能源科学战略智能电网-西安报告

华中科技大学林湘宁2009.7,“20112020我国能源科学发展战略”智能电网专题汇报,参与本专题的专家(不完全统计)：,二,三,四,汇报提纲,本领域的发展规律与研究特点,本领域的研究现状与动态,发展布局、优先领域及学科交叉方向,五,国际合作与交流的优先领域,本领域发展的保障性措施,六,世界能源短缺危机日益严重，有鉴于电力基础设施是全球具有最大价值的物质设施，也是可以最大限度实现能源效率提高的平台，发展智能电网将是关系到国家安全、经济发展和环境保护的重要举措。,智能电网研究领域的战略地位,一,在发电领域，接入更多分布式新能源发电和远距离大规模可再生能源发电在输配电领域，新型输配电设备的使用将降低输电损耗，提升跨大区经济调度和资源优化配置能力以及增强电网的抗攻击、快速反应和自愈能力在用电领域，动态电价和智能用电设备将使用户更充分地利用新能源，提高资源利用效率并实现引导负荷跟随发电能力波动的功能，增强电网运行的安全性。,智能电网的实施将优化能源结构、转变能源供给方式、提高能源利用效率、并为国家能源安全提供保障智能电网的建设和运行，将带来大量新的工业、商业增长点发展智能电网将在多个相关领域推动科技创新，提高我国科技实力以智能电网为平台所组成的分散决策机制将为电力市场的良性运作提供保证,智能电网研究领域的战略地位,一,根据美国能源部国家能源技术实验室的Avisionforthemoderngrid，智能电网应该具备以下功能：1）自愈（Self-heals）；2）互动（Motivates含分布式电源的配网潮流模型和算法不同事件尺度下的智能配网设备模型兼容不同分布式电网的智能配网数学模型适应性好、收敛快的智能配网动态仿真算法智能配网的快速网络重构方法含分布式电源和微网的馈线自动化,配电网自动化技术,智能电网运行,智能电网发展布局,分层协调的实时状态估计与建模技术测点未知情况下状态估计结果合理性评价标准可使状态估计结果合理性达到最高的状态估计理论和方法计及PMU量测数据的混合状态估计方法和全PMU的状态估计方法以测点合格率最大为目标的状态估计求解算法供安全监视、评估与优化使用的实时配网状态估计技术智能电网关键节点（机组）在线识别及其群类划分智能电网在线整体建模和在线降阶等值与模型参数在线快速辨识的系统的理论方法体系智能电网模型性能的在线评价与选择的系统方法智能电网节点群类广义综合负荷模型类和降阶等值模型类智能电网模型适应性评价的定量指标，在线整体建模平台,面向智能电网的状态估计技术,智能电网运行,智能电网发展布局,包括基于风险识别、评估和管理新理论的数据挖掘、事故预想、安全评估、预警指标的智能预警理论与方法基于数据挖掘技术电网隐患和风险辨识；智能化的事故预想集生成方法全面评价气象灾害、可再生能源发电的不确定性、负荷预测的偏差、系统故障等对电网安全稳定的影响安全评估方法智能电网新型预警指标,智能预警技术,智能电网运行,智能电网发展布局,运用随机数学的理论模拟新能源的随机特性新能源发电接入对电能质量的影响新能源接入对系统的发电计划、调频、调峰、备用的影响有功调度、调频、备用、安全校核一体优化和考虑新能源随机波动和负荷需求弹性化的模型和相应的计算方法新能源接入对电网电压的影响新能源接入对系统稳定性的影响考虑新能源的电网稳定计算模型考虑风电、太阳能并网发电模型的电网暂态模拟仿真平台从系统安全方面测试和评估新的分布式发电技术的软件平台,新能源的接入问题,智能电网运行,智能电网发展布局,智能电网决策支持系统,包括各种决策方法（个体决策方法和群体决策方法）影响决策结果稳定性的参数灵敏度分析决策结果的可靠性分析决策的一致性分析,智能电网保护与控制,智能电网发展布局,智能电网保护技术智能电网控制技术智能电网自愈技术特高压特大规模电网的运行和控制智能导线的相关基础理论和方法,智能电网保护与控制,智能电网发展布局,包括包括广域继电保护自适应保护基于本地信息的系统保护继电保护智能再整定技术故障定位间歇式能源接入的并网控制和保护系统,智能电网保护技术,智能电网运保护与控制,智能电网发展布局,基于WAMS的电网稳定紧急控制，基于复杂随机电力网络的能量系统延迟智能控制，电网实时动态监控系统新架构极端条件下地区电网的特性与控制方法，考虑分散性参数的地区电网状态特征识别与控制方法大规模间歇电源接入系统有功/频率协同控制理论，大型电网电压无功智能控制系统，微网内的自动切负荷和恢复方案，基于智能化方法的分层控制与协调的理论与方法实现电力系统运行在线快速协调控制的智能电网的协调控制理论，发电机励磁调节器、发电机调速器、FACTS装置、直流系统等传统元件分散协调控制，分