智能电网微网介绍

1、智能电网介绍 电气工程学院第1页形势胡锦涛总书记6月7日在两院院士大会上讲话“大力发展能源资源开发利用科学技术构建覆盖城镇智能、高效、可靠电网体系”温家宝总理3月5日在第十一届全国人民代表大会第三次会上政府工作汇报“大力开发低碳技术，推广高效节能技术，主动发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”科技部关于加紧我国智能电网技术发展汇报及相关指示第2页怎样了解智能电网不一样主体对智能电网有不一样认识，不能强求一致，追求一个统一智能电网定义是不现实“智能”只是伎俩，或者是对最终希望建设成能够满足其需求电网所应该含有特征描述关键目标是满足（不一样主体不一样）需求第3页第4页国外智能电网研究概况驱动原

2、因 美国: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、智能分析为特征灵活应变智能电网.(加州：R E-:20%,:33%,如达不到，罚款高达$10-55/MWh) 欧洲:发展智能电网也有其独特发展背景，欧洲智能电网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升供电可靠性和电能质量等需求所决定。 第5页欧洲发展智能电网驱动力（Driving Force)（1）供电安全性问题一次能源缺乏、供电可靠性和电能质量供电能力（2）环境问题京都协议气候改变保护自然（3）国际电力市场提供低廉电价和提升能效进行

3、创新和提升竞争能力相关垄断规程修订第6页 作为欧洲及后续电力发展目标，未来欧洲电网应满足以下需求:（1）灵活性(Flexible)，在适应未来电网改变与挑战同时，满足用户多样化电力需求；（2）可接入性(Accessible)，使全部用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源利用；（3）可靠性(Reliable)，提升电力供给可靠性与安全性以满足数字化时代电力需求；（4）经济性(Economic)，经过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提升电网经济效益。欧盟理事会在绿皮书(Green Paper)欧洲可连续、竞争和安全能源策略(A European Strategy

4、for Sustainable，Competitive and Secure Energy)”强调，欧洲已经进入一个新能源时代，能源政策最主要目标必须是供电可连续性、竞争性和安全性。第7页（1）增加电网可靠性、效率和安全性；（2）促进非集中式发电接入，以使家庭即可成为能源使用者也能成为能源供给者（为消费者提供互开工具以管理能源利用）；（3）提升在用户侧电力消费灵活性，以利于消费者对能源供给商进行选择（分布式发电、太阳能发电、风电、生物质能发电）；（4）经过产生更多、新绿领能源工作增加GDP，如与可再生能源工业制造、即插即用式电动汽车、太阳能光伏电池、风力发电、节能。Wikipedia网解释:

5、国外使电网当代化而发展smart grid主要驱动力可归纳为：第8页中国现阶段发展智能电网驱动力第9页我国智能电网要处理问题三方面总体目标和路径应对能源与环境问题挑战可再生能源开发与利用节能减排技术开发、推广、普及能源消费中电能百分比提升提升电力系统可靠性更坚强网架更有效调度和控制更智能设备新技术应用提升资产利用率管理水平和运行水平提升勉励用户交互第10页我国可再生能源发展形势 新能源产业振兴规划草案初定总投资2万亿元:风能投资1万亿元 ，太阳能投资超出3000亿元，核电中长久规划总投资7500亿元。 风能国家规划七大“千万千瓦基地”第五期525万千瓦风电特许权招标香港拟年建成全球最大型海上风

6、力发电厂200兆瓦 每年减排二氧化碳30万吨 5月国内最大容量3兆瓦海上风电机组在江苏盐城批量下线 太阳能 金太阳工程:2009.7开启荒漠并网光伏电站招标：甘肃敦煌10MW光伏电站项目 开启太阳能建筑结合财政补助：示范城市补助50008000万元太阳热发电1WM示范项目开启生物质能乙醇汽油：黑、吉、辽、豫、皖五省全部及鄂、鲁、苏、冀等省部分地域使用生物柴油示范项目：同意中石油南充炼油化工总厂6万吨/年、中石化贵州分企业5万吨/年和中海油海南6万吨/年3个小油桐生物柴油微藻含油率高，光合作用吸收二氧化碳同时生产生物柴油取得中试成功 水能：在保护环境生态条件下健康发展112022/9/7第11页

