是电能的成本 而是电能不合格的成本 EnergyDirector OracleCorporation 2004 10 常见名词 IntelliGridSHG selfhealinggrid SmartGrid SmartGrids ModernGrid 为了解决这些问题 国际上形成了一些大型科研群体 开展面向21世纪电网的研究 SHG主要是对配网而言由于Smart不好译 中文大家多用 智能电网 一词 11 项目 12 13 Atransformedelectricitytransmissionanddistributiongridthatusesrobusttwo waycommunications advancedsensors anddistributedcomputerstoimprovetheefficiency reliabilityandsafetyofpowerdeliveryanduse I 2 智能电网定义 14 TheSmartGridistheapplicationofmoderninformation communication andelectronicstechnologytotheelectricitydeliveryinfrastructure DGInterconnect DemandResponse SmartGrid 15 16 将来的智能电网和目前电网功能的比较 17 智能电网是促进电力行业全价值链生产 运行 经营各环节根本性转变的解决方案 18 AMIADOAAMATO II 智能电网的技术组成 19 EnergyDeliveryChain 四个环节均衡时行为和效率最高四个环节中 配电和它与用户间的互动相对较弱 尤其缺少可视化和控制信息技术和通信技术的进步 已使实现AMIandADO的花费可以接受 20 AMI Advancedmeteringinfrastructure II 1 高级计量体系 AMI 的技术与功能 AMI授权给用户 使系统同负荷建立起联系 使用户能够支持电网的运行 21 同电网友好的电器 GFAs 可帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生 美国的典型峰荷日的负荷与备用饼图 GFAs的电器包括 电暖气 空调 热水器 电冰箱GFAs的潜力超过运行备用的需要 同电网友好的电器GFAs感知电网的频率漂移 自动担负调频的任务 起到旋转储备的作用 此事无通讯要求 22 高级计量体系AMI 用户户内网HAN 计量数据管理系统MDMS 需求响应负荷控制远程开合 分时电价 送到用户 自动读表AMR 按小时读表 远方编程 电能计量 电能质量监视 负荷调查 停运捡出 23 SmartMeters SmartMeter TransformerMeter FeederMeter energy FeederMeter current FeederMeter energy 24 25 受影响的企业功能 26 AMR的效益 减少抄表开销 如 PG E为800人和车 BCHydro为200人和车 通过电压观察 防盗电 如 BCHydro的损失为 5000 8000万 年 到用户的故障定位和部分恢复供电 减少用户服务人员和停电时间在用户室内装可由电力部门无线控制的自动室内控制器 如可调节空调整定温度到26度以上 事先有协议 达到消峰的目的 可使居民区峰荷下降1 3 节省的容量按每kVA约50加币定价 27 II 2 高级配电运行 ADO 的技术与功能 高级配电运行 ADO 功能使 自愈 SelfHealing 成为可能ADO同AMI ATOandAAM的密切配合实现配电系统 运行和资产管理 优化 28 配电SCADA 配电快速仿真与模拟DFSM 高级配电运行ADO DER运行 高级配电自动化ADA高级保护与控制 带有高级传感器的 运行管理系统停运管理系统 配电GIS AC DC微网运行 新型电力电子装置 29 用户端口 电能质量 高级的传感器 高级电力电子 分布式能源高级配电自动化 把积极的电力用户集成到配电网中使用户参与到 削峰的 输电运行辅助服务中来 配电灵活输电DFACTS和配电静止无功补偿安置的计算使DFACTS参与到网络重构中来 使中压与低压配电网的电能质量优化使电能质量可以评估 把分布式能源单元接入配电网使参与者能够提供辅助服务 带有企业EMS的电网传感器 把分布式能源单元集成入配电网使分布式能源能够提供辅助服务 IECSA IECSA 能量与通讯系统集成的智能电网 此图概括了下边介绍的全部 D FSMT FSM 设想中的未来电网 30 状态估计连续优化系统性能提供比实时还要快的预测仿真 以期能够进行 what if 分析 为运行人员推荐方案把市场 政策和风险分析聚合到系统模型中去 使市场和政策对系统安全性和可靠性的影响定量化 FSM 的基本功能要求 每一部分都有新要求 现举例说明如下 可省 31 FSM需要适应以下四个主要自愈功能的需要 网络重构电压与无功控制 VVC 故障定位和隔离 FLIR 对减少停电时间意义大 当系统拓扑结构发生变化时 继保再整定RPR 实现电力系统更新运行方式后的保护 四个主要功能是相互联系的 例如 电网的任一重构要求一个新的电压方案和继电保护的配合 因此 这一问题是很复杂的 电网重构包含恢复供电功能 32 IA能够发送与接受信号的基本的智能代理 保护 分布式发电和储能单元具有分布式电源的配电调度 等值机等CellIA是整个配电的智能代理 分布式 非中央化 的智能体系结构 33 智能网络代理INAs intelligentnetworkagents 通过FMS从全系统要求出发协调决策 目前电力系统中的大多数代理是按预先确定的方法整定 并对扰动做出反应的 例如 在一定条件下断开继电器 其动作可能使系统情况恶化 乃至造成连锁停电 34 ADA轮廓 ADA用于电力交换系统 将使用电力电子 信息技术 分布式计算与仿真方面的新技术ADA可为用户提供新的服务 ADA 是革命 而不只是传统配电自动化的扩展 因为 35 系统监视停运检出 