智能电网进展及关键技术

1、智能也网进展及关键技术推荐的参考书刘振亚，智能电网知识读本，中国电力出版社，2010年4月2.刘振亚，智能电网技术，中国电力出版社,2010年4月智能电网背景智能电网背景电能消耗趋势。预计到2020年，世界电能消耗将达到27000TWh,较2000年增长75.32%,其中发展中国家和新兴工业化国家电能消耗占世界能源消耗的比例，从2000年的29%上升到45%。Sources: IEA, UN, Siemens PG GS4 - 2006Lifetime (proven Reserves)66 yeanOyein2CC yvars lOOyeirsLifetime (Reserves Resou

2、rces)l&Oyeirs600 y>irs1300 ytan>1000 yeirs with reqrdirvg世界能源储量。根据2006年统计，已探明石油储量够用45年，考虑到未探明储量预计能有70年。已探明煤炭储量够用200年,未探明储量预计够使用1300年。LifetimeassumingstaticConsumptionConvendonalOilNon-conventionalOilConventionalGasNo<iconventionalGasCoalUraniumSources:IEA,UN,SiemensPGGS4-2006智能电网背景一次能源转

3、换为电能。一次能源转换为电能的比重和电能占终端能源消费的比重已成为衡量一个国家经济发展水平甚至整个经济效率高低、环境保护好坏的重要标志,也是衡量这个国家能源综合利用效率的重要标志。电能较其他一次能源的突出优点：1.效率高.远距离传输 清洁应用范围广泛现代工业社会的基石智能电网背景我国万元GDP能耗是世界平均水平的3.4倍，是日本的9.7倍。而美国2000年人均GDP比1973年增长了74%,其能源消费却几乎没有增加，能源效率的提高已成为美国增长最快的能源资源。智能电网背景环保碳排放。从人类社会进入工业化后，二氧化碳排放不断增加，导致温室效应，全球各主要工业国家在推进降低二氧化碳排

4、放的工作。Sources: Wikipedia. Siemens PTD Tl. 2006中国的能源情况。经济发展区域不平衡，能源分布东西不平衡，中西部能源丰富，东部经济发达，进入工业化中后免癌母It02009SK.TeleAlkta.Mapatoc.AND.OeocerbeCcnxUriQ,MapeT.ZEMRWnfTarhnclcr，*1cllacacfcmneeeiPaPaaH2h!cc智能电网背景中国的能源情况。特高压,给经济发展带来的障碍。直流输电建设改变能源分布不均92020BUHVAC连接北部和中部的岭电走廊UHVAC将华北.华中和一华东京在一起的同步电、网UHVACandUHV

5、DC的电所''-/rUHV期矍的蛤电能力：2iOOG/以上:大约有20个UHVDCX、疝''Tibet吗电网（示意图）力/1JM气W/智能电网背景畲m52空大停电的威胁c2000年后，美国、了电网的大停电故障，影响范围；会损失巨大。:，事.”，-一,:、'.二二-tCYv45-，,七3茬宅丁丁专1智能电网背景历次大停电的原因分析。从国外历次大停电原因分析来看,有包括人为的因素，也有电网运行接近上限。jessonsjearneduPowerSystemshavenotbeendesignedforMwide-AreaMEnergyTradingwithda

6、llyvaryingloadpatterns2 c<noa«nwofurQfXVfeQa-dnQ the San Berard ro I nt overtoe： and3 k"皿jm d/e £dopw na，0廿1 辱 ixxBs、令切mathe Lubnone he d g Hjh 丁m spiedrWKe.helionStudy sett修 7pccuofccS.E曲 assess w»Me ccnswuences txKTC® 如CoEc&m & cmryncy pecedup.碗 thcagtothe origi

7、n of the event; tut:he rxK<?Wwxess 仙 B6J 806即：3y <s ebconfiKtix) <M Et WM ', »,General Mcg yid j*kng於 MtK t2rm M en*wcv。小血心 Rsts&ess eazeptabe :vcrtxsd nurgr& 50X>>> 说 Bne mcr.or«ng 8 msm&Mon nc«® imegntv由品TTBTSatfitv & rciadikty“ '巴四幺&qu

8、ot;,Cv«C3，75p：。'工01任做 axicesThe Grids are “close to their Limits*电网面临的挑战Capacity Increase and Bulk Towr Transmission over Long DistancesDistribution within congested AreasMega-CitiesGoal: reliable, flexible, safe ard secure GridsDistributed and从发展趋势和历次大停电的原因来看，电网面临的挑战包括： 更多的能源需求、城 市化的需求、有限的

