1未来的电力系统(张保会)讲课20040816-0.ppt

1、未来的电力系统“一网三流” 与技术对策“三网合一”,西安交通大学 2004年7月21日,张保会,一、 一网三流的概念,一 网： 电力网 功率流：电力网的根本任务是传送电能，电功率 流 信息流：为保证功率流的安全可靠经济流动需要利用信息流进行功率流的调节和控制 电子货币流：为保证电能的商品化交易，需要实时的电价和交易信息,电能尚难于取代,电能是最优质的能源,具有以下特点: 清洁无污染 高效、使用便捷 在可预见的时期内，尚未发现可取代电能的能量形式，电能仍是推动社会文明进步的最重要能量形式。,能源结构与可利用年限,环境制约,以煤烟型为主的大气污染导致的酸雨覆盖区已占国土面积的30% 1995年全国

2、燃煤排放的烟尘总量为1478万吨，其中火电厂和工业锅炉排放量占70%以上 1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨，其中电厂和工业锅炉排放量占到69% 大气污染的主要来源是燃煤,不可再生能源：不可补充或复原 化石燃料 核能 可再生能源：可补充或复原 地热 水力 海洋能 太阳能 风力能 生物质能,生物质能,生物质发电,欧盟生物质能利用情况,海洋能,其应用至今仍在试验中，并不普遍 三种: 波浪能 潮汐能：和水力发电厂相似 潮涨时水坝会将潮水困住 潮退時，海水便会流过涡轮以推动发电机发电 海洋热能：利用海水的温差,风能,全球可开发的风能 资源为53,000 TWh， 是目前全球发电量的 两倍.

3、全世界安装 容量：10,000MW,风力发电装机容量,风电价格与传统火电价格比较,小水电的几种类型,大坝式 引水式 混合式 抽水蓄能式,欧盟小水电装机容量,太阳能,太阳能是地球上分布最广泛的可再生能源，每年到达地球陆地上的太阳辐射能量约27万亿吨标准煤，是目前世界能源消费总量的2000多倍.,太阳能的利用,光伏系统发电（PV） 通过太阳能电池直接将太阳的放射能转换为电能 光热发电 利用太阳的热能来烧水 水蒸汽会推动涡轮 太阳能的其它应用,独立光伏系统发电,并网光伏发电系统,可再生能源发电的贡献,我国可再生能源发展总目标,2020年可再生能源发电装机达到1亿KW的目标 （一）小水电6000-70

4、00万KW 。多年来我国小水电装机平均每年以100150万KW的速度增长，到2002年底全国装机容量已达2840万KW。 （二）风力发电2000万KW 。 （三）生物质能发电1000万KW 。 2050年 太阳能发电占总发电量的10% 风力发电占总发电量的10%,与电力系统的接口技术,直接与系统相联（机电式），即使用旋转式电机直接发出基频交流电则属于第一类，像小型燃气轮机、地热发电、水电、太阳热等。 通过逆变器与系统相联，逆变器型通常指的是发出直流电的DG（如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种电能存储技术）或发出高频交流电的DG（微透平）。,含有分布式电源的系统,分布式能源发电的国际发展趋势,

5、2010年部分欧盟成员国 可再生能源发电比例（） 可再生能源发电量（亿KWh） 奥地利 21.1 86.43 比利时 5.8 45.99 德 国 10.3 489.37 丹 麦 29 122.03 西班牙 17.5 376.23 法 国 8.9 545.28,2010年其它国家可再生能源发电目标,日本在2010年达到3发电目标 美国在2000年已达到7%，多数州已制订了发展可再生能源的有关法律。 印度制定了可再生能源发电的商业化计划，2012年可再生能源发电比例占10。 2010年中国新能源与可再生能量发电量占总发电量的5.5，目前只占0.22%。,分布式能源发电的优点,燃煤发电： 环境污染，

6、治理费用逐年增高； 核能发电： 防泄漏，核废料污染； 太阳能、风能：无污染、不枯竭； 生物质能： 处理废物，保护环境，不枯竭。,分布式能源的特点,风 能： 随机性强，不能储存，时空分布不均匀， 局部区域风能丰富； 太阳能： 随机性强，日夜功率变化大，难于直接 大量储存； 生物质能：能量密度小，难储运，适合近距离转化。 以上特点与煤、水、核等常规能源相比，有极 大的差异。,带有分布式电源的电力系统,含有分布式电源的电力系统示意图,新的科学问题,对于两组不相关的随机变量（发电量和用电量）约束的非线性电能系统，如何保证该系统在正常及事故状态下的实时平衡和稳定运行，面临一系列重大科学问题.,电网及其控

7、制更为复杂,研究现有的配电网各处能够承载随机电能的能力； 如何改进和提高承载随机电能的能力； 当分布式电源网络独立和接入大电力系统时，如何协调常规电源与分布式电源的随机发电功率，都能保持额定频率和电压运行。,二、 智能化的电气设备需要更多的信息交流,1.智能化电气设备的三个发展阶段 掌握电力系统的运行状态 监视电气设备的工作状态 决定电气设备的运行性能与检修,二、 智能化的电气设备需要更多的信息交流,2.用大功率电力电子装备提高控制的柔性 柔性输电与紧急控制 无功功率的动态补偿 电力系统的无功优化,二、 智能化的电气设备需要更多的信息交流,3.发、变电设备的经济运行 自动发电控制AGC 电力系

8、统经济运行 电力系统的自动化,三、 电气主设备的预知维修,1.预知维修数据库的建立 高频率、大容量的数据采集 高速率的数据传输网络 大容量的数据分析与处理,三、 电气主设备的预知维修,2 .预知维修专家系统 实时数据分析 故障诊断 故障保护,四、 互联电力系统的实时控制,1.安全控制 预防控制 紧急控制 恢复控制,四、互联电力系统的实时控制,2.自适应继电保护 纵联保护 自适应的网络保护 综合自动化 无人值守变电站,四、互联电力系统的实时控制,3.配电自动化 故障隔离 网络重构,五、电力市场化运营的信息支持,1.竞价上网 报价系统 交易系统 结算系统,五、电力市场化运营的信息支持,2.用户侧交

9、易 实时电价后电费与电量 一户一表 购电契约的实现 电费结算与校核 电费的收缴银行,六、未来的系统及面临的问题,汇集多种能源产生的电能，由智能化电气设备互连支撑，具有柔性调控能力，满足市场化交易原则，全国联网的，功率流、信息流和货币流同时流动的、高度自动化了的人造非线性物理网络。,面临的问题,为维持功率流的安全、可靠、经济地流动，及有效交易，电力系统需要： 1.大容量的实时信息 2.信息源自整个电网及用户 3.信息网与电网具有大致相同的结构,可能的解决方案,充分利用电力网络资源，开发电力线高速载波新技术，构造电脑、电话和电力的“三网合一”网络，主营电力兼营电信。,利用电力网高速载波的“三网合一”系统,PLC子站示意图,英国PLC设备,韩国的PLC接入方案,韩国Keyin Telecom提出的利用现存的低压电力线路作为高速数据链路接入用户的方案： 该方案可支持连接在由同一台三相变压器供电的本地环网（PL2）上的200个用户，其速率为3Mb