胡学浩智能电网未来电网发展的态势课件

智能电网--未来电网发展的态势3/15/20231内容

国外智能电网研究和发展概况概念、定义和特征我国智能电网建设的基础条件和进展对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议3/15/20232内容

国外智能电网研究和发展概况概念、定义和特征我国智能电网建设的基础条件和进展对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议3/15/20233欧洲智能电网发展里程碑成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”提出智能电网愿景，制定（1）《欧洲未来电网的远景和策略》（2）《战略性研究议程》《战略部署文件》报告20052006各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇智能电网国外智能电网研究概况（3）TheSDDStrategicDeploymentDocument（1）EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform：VisionandStrategyforEurope’sElectricityNetworksoftheFuture

欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture欧洲未来电网的战略研究议程战略部署文件3/15/202353/15/20236“智能电网”是目前被大家普遍接受的术语和称谓“TheSmartGrid”,DOE,USA,20082008.11.11-11.13,中美清洁能源合作组织(JointUS-ChinaCooperationonCleanEnergy–JUCCCE-)，聚思--“SmartGrid”specialsession2008.11.18--中美绿色能源论坛–“SmartGrid”SpecialsessionSmartDistributionGrid:TheRoleofTechnology,toolsandTechniquesforadvancedAutomationandplanning—byS.S.Venkata,Univ.ofWashington,USA,--IEEEDLPTutorial,Dec.22,Beijing,China3/15/20237作为欧洲2020年及后续的电力发展目标，未来欧洲电网应满足如下需求:（1）灵活性(Flexible)，在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求；（2）可接入性(Accessible)，使所有用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用；（3）可靠性(Reliable)，提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求；（4）经济性(Economic)，通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。欧盟理事会在2006年的绿皮书(GreenPaper)《欧洲可持续的、竞争的和安全的能源策略》(AEuropeanStrategyforSustainable，CompetitiveandSecureEnergy)”强调，欧洲已经进入一个新能源时代，能源政策最重要的目标必须是供电的可持续性、竞争性和安全性。3/15/20239欧洲发展智能电网的驱动力（DrivingForce)（1）供电的安全性问题一次能源的缺乏、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变化保护自然（3）国际电力市场提供低廉的电价和提高能效进行创新和提高竞争能力有关垄断的规程修订3/15/202310（1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。（2）“电网智能化联盟”成员包括:

跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：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）由一系列的专家组成，受美国能源部的部分资助，从事制定建立未来电网架构的原则。（4）2005年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。

根据目前掌握的情况，还没有智能电网的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3/15/202311美国智能化实践最新成果国外智能电网研究概况AC2Boulder（伯德市）tobecomefirstSmartGridCity

3/15/202313内容

国外智能电网研究和发展概况概念、定义和特征我国智能电网建设的基础条件国网公司近期有关智能电网研究工作的安排对我国（我院）智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议3/15/2023142.概念、定义和特征定义（definition)以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。3/15/202315智能电网主要具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征(Characteristic)（要素KeyElements）：3/15/202317智能电网主要具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征（要素、要求）：（1）坚强（Robust）在电网发生大扰动和故障时，电网仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的停电事故；在自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。（2）

自愈（Self-Healing）具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，强大的预警控制系统和预防控制能力，自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。（3）