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车、燃料电池、智能电表、智能家电等新兴元件分散协调控制替代传统的发电机旋转备用的负荷控制技术，替代低频减载和低压减载功能的负荷控制技术，解决新能源的并网问题的负荷控制技术,智能电网控制技术,智能电网运保护与控制,智能电网发展布局,SCADA、PMU、TGIS、DGIS、智能电表的信息整合在线监测技术基于预想事故、预设专家系统的快速分析诊断技术网络最优重构，电压与无功控制策略调整，隔离与恢复供电技术电网故障在线智能诊断的电网故障快速辨识理论和算法不同时间尺度下的智能配网自愈技术快速自愈对负荷影响的敏感性分析，快速自愈条件下系统恢复的机理，快速自愈条件下系统稳定性分析，快速自愈条件下系统电能质量分析，故障预测，快速故障定位算法，快速故障隔离和系统恢复算法故障中断停电损失分析，故障限流技术，故障快速遮断技术，短时电力支撑技术，故障和缺陷快速实时检测技术，快速通信体系，故障自愈的评价体系,智能电网自愈技术,智能电网保护与控制,智能电网发展布局,超高压投运后多控制中心间的协调控制模型考虑空间耦合的运行风险评估与预防控制基于AGC的广域潮流控制考虑特高压联网后的多级协调自动电压控制多时间尺度的高精度快速仿真技术,特高压特大规模电网的运行和控制,智能电网保护与控制,智能电网发展布局,智能输电线路状态监测原理和技术智能输电线路状态评估与智能诊断理论和方法智能输电线路运行风险控制与安全预警理论和方法提高输电线路输送容量基础理论与技术输电线路故障检测技术,智能导线的相关基础理论和方法,智能电网信息技术,智能电网发展布局,分布式、异构的多控制中心协调计算和决策的信息支持平台技术智能电网可视化技术,智能电网信息技术,智能电网发展布局,多控制中心协调计算和决策的信息模型多控制中心协调计算和决策支持平台的软件架构多控制中心协调计算和决策支持平台的通信机制多控制中心协调计算和决策支持平台的标准化基于IEC61968和SOA架构的电网信息集成服务基于网格的电力系统海量计算引擎服务考虑电网、用户、能源服务商等多主体的高级计量体系AMI架构下的通信,分布式、异构的多控制中心协调计算和决策的信息支持平台技术,智能电网信息技术,智能电网发展布局,基于背景+焦点技术的知识可视化技术电力系统运行状态可视化技术从单纯状态可视化过渡到机器智能与人工智能相结合的监控可视化技术信息自动分类的电网信息可视化分层展现技术智能电网在虚拟地球系统中进行动态多维虚拟化的综合性地理信息平台,智能电网可视化技术,智能终端和智能用户,智能电网发展布局,定质电力技术电能质量自动抄表和自动测量技术,智能终端和智能用户,智能电网发展布局,配电系统静止无功补偿器技术（DSTATCOM）有源电力滤波器（APF）技术动态电压恢复器技术（DVR）固态切换开关技术（SSTS）,定制电力技术,智能终端和智能用户,智能电网发展布局,基于电力电子技术的动态电压补偿、有源滤波技术等电能质量控制技术分布式发电孤立运行时的电能质量问题间歇式电源并网后对系统电能质量的影响及对策系统发生极端情况后紧急输电网络中的供能质量问题配电系统和终端用户电气系统的智能化改进和电能质量的提高措施,电能质量,智能终端和智能用户,智能电网发展布局,基于AMI架构下的配电网与用户的电能双向互动及交易系统、终端和电能表的统一功能规范标准数据模型可满足需求侧管理要求的数据支撑平台用电信息实时查询和用电实时管理平台,自动抄表和自动测量技术,智能输配电技术,智能电网发展布局,特高压交流和直流输电技术灵活交流输电技术（FACTS）数字化变电站与数字化电网技术输配电设备的状态检修技术,智能输配电技术,智能电网发展布局,特高压输变电电压标准电磁环境过电压及绝缘配合施工技术特高压试验研究体系特高压直流平波电抗器、直流换流阀和特高压换流变压器等关键技术电压源换相直流输电技术基础理论和相关关键技术,特高压交流和直流输电技术,智能输配电技术,智能电网发展布局,包括智能电网的固定串补（FSC），可控串补（TCSC）静止无功补偿（SVC），可控并联电抗（CSR），静止同步补偿（STATCOM）技术故障电流限制技术（FCL）统一潮流控制技术（UPFC）,灵活交流输电技术（FACTS）,智能输配电技术,智能电网发展布局,数字化变电站的IEC61850及相关应用技术数字式电流和电压互感器智能高压电器基于IEC61850规范的标准化信息模型和网络化的信息处理广域全景分布式一体化电网调度技术支持系统,数字化变电站与数字化电网技术,智能输配电技术,智能电网发展布局,状态评估方法，设备可靠性预测技术设备故障模式及风险评估模型（FMECA）设备寿命周期成本管理，设备可靠性数值预报