9、 自然资源、环保意识的增强、更加开放的电力市场。因此需要“智能化的电网” ：1）分布式和可再生能源的大量使 用；2）输电能力和输电距离提升；3）满足城市化需求的配电体 系；4）可靠、安全、经济、互动的电网。智能电网国内外研究进展智能电网国内外研究进展在国际上，诸如美国电力研究院(EPRI)、美国能源部(DOE)、IBM公司等先后给出了对未来电网的描述。例如：-EPRI将未来的电网定义为IntelliGrid;-美国能源部的电力输配局在2003年7月发布的“对电力第二个百年的全国范围的构才艮”的报告中提出了GRID2030计划;美国的Battelle研究所和IBM公司也先后分别提出了GridWi

10、se和IntelligentPowerGrid的概念。欧洲于2005年提出了欧洲技术平台(ETP)的SmartGrid的概念，对欧洲2020年左右的电力网络提出了构想。美国智能电网发展里程碑AEPRI开始“Intellignd”（智能电网）研究A布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid2030”ADOE启动电网智能化（GridWise）项目之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践ADOE与NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究.TheModernGridInitiative:aVisionforthemodern

11、grid.Mar.2007.NETL奥巴马将智能电网提升为美国国家智能电网智能电网国内外研究进展(I ) European Sinartagrids次洲智能电网发展里程碑成立“智能也网（SmartGrids）欧洲技术论坛”提出智能电网愿景,远景和策略（2）署文件报告制定（1）欧洲未来电网的战略性研究议程战略部TechnologyPlatform:VisionandStiatcgyforEurope'sElectricityNetworksoftheFuture欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略战略部署文件(2)StrategicResearchAgendaforEuropc

12、sElectricityNetworkofthefuture欧洲未来电网的战略研究议程20052006智能一电网美国:2003年美加大停电后，美国电力行业决心利用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网欧洲:发展智能电网也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。为应对各自挑战，春地区都在积极研究并提出电力行业未来的发展方向,智能电网无疑是共伺的选择IhecommonagreementisSmartGridwillp

13、layamaterFairoleAbsolvethechallenges美Hh USJIX的报告(US: DOE report),电H2030汁"猊出7 q 工全口动化的电力送两爆田鼠,以超控1W一个用k依/佑思及电妾发电避谷及以仔鼻点之叫的q向武功.二(OW 2030. My utomedmarvto»« «nd eorfticM nodr. Etuig .How of 二ct> kity aandinfcxnwtton b«twMn tf*.吟< 必rK Mid th* *Lane*,and J pcots n bctvvccr

14、.)欧洲3智能电网双目的报告(Europe: ESTP report)2020年后.肽州帆蛤屯冏靖格受科灵通.用*入-p'S.斐济 E38*.9wa脑 林 2020beyiandwfbeiReKtie. Acc«dbiei ReUbkEconormc)中Bh数字化起步(Chine: Digital grid stanup)才做之士已计蛤石慨f史r *的效字化冢OtTHto ccrsbuct rw>.,sdgnd)智能电网(Smart Grid)智能电网 (IntelliGrid)数字化电网,信息化企业(Digital Grid.Informatized Enterpri

15、se)关注th力网络基砒硬构的升破 更新，同时大限度地利用信 忌技术，卖现机潘得胡对人工 的占代(FocuanQ on F.力 uciixcgMid r«pUcerwrft, IT «pplotoon «nd j*Aorruan)关注R再生靛IS和分布式能部 的发展.并带动选个行业发反模式的转变(Focistng on ,eneUM and dKtrtbuted关注对电力生产和管理信息的 敷字化荻取和整合,促进系CE 安全可肃性，企业效苴和务水平的特埃提高(Focuu<19 on <igf tnlcr<VMt»3r在国内，上世纪90年代

16、末，电力行业中提出了“数字电力”的概念。比较有影响的是清华大学卢强院士在2000年提出的“数字电力系统”(DPS),它是某一实际运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况、科教活动等数字地形象化地实时地描述与再现。可以说DPS是该实际电力系统的实时、全面、仿真的数字电力系统。近几年来，国家电网公司开展了数字化电网关键技术研究等实践工作以及一些区域或者网省(市)电力公司相继提出了各自对于“数字电力”的理解。如:江苏省电力公司数字电力公司、天津市电力公司的数字化企业、上海市电力公司数字化供电企业；2007年，华东电网在国内率先开展了实施智能电网的可行性研究。在国内，

17、数字化电网是智能电网的前身，与智能电网有很多相似之处，它是开展智能电网研究的必要前提。坚强智能电网的内涵中国国家电网公司以奉献清洁能源、促进经济发展、服务社会和谐为基本使命，在认真分析世界电网发展的新趋势和中国国情基础上，紧密结合中国能源供应的新形势和用电服务的新需求，提出了立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网的发展目标。智能电网国内外研究进展坚强智能电网的内涵（续）坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智 能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调 度各个环节，覆盖所有电压