兼容（Compatible）能支持可再生能源的正确、合理地接入，适应分布式发电和微电网的接入，能使需求侧管理的功能更加完善和提高，实现与用户的交互和高效互动。3/15/202318智能电网主要具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征（要素、要求）：（4）经济(Economical)支持电力市场和电力交易的有效开展，实现资源的合理配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。（5）集成（Integrated）实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化的管理。（6）优化（Optimized）优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。3/15/2023193/15/202321国外专家认为未来智能电网技术应包括以下一些主要内容：先进的相量测量（PMU）和广域测量技术（WAMS）；先进的三维、动态、可视化调度技术；高级计量-无线、自动计量读数（Advancedmeteringinfrastructure—AMI）(Automaticmeterreading-AMR)；需求响应(DemandResponse)；(需求侧管理DSM)先进的配电自动化–高级配电运行(ADO)功能使“自愈”(SelfHealing)成为可能；分布式发电技术(DistributedGenerationorDistributedEnergyResources---DGorDER)电力储能技术(蓄电池、混合动力电动汽车-1kWh=5~6公里）等3/15/2023223/15/202323总体情况:国家电网公司组织开展的大电网安全关键技术研究、数字化电网关键技术研究、电力电子关键技术、特高压同步电网安全稳定运行关键技术研究等相关研究实践及“SG186”工程、电力通信建设、用户用电信息采集系统等都为建设我国智能电网奠定了坚实的基础。3/15/2023253142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的影响及对策研究基于LCM的电网规划方案评价研究新能源对电网规划的影响及对策研究节能减排下的电网规划研究区域电网协调规划研究考虑不确定因素的电网灵活规划方法研究基于预想事故集的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公司: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3/15/202326我国智能电网建设的基础条件1232006年4月，国家电网公司提出了在全系统实施“SG186工程”的规划。华东、华北、上海、浙江、江苏等多家电力企业已顺利通过国网公司建设示范单位验收。广域量测技术已大范围应用,状态监测技术正大力推进。电力通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化.信息化水平已初步达到建设智能电网的要求3/15/202329我国智能电网建设的基础条件123华东电网WAMAP系统，充分利用PMU的动态数据，面向调度运行，重点解决电网安全稳定性的在线监视、实时预警和在线辅助优化决策，率先在电网动态监视和控制领域取得了重大突破。

江苏大电网安全稳定实时预警及协调防御技术（EACCS）实现了电网精细化调度和智能化控制

华北电网有限公司5E工程，在可视化和运营管理辅助决策方面，对智能电网进行了有益的探索。自动化控制领域的技术研究走在世界的前列3/15/202330我国智能电网建设的基础条件数字化变电站研究成果已应用于工程实际华东、上海、山东、浙江、江苏以及南方电网等企业也先后开展了数字化变电站和数字化电网的建设工作，取得了一系列研究及应用成果。数字化变电站初步统计公司系统已有200多座数字化变电站投入运行，在数字化变电站研究和应用领域取得的成果，使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了一定建设智能电网的条件，对智能电网的发展将起到重大推动作用。

3/15/202331我国智能电网建设的基础条件用户侧管理、负荷管理控制系统等一系列应用在我国已取得一定成果，在江苏、上海等部分地区具有相当成熟的应用系统。无论从技术层面还是管理层面都积累了相当多的经验，但还未达到智能电网对用户大量参与电网互动的要求。双向信息交互与互动上积累了相当多的经验3/15/202332我国智能电网建设的基础条件配电领域智能化研究有待突破（1）分布式发电及新能源接入技术（2）储能技术储能技术对智能电网改善电能质量、提高风电接入效率起着重要作用。（3）定制电力技术

定制电力技术是提高用户供电可靠性和供电质量的重要技术手段，也是“智能电网”的重要支撑技术之一。公司研究开发并具有成功应用经验的有：动态电压恢复器技术（DVR）、固态切换开关技术（SSTS）；已经开展研究但还没有应用经验的DFACTS技术主要包括：配电系统静止无功补偿器技术（DSTATCOM）、有源电力滤波器（APF）技术。

