智能电网技术进展-电力科学研究院

智能电网技术进展

TheupdateofTechnologyprocessforSmartGrid

白晓民

中国电力科学研究院

BAIXiaomin

ChinaEPRI

2015-01-241.智能电网发展概况

2.

智能电网需求与技术创新试点工程：已下达4批

国家电网公司智能电网示范工程31.上海世博园综合示范3.常规电源网厂协调5.智能变电站7.用电信息采集9智能电网调度技术支持系统2.风光储输联合示范工程4.输电线路状态监测系统6.配电自动化8.电动汽车充换电设施1.中新天津生态城综合示范3.输电线路直升机、无人机巡检5.分布式光伏接入及微网运行控制7.智能小区/楼宇9.电力光纤到户11.输变电设备状态监测2.大规模风电功率预测及运行控制4.柔性直流输电6.省级95598供电服务中心8.信息平台及安全10.电网运行集中监控12.农电营配管理模式优化

2009

2010

20111.智能电网综合示范3.大规模光伏发电并网5.电网运行集中监控7.互动化营业厅9.信息应用支撑系统2.大规模风电功率预测及运行控制4.分布式发电、储能及微电网接入6.农网营配管理模式优化8.智能园区智能电网建设情况支撑新能源开发

即将建设的创新示范工程51.风光储输联合示范工程（二期）2.上海风电检测基地建设示范工程3.风电与城市供热联合调度运行示范工程1.分布式发电多能互补示范工程2.微电网协调运行示范工程1.智能小区示范工程3.智能园区示范工程支撑分布式电源应用工程促进便捷用电推动电动汽车发展1.电动汽车智能充换电服务网络推广工程

2.电动汽车与电网互动示范工程服务智慧城市建设工程1.智能电网支撑智慧城市示范工程2.智能楼宇示范工程4.智能港口示范工程提升电网智能化工程1.550kV、330kV新一代智能变电站示范工程2.柔性直流输电示范工程3.智能输电线路示范工程4.

直流配电系统研究5.网络技术在变电站保护中应用研究配电自动化：无功电压控制、自愈控制直流输电、FACTS、状态监测调度自动化网关智能电表用户域（BEMS/HEMS/FEMS)需求响应电厂自动化（新能源发电预测和监控）WAMS监控技术智能电网特性：灵活；互操作；可观测和可控制灵活性：发电、负荷变化引起功率不平衡，间歇式能源发电功率改变。系统功率/负荷快速变化，调整发电或需求保持可靠供电的能力。互操作性：指保证两个或更多网络、系统、设备、应用或元件之间相互通信以及在不需要过多人工介入即可有效、安全、协调运行的能力。可观测性和可控性，先进的传感技术和自动化技术，信息通信技术（ICT）前期进展：上世纪70年代后，传统自动化变电站发展：具备初级自动化能力；80年代后期，发展综合自动化变电站：实施综合自动化改造；2003年开始发展数字化变电站：测量数字化采样和信号数字化传输。7P1---智能变电站技术2009年提出智能变电站：一次设备智能化和智能化分析应用功能2013年提出建设新一代智能变电站：集成化智能化水平更高，支撑调控一体集成传感器和智能组件的开关、变压器一体化监控系统状态监测、智能告警等集成化智能开关、隔离断路器集成化智能变压器一体化业务平台、层次化保护一键式顺控、设备态势感知等新进展：国家电网公司2009年开始智能变电站试点工程建设，至2012年底，新建并投运智能变电站600余座。2013年开展6座新一代智能变电站示范工程建设，在集成化设计、标准体系建设、集成化智能设备制造技术、模块化装配式建设技术等方面取得一系列成果。六座新一代智能变电站：

220kV北京未来城站,重庆大石站;

110kV上海叶塘站;