7、 可再生能源利用现实状况和发展目标 2030 2050 风能 亿kW1221万kW ()1.0 -1.21.8-3.0 5.0-8.0太阳能光伏 亿kW12万kW () 0.1/0.21.0-2.0 8.0-10.0太阳能热利用9000万m2 5.4亿m2 9.8亿m216.8亿m2 生物成型燃料几千吨 万t 3000万t 5000万t 生物乙醇 130 万t 1700万t 5000万t 1亿t 生物沼气80 亿 m3 440亿m3 800亿m3 1000亿m3 水电亿kW 1.28 3.2 4 第12页13可再生能源发展战略目标近期前后： 10*10计划-非水能可再生能源可提供0.6亿tce

8、能源，占总能源需求2%左右含水能可提供约2.9亿tce，靠近全国能源需求10%可再生能源战略定位：补充能源2022/9/7第13页14中期前后 20*20计划-非水能可再生能源可提供1.8-3.3亿tce，占全国能源需求5-10%；含水能可提供约5.4-6.9亿tce，占全国能源需求约15.5-19.7%可再生能源战略定位：替换能源2022/9/7第14页15长久2030年前后 30*30计划-非水电可再生能源可提供4-8亿tce能源，占全国能源需求10-19%；含水能可提供约8.6-12.6亿tce，占全国能源需求约20-30%可再生能源战略定位：主流能源之一2022/9/7第15页16远期

9、2050年左右 40*50计划-非水电可再生能源可满足8.8-17.1亿tce能源，占全国能源需求17-34%以上；含水能可提供约13.2-21.5亿tce，占全国能源需求26-43%可再生能源战略定位：主导能源之一2022/9/7第16页（1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究发起者和主要投资者。（2）“电网智能化联盟” 组员包含: 跨国技术企业：AREVA、GE、IBM；电力企业和电网运行商：AEP、Bonneville电力管理局、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI、Battelle、RDS和SAIC。（3）电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列教授组成，受美国能源部部分

10、资助，从事制订建立未来电网架构标准。（4）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。 依据当前掌握情况，还没有智能电网 国际标准或国家标准。国外智能电网研究概况智能电网研究机构第17页 在输电侧:当前有EPRI、ABB、PJM等机构和企业开展相关研究。 PJM企业认为广域测量技术是确保大电网安全主要伎俩，也是实现智能输电网基础，所以PJM当前主要从同时相量技术和高级控制中心研究建设着手开展智能输电网工作。 在配电和用电侧:当前建设智能电网主要有两个方面：智能电表和智能家电。 美国:Xcel Energy 企业在

11、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，每年大约节约5亿里拉。 法国:将当前使用2700万只普通电表全部更新为 “智能电表” 。 国外智能电网研究概况智能化实践最新结果第18页美国智能化实践最新结果国外智能电网研究概况AC2Boulder（伯德市） to become first Smart Grid City 第19页第20页中国名称：坚强智能电网（Strong Smart Grid ） 4个特征（Characteristic）：（1）数字化：数字化电网、数字化电表与数字化用电设备（2）信息化：市场信息、电网信息、用户

12、信息与宽带通信形成信息平台（3）自动化：大电网安全稳定控制（高级智能调度），变电站自动化与用户用电系统智能控制（4）互动化：电网、发电与用户以信息为基础互动 第21页1、风能资源调查与评定（引自国家气象局相关汇报）第22页我国太阳能资源分布我国太阳能资源丰富,太阳能利用前景辽阔第23页国家电网特高压骨干网架草图 AC 500kVDC 800kVAC 1000kVAC 750kV第24页AC 1000kV UHV transmission lines will be 6000km.国家电网特高压骨干网架草图 第25页德国风电场分布图 3 风电场与“电网” 第26页3月德国电网结构图 从电网密度观

13、察，依据用电量与国土面积比，德国为我国12倍还多。3 风电场与“电网” 第27页3142高级调度中心建设规划技术体系完善研究统一数据平台建设新能源对电网规划影响及对策研究基于LCM电网规划方案评价研究新能源对电网规划影响及对策研究节能减排下电网规划研究区域电网协调规划研究考虑不确定原因电网灵活规划方法研究基于预想事故集电网规划研究华东电网智能电网研究初见成效数字化变电站研究建设徐行站数字化改造新建数字化海宁站华东电网企业:以智能输电网相关技术为重点领域，首先开展了“规划技术体系完善研究、高级调度中心、统一数据平台和数字化变电站研究”建设等建设第28页华东企业建设智能电网三阶段目标 按照考虑N-

