智能电网与配电自动化.ppt

1、1,智能配电网与配电自动化,徐丙垠 山东理工大学电气技术研究所 山东科汇电力自动化有限公司 2009-11-18,2,智能电网基本概念,3,什么是智能电网?,智能电网（SG，Smart Grid）定义最早出自美国“未来能源联盟”智能电网工作组2003年的报告： 智能电网是集成了传统和现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统，具有更加完善的性能并且能够为用户提供一系列增值服务。 之后陆续有人提出各种智能电网的定义，尽管在具体的说法上有所不同，但基本含义与以上的定义是一致的。 智能电网是现代电网的代名词，是人们对未来电网的愿景。,4,SG是已有电力新技术应用的综合与升华,1

2、+12,智 能 电 网,传统输配电网,将通信、计算机、高级传感与测控、电力电子等新技术在输配电系统中的应用进行集成、融合、升华，提高供电质量与资产利用效率。,5,SG的新内容/1,新电网 （智能电网）,6,SG的新内容/2,新能源：可再生能源 应对全球气候变暖与实现可持续发展，迫切需要发展可再生能源发电。 可再生能源发电的大量并网给电网运行管理带来新挑战 可再生能源发电的间歇性、随机性特点，给电网功率平衡、运行控制带来困难。 分布式电源（Distributed Electric Resource，DER)的深度渗透，使配电网成为功率双向流动的有源网络。 新客户：电动车 充电时间可选，亦可在电网

3、需要时（如用电高峰）为其送电。 电动车快速发展，充电容量需求十分可观，为更好对需求侧进行管理（削峰填谷）创造了条件。,7,SG的新内容/3,新要求 对供电质量的要求提高：一些高科技数字设备要求供电“一刻”都不能中断。 对资产利用效率的要求提高：提高设备利用率，减低容载比，减少线损。 新技术 计算机与通信技术、传感与测控技术、电力电子技术、超导技术等。 这些新技术使智能电网成为可能,8,分布式电源在丹麦,1980年代的集中发电系统,今天的分布式发电系统,-摘自美国能源部“The Smart Grid：An introduction”，2008。,9,未来智能电网,-摘自欧盟“智能电网技术论坛”报

4、告，2005,10,智能电网发展前景,电力系统面临两个转变 由大机组集中发电的模式向集中发电与分布式发电相结合的方向转变 由供方主导的电网向用户参与的互动电网转变 智能电网不是一项具体的技术，它代表着现代电网建设的理念、目标，是对一切电力新技术应用的总称。 智能电网是电力系统发展的必由之路 智能电网技术还在不断地发展变化之中 全面实施智能电网建设目标还需一个相当长的过程,11,智能配电网概述,12,智能配电网（SDG，Smart Distribution Grid）是智能电网的重要组成部分 智能电网=智能输电网+智能配电网 智能电网与传统电网的区别在配电网上表现的更为明显,13,发展智能电网，

5、配电网是重点/1,配电网直接面向用户，是保证供电质量、提高电网运行效率的关键环节。 我国配电网投资相对不足，自动化、智能化程度远低于输电网。 在我国，配电网已成为制约供电质量与运行效率提高的瓶颈： 供电可靠性水平与世界先进水平有较大差距 目前用户停电95%以上是由配电系统原因引起的 导致电能质量恶化的原因主要在配电网 电网有一半以上的损耗产生在配电网 配电线路平均负荷率低于世界先进水平,14,发展智能电网，配电网是重点/2,智能电网的“新意”主要体现在配电网上 可再生能源发电（分布式电源)主要在配电网接入。 支持需求侧响应，实现与用户互动，创新用户服务的着眼点在配电网。,15,智能配电网的特征

6、/1,更高的供电可靠性 实时检测故障设备并进行纠正性操作，最大程度地减少电网故障对用户的影响。 自愈功能包括继电保护、重合闸、配网故障隔离等 在主网停电时，应用分布式电源微网（Micro Grid）保障重要用户的供电。 更高的电能质量 实现电压、无功的优化控制，保证电压合格率。 实现敏感用电设备的不间断连续供电 应用动态电压补偿器（DVR）保证线路故障与重合闸期间的供电 应用固态断路器实现双路供电电源的“0”秒无缝切换,16,智能配电网的特征/2,支持DER的大量接入 将DER与配电网有效集成，优化DER的利用，提高电网运行安全可靠性与运行效率。 DER能够即插即用（Plug and Play

