智能电网的概念、特性和驱动力

,智能电网的概念、驱动力及特性,电气信息工程学院陈武晖whchen,提纲,1.智能电网发展背景2.国外智能电网的概念及特性3.国外智能电网的实践及最新进展4.国内外的技术研发与应用方向,随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出，电网发展面临新课题和新挑战。发展智能电网，适应未来可持续发展的要求，已成为国际电力工业积极应对未来挑战的共同选择。不同国家的国情不同、电网发展阶段、资源分布不同，发展智能电网的方向和重点也不同。,1.1智能电网发展的背景（1/5）,2020/5/25,用户的需求,智能电网,1.1智能电网发展的背景（2/5）,2020/5/25,电力公司的需求,智能电网,1.1智能电网发展的背景（3/5）,2020/5/25,可持续发展的需求,智能电网,1.1智能电网发展的背景（4/5）,2020/5/25,1.1智能电网发展的背景（5/5）,1.2国外智能电网起源及发展历程-美国,2002年，美国电科院（EPRI）正式提出并推动了“Intelligrid”项目研究，致力于智能电网整体的信息通信架构开发，配电侧的业务创新和技术研发。20032005年间，美国智能电网研究开始蓬勃发展，DOE（美国能源部）先后发布了“Grid2030”、“国家输电技术路线图”，描绘美国未来电网远景和技术战略；发起了“GridWise”和“现代电网(MGI）”等项目，随后几年，美国电力企业开始在智能电网领域开展一系列实践。,2005年，欧洲委员会首次在欧洲提出“智能电网”概念，成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”，目标是把电网转换成用户和运营者互动服务平台，提高欧洲输配电系统的效率、安全性及可靠性，并为分布式和可再生能源发电的大规模整合扫除障碍。2006年，论坛提出了欧洲未来电网的远景和策略，制定了战略研究议程(SRA)，欧洲未来电网发展策略，指导欧盟及其各国开展智能电网的相关项目研究。,1.2国外智能电网起源及发展历程-欧洲,美国,欧洲,1.3国外智能电网发展的最初动因,动因：美国在全国范围内存在多个交流输电网，人员年龄老化，投入不足，技术陈旧，事故较为频繁，需要防止大停电。关注：在智能电网建设中更加关注电力网络基础架构的升级更新，以提高电网运行水平和供电可靠性，有效接入可再生能源，同时最大限度地利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。,动因：欧洲各国电网运行模式不同，电力需求趋于饱和，其能源政策强调对环境的保护和可再生能源发电的发展。低碳经济是欧洲智能电网的主要发展动因。关注：在迅速增长的能源成本压力下，欧洲智能电网建设更加关注可再生能源和分布式电源的接入，并带动整个行业发展模式的转变。,美国,欧洲,1.4国外智能电网起源及发展历程-对比分析,中国:发展智能电网也有其独特的发展背景,驱动因素：,智能电网,电力系统安全运行风险更趋严峻,电力企业资产管理的重要性日益突出,节能减排与应对气候变化成为无法回避的问题,电力企业抗攻击能力需要提高,电力企业经营压力加剧,中国,1.5中国智能电网发展动力,提纲,1.智能电网发展背景2.智能电网的概念及特性3.智能电网的实践及最新进展4.技术研发与应用方向,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。目的:它以充分满足用户对电力的需求，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，保证电能质量和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。,2.智能电网概念和特征-总体,智能电网技术,大容量储能,智能用户与高效用能,无处不在的传感与监控系统,分布式电力与微网,新型FACTS元件与HVDC,洁净发电与排放控制,2.智能电网概念和特征-总体,2.智能电网概念和特征-总体,2.智能电网概念和特征-总体,美国智能电网的概念：智能电网是一种新的电网发展理念，通过利用数字技术提高电力系统的可靠性、安全性和效率，利用信息技术实现对电力系统运行、维护和规划方案的动态优化，对各类资源和服务进行整合重组。智能电网的范畴不仅涵盖配电和用电，还包括输电、运行、调度等方面。,2.智能电网概念和特征-美国,美国提出智能电网要具备七大特征：自愈：通过安装的自动化监测装置可以及时发现电网运行的异常情况，及时预见可能发生的故障；在故障发生时也可以在没有或少量人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，从而避免大面积停电的发生，减少停电时间和经济损失互动：消费者可以在知情的情况下与电力系统互动，有能力选择最适合自己的供电方案；也可以向电力公司提出个性化的供电服务，以满足特殊需求；,兼容：可接入各种分布式电源，如太阳能、风能等可再生能源和电能储存设备；创新：鼓励并推动创新性的产品、服务和市场的发展；优质：即电压、频率波动符合供电质量要求，谐波污染可以有效控制，从而满足数据中心、计算机、电子和自动化生产线等特殊行业对供电质量的严格需要，保障用户电能质量，并实现电能质量差别定价；安全：通过坚强的电网网架，可以提高电网应对物理攻击和网络攻击的能力，可靠处理系统故障。,2.