智能电网关键技术与方案（冯庆东）.ppt

1、2020/8/6,1,智能电网关键技术与方案 冯庆东 中国电力科学研究院 2010年1月17日,2020/8/6,2,主要内容,国外能电智网研究和发展概况 概念、定义和特征 我国智能电网建设的基础条件和进展 智能电网技术标准体系 对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,2020/8/6,3,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 智能电网技术标准体系 对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,2020/8/6,4,美国电科院（EPRI）推动了“复杂交互式网络/系统”(CIN/SI）,1998,2001,2003,8.14之后,布什总统要求美国

2、能源部（DOE）致力 于电网现代化，DOE发布“Grid 2030”,DOE启动电网智能化(GirdWise）项目,2004,2005,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工程实践,2009,智能电网,EPRI又开始推动“Intelligrid”(智能电网）研究,美国智能电网发展里程碑,奥巴马将智能电网提升为美国国家战略,2020/8/6,5,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,2005,2006,各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪

3、的各种挑战和机遇,智能电网,（3）The SDD Strategic Deployment Document,（1）European Smartagrids Technology Platform ：Vision and Strategy for Europes Electricity Networks of the Future 欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略,（2）Strategic Research Agenda for Europes Electricity Network of the future 欧洲未来电网的战略研究议程,战略部署文件,欧洲智能电网发展里程碑,2

4、020/8/6,6,（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、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI等。 （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。,国外智能电网研究概况,智能电网研究机构,2020/8/6,7,在输电侧:目前有EPR

5、I、ABB、PJM等机构和企业开展相关研究。 PJM公司认为广域测量技术是保证大电网安全的重要手段，也是实现智能输电网的基础，因此PJM目前主要从同步相量技术和高级控制中心的研究建设着手开展智能输电网的工作。 在配电和用电侧:目前建设的智能电网主要有两个方面：智能电表和智能家电。 美国:Xcel Energy 公司在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，每年大约节省5亿里拉。 法国:将目前使用的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,2020/8/6,8,内容,国外智能电网

6、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 智能电网技术标准体系 对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,2020/8/6,9,2. 概念、定义和特征,定义（definition) 以物理电网为基础，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。,2020/8/6,10,坚强智能化电网体系架构,2020/8/6,11,坚强智能

7、电网的内涵,经济 高效,坚强 可靠,清洁 环保,友好 互动,透明 开放,1、坚强可靠的实体电网架构是中国坚强智能电网发展的物理基础,2、经济高效是对中国坚强智能电网发展的基本要求,3、清洁环保是经济社会对中国坚强智能电网的基本诉求,4、透明开放是中国坚强智能电网的发展理念,5、友好互动是中国坚强智能电网的主要运行特征,中国智能电网,2020/8/6,12,发电,六大环节,通信技术,信息技术,发展战略,三大支撑技术,输电,用电,调度,配电,变电,坚强智能电网建设的六个环节和三大支撑技术,2020/8/6,13,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

8、智能电网技术标准体系 对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,2020/8/6,14,3,1,4,2,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,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,2020/8/6,15,1,2,3,2006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

9、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,2020/8/6,16,1,2,3,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,2020/8/6,17,数字化变电站研究成果已应用于

10、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70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。,2020/8/6,18,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

11、了相当多的经验,2020/8/6,19,智能电网关键设备,但仍有一定的差距，需要进一步加大研制力度： （1）现有设备不能完全满足信息化、自动化、互动化要求，技术性能有待进一步完善和提升； （2）关键设备仍然缺乏，不能满足统一坚强智能电网建设的技术需求（如智能一次设备、大规模储能装置、智能电能表、统一潮流控制器等），需要加大研制力度。 大容量储能装置是需要重点突破的关键设备，国内还没有成熟产品。 （1）上海公司与中科院上海硅酸盐所联合研制大容量钠硫储能电池，已试制成功650Ah的单体电池和3.3kW钠硫单体模块。 （2）中国电科院与GE公司合作开发氯化镍电池储能，电科院正在测试GE单体电池。,2

12、020/8/6,20,10 kW 全钒液流电池已开发成功 100 kW全钒液流电池的集成和试验工作正在进行 应用特性试验正在进行,全钒氧化还原液流电池目前已取得的成果：,2020/8/6,21,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 智能电网技术标准 对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,2020/8/6,22,（1）主要任务 建立三个机制 工作组织、协调和监督工作机制 技术支持机制 互动沟通协调机制 出台两个纲领性文件 坚强智能电网发展规划纲要 坚强智能电网关键技术研究框架 制定试点方案 发电、输电、变电、配电、用电、调度、信息通讯 上海世博会、

13、风光储一体化、电网调度一体化、用电信息采集、智能化变电站、配电自动化,智能电网近期动态（续1）,2020/8/6,23,（2）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 已成立上海市电力公司-中国电力科学研究院智能电网联合研发中心,智能电网近期动态（续2）,2020/8/6,24,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