（4）AMR的工作正在开展3/15/202333用电领域智能化应用研究正在积极探索（1）用户用电信息采集系统

2008年底，公司启动了电力用户用电信息采集系统建设，计划在3～5年内完成用户用电信息的“全覆盖、全采集、预付费”管理。目前在电力负荷控制系统、电力需求侧管理的技术方面具有一定的研究基础。当前欧美智能电网更加注重互动性和智能电表的应用，应该引起关注和研究。我国智能电网建设的基础条件3/15/202334电科院在智能电网技术方面的贡献和支撑作用(1)PMU、WAMS(2)FACTS技术：固定串补技术（FSC）、可控串补技术（TCSC）、静止无功补偿技术（SVC）、可控并联电抗技术（CSR）、静止同步补偿技术（STATCOM）、故障电流限制技术（FCL）等(3)调度自动化/数字化电网/数字化变电站(4)分布式发电(研究和生物质能发电技术)及新能源(风力发电)接入(5)储能技术(液流电池储能和超导储能)(6)通信技术(光纤通讯技术)(7)AMI(AMR)和需求侧管理研究(8)定质电力技术(如动态电压恢复器DVR）(9)SG186工程3/15/202335内容

国外智能电网研究和发展概况概念、定义和特征我国智能电网建设的基础条件对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议3/15/202336刘振亚：要积极推动坚强的智能化电网的研究和建设。虽然各国对智能电网的认识和理解并不统一，但利用现代信息技术、控制技术实现电网的智能化成为普遍的共识。我们要密切跟踪这一趋势，从中国国情和实际出发，在充分调研国际、国内智能电网研究和发展现状的基础上，统筹特高压电网发展和信息化企业、数字化电网建设等工作，按照安全可靠、清洁高效、自愈可调的要求，尽快研究提出以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的公司智能电网目标框架和技术路线，积极推进相关工作，加快构建国际领先、自主创新、中国特色的坚强智能电网。3/15/202337未来高质量的电力供应在中国国民经济的发展中其着越来越重要的作用，但要面临以下的挑战:(1)充分满足用户对电力的需求(2)确保电力供应的安全性和可靠性(3)提高电力供应的经济性及节能(4)满足环境保护的约束(5)保证电能质量(6)适应电力市场化和放松管制3/15/2023382020国家电网(示意图)NorthChinaSouthChinaNortheastTaiwanNorthwest陕北煤电陕北蒙西煤电II石家庄北京东济南豫北420280240460340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电330280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电170无锡南阳300170260150上海西北100杭北芜湖290440长沙荆州恩施乐山360300川西水电蒙西煤电IV天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电I宁夏煤电蒙西煤电III晋中煤电驻马店武汉沿海核电220270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480连云港沿海核电280160300晋中重庆300450晋东南煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电金沙江II期沈阳三峡地下电站上海西南安西永登拉西瓦白银兰州东西宁宁东官亭蒙西锡盟LegendAC500kV±800kVAC1000kVAC750kV张掖雅安西安东靖边蒙西煤电V400470400220260100晋东南煤电II300银川东哈密电厂哈密二、三厂×远东（俄）滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170雅江水电平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网×360温州280EastChinaCentralChinaTibetYunnanUHVAC连接北部和中部的输电走廊UHVAC将华北，华中和华东联在一起的同步电网包括UHVACandUHVDC的电网UHV期望的输电能力：200GW以上大约有20个UHVDC工程3/15/202339智能电网贯穿发、输、配、用全过程，通过智能电网的建设，电力系统各领域都将产生质的飞跃。优化的电厂选址鼓励可再生能源投资严格的排放管理有效的成本管理可靠经济的设备管理灵活的竞价策略发电优化的电网规划具有“自愈”特征的坚强电网安全、可靠、节能、经济的优化调度适应各种类型的发电资源更高的设备利用水平更低的传输网损可靠经济的设备管理更可靠的电力传输输电科学经济的配网规划自适应的故障处理能力更迅速的故障反应更可靠的电力供给更出色的电能质量可靠经济的设备管理支持分布式能源和储能元件与用户的更多交互配电更具竞争力的市场营销策略针对用户需求定制服务允许用户向电网提供多余的电力根据用户的信用控制电力的供给用电对智能电网研究和应用的建议3/15/202340智能电网架构体系我国智能电网的发展目标研究信息流与业务流的交融重构与创新研究功能体系研究技术体系研究信息体系研究运维体系、标准体系及评价体系研究对智能电网研究和应用的建议3/15/202341智能电网装备技术广域量测技术时间同步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