智能电网概念和特征-美国,智能电网最普遍接受的功能-美国EPRI,Demand-sideintegrationandempoweringcustomersThroughpricesignalsandthroughtechnologyTheabilitytointegrateDistributedEnergyResourceseffectivelyThecapabilityofadjustingend-useloadtomatchtheavailablesupplyinnearrealtime(e.g.throughdynamicpricingsignalsand/ordirectloadcontrol)ImprovingsystemperformanceandpowerflowandenergyReliabilitythroughautomaticreconfiguration,or“self-healing”PowerQualityimprovementthroughbetterunderstandingandcontroloftheoperatingpowersystemTheabilitytorespondinrealtimetochangesinloadorlineconditiontoimproveefficiencyandreducelossesReducingGreenHouseGasesDeployingrenewablegenerationandinfrastructuretosupportintegrationoftheseresourcesalongwithintegrationofelectricstorageOptimizingoperationofcentralizedgenerationtoavoidoperatinglesscleangeneration.,2.智能电网概念和特征-欧洲,欧洲智能电网的概念：智能电网通过采用创新性的产品和服务，使用智能检测、控制、通信和自愈技术，有效整合发电方、用户或者同时具有发电和用电特性成员的行为，以期保证电力供应持续、经济和安全。它能够交互运行，可容纳大范围的小型分布式发电系统并网。欧洲智能电网发展的4大特征为：灵活：满足社会用户的多样性增值服务；,易接入：保证所有用户的连接通畅，尤其对于可再生能源和高效、无二氧化碳排放或很少的发电资源要能够方便接入；可靠：保证供电可靠性，减少停电故障；保证供电质量，满足用户供电要求；经济：实现有效的资产管理，提高设备利用率。研究重点：研发可再生能源和分布式电源并网技术、储能技术、电动汽车与电网协调运行技术以及电网与用户的双向互动技术，以便带动欧洲整个电力行业发展模式的转变。,2.智能电网概念和特征-欧洲,提纲,1.智能电网发展背景2.智能电网的概念及特性3.智能电网的实践及最新进展4.技术研发与应用方向,（1）美国能源局(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。（2）“电网智能化联盟”成员包括:跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：AEP、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI等。（3）电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列的专家组成，受美国能源局的部分资助，从事制定建立未来电网架构的原则。（4）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”。（5）IEC去年底筹建SG3“智能电网”战略组。根据目前掌握的情况，还没有智能电网的国际标准或国家标准。,3智能电网实践-研究机构,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。,智能电网实践最新成果在输电侧,3.3智能电网实践-技术,Thetechnologydevelopmentaltrends,V,I,P,Q,V,I,P,Q,V,I,P,Q,ControlCenter,Microwave5-10s,Fiber50-100ms,Wide-areareal-timemeasurementtechnologiesprovidetheopporunitiesforthewide-areadynamicsecurityanddefenseinpowersystem.,3.3智能电网实践-技术,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”,3.3智能电网实践,美国的智能电网计划名为UnifiedNationalSmartGrid，译为统一智能电网。2009年7月16日，美国联邦能源监管委员会发布官方政策声明，提出了美国智能电网在建设过程中需要优先制定的标准，包括：系统接口、网络安全、广域相量测量、需求响应、储能技术、电动汽车等方面。委员会希望通过这些统一标准的制定，为后续其它标准的制定打好基础，以统一标准推进美国智能电网的建设，带动智能电网相关产业的发展。,3.4国外智能电网的最新发展美国-DOE联邦能源监管委员会对智能电网标准的推动,09年8月5日，美国总统奥巴马在印地安纳州发表讲话，就美国智能电网发展提出新观点，认为美国应建设“可实现电力在东西海岸传输的更坚强、更智能的电网”。