智能电网相关技术体系课件.ppt

E-mail:,智能电网相关技术体系,太原理工大学2010-8-21,共60页,2,电网是关系国家经济命脉的的基础产业和公共事业，电网智能化可以促进再生资源的发展，实现节能减排的重要手段。随着科学技术的不断发展，现代电网迎来了发展与机遇并存的重要时期。一、为实现资源最优化的配置，提高全天候运行能力，满足能源结构的调整的需求，适应电力改革。二、输配电、发电、信息化、数字化等技术的进步为解决一系列问题提供了技术支持。因此，智能电网将成为电力工业的重要发展方向。,前 言,共60页,3,智能电网的构成与作用,共60页,4,建立统一坚强智能电网的目标,共60页,5,智能电网的优点,1.自动运行、预防性维修、自愈能力、停电减少，降低消耗，提高资源利用，可减少开支。2.减少停电和当地电力中断3.当扰动发生后恢复得更快4.自愈能力使电网更安全5.更好的实时监控和响应6.高品质的电力供应7.新选择，让用户管理他们的电力使用与成本8.一体化集成控制系统，电力电子和分布式电源的“即插即用”,共60页,6,智能电网标准化,坚强智能电网的是以特高压智能电网为骨干网架、各级电网协调发展为坚强网架为基础，以通讯信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含为电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级。实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，具有坚强可靠、经济性高、清洁环保、透明开放和友好互动内涵的现代电网。“坚强”和“智能”是现代电网的两个基本发展要求。“坚强”是基础，“智能”是关键，强调坚强网架和电网智能的高度融合，是以整体性、系统性的方法来描述现代电网发展的基本特征。,共60页,7,智能电网的特征,共60页,8,智能电网的特征,共60页,9,智能电网的特征,共60页,10,电力电子技术,测量和通讯设备,降低损耗的输配电技术,智能电网信息支撑平台,能源和储能技术,智能电网的一次与二次侧新技术,共60页,11,新能源发电,储能技术,风力发电,太阳能发电,清洁煤发电,各种新能源 和 储能技术,其它新能源,机械储能,电磁储能,电化学储能,相变储能,1、能源和储能技术,共60页,12,2、输配电技术,特高压输电技术：优点：减少占用输电走廊，改善电网结构，短距离、大容量输电，特高压交流更具优势,高温超导输电技术：高温超导电缆在节能等方面有巨大的应用前景，以后主要应用于远距离、大容量输电、为大城市和特殊场合供电,共60页,13,2、输配电技术,在智能输配电领域的应用,柔性交流输电系统应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、潮流等的灵活控制，将原来不可控的的电网输电环节变成全面可控的。,高压直流输电 目前主要研究和应用的热点是特高压输电技术，该技术具有模块化结构、标准化设计、建设工期短、结构紧凑、对环境影响小，对潮流及电压具有可控性。,共60页,14,在传统产业和节能方面 在电动机等传统领域，电力电子技术可以起到大幅度节能效果，因为其特点是开关控制，通态压降接近零，本身电耗小，与微机控制组成系统后，节能效果明显。,在工业电源系统系统中的应用 采用电力电子器件构成的各种整流、中频、高频电源取代了传统工业电源，具有节能、节省原材料的明显有点。,3、电力电子技术,在智能电网用电领域的应用,共60页,15,4、测量和通讯设备,先进的测量体系,先进的传感技术,电磁式传感器,光学传感器,光与测量系统（WAMS）,电网分析和监测功能,广域保护和控制功能,测量数据管理系统,测量设备,智能电表,用户家庭网络,二次侧方面新技术,共60页,16,5、智能电网信息支撑平台,电网测量侧,发电测量侧,需求测量侧,测量系统,家电控制、电能质量分析、防偷电、功率和用电量测量、实时电价处理、成本控制、自备电源检测等功能,主要用于监测发电厂的出力、设备状态、履约状况、煤耗和排放等,主要具有同步相位量、广域测量、动态设备监测、系统安全稳定等功能,测量系统的主要内容,共60页,17,5、智能电网信息支撑平台,通信系统的研究主要内容,通信方式的多样化，合理使用Internet、光纤、卫星、无线、传感器3G、网络等通信方式,精确的数据对时和同步能力,重视电磁兼容，降低对外部的辐射和电磁干扰,提高抵御外部通信干扰的能力,共60页,18,主要内容,2.智能电网的信息管理系统,3.智能电网的决策与控制,1.智能电网的调度模式管理,4.智能电网的用电管理技术,智能电网的管理和控制新技术,主要内容,共60页,19,1.智能电网的调度模式管理,管理调度模式,虚拟发电厂是指一系列分布式发电及可控负荷的集合，该集合由一个中央集控中心统一控制。,通过配电网建立单独的发电单元对重要负荷进行供电，这些发电单元与负荷及相应的配电线路组成一个相对独立的微型电网。,指通过采取有效的激励措施，引导用户提高用电效率，优化用电方式，在不影响正常需求的情况下，减少电力消耗和电能需求，达到保护环境和节约能源的目的。,虚拟发电厂,微电网,需求侧管理,共60页,20,1.智能电网的调度模式管理,虚拟发电厂可以分为两类，一类是商业虚拟发电厂（CVPP），另一类是技术虚拟发电厂（TVPP）。CVPP主要包括分布式发电资源的出力和费用，其目的是将小容量的分布式发电资源整合起来，参与电力市场交易。