14、1情况下特定预想事故标准，规划建设多馈入直流和交流系统并联华东区域坚强受端网架 初步建设高级调度中心 开展数字化变电站试点 开展相关技术研发坚强受端大电网 规划建设适应电力市场要求特高压电网，满足“三华”联网需要 建成高级调度中心 数字化变电站推广 适应电力市场要求运行技术 FSM研究与应用数字化电网 规划以自愈为目标智能电网 实现智能化调度 新型材料和智能设备全方面使用 可再生能源友好接入 实现与用户智能互动智能化电网2030智能电网全方面转型 巩固提升 引领超越 第29页智能电网装备技术广域量测技术时间同时技术状态监测技术电子式互感器技术控制保护一体化技术柔性输配电技术一体化智能设备技术

15、181816171515151413121198776555443321110智能电网研究框架第30页智能输电技术智能电网下大型可再生能源接入技术大电网安全稳定运行控制技术未来电网控制中心建设技术具备分布决议功效智能变电站技术输变电设备智能管理技术智能电网下电力市场技术智能电网下当代企业管理技术智能电网研究框架智能电网下电网规划技术第31页智能配电技术风险预警预控及智能报警技术配电网自愈控制技术智能配网故障快速处理技术分布式发电、微电网和储能技术智能网络重构及自优化技术自适应保护控制技术自适应无功与电压控制技术智能电网研究框架第32页智能用电技术用户门户技术智能表计技术用户电压调整技术用户电源

16、和储能设备接入技术用户通信能源一体化技术智能电网研究框架第33页国网企业安排三个阶段：分三步走年：第一阶段，规划试点。开展规划，制订技术标准和管理规范，开展关键技术研发和设备研制，试点工作2020：第二阶段，全方面建设。加紧特高压电网和城镇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键技术和设备实现重大突破和广泛应用2020：第三阶段，引领提升。全方面建成统一坚强智能电网使电网资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户间互动性显著提升第34页国网企业安排（8月21日）四个体系：电网基础体系：坚强智能电网物质载体，实现“坚强”主要基础技术支撑体系：先进通讯、信息、控制等应用技术

17、是实现“智能”技术保障智能应用体系：保障电网安全、经济、高效运行，提升用户增值服务集体表达标准规范体系：包含技术、管理方面标准和规范，以及试验、认证、评定体系，是智能电网制度依据第35页上海世博园智能电网示范工程（1）分布式电源接入（2）储能系统（3）智能变电站（4）配电自动化（5）故障报修管理系统（TCM）建设（6）电能质量检测与控制（7）用电信息采集系统（8）智能用电楼宇/家居（9）电动汽车充放电站 已成立上海市电力企业-中国电力科学研究院智能电网联合研发中心 第36页对未来中国电网愿景基本判断目标年：2030-2050电网愿景基本特征电源模式：多源接入，集中大电源+分布式电源电网模式：骨

18、干大电网+微网从能源角度来看，电网成为“以电力为中心，能量梯级利用”平台从信息角度来看，电网成为提供能源和信息综合服务平台适应性：电网能够适应能源、资源和环境多重约束，实现可连续发展第37页小结智能、坚强都是伎俩而不是目标，真正处理我国电力行业和能源领域面临实际问题才是我国智能电网建设根本目标必须结合我国实际情况确定我国智能电网发展目标和实施步骤发展智能电网过程中要分阶段、有重点，新能源接入是当前阶段重中之重第38页智能配电系统（SG）Intelligent Interactive Integrated “3I”第39页分布式发电系统（DG）:利用各种分散存在能源进行发电系统。如:风能等可再生

19、能源发电系统；天然气为燃料冷/热/电联供系统（简称：CCHP ） 优点：可利用丰富清洁和可再生 能源。缺点：一些可再生能源含有间歇性 和随机性。海洋能其它形式新能源太阳能天然气风能生物质能分布式能源(分布集中)第40页分布式发电技术含有辽阔应用前景：全球利用风力、太阳能等可再生能源发电投资到达710亿美元（不包含大型水利发电）；(世界银行汇报)年：美国太阳能光伏发电将占发电装机增量15%左右，累计安装量到达3600万千瓦；欧盟国家可再生能源发电量将占总量30%； （美国能源部;德国乌帕塔尔气候环境与能源研究院）年：我国风力发电3000万千瓦，太阳能发电180万千瓦，生物质能3000万千瓦。 （