武汉东扩站;天津高新园站;北京海鶄路站

1.以“一次设备本体+传感器+智能组件”模式实现智能化2.构建了变电站全景数据的信息一体化平台3.实现了智能的高级应用功能4.采用统一的通信标准：IEC61850新一代智能变电站电子式互感器隔离开关普通断路器集成式智能断路器一体化业务系统集成化智能设备就地保护站域保护广域保护层次化保护控制集成化智能变压器集成式智能断路器其他电气设备当前智能变电站新一代智能变电站220kVAIS方案目前智能变电站总建筑面积820新一代智能变电站总建筑面积（集装箱个数）324（9）面积减小比例60%系统高度集成结构布局合理技术装备先进经济节能环保2014年国网在智能配电网和主动配电网方面的科技项目有37项，其中涉及到智能化的项目有16项，分布式电源并网接入的有7项，微网3项。完成北京、天津等6个城市高可靠性示范区建设改造工作，区内供电可靠率达到99.999%。完成24个城市基础配电自动化工程建设，开展智能配电网自愈控制系统、信息交互总线及智能配电终端统一支撑平台等示范应用。完成浙江鹿西岛、浙江南麂岛、等11个并网型和离网型分布式电源与微电网试点、示范工程。P2---配电网建设和主动配电网智能配电网优化规划主动配电网优化规划技术基于供电可靠性的配电网规划技术智能配电网高性能运行控制智能配电网统一信息支撑平台配电网建模、分析与仿真技术智能配电网自愈控制与运行优化技术分布式供电及微电网技术大规模分布式电源接入配电网技术分布式电源动态管控与运营模式智能配电网的重点关注：微电网研究--蒙东农村示范工程建设内容及成果

35千伏配电化简化了35kV常规输电线路建设模式,实现线路轻型化设计。大大缩短了实施周期，有效降低了工程投资成本。风光储互补发电及并网依据地址位置、风光自然资源分布、负荷特性等情况，提出了最优化的建设设计。实现了分布式电源的最优化接入\分布式电源/微电网与配电网的友好互动。提出各种控制优化策略，实现系统经济运行。合理配置保护装置以及保护控制策略，最大限度地降低配电网和作业人员的安全风险

电力光纤到户采用电力光纤复合缆较常规电缆加光缆（ADSS）节省投资120余万。同时，电力光纤网络除电网企业使用外，还可用于构建完全开放的公共网络平台，为电信、互联网、广播电视传媒和其他企业提供接入服务，避免资源重复建设与浪费，提高社会整体资源利用率，实现节能减排。陈巴尔虎旗赫尔洪德移民村，为居住在沙化最为严重地区的牧民新建居住生活小区，新建规模为103户，占地总面积12万平方米，同时建设为规模化的高产奶牛生产小区。（2872万=1789风光储+823配电35kV+224光纤）

12厦门城网微电网示范工程规划内容：建设太阳能分布式发电系统、储能系统、搭建微网中央运行监控平台、能量管理系统。在原有60kW光伏发电光伏发电基础上，配置储能及控制系统，实现微网并离网模式下系统的安全稳定运行。建设效果：集成了自动化、信息化、互动化等多种新技术，综合了计算机技术、综合布线技术、通信技术、控制技术、测量技术等多学科技术领域，是一种跨技术领域、多系统协调集成的综合应用，实现小区的智能化用电服务。温州鹿西岛并网型微电网示范工程风力发电系统1560kW在鹿西岛鹿西823线山坪分支线上已安装有2台780kW的异步风机进行优化改造。光伏发电系统300kWp安装300kWp太阳能光伏阵列以及相应的并网逆变器和升压变压器。项目定位以风为主、光为辅储能系统

其中铅酸电池组1MW×2h、超级电容500kW×30s。确保系统的安全稳定运行，同时有助于实现并网和离网两种运行模式之间的无缝切换。科技项目47项：能效11项，电动汽车8项，储能4项，用电信息采集3项，计量8项用电能效方面进展：用电信息采集系统：26个省级公司主站系统已全部上线，2014年基本完成智能终端及智能电能表的全覆盖。多渠道互动系统设备：天津、江西、河北等地建成了互动化营业厅及自助缴费终端，正建设95598南、北两大呼叫中心，部分业务已经开通试运营近一年半。电动汽车充换电：截止2013年6月，累计建成383座充换电站、17000台交流充电桩。是世界上投运充换电设备最多的国家。电力需求侧管理：2011年开始，发改委的国家电力需求侧管理公共服务平台的建设工作。年中正式上线运行。具有信息发布、在线监测、核查认证、电力供需形势分析、有序用电管理、网络培训、经济分析、需求响应等功能。面向社会节能的电能服务：2012年国家电网公司电能服务平台建设，13年底试运行，已接入高耗能企业90余家，进入推广阶段。公司节能服务工作全过程管理，数据、信息资源支撑，保障节能指标完成；同时节能在线监测与分析服务，包含采集设备管理、采集和数据管理及用户能耗分析、宏观能耗分析及能效对标与评估分析等，为用户节能增效提供增值服务。P3--用电与能效的技术关注点P3--用电与能效的技术关注点系统应用技术海量数据处理、挖掘、能效分析技术城市区域能源需求侧管理关键技术基于物联网的重要用户供用电安全及支持技术计量资产的全寿命管理支持技术电动汽车充换电技术经济运行技术典型高耗能用户能效电厂建设及运营关键技术分布式电源接入管理与安全并网关键技术智能电网园区能源优化管理关键技术电动汽车智能用电技术及其与电网互动技术