定位和管理供电恢复人员调度和工作安排维修作业和区分先后顺序排除事故后的自动切换与事故管理无功与电压管理降低网损资产利用 36 同传统电力系统相比 图示的DC微网 具有改善能量传输效率 可靠性 安全性 电能质量 以及运行成本的潜力 37 丹麦Cell控制试点工程的目标为 1 初级目标 全系统崩溃后 cell自己黑启动 进入可控的孤岛运行状态 2 最终目标 当系统发生严重故障处于不可挽回的紧急状态 如即将出现电压失稳 时 cell单元主动与高压电网 150kV 解列 由联网运行转为可控的孤岛运行 绿色箭头代表测量 红色箭头代表cell控制器的控制行为 38 II 3 高级输电运行 ATO 的技术与功能 ATO强调阻塞管理和降低大规模停运的风险ATO同AMI ADOandAAM的密切配合实现输电系统的 运行和资产管理 优化 39 40 凤电 特别是大规模凤电 入网运行是个具有挑战性的任务电力系统将面临如何调度峰荷和如何维持稳定的问题 41 DataCommunication WideAreaControl Sensors DynamicPowerPlantModels End to EndPowerDeliveryChainOperation Planning Monitoring Modeling Analysis Coordination Control 42 WAMS PMUs ABB 43 II 4 高级资产管理 AAM 的技术与功能 AMI ADO和ATO同资产管理过程的集成将大大改进电网的运行和效率 AdvancedAssetManagement AAM 44 配电AAM 基于条件 如可靠性水平 维护 规划 设计 建设 资产利用 输电AAM 45 II 6 决定顺序 ATO强调阻塞管理 AAM大大地改善资产管理 AMI授权给用户 使系统同负荷建立起联系 使用户能够支持电网的运行 ADO使系统可自愈 46 顺序有价值 AMI同用户建立通讯联系提供带时标的系统信息 Providestimestampedsysteminformation ATO使用ADO信息改善运行和管理输电阻塞AMI使用户能够访问市场 ADO使用AMI的通讯收集配电信息使用AMI信息改善运行AAM使用AMI ADO andATO的信息与控制 改善 运行效率资产使用 顺序会影响成本和效益 47 成本 效益 AMI ADO AAM ATO AAM 一般情况下 AMI是电网智能化的第一步 48 III 投资与效益 认识价值 49 美国EPRI2004年所做的初步估计 未来的powerdelivery系统的总成本 贴现值 为1650亿美元 其中输电380亿美元 配电1270亿美元 未含AMI 效益为6380到8020亿美元效益与投资比为4 1 5 1 50 效益 其总的效益可达6380到8020亿美元各种属性效益的集成 51 效益指标 可靠性停运间隔与频率瞬间停运电能质量安全性分布式发电占总发电的比重能量市场中用户的参与程度经济性分区的能量电价的峰值和均值输电阻塞成本断电和电能质量扰动的成本交换能量的总成本 52 效率系统电气损失丰荷对均荷的比值输电线路的阻塞间隔环境友好可再生发电占总发电的比重每一kWh所产生的排除物人身安全工人和公众的伤亡 53 IV 智能电网实施举例 54 NationwideAMIdeploymentItaly 30M Sweden Finland UK inplan Morethan150jurisdictionsaroundtheworldincluding110inNorthAmericaareplanningorimplementingsmartmetering HerearesomeofAMIexamples ItshouldbeemphasizedthatinChinawehaveimplementedlotsofCustomerportalforlargeCustomerscalledas Loadmanagementsystem 55 AMI SG项目 PUCallowsraterecoveryTXU 3Mmetersby2011w 265kinstalledtodateCenterpoint 2Mmetersby2013AustinEnergy 234kmetersby2008 AEPIndiana Negativebusinesscase RegulatorymandatetomoveforwardAEPOhio PlanningstagesAEPTexas Planningstages APSElectric UpgradingtoAMImetersCurrentlyhasoldergenerationTOUmetersfor330kresidentialcustomers160kAMRmetersinstalledby3Q08MDMSimplementationin2008 NortheastUtilities filedplanwithDPUCPiloted500meters12 200710kmetertestin2008450kmetersinnextphase1 2Mmeterdeployment PUCallowsraterecoveryPHI StrategyPlanningandDesignphase PUCallowsraterecoveryGeorgiaPower 90kmetersinstalledin20072 2Mby2012 PUCallowsraterecoverySolarandself generationinitiativesSCE BusinesscaserequiresDRPG E InitialbusinesscasepositivewithBaseAMISempra BusinesscaserequiresDR PUCallowsraterecoveryAlliantEnergyinplanningandRFPphase PUCallowsraterecoveryIdahoPower Deployed25KmetersandMDMSWillsubmitbusinesscasetoPUCforapproval