20、可再生能源中长久发展规划，2007）第41页粗略预计，我国现有建筑物屋顶面积总计约400亿平方米，假设2%安装光伏，发电装机容量约为0.71-1.32亿kW，年发电量574-1086亿kW.h”，国家能源局副局长吴吟在演讲中表示，“十二五”期间天然气消费百分比将翻倍，由当前在能源消费结构占4%比重提升到8%，微型燃气轮机数量将大量增加。第42页第43页欧盟微网示范工程 MVV地点：德国曼海姆示范目标微网社会认可微网运行导则制订微网经济效益微网组成光伏，蓄电池燃气轮机第44页欧盟微网示范工程 Continuon地点：荷兰Zutphen度假村，荷兰首个微网项目微网组成380V，50Hz系统335k

21、W光伏，蓄电池提供200 幢别墅电力示范目联网孤岛自动切换黑启动能力维持孤岛运行二十四小时蓄电池智能充放电管理第45页欧盟微网示范工程 Bornholm地点：丹麦Bornholm岛为欧盟微网示范平台唯一中高压微网示范目标微网黑开启孤岛运行后与大电网重新并网第46页美国微网示范工程 DUIT地点：加利福尼亚San Ramon示范目标分布式电源高渗透率对配电网络影响研究微网电压和频率调整电能质量监测和分析微网继电保护第47页日本微网示范工程 Hachinohe 第48页南方电网燃气轮机冷电联供微网系统（1）分布式供能系统电冷比到达0.4以上，争取一次能源综合利用效率到达75%；（2）装机容量600

22、kW，供电量570kW；最大制冷量1081kW ；（3）1月17日1:18完成36小时连续满负荷运行。中国第一个冷电联供微网系统第49页分布式电源并网运行面对问题电源特征决定： 不可调度（可再生能源） 功率波动（电源间歇性） 需要备用（不提供备用）双向时尚造成： 电压调整 保护协调 能量优化第50页分布式电源并网技术第51页分布式电源并网运行方式优点：接入方便，运行简单缺点：系统故障退出运行 间歇性影响周围用户能源综合优化困难对电网运行调度提出了挑战 上述缺点将制约了DG发展以分布式电源（DG）为单元输电网络高压配网110KVGGGG中压配网35/10KV低压配网0.4KV负荷负荷DGDGDG

23、DGDG第52页输电系统：接有常规发电机组，地域广输送电能，电压等级高环网运行，停电影响大发/输/配 投资：1/0.5/ 0.7（国际） 1/0.23/0.2（中国） 未来配电系统定会有众多微网存在（高渗透率）微网存在，完全改变了配电系统特征！许多与输电系统安全性、保护与控制等类似问题一样需要关注，但因为二者功效、结构、运行方式等完全不一样，关注重点与研究方法截然不一样。常规配电系统：无电源接入，区块化分配电能，电压等级低损耗大，普通开环运行停电频繁，影响用户可靠性输电系统发电系统高压配电系统中压低压配电系统MGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMG第53页未来中压配

24、电系统 微网 燃料电池 微型燃气轮机 储能 光伏电池 储能装置 风力发电机 微型水电站 热电联产系统 小型柴油发电机 可切负荷第54页 揭示相互作用机理是提升系统运行安全性前提。当前研究局限于案例分析和试验性结果，尚缺乏对相关机理深刻认识。问题1：微网与配电网相互作用 微网作为可输入、输出功率特殊电源分布于配电系统，微网间将会相互影响，进而影响电网运行可靠性；输电系统中稳定性问题将在配电系统中存在，配网结构和微网特征特殊性，决定了需要探讨新稳定性分析理论和方法。MGMGMGMGMGMGMGMGMGMGMG第55页问题2：含微网新型配电系统规划理论与方法 规划工作：空间负荷预测变电站优化配电网络优化无功电源优化常规配网技术难度：大量原因不可量化电网规划含有维数灾数学方法与经验结合 原有困难规划目标是建设科学性，节约建设资金，确保电网可靠性。第56页控制必须确保各状态间平滑过渡；必须确保微网并网与独立运行状态电能质量要求；分布式电源多样性、电源间歇性等增加了困难性，而多微网协调控制愈加困难；问题3：微网及含微网配电系统控制 当前采取防孤岛保护和