7、) 支持与用户的互动 实现用电信息在供电企业与用户间即时交换，创新用户服务。 支持实时（动态）电价，让用户选择用电时间，更好地削峰填谷，适应分布式发电的间歇性特点。 支持用户自备DER并网 支持电动车的接入 选择低电价时段充电 可在电价高时向电网送电。,17,智能配电网的特征/3,提高电网资产利用率 合理控制潮流，减少线损。 提高负荷率，减少系统容载比，充分利用系统容量。 减少投资，减少设备折旧，使用户获得更廉价的电力。 能够对配电网及其设备进行可视化管理 实时采集电网及其设备运行数据 提供潮流、负荷、设备状态监测、电能质量、故障位置、停电范围等实时信息 解决配电网“盲管”问题 实现配网设备管

8、理、生产管理的自动化、信息化 自动化系统高度集成、深度融合,18,智能配电网的主要技术内容/1,调度自动化（EMS) 变电站自动化：数字化变电站 配电网（中低压电网）自动化 运行自动化： 配电SCADA、 馈线自动化（ FA，故障定位/隔离/自动恢复供电） 电压无功控制、 虚拟发电厂（VPP，Virtual Power Plant）：DER调度管理 管理自动化 配电GIS（地理信息系统）：设备管理、检修管理、停电管理（OM, Outage Management） 、作业（工作票）管理,19,智能配电网的主要技术内容/2,用户自动化 高级量测体系（AMI，Advanced Metering In

9、frastructure)：支持双向通信、智能读表、用户能源管理（需求侧管理DSM）、家庭自动化 客户信息系统（CIS） 电话呼叫管理（TCM, Trouble Call Management） 分布式电源并网技术 有源网络（Active Network）：分布式电源深度渗透、潮流双向流动的网络。 微网技术（Micro Grid）：微网是接有分布式电源的配电子系统，可在主网停电后独立运行。,20,智能配电网的主要技术内容/3,柔性交流配电技术（DFACTS） 定制电力（Custom power)：应用电子电力设备实现电能质量的改善与控制，为用户提供电能质量满足其特定需求的电力。 定制电力设备：

10、静止无功发生装置（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）、有源滤波器（APF）、动态电压恢复器（DVR）、固态断路器（SSCB）。 统一潮流控制（UPFC） 故障电流限制器 超导故障电流限制器 基于电力电子器件的故障电流限制器,21,分布式电源并网技术,22,什么是分布式电源？,分布式电源（DER，Distributed Electric Resource）：分布式发电装置+分布式储能装置 分布式发电（DG，Distributed Generation） 小型的、直接联到配电网上的、一般向当地负荷供电的发电方式。容量在50MW以下 。 分布式发电技术：微型燃气轮机、小水电、风力发电、太阳能

11、发电、生物质发电 分布式储能装置 分布式储能装置是指模块化、可快速组装、接在配电网上的电能存储与转换装置。 分布式储能技术：UPS电源、燃料电池、电力蓄热/蓄冷、电动汽车,23,分布式电源供电的作用,提高供电可靠性。 在电网崩溃或发生地震、暴风雪、人为破坏、战争等意外灾害情况下，维持重要用户的供电，避免大面积停电带来的严重后果。 起停方便，调峰性能好，有利于平衡负荷。 投资小、见效快。 减少、延缓大型集中发电厂与输配电系统投资，避免大型发电厂建设的投资风险。 减少传输损耗。,24,分布式发电的发展,美国法律要求各电力公司必须接受用户的小型能源系统 2006年，丹麦分布式发电装机容量达到总装机容

12、量的53%，芬兰、德国、荷兰、捷克等国在38%以上。 我国分布式发电的发展相对滞后。 2005年初颁布了“可再生能源法”，将极大地促进分布式发电在我国的发展。 成本过高是制约分布式发电（主要是可再生能源发电）发展的主要原因,25,分布式电源并网方式,DG接入变电站母线,DG接入配电线路,26,分布式电源并网技术问题/1,电压问题 DG启停的影响 DG供电间歇性的影响,27,分布式电源并网技术问题/2,继电保护问题 引起线路保护误动或拒动 影响备自投 DG供电残压影响电压检测 非同期合闸危害DG安全 主网脱离形成运行孤岛，危害系统运行。 发电量与负荷不平衡，供电质量没有保证。 影响故障熄弧 不同