用电与能效的发展前瞻在互动方面：支持分布式电源、电动汽车的灵活接入，实现多能源互补。在量测方面：实现精细化量测与智能控制，满足需求响应要求。在营销方面：提供灵活电价/激励和多类增值服务，响应客户自由用电需求P4智能电网体系架构方法的概念和进展为用户提供快速识别和定义互操作和应用规范需求的工具。重点满足EuropeanUnionandNIST/SGIP投资方的需求.ETSI/CEN/CENELEC,NIST,andtheSGIP的结合的架构。大多只从技术视角描述架构，未清楚定义架构的更多层次概念关系，并影射到业主和商业需求。国际体系架构方面的工作：构件、构建方法，语义框架、标准和架构评价判据，以及面向服务的原则等

层次关系• 概念–实际商业建模，商业的实际需要和预期目标，需要的角色/服务满足将来的需求•逻辑–商业应用的服务模型，定义商业逻辑实施的逻辑表示。如何构建理想的架构• 物理–特定的系统。对应用和人员应规范完成任务，需要何种软件和过程。• 实施–选择完成实际任务的软件产品，人员，阶段过程。SmartGridArchitectureModel(SGAM)欧洲ETSI/CEN/CENELEC（通信/标准/电工),2012年11月SGRA(SmartGridReferenceArchitecture).现用SGAM法(SmartGridArchitectureMethodology)改进.NIST3.0:DriverLayerDescriptionNIST3.0:TheGridWiseArchitectureCouncil’seight-layerstackprovidesacontextfordeterminingsmartgridinteroperabilityrequirementsanddefiningexchangesofinformation.SGACandSGAMAlignmentwithTOGAFADM不同层面的互操作8层，纵向的交互和交易简单的功能，物理设备层和软件，编码和传输数据限于底层，通信规约和应用在高层，商业功能在顶层。随功能和能力增加，需更多的层次互操作以达到要求的结果。每层取决于下层。

1.智能电网发展概况

2.智能电网需求与技术创新基于电网设备状态监测的大数据应用电网设备状态监测基于营配贯通的大数据应用配电网状态监测及分析；电网线损与窃电预警分析；配变重过载风险预警基于用电信息的大数据应用分时阶梯电价及用电行为分析；用户能耗分析及用电方案优化；电力负荷预测基于客户服务信息的大数据应用新型客户服务业务型态的研究与应用；供电服务舆情监测与分析；营业厅客户服务行为分析面向公司运营管理的大数据应用配电网故障抢修精益化管理；物资库存物料动态特征分析；统计分析预测基于信息通信运维监管的大数据应用信息通信设备故障预警分析；通信业务全过程数据关联分析大数据技术研究与应用大数据技术支撑体系研究与应用；海量用电信息采集、处理与分析能力提升211.大数据应用在七大领域开展17项研究：智能电网与ICT技术可能的应用：1、支持决策：跨专业的综合分析和决策；

2、减少数据获取和数据存储：依据大数据理论，确定需要获取的最小数量，减少数据获取和存储。3、大数据的挖掘和处理：从海量数据中找到关键数据，剔除坏数据，依据关键数据认识事物的本质。4、依据这些分析结果，促进电网经安全济运行，为用户提供优质的电力服务和节能措施。应用领域应包括：智能电网传感器（包括PMU）的部署和数据处理；用户用电信息的处理，包括停电数据的处理和存储；供用电信息的挖掘分析和利用；广域态势感知技术在电力调度方面的应用；电力系统在线安全分析和决策支持；电力源网荷的协调控制和优化运行；电力系统规划与扩展等。基于AMI数据、WAMS数据、发电和负荷预测等实时或近乎实时数据，围绕智能电网的可观测性、可控性和灵活性三个方面，研究智能电网发展对大数据的需求。我国智能电表安装进展SmartMeterInstallationsinChina(millions)3503002502001501005002012201320142015