181816171515151413121198776555443321110对智能电网研究和应用的建议智能电网研究框架3/15/202342智能输电技术智能电网下大型可再生能源的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策功能的智能变电站技术输变电设备智能管理技术智能电网下的电力市场技术智能电网下的现代企业管理技术对智能电网研究和应用的建议智能电网研究框架智能电网下的电网规划技术3/15/202343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对智能电网研究和应用的建议智能电网研究框架3/15/202344配电网中智能电网技术开发主要包括以下几方面:(McDonnellGroup—SmartGridVisionMeetsDistributionUtilityReality)

(1)先进的表计基础设施（AdvancedMeteringInfrastructure）

包括智能表计系统开发和表计数据管理支持与用户间的双向通讯不但包括商业和工业用户，也应包括居民用户的市场信息采用自动化的计算机代理系统，与家庭的自动化系统相连，并能响应电价信息(2)配电及停运管理（DistributionandOutageManagement）

配电侧要节省费用和改善对客户的服务，其关键点在于配电管理系统（DMS）,因为它能对不利的

情况提供实时的响应，而对智能电网的要求是：A:软件系统（softwaresystem）必须提供自愈的功能，以便立即获悉电网扰动的信息并及时对它做出响应，以便使对客户的影响最小化B:智能电网要提供无缝的图像化接口，具有实时功能，将来自于各渠道的有关网络的信息，以动态系统拓扑模型的方式集成在一起C：

第一代的故障投诉（Trouble-call）型OMS系统，目前已在大多数电力公司中应用，但它要让位于智能化的DMS/OMS平台，因为它与AMI紧密联系，其接口方面要有新的创新型技术，以利于数据的上下传送和连接。通过将实时的DMS/OMS功能实施、遥测技术和集成安全性结合在一起，智能电网将成为真正的自愈电网。3/15/202345配电网中智能电网技术开发主要包括以下几方面：

(3)

配电和变电站自动化配电系统远远落后于输电系统，自动化的设备投切可减少运行人员对设备的手动操作，以便及时对网络结构进行变化，适应运行的要求。

(4)模拟和优化通过先进的模拟和优化技术，可使智能电网规划的更好，性能更加优越，智能电网的运行可以通过模拟器对实时条件进行模拟，从而可改进运行性能，以提高应对事故和灾害的能力。

(5)企业业务智能化企业的业务智能化是覆盖在智能配电系统技术之上的，通过这层，数据才能成为可操作的信息，以实现IT于运行之间的桥梁作用。不断增加模型的复杂性和基于人工智能的软件，有助于从数据中产生知识和效率。

3/15/202346高级计量体系AMI用户户内网HAN计量数据管理系统MDMS需求响应负荷控制远程开合分时电价（送到用户）自动读表AMR（按小时读表，远方编程，电能计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出）配电SCADA配电快速仿真与模拟DFSM高级配电运行ADODER运行高级配电自动化ADA高级保护与控制（带有高级传感器的）运行管理系统停运管理系统配电GISAC/DC微网运行新型电力电子装置变电站自动化高级保护高级输电网元件阻塞管理输电系统仿真与模拟高级的输电运行ATOISOEMS可视化输电SCADA，

WAMS输电GIS配电AAM基于条件（如可靠性水平）维护规划设计/建设资产利用输电AAM记录II.智能电网的技术组成与功能介绍中侧重AMI和ADO高级计量体系AMI用户户内网HAN计量数据管理系统MDMS需求响应负荷控制远程开合分时电价（送到用户）自动读表AMR（按小时读表，远方编程，电能计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出）配电SCADA配电快速仿真与模拟DFSM高级配电运行ADODER运行高级配电自动化ADA高级保护与控制（带有高级传感器的）运行管理系统停运管理系统配电GISAC/DC微网运行新型电力电子装置变电站自动化高级保护高级输电网元件阻塞管理输电系统仿真与模拟高级的输电运行ATOISOEMS可视化输电SCADA，