奥巴马指出，美国将成倍增加可再生能源的开发能力，建设一个可实现在东西两岸（距离4000公里以上）传输的新的智能电网。此次，奥巴马明确提出要建设横跨美国东西海岸、跨越四个时区的统一电网，表明美国将打破州际壁垒、实现更大范围的电力资源优化配置提上议事日程。,3.4国外智能电网的最新发展美国-侧重点逐步向新能源倾斜，并上升为国家战略,10年10月27日，美国总统奥巴马宣布斥资34亿美元改造现有电网系统，使其“更智能、更坚强、更安全”。这将是美国政府有史以来针对电网改造拨出的最大一笔投资。奥巴马将智能电网同上个世纪初美国建设高速公路网相比，称其为美国建设新能源经济的重大举措。新计划将建设700座智能变电站，替换20万台变压器，将智能电表增加1800万个，使全美总数达到4000万个，足以覆盖1/4到1/3的美国家庭。奥巴马说，这种电表能够帮助消费者监控他们使用多少电，加速节能设备在家庭中的广泛应用。,3.4国外智能电网的最新发展美国-奥巴马巨资打造智能电网,欧盟拟建30座智能电网试点城市10年9月16日，欧盟在能源技术发展战略中提出：将选择30座城市作为智能电网城市的试点，来争当全球绿色科技竞赛中的领跑者。欧盟阐述了运用高科技来应对气候变化，进而使得欧洲企业争得全球低碳经济转型先机的设想。数十亿欧元将被投入到能源技术领域研发中，来助力欧盟与在该领域投资7.77亿美元的美国争雄。,3.5国外智能电网的最新发展欧洲-智能电网试点城市,目前一些国家的政府部门、企业、研究和咨询机构正在积极开展智能电网方面的工作。,总的来看，不同国家的国情不同、电网发展阶段、资源分布不同，因此，发展智能电网的方向和重点也不同。,在发展目的方面，保障国家能源安全，积极应对气候变化，促进可再生能源发展，提高资源利用效率，增加劳动就业，完善用户的增值服务；,在发展重点方面，侧重在配电和用户侧，重点研发可再生能源和分布式电源并网技术，电动汽车与电网协调运行技术以及电网与用户的双向互动技术；,在工作进展方面，主要处于研究和实践的起始阶段，概念和内涵还不统一，技术路线也不相同。,3.6国际智能电网发展情况总结,提纲,1.智能电网发展背景2.智能电网的概念及特性3.智能电网的实践及最新进展4.技术研发与应用方向,美国BPA电力局概况,BPA(BonnevillePowerAdministration)是美国联邦政府经营的6个电力局之一，供电面积777,000平方公里BPA电力局是现代电力技术的先行者，其所研发的BPA仿真软件、EMTP仿真软件目前仍在世界各国广泛使用，BPA也是PMU/WAMS技术的先驱BPA电力局拥有以C.W.Taylor一批世界级的电力科学家，其出版的著作成为各国电力工程师的经典教材,BPA电力局供电范围,4.1美国BPA电力局的最新研发方向,美国邦纳维尔电力局(BPA)2010年在5个领域中对自己的新技术做出了规划供电效率以及需求侧管理领域。涉及到对居民负荷、商用负荷的需求管理以及负荷响应技术发电以及储能领域。涵盖发电设备状态监测、高级的调速器技术、储能与电力电子等可再生能源领域。围绕风力发电以及海洋潮汐发电的接入，重点研究电能的预测、储能的配合、可再生能源发电的调度与控制等设备以及人生安全领域。防盗窃技术、对输电塔以及输电线路的健康状况的无线遥测技术、变电站员工的人身防护技术、保护重点设施免受恐怖袭击的隔离栏技术输电网技术领域。确定了20个未来技术方向,4.1BPA输电领域的20个未来技术方向,广域控制新一代广域测量通信技术鲁棒的状态估计对广域测量数据进行过滤以及可信度评估、阻尼评估的软件实时的负荷预测与发电调度软件电力电子与FACTS储能技术变电站带电检修与故障诊断工具,状态检修极端自然灾害下的电力基础设备恢复技术调度员在线辅助决策系统调度信息可视化系统在线的安全稳定预决策系统电网实时监测与诊断系统高温超导以及大电流线路技术新型材料导线技术数字化变电站技术负荷控制技术,4.2法国电力公司EDF概况,法国电力公司是欧洲最大的发电及配售电企业之一，各类发电机组的总装机容量达到1.282亿千瓦，向全球3780万用户供电并提供服务法国电力集团拥有75家子公司和分支机构，投资范围从欧洲扩展至世界各地法国电力公司及集团旗下各企业从事的能源业务主要集中在发电、电力批发交易、输电、配电、供电及相关服务,法国电网主网架以及电厂分布图,4.2法国电力公司的新技术方向,EDF将其新技术研发分为6大方向发电环保及可再生能源能量管理用电电网数字仿真,4.2法国电力公司的新技术方向,发电领域核电可靠运行高效发电可再生能源以及储能核电站的过程控制环保以及可再生能源领域电力对环境的影响气候变化水电风电太阳能发电海洋能发电,4.2法国电力公司的新技术方向,能量管理动力经济分析，包括能源短缺的影响、气候变化以及经济形势对电能需求的作用、能源市场规则分析市场条件下的优化发电通过电价、储能、需求侧管理等综合手段削峰填谷用电采用新技术降低建筑能耗以及居民用电在建筑中采用太阳能电池、热泵、储能等综合技术手段并由电力公司远程遥控,4.2法国电力公司的新技术方向,电网面向分布式电源、储能以及电动汽车的新一代配网技术：综合采用新的信息以及通讯手段、新的自动化与控制技术、新的传感器以及新的数据平台雷击防护技术。新型发电设施的防雷、雷击风险评估、电网接地系统研究、能够仿真雷击以及操作暂态的仿真工具自动的电能质量数据测量与分析系统。智能电网相关技术研究数字仿真考虑多时间尺度和多物理因素的仿真仿真和实际测量的相互校核以及数据更新技术,4.3