信息采集数据处理与通信需求图表

信息采集实例看数据处理与通信需求常规记录数每小时记录数每15分钟记录数年数据量(GB)每分钟采集

(TB)每秒采集

(PB)电量kWh次数/表*天2496次数/表*月17202,88010231805表计*年122.7M88.4G358.5G37396.8547.832.126.1G130亿元WAMS&PMU省调主站平均接入100各PMU（包括主力电厂、500kV变电站、220kV新建变电站）

每个PMU配置200-400个点，取300；

上送频率为50Hz（或25Hz）；

则每天上送测量点数为：

100*300*50*86400=12,960,000,000电力大数据初探数据1.0-3.0系统安全稳定新能源并网配电自动化电动车响应资产设备管理Eo专栏作者廖宇，南方能源观察，2014年4月静态数据vs动态数据打鱼•静态数据–大水库•动态数据–大河流6来源：周二专，国网千人Real-timeInfoProcessing“Ifyouhavealittlebittherightinformation,justalittlebitbeforehand,itisalotmorevaluablethanalltheinformationintheworldsixmonthsafter…”9来源：周二专，国网千人2.智能电网综合示范工程——智能电网融入城市中新天津生态城智能电网综合示范工程分布式电源接入储能系统设备综合状态监测系统智能变电站配电自动化电能质量监测和控制用电信息采集系统智能小区/楼宇智能电力营业厅

PilotprojectinSino-SingaporeTianjineco-cityIEC/SMBSEGinMay2013(SMB/5025/DC).IECSEG到SyC，scope,genericusecases,apossiblereferencearchitecture,roadmap，gapidentification，etc.Whitepaper:SmartCitiesThethreekeychallengesforcitiesEconomicsustainabilitySocialSustainabilityEnvironmentalsustainability-needSystemsapproach.addresscross-cuttingissues.areapparentlyIEC(electrotechnical)field2013年6月启动，2014年6月白皮书终稿，11月出版。

IEC智能城市研究建设2012年每公斤标准油对应的GDP（$/kg）2008比较（它国/中国）中国3.73.61日本8.98.12.4德国9.38.32.5世界5.551.5数据来源：产生同样的效益，中国的能源消耗是日本的2.4倍，是德国的2.5倍，是世界平均水平的1.5倍。换言之，如果中国的能源利用水平提高到世界平均水平，则GDP增加1倍，能源消耗只需增加33%。节能减排和提高能效节能减排和智能城市建设能源系统锅炉供热系统；冷水机组系统；热电系统；冷热电联供系统；热泵供能系统等。能源包括：燃煤；燃油；燃气；可再生能源（太阳能热水，地下水源热泵，地表水源热泵，污水源热泵，土壤源热泵。光伏发电，风力发电等）、生物质能系统等。智能能源/智能城市需要新的商业模式，产业政策突破，运营模式改变电力系统组织形式和电力市场改革：售电公司与电力服务商，管理协调区内的所有发电资源；燃气发电等分布式发电、屋顶光伏：除正常发电供电外，利用峰谷电价获取售电收益；需求响应服务：调整用电方式（降低用电、削峰、移峰填谷等）、储能技术、电动汽车充电；综合能源系统：冷热电三联供、垃圾发电与供热协调、屋顶光伏与太阳能光热协调等不同形式能源（电、热、冷）之间高效转化与综合利用，提升能源利用效率能源互联网技术；信息物理融合系统CPS发电与用电控制技术能源的综合利用，合理用能、科学用能、综合用能、集成用能先进的传感、电力电子技术、信息通信、监控系统与技术解决分布式能源、复杂多变负荷、多种能源的优化利用ISOTC268SC1－

SmartCommunityInfrastructures－

17October2012Jul.2013TR37150(Reviewofexistingmetrics,Gapidentifcation)2014TR37151(Metricsforsmartcommunityinfrastructures)IEC技术组织的特点（174个技术组织，其中95个TC和79个SC），IEC与ISO，ITU，CIGRE，IEEE和CENELEC等组织关联，7个战略工作组SGs。启动首个SyC：重点扩大IEC的影响，加强各TC的协调与合作，增强对新技术的引领；试行