WAMS输电GIS配电AAM基于条件（如可靠性水平）维护规划设计/建设资产利用输电AAM记录II.智能电网的技术组成与功能介绍中侧重AMI和ADO3/15/202347智能用电技术用户门户技术智能表计技术用户电压调节技术用户电源和储能设备接入技术用户通信能源一体化技术对智能电网研究和应用的建议智能电网研究框架3/15/20234849杜克能源智能电网展望部署采用分块设计，以解决目前存的运营问题，同时，杜克公司也强调要按适应未来的技术发展和客户需求进行设计。手动计量每月读取

kWh

自动计量(AMR)单向或双向每月读取

kWh间隔数据基本盗窃检测停电/恢复检测先进计量设施(AMI)按需读取负载间隔可编程双向和净计量TOU,RTP,CPP定价选择要求的反馈

智能仪表固态平台综合通信综合断开开头>远程断开>远程连接电功质量数据>读取电压>读取电流>功率因数>频率>详细停电数据可远程编程可远程升级内部扩展端口>未来功能智能电网能源管理服务民用商用主体区网络网关PLC(例如LONWORKSRF(蓝牙)基于WEB应用要求的反馈预付载荷控制收入保护网络移动输入/输出分布载荷谱/工程相位平衡传输优化能源预测断电和GIS劳动力管理资产管理为未来建造设备3/15/202349智能电网发展的一些新趋势1）智能电网的概念大大扩展过去1-2年内，智能的核心定义已从“智能表计”到“智能电网”，即原先关心的主要是AMI（AdvancedMeteringInfrastructure),现在还要包括HANs(HomeAreaNetworks)，网络侧的应用（grid-sideapplication,e.g.,VARcontrol,automation),电力公司的未来功能（分布式发电如太阳能发电-PV，电动汽车EV）将demandresponse与AMI结合起来，也是一种趋势

3/15/2023502）HANs(HomeAreaNetworks)成为创新和投资的新热门demandresponse会大大地改变用户的行为，智能温度调节器、智能开关、智能用电器等的采用将吸引各种产品制造商参与进来客户有各种要求，可以通过demandresponse得到满足，要求电力公司具有各种增值服务3）电网侧的应用技术，如自动化技术、电压/无功控制技术、设备监视技术在智能电网的业务领域内变得越来越重要3/15/2023514）有些注意力已转向系统集成（systemsintegration):由于大量表计数据的接入和通过更为广泛和智能化的传感器网络来显示运行数据，系统集成势在必行5）不久将来注意力会转向一些特殊功能，智能电网将使其成为可能，如风电的接入（integrationofwind)、分布式太阳能发电（distributedPV)、热电联产(co-generation)、电动汽车（EVs）、分布式储能技术(distributedenergystorage)3/15/2023526）自开发AMI以来，前沿的通信技术的选择变得越来越复杂,在采用何种技术上有争议：宽带技术（broadband)、RF、PLC？（目前有利于RF）；是用3G、GPRS还是用WiMax?；是采用电力专用网还是利用公用通信网？；家庭里用的表计可能要被“数据服务器”代替以形成所谓的“虚拟表计”，并与家庭中的计算机相连，可实施HANs功能，还可传回用电度数给供电公司

(GPRS---GeneralPacketRadioService，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接)(WiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。该技术以IEEE802.16的系列宽频无线标准为基础)

7）由于有许多产品供应商，他们采用不同的技术和标准，AMI等产品的标准化和商品化将受到一定的制约8）智能电网技术的选择取决于目前电力公司正在采用的产品和技术的应用实际是否成功3/15/202353有关智能电网发展的一些基础性研究

--PSERC(powerSystemsEngineeringResearchCenter)1）输