13、期合闸冲击电流危害DG安全 孤岛部分系统失去接地的中性点，存在过电压隐患。 DG并网必须装设孤岛保护：可利用频率、电压、电压相位的变化检测孤岛。,28,分布式电源并网技术问题/3,DG供电电流抬高M点电压，使保护感受到的电流减少，可能导致其拒动。,相邻线路故障时，DG提供的短路电流可能导致保护误动。,分布式电源导致保护不正确动作,29,分布式电源并网技术问题/4,B,1,B2,B,4,B,5,110 kV,220 kV,Substation,B3,CB1,CB2,孤岛,DG,B,7,B,6,孤岛运行示意图,30,分布式电源并网技术问题/5,短路电流增加 可能超出线路设计热稳定容量 可能超出断路

14、器设计折断容量 电能质量问题 分布式电源的投切引起暂态电压变化 谐波 分布式发电间歇性输出的影响 稳定问题 一般不会对系统稳定造成影响 电力系统出现稳定事故时，频率下降使分布式电源断开会造成事故恶化。,31,分布式电源并网技术问题/6,对电网规划的影响 难以掌握DG装机情况，对负荷增长进行准确地预测。 对电网运行管理的影响 DG发电的间歇性给发供平衡带来困难 调度管理、潮流控制更加复杂 配电设施停电检修安排困难 对电网经营影响 如何分担并网成本？ DG造成主网少供电，如何消化建设成本？,32,DER“即接即忘”式并网,目前，DER接入采取“Connect and forget(即接即忘)”的原

15、则 将DER看成“负的负荷”，电网规划时不考虑其影响。 对电压分布、短路容量、继电保护、电能质量无实质性影响 不改变现有保护控制、运行管理方式 并网技术要求 接入容量作出限制，如不超过最大负荷的10%。 DER配备孤岛保护 注入谐波不超标,33,有源网络,指分布式电源大量应用、深度渗透的配电网 DG对系统规划、保护控制与运行的影响不能忽略 采取积极接入原则，不硬性限制DG容量 以有利于可再生能源足额上网、节省整体投资为原则 系统的规划设计可以考虑DG的备用作用 需要采取的技术措施 自动电压控制 潮流控制 短路电流限制 继电保护措施 需求侧管理措施,34,微网技术/1,微网（Micro Grid

16、）：指接有分布式电源的配电子系统，可在主网脱离后孤立运行，维持所有或部分重要用电设备的供电。 微网是一个预先设计好的孤岛，能够在主网脱离后正常运行。,35,微网技术/2,主网侧,微网示例,36,微网技术/3,微网较好地解决了DER大量接入与不改变配电网现有保护控制方式之间的矛盾。 仅在PCC点与大电网连接，避免了多个DER与大电网直接连接。 微网中DER主要用于区域内部负荷的供电，不向外输送或输送很小的功率，使得大电网可以不考虑其功率输出的影响，继续采用“既接既忘”的并网方法。 微网的作用 提高供电可靠性 更好地发挥分布式电源（分布式发电与储能装置）的作用 更好地进行需求侧管理,37,配电自动

17、化及其与智能配电网的关系,38,配电自动化（DA-Distribution Automation)指利用现代计算机、微电子、网络及通信技术，实现配电网的运行监控及管理的自动化、信息化，以保证配电网的安全经济运行，提高供电质量及生产管理效率。 配电自动化是关于现代信息技术在配电网监控与管理中应用的技术,配电自动化的定义,39,DA技术内容（广义）,变电站(35/110kV)自动化/调度自动化（EMS） 配电网（中低压电网）自动化 运行自动化：配电SCADA、配网（馈线）自动化。 管理自动化：设备管理、检修管理、停电管理、工作票管理 用户自动化： 自动读表（AMR） 客户信息系统（CIS） 电话呼

18、叫管理（Trouble Call Management,TCM),40,通常意义上的DA技术内容,配电网（中低压电网）自动化 配电网运行自动化：SCADA、FA 配电网管理自动化：配电GIS 用户自动化 自动抄表：AMR 用电管理：CIS 电话投诉：TCM,41,配电自动化系统,WAN,供电企业信息集成,DA系统,42,SDG vs. DA /1,SDG与DA共同点： 都以现代测控、通信与信息技术为手段 智能电网涵盖配电自动化的所有功能 智能电网具有配电自动化的所有作用,43,SDG vs. DA /2,SDG的不同之处： 支持DER的大量接入、深度渗透 自动抄表（AMR）发展为智能读表技术，