18、等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网.坚强智能电网的内涵（续）能够有效提高线路输送能力和电网安全稳定水平，具有强大的资源优化配置能力和有效抵御各类严重故障及外力破坏的能力； 能够适应各类电源与用户便捷接入、退出的需要，实现电源、电网和用户资源的协调运行，显著提高电力系统运营效率； 能够精确高效集成、共享与利用各类信息，实现电网运行状态及设备的实时监控和电网优化调度； 能够满足用户对电力供应开放性和互动性的要求，全面提高用电服务质量.坚强智能电网的内涵（续）“坚强”和“智能”是坚强智能电网的基本内涵.只有形成坚强网架结

19、构，构建“坚强”的基础，实现信息化、数字化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用.信息化是指实时和非 实时信息的高度集成、共享与利用；数字化是指电网对象、 结构、特性及状态的定 量描述和各类信息的精 确高效采集与传输；自动化是指电网控制策 略的自动优选、运行状 态的自动监控和故障状 态的自动恢复；互动化是指电源、 电网和用户资源的 友好互动和协调运 行.国家电网公司规划国家电网公司正在全面建设:以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。200903180402起草：国网公

20、司智能电网：国际会议发布稿，体系研究报告200904120419起草：国网公司智能电网：研究框架200904220430起草：国网公司智能电网：综合研究报告2009年5月公司特高压会议2个议题。1）特高压:工程设计,设备制造，建设环保，系统规划运行；2）智能电网：第一阶段第三阶段2011年2015 年2009年2010年规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作.全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关维技术和装备实现重大突破和广泛应用.2016年2020年引领提升阶段，全

21、面建成统一的坚强智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平.届时，电网优化配置资源能力大幅提升，清洁能源装机比例达到35%,分布式电源实现“即插即用”，智能电表普及应用.智能电网关键技术智能电网愿景图HHVAC 的劫力4*制4朋电. CHP/区成密受供黑:直艮例,*林质配,汽./ ；*/夏的等M羯忠/ 缺谴荏/故博定位微型文电0”和点本N 女内/桐比七式屋W » 7生餐城料 火电潮更电光伏大将能供跳来大熬?传/。2吁71风电厂核电厂枪入电力的7Copyrighi © 2009 Accenture AJI Rjhto Reserved智能电网关键技术16GRIDP INT*AM

22、ICustomer PortalTwo WayAllings &CRM SystemsMetworkINTERNETModular, Extc$ibl。，UpgradeableOpwjttons Cen<e<Operations &Control Hor智能电的是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本:性格差的解决方案Load Meo3gm & Control MMMBUUL1Energy SkxogeIntegrotion9Renwoblw IntegrationPHEVln««grobcnOttw 0闺3匕dTechnolog

23、iesUllltty PortalEISCTRICUT1UTY智能电网关键技术智能电网尚未有明确的定义，那么智能电网是什么呢？下面从智能电网的价值、特征、重要的里程碑等侧面对智能电网进行描述，使得对即将到来的智能电网有所认识。智能电网的价值更可靠用户随时随地获得可靠和高质量的电能O更鲁樨能有效抵抗物理、网络的攻击和自然灾害的影响，减少停电规模及带来的损失。-更经济-更高效合理的价格、充足的电力供应。成本的有效控制，输配电网损的降低，资产使用率和发电效率的提高，用户对自身电能消耗的有效更环保一通过提高可再生能源的使用百分比和用电效率降低对环境的影响。-更互动双向计量、双向通讯。智能电网关键技术:

24、智能电网的特征-灵活的用户交互一智能电网向用户提供更灵活的选择)更多的对电力市场的参与。-兼容性1)兼容一次设备，包括特高压、FACTS传统能源、清洁能源、储能装置等;2)兼容二次设备，包括保护、测量、控制和通信装置、软件等；标准化实现即插即用。-自治和自愈一有快速的反应能力,力保电力系统三道防线;对电网故障的自恢复、自诊断的智能化水平提高。智能电网的重要里程碑-用户参与度的提高一向用户提供更多信息、用户对智能电网新功能的适应和学习。包括先进计量体系(AdvancedMeteringInfrastructure,AMI)、家庭信息网络、分布式能源、需求侧响应。-先进的配电体系一提高配网的可靠和

25、自愈水平。包括智能传感器、控制器、配电自动化和配电管理、GIS、配网负荷管理等满足双向潮流传输和微网(Microgrid)的需求。-先进的输电体系减低输电瓶颈、更健全的电力市场。包括变电站自动化、广域测量、电力电子设备、先进电网监控、广域保护、建模、仿真、虚拟现实和可视化，降低电网故障的风险。-先进的资产管理从规划设计运行等环节提高电网资产管理水平、降低运行维护成本、提高资产使用率。能电网关键技术智能峭将整合和最成就的量测.通讯、控制和决策技术，实现电力行业的授米变革(SmartCiridwillconsolidatesensing,communication,controlanddecisi