和预警系统输变电设备自诊断与自愈技术电介质材料老化检测和故障机理红/紫外成像技术传感器、微电子、信号处理技术以及神经网络、专家系统、模糊集理论等技术在电力设备状态检修方面的综合应用,输配电设备的状态检修技术,智能电网的创新管理,智能电网发展布局,面向智能电网的高级管理业务优化与市场运营风险评估与管理体系,智能电网的创新管理,智能电网发展布局,面向智能电网的高级管理,智能电网环境下的标准化规划技术与体系状态检修（CBM）和可靠性检修（RCB）全寿命周期（LCC）为核心的资产管理建模，分析与评价体系,智能电网的创新管理,智能电网发展布局,业务流程的整合与优化电力衍生产品与增值服务的开发新环境下市场的设计与运营问题以全寿命周期（LCC）为核心的资产管理,业务优化与市场运营,智能电网的创新管理,智能电网发展布局,符合智能电网实际的标准化资产与运行风险评估与管理体系资产经营风险规避体系电网安全与可靠供电的风险应对体系电力市场的风险防范体系以及突发事件的应急管理体系,风险评估与管理体系,智能电网评估技术,智能电网发展布局,智能电网评估模型和体系大容量间歇性电源接入电网的评价关键问题,智能电网评估技术,智能电网发展布局,建立能从策略、管理和监管、组织结构、技术、社会与环境、电网运行、人员及资产管理、产业链的整合、用户的体验与管理等8个方面衡量中国智能电网的发展、适合中国国情的智能电网成熟度模型。,智能电网评估模型和体系,智能电网评估技术,智能电网发展布局,评价标准和方法受端结构适应性接入规模基于新技术的注入成本和减少网络扩建的成本之间平衡的成本效益分析可再生能源发电的额外成本与增加系统稳定性和安全性的经济效益减少和暂缓的网络扩建投入成本之间的成本效益分析最大化配电网络可靠性的分布式电源最优选址降低网络损耗，减少相关的温室气体排放的分布式电源最优配置健全清晰的分布式发电评估模型智能电网的社会影响问题,大容量间歇性电源接入电网的评价关键问题,智能电网中的储能技术,智能电网发展布局,大规模储能：抽水储能、压缩空气储能分布式储能蓄电池、超级电容器、超导磁储能、旋转飞轮储能,智能电网中的储能技术,智能电网发展布局,蓄能电站容量占电力系统的合理比例蓄能电站静态（能量转换）效益定量评价理论与方法蓄能电站动态（辅助服务）效益定量评价理论与方法含多种蓄能电站的复杂电力系统经济调度理论蓄能电站与大型随机能源（如风电场）协调调度理论含蓄能电站的复杂电力系统可靠性与安全性评价理论电力市场环境下蓄能电站的优化调度理论,大规模储能：抽水储能、压缩空气储能,智能电网中的储能技术,智能电网发展布局,各种储能系统的静态和动态建模考虑各种储能介质特性的储能系统的最优充放电模型剩余电量预测和能量管理模式储能系统在并网和孤立运行模式切换下的工作机理和控制策略储能系统与随机能源（太阳能、风能）的协调运行理论储能系统对电能质量的影响及评价储能系统的合理容量比例及优化规划各种不同功能储能系统的协调运行与控制储能系统与配网的电力电子接口及大容量逆变技术分布式储能参与电力市场和作为需求侧管理手段的经济评价方法新型低成本、大容量储能材料与装置的基础性研究,分布式储能蓄电池、超级电容器、超导磁储能、旋转飞轮储能,智能电网中的电力市场,智能电网发展布局,当用户需求实时弹性化后的电力市场结构、交易方式、价格机制、交易品种、市场规则、交易理论与方法，包括:智能电网中用户的用电模型与辨识方法新能源市场交易理论和方法金融储能的理论与方法基于用户互动、微电网控制的日前电力市场理论与方法适应新能源、用户参与的辅助服务市场的理论与方法基于负荷控制的阻塞理论与方法,1、能源资源优化配置,能源资源发展管理能源资源价格机制智能电网发展战略开放电力市场,四,智能电网发展优先领域,2、智能电网标准化,智能电网规划标准化智能电网运行标准化智能电网设备标准化智能电网信息标准化,3、智能电网规划与设计,智能电网架构设计智能电网规划理论和方法,四,智能电网发展优先领域,4、智能电网运行与控制,智能电网自愈技术智能电网分散协调控制技术智能预警技术系统快速仿真与模拟新能源发电接入和控制技术,5、智能电网信息技术,智能电网测量和通信技术海量信息分布式存储及智能挖掘技术智能电网信息安全智能电网可视化技术,四,智能电网发展优先领域,6、新能源发电,新能源发电设备制造新能源发电技术蓄能技术,7、智能终端,智能仪表智能电器,四,智能电网发展优先领域,8、智能输配电技术,特高压交直流输电超导输电FACTS,四,智能电网与其他学科交叉的重点方向,工业生态学,材料科学,信息技术,能源经济与管理,人工智能,分布式控制与计算技术,制造技术,智能电网,五,未来510年本领域开展国际合作与交流的需求分析和优先领域,