19、即高级量测体系（AMI）。 包含微网技术 强调系统接口的标准化与开放性，实现自动化与信息系统的深度融合、有效集成。 包含一次技术 定制电力/DFACTS 故障电流限制器 要求一次、二次系统的协调 采用更加灵活（如网格式）结构，更好地支持自愈功能。 利用高级量测与自动化技术，提高设备容量利用率，减少一次投资。,44,SDG vs. DA /3,45,高级配电自动化（ADA）的定义,高级配电自动化（ADA，Advanced Distribution Automation)是配电网革命性的管理与控制方法。它实现配电网的全面控制与自动化并对DER进行集成，使系统的性能得到优化 。 -摘自美国电科院（E

20、PRI）研究报告,46,ADA技术内容,ADA是智能配电网中的配电自动化 ADA技术内容 配电网运行自动化 配电网管理自动化 在智能配电网中，用户自动化内容更为丰富、完善，宜作为一个相对独立的技术领域对待。,47,ADA vs. DA,ADA是传统DA在智能电网中的发展。 ADA包含传统DA的配电网运行与管理自动化的功能与作用 ADA的新发展主要体现在： 支持分布式电源的调度管理：虚拟发电厂技术（VPP） 分布式智能控制、广域保护 系统功能、接口、数据模型与通信服务高度标准化 终端设备即插即用 自动化系统无缝集成,48,关于我国的配电自动化工作,49,我国DA应用存在的问题,总体来说，DA应用

21、水平还不够高: 实用化程度差 自动化信息孤岛 发挥的作用不明显 问题的原因： 一些地区配电网网架以及基础管理工作薄弱，不具备应用DA的条件，存在“超前建设”现象。 有些系统功能结构规划不合理、设备质量不过关。 一些供电企业不重视DA的应用，系统管理维护工作没跟上。,50,我国DA将迎来新一轮大发展,我国经济社会发展对供电质量提出了更高的要求 业界对配电自动化认识进一步提高 智能电网的兴起，推动了DA的发展。 南网将在15个大城市推广DA 国网公司正在积极规划，推动DA应用。,51,对开展DA/ADA工作的建议/1,提高建设DA必要性的认识。 DA的主要作用是提高供电可靠性，减少社会停电损失。

22、DA在一些发达国家与地区大面积推广的根本原因是府电力监管机构对供电可靠性做出了法律上的硬性规定 中华电力公司（CLP）为满足政府供电可靠率提高40%的要求，全面应用DA。 丹麦电力公司Dong Energy为满足政府对平均停电时间与次数要求，应用快速故障自愈技术。丹麦将超过1分钟的供电中断统计为一次停电。 离开提高供电可靠性这一目标，仅从供电企业自身工作需要与经济效益出发，无法论证DA投资必要性与合理性。,52,对开展DA/ADA工作的建议/2,把握好实施DA应具备的条件： 本地区社会经济发展到了一定水平，对供电可靠性有着很高的要求。 一次网架与一次装备满足实施DA的要求 供电可靠性已达到一定

23、水平（如用户年平均停电时间已降至5小时以内），且故障停电在总停电时间里占到一定比例（如三分之一以上）。 基础管理工作达到一定水平 拥有一只高素质自动化人才队伍,53,对开展DA/ADA工作的建议/3,明确DA建设目标 关键是给出供电可靠性改进量化指标 停电时间减少目标 停电次数减少目标 供电恢复时间减少目标 供电可靠性改进目标对DA设计方案有着决定性的影响 选择哪些站点（开关）进行监控 被选站点的监控方式，即是否需要进行遥控。,54,对开展DA/ADA工作的建议/4,确保系统的实用化 合理规划系统功能：初期建设目标确保DSCADA、馈线自动化这两个基本功能，慎选潮流分析等高级应用功能。 合理规

24、划系统采集的数据量与上报频率，减少系统数据处理容量。 选择质量过硬、标准化程度高的终端设备，减少系统安装与管理维护工作量。,55,对开展DA/ADA工作的建议/5,解决好小电流接地故障定位问题 已有DA系统都不具备小电流接地故障定位功能，影响系统作用的发挥。 小电流接地故障定位技术已经成熟，成功率可达95%以上。 利用故障暂态信号的方法（暂态法）：通过比较故障点两侧暂态零序电流波形的极性或相似性实现定位 中性点投入电阻法 注入信号寻迹法,56,暂态接地电流特点： 暂态电流远大于稳态电容电流。暂态最大电流与稳态电容电流之比，可达到几倍到十几倍。 暂态最大电流值与故障时电压相角有关。一般故障都发生在电压最大值附近。 暂态电流值不受消弧线圈的影响。,57,小电流接地故障暂态零序电流的分布,58,对开展DA/ADA工作的建议/6,加强管理维护工作