26、onmaking4technologiestoachievetechnologytransformation)智自U电网为何,午早能”(WhatMakosSmartGridSmart?)分 布图徒-收入式处加拉术白运曲I mboddd processing - distnb«jted inielligence Self ndnptive周统分折-政1«到信凰的转换Conv«rsicxi “ doki inro uforniatiofi - analytics Self twilling，!观则出泗.代矮让农observatMlity-可冲利-对双删伏志进行抖制Co

27、ntrollability-abilityt。actonobservedconditions朝能说星技术传盛与通讯技术分析与辆劲次箪技术可视化展现与操作SmartmeteringSensing&CommunicationAnalysis&DecisionsupponVisualization&OperationT3百"多代理系经 南级变化站自劝化技制 两级配也自动化 Nib服务和网格计算“智慈的大脑。牝化的决发支挣工具在自治软件 高级槌式汉别 语级可他化方法 我优气豪饮报 第二代互联网 尤轩以太网 电力克帝通仕 3G及4G无线堵讯技术 新型无慢网络技术.二.&

28、quot;西加士工用区“ 无线智修也网信息感应M 采臬 尤纣PT和CT 无线智能投备技态感戊若 客户门户分布及做网得效小的生色分有式电源而缎储的系统尚织电冏技制戊备商级大客董导体智能电网的实现需要融合先进的设备、采集、通信、决策和控制技术Copyright © 2009 Accenture All Ragg Reserved15智能'电网的关键技术发电技术输配电技术售用电技术可畀生能笈发电技术太阳能风电比热潮汐 生物质分率或友也和储能技术 猴通平 抽水储能 超导储能 超级电窖 钠破电池新型幡气电设备枝木分析技术电力电子技水快过底根仿真超导技术动各安全评估"H压枝水校

29、制技术复分财科分布式拄制拨术 _tt测技术变电站自动化传感技术脩皂自动化广域监测智能保护始电根（动态评估技术决策支林技本电境监测技术数编处理技术变能测技术信息集成技术斯路总盆测技术可祖化技术高级文洸“柒构 智能求升技术 双向通信技术 *测敷料帝理技术家及自动化 自动承度拄制 负行排制技术Copynght02009AccentureAllRightsResaved电力设备关键技术智能电网应具有灵活坚强的拓扑，因此需要研究更为先进的电力设备。:分布式能源和储能技术。今后电源技术将集中于核能、风能、太阳能、生物质能、清能、燃料电池等清洁能源技术。电网的特性是发电和用电必须平衡，但是太阳能和风电的特点

30、决定了必须对其进行存储，除了传统的电池化学、抽水蓄能储能外，超导储能、超级大电容储能也正在研究中,小规模的飞轮储能已经投入使用。输配电技术。特高压交支流输电、特高压绝缘技术、高温超导、微型电网等方面。电力设备关键技术:电力电子技术。主要包括耐高压大电流电力电子器件，轻型直流输电，以及固态变压器、固态短路器、统一潮流控制器、静止无功补偿器、TCSC、有源滤波器、动态电压恢复器、静止同步补偿器等FACTS装置，并网变流器、并网变压器。高效能源材料技术。重要包括太阳能电池相关材料，燃料电池关键材料，高容量储氢、高效二次电池材料，超导关键材料及制备技术，以及高效能量转换等。量测与通信设备关键技术量测设

31、备与通信设备相辅相成，共同为系统运行、保护以及设备监测和维护提供依据：两者既可能相互独立，也可能集成为一体。前者侧重于实时、准确地测量和就地处理各种电气量和非电气量，后者侧重于实现高速、大容量的实时动态信息交互。量测系统包括三部分：1）电网侧：广域测量、动态设备监测、系统安全稳定监测。家电控制，电能质量分析,实时电价处理、成本控制、2）发电侧。3）需求侧量测:防窃电、功率和用电量测量、自备电源监测等。*智能表计和双向通讯智第妻计以及用户信息网去：智能表计主要是AMI和AMR,用户信息网关是在未茉豪庭里落电网、有线网、互嶷网一体化建设，三网合一-AMI（自动计量基础架构）、AMM（自动仪表管理）、AMR（自动抄表）的历程,AMI包括AMM和AMR信息管理系统关键技术信息采集与处理信息分析。对经过采集、处理和集成后的信息进行业务分析，是开展电网相关业务的重要辅助工具。信息集成。智能电网的信息系统在纵向上要实现产业域信息集成和电网信息集成，横向上要实现各级电网企业内部业务的信息集成。信息显示。可视化显示,术。信息安全。包括二维可视化、三维可视化、虚拟显示技IECSA架构的通讯及信息标准体系DevelopandImplementconsistentsystemsApplymanagementandsecuritypoliciesApplyIEC61970and6