PGN 2 75MmetersdeployedDrive bymeterreadingAMIBusinessCaseunderdevelopmentAMIStrategyPlanningProjectSmartGridRoadmapunderdevelopmentVirtualGeneratorProject BCHydro 1 9MmetersSignificanttheftdetectionbenefitsLowDRbenefit ConsumersEnergy 1 9MMetersBusinessCaserequiresDR 56 东京电力公司的配电系统 多分割多连接 网络式的拓扑结构 把 的馈线用开关分成多个区间 并在相应区间安装与其它馈线的联络开关 在故障时把故障影响范围限制在一个区间里 其它系统 SS 其它系统 其它系统 ON ON ON OFF OFF OFF SS 其它系统 其它系统 其它系统 ON ON OFF OFF OFF ON 由其它系统供电 限制故障影响范围 故障部分 57 三分割三连接馈线设计的负荷水平 150A 150A 150A 150A 150A 450 150 600 600A 150A 150A 450 600A 450 150 600 600A 持续负荷容量 450A 负荷率 75 450 600 故障时通过联络开关由其它馈线供电 负荷率 58 59 效益 停电间隔和停电频率的大幅度降低少得多的电能质量扰动有效地消除区域性大停电大大地减轻对恐怖主义和自然灾害的脆弱性改善公众和工人的人身安全降低或缓解电价为市场参与者提供新的选择更有效地运行和以很低的成本改善资产管理降低网损更广泛地开发环境友好的资源 60 与三分段相比 得到快速供电恢复的用户增加了2 5倍平均用户断电时间减少到先前的十分之一当到达现场时间和开关操作时间延长时 效果会更好 4min24min42min73min到达现场恢复时间 3 0002 5002 0001 5001 0005000 客户数 18min 开关操作 在配电自动化系统应用前 3 0002 5002 0001 5001 0005000 4min6min24min55min到达现场恢复时间 在配电自动化系统应用后 缩短了供电恢复时间 客户数 61 配电自动化系统投入使用范围 DAS的安装和实施大致花费 年时间 从1990到2000年 62 系统供电可靠性指标 在2005年系统平均停电时间指标 SAIDI东京电力 2分钟法国 45分钟英国 70分钟美国 80分钟系统平均停电频率指标 SAIFI东京电力 0 05次 63 AMI CustomerHAN MDMS DemandResponse TimeofUseRate AMR D SCADA DFSM ADO DEROperations ADA OMS D GIS AC DCMicrogrid PowerElectronics SA Relay CongestionManagement TFSM ATO ISO EMSVIsu T SCADA WAMS T GIS DistributionAAM ReliabilityCenteredMaintenance Planning Design Build AssetUtilization TransmissionAAM DataandRecords Surce NETL 天津大学的相关工作 973项目 分布式供能系统 微网 64 结论 智能电网的是历史发展的必然 不是可搞可不搞的 而且现实条件业已具备 它是促进电力行业全价值链生产 运行 经营各环节根本性转变的解决方案 启动智能电网的研究项目 战略研究与技术研究1 智能电网涵盖AMI ADO ATO和AAM 它们之间的密切配合实现现代电网研究的四大目标 为此有许多新技术需要研究与开发 特别是需要建立标准 2 开展智能电网的战略研究 在决策时应做智能电网的详细技术经济分析和预测 以便 显示成本 效益 和确定实现智能电网目标 清洁 效率 可靠性 安全 的最佳道路 3 做好智能电网规划 集成的能量与通讯系统IECSA是智能电网的基础设施 在配电网规划中宜尽早虑 我国不应该继续规划仅适应模拟技术时代的电网 65 GalvinElectricityInitiativeKurtYeager executivedirectoroftheGalvinElectricityInitiative praisedPresident electObamaforprioritizingsmartgridmodernizationandenergyefficiencyprogramsunderthestimuluspackageyesterday butaccordingtotheInitiative smartgridtechnologyinaso callednationaltransmissiongridisonlypartoftheequation TheInitiativepointstosmartmicrogridsasthebestsolutiontoquicklyandeffectivelyaccomplishObama senergygoals savingmoney protectingthenation spowersources anddeliveringclean alternativeformsofenergytoconsumersintheU S Smartmicrogrids small local modernizedversionsoftheelectricalgridthatcarriesbulkpoweracrossthecountry arethemostsecure efficient reliableandcost effectivemethodtobringthenation sailingandobsoletegridinfrastructureintothe21stcentury TheInitiativeiscallingontheincomingadmin