14、关心的主要是AMI（Advanced Metering Infrastructure),现在还要包括HANs(Home Area Networks)，网络侧的应用（grid-side application, e.g.,VAR control, 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demand response与 AMI结合起来，也是一种趋势 。 2） HANs(Home Area Networks)成为创新的新热点 demand response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

15、与进来 客户有各种要求， 可以通过demand response得到满足，要求电力公司具有各种增值服务。 3）电网侧的应用技术越来越重要 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 。,2020/8/6,25,智能电网可以用于插电式混合动力汽车或纯电动汽车。 主要采用嵌入式芯片技术,不论汽车在哪里充电，智能电网都可以辨认它，并把账单寄给车主。收费标准是根据充电的时间确定的，例如白天快速充电,夜间低谷集中充电。如果汽车断开充电，电网可以判断，按什么时间段收费，费用是最低的。电信网络就能识别它一样。经考察,在欧洲已经实现了。 问题: (电池是否统一规范生产

16、?如何保证安全？如何如何提高储能密度？如何降低成本？给电网带来哪些影响?配电网能否满足要求?),汽车电网技术Vehicle-To-Grid,2020/8/6,26,（1）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规范。 （2）IEC去年底筹建SG3“智能电网技术标准体系”战略组,4月下旬在法国召开了第一次会议,今年9月召开第二次会议。 （3）中国也派代表参加SG3的工作，互相交流，基本同步，资源共享。我们从今年5月份开始分9个专业工作组，组织180多人参与该项工作。,智能电网技术标准体系,2020/8/6,27,IEC智能电网技术标准

17、体系简介,IEC分通用技术领域和专业技术领域对智能电网技术标准体系进行了系统分析和研究。 通用技术领域包括：通信和安全。 专业技术领域包括：HVDC/FACTS；断电预防/EMS； 先进配电管理；配电自动化；智能变电站自动化； 分布式能源；高级计量（AMI）；需求侧响应和负 荷管理；智能家居以及和楼宇智能化；电能存储； 电动汽车；状态监测；电磁兼容；低压设备安装； 对象识别，产品分类，性能和文件；系统规划。 IEC的重要特征就是建立了智能节点的概念：终端设备既是设备，又是节点。系统也可以是一个节点。如：智能变电站系统就是智能电网的重要节点。变压器、智能电表、IED等都可以节点来看待。,2020

18、/8/6,28,美国国家标准与技术研究院（NIST）,美国国家标准与技术研究院（NIST）集中了1500多位专家、学者、有关单位和个人对智能电网互操作性标准进行研究，旨在协调、建立一个实现智能电网互操作性的技术框架，包括：各种协议和标准模型进行信息管理，以实现智能电网各设备和系统之间的互操作性。该项研究的主要成果是给出了制定互操作性框架的一张临时路线图。 该路线图描述了互操作性标准发展与协调的现状、问题和优先事项。报告还介绍了智能电网的高层结构，包括概念模型、构造原则与方法和网络安全战略。,2020/8/6,29,NIST智能电网技术标准体系概念模型,智能电网架构联盟GWAC（Grid Wis

19、e Architecture Council）将智能电网不同层次的互操作分为3个方面、8个层次，分别是： （a）技术方面（如何表示信息）：(1)基本连接、(2)网络互操作、(3)语法互操作； （b）信息方面（交换什么和意义）：(4)语义理解、(5)业务内容； （c）组织管理（管理电）方面:(6)业务流程、(7)业务对象、(8)经济/管理法规。 2009年4月，NIST确定了最初首批发布 16个标准，第二批又发布15个标准， 计发布31个标准。另有46个可能用于 智能电网。共计77个。,2020/8/6,30,IEEE P2030,IEEE P2030 Draft Guide for Smart

20、 Grid Interoperability of Energy Technology and Information Technology Operation with the Electric Power System (EPS), and End-Use Applications and Loads （IEEE P2030指南：能源技术及信息技术与电力系统（EPS）、最终应用及负荷的智能电网互操作性） 这是IEEE于2009年5月4日启动的新项目，将为智能电网，也就是电力网的IT驱动升级版制定标准与互操作性。 通过开放标准进程，IEEE P2030指南将为理解和定义智能电网互操作性提供一

21、个知识基础，帮助电力系统与最终应用及设备协同工作，为未来与智能电网相关的标准制定建立基础。 工作进展缓慢，中国可参考的内容不多。IEEE标准与中国标准差距较大。相比之下，IEC标准与中国标准差距较小。,2020/8/6,31,几点看法和建议,（1）“智能电网”技术是目前国内外有关未来电网发展趋势研究的一个热点，对此必须密切跟踪和深入研究。智能电网技术发展是一个渐进的过程，尽管我国许多专家和技术人员近期才使用这个术语，但某些相应技术早已开始研究和开发，而且在某些领域内已取得了一定的成果，特别是在输电领域中，如WAMS技术、数字化变电站技术、统一的数字化信息平台（SG186）等。 （2）鉴于中国经济和电力负荷的高速发展，能源和负荷分布不均，建议对发电、输电、配电、用电侧的智能电网技术继续高度关注，因为