,TVPP是对本地分布式发电组合的费用和运行信息进行分析，构建能反映组合特性的虚拟发电厂模型，并负责向输电网络提供功率平衡及其他辅助服务。,虚拟发电厂,共60页,21,1.智能电网的调度模式管理,微网是指通过在配电网建立单独的发电单元对重要负荷进行供电，这些发电单元和负荷相应的配电线路组成的的相对独立的微型电网。微电网可以被看作电网中的一个可控单元，它可以在数秒钟内反映来满足外部输配电网络需求，对用户而言，微电网可因满足他们特定的需求，增加本地的可靠性，降低馈线损耗，保持本地电压，通过利用余热提供更高的效率，保证电压降的修正或提供不间断电源。它的两个重要特征是系统能量需求的设计理念和面向用户提共多样化的电能质量。,共60页,22,智能电网需求侧管包括能效管理和负荷管理 能效管理是指通过用户采用先进的技术和高效的设备提高终端用电效率，减少用电损耗，取得节约电量和减少排放的效果。负荷管理是指通过负荷调整技术改善用户的用电行为和用电方式，从而降低电网最大负荷，以减少系统装机容量，降低输电设备投资等方面的效益。,1.智能电网的调度模式管理,共60页,23,2.信息管理系统,智能电网中的信息管理系统应主要包括采集与处理、分析、集成、显示、信息安全5 个功能：1.信息采集与处理 主要包括详尽的实时数据采集系统、分布式的数据采集和处理服务、智能电子设备资源的动态共享、大容量高速存取、冗余备用、精确数据对时等。2.信息分析。对经过采集、处理和集成后的信息进行业务分析，是开展电网相关业务的重要辅助工具。,共60页,24,3.信息集成 智能电网的信息系统在纵向上要实现产业链信息集成和电网信息集成，横向上要实现各级电网企业内部业务的信息集成。4.信息显示 为各类型用户提供个性化的可视化界面，需要合理运用平面显示、三维动画、语音识别、触摸屏、地理信息系统(GIS)等视频和音频技术。,2.信息管理系统,共60页,25,2.信息管理系统,5.信息安全 智能电网必须明确各利益主体的保密程度和权限，并保护其资料和经济利益。因此，必须研究复杂大系统下的网络生存、主动实时防护、安全存储、网络病毒防范、恶意攻击防范、网络信任体系与新的密码等技术。,共60页,26,3.智能调度的控制和决策理论,控制与决策技术的新要求1）快速负荷和气象预测技术；2）快速安全稳定计算方法、判据和控制策略；3）高性能计算方法和设备，如并行计算、云计算、海量存储、系统容错等；4）快速仿真和建模；5）超短期潮流分析；,共60页,27,3.智能调度的控制和决策理论,6）故障定位；7）合理应用新型人工智能技术，比如分散 式智能代理、智能感知技术、自组织网络技术、虚拟现实技术等；8）开发个性化人机交互界面及其内核技术，融合多媒体、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、生物特征识别技术等；9）针对电网智能化展开电力规划的研究。,共60页,28,4.智能电网的用电管理技术,1.智能家用电器 智能电器是指在具有远动控制、远程维护、智能报警、自动升级的基础上，还可以实现家用电器和电网互动，可以接受实时电价信息，已达到合理使用电能，降低电费，提高使用效率的目的。,共60页,29,4.智能电网的用电管理技术,用户能量管理系统所面向的主要是用户侧，通过合理的调整用户侧的用电设备负荷以及用户自身的储备储能设备的充放电来适应电网负荷和电价变化，达到节能和减少开支的目的。其基本功能包括以下几个方面：1.数据获取功能2.用户能源管理功能3.数据分析功能4.遥控、遥调功能5.远程管理功能6.高级功能,智能电表,共60页,30,4.智能电网的用电管理技术,电动汽车接入大量电动汽车接入实际上相当于给电网安装了储能元件，丰富了电网的可控资源，对智能电网平衡由于大量不可控可再生发电有着重要作用。根据电池充放电技术，电动汽车的充电采用快速充电和机械充电。,电动汽车,共60页,31,2.关键技术领域,3.分布式的智能控制,1.主要技术上的挑战,4.智能电网实现的关键,智能电网所面临的关键技术和难点,共60页,32,1.主要技术上的挑战,1.海量数据分析和处理技术 现有的调度运行系统在海量数据处理方面缺乏经验，并且由于数据量过大，现有的数据挖掘和知识发现算法的计算速度通常较慢，难以满足电力系统的实时性要求2.智能电网调度和控制技术 由于分布式能源的和储能设备的大量接入，用户不再是单纯的用电环节，也可以参加系统的调度和控制。同时，在考虑电网的安全、优质、经济的前提下，还要考虑节能减排，提高能源转化率等更多的目标。,共60页,33,1.主要技术上的挑战,3.新能源接入带来的不利影响 风能、太阳能等可再生资源带来可观效益时，也给电网控制和运行带来巨大挑战，大量的接入，给电网功率平衡、电能质量、电压稳定带来不利的影响。4.智能电网信息安全问题 智能电网需要用户侧的信息大量接入，构建相对独立的电力专用网的投资过大，难以实现。因此，智能电网不可避免的面对来自因特网的攻击和病毒感染。,共60页,34,2.智能电网的关键技术领域,智能电网各个关键技术领域的系统集成，主要通过包括无线、光纤、电力线宽带(BPL)等所组成的IC 集成通信技术来实现。1.新系统元件 包括大量可再生能源发电和储能、高温超导输电、灵活交流输电(FACTS)、高压直流输电(HVDC)设备等。2.新型传感和测量技术，包括高级传感器、智能电表、在线监测装置、相量测量装置(PMU)、广域测量系(WAMS)等。,共60页,35,2.智能电网的关键技术领域,3.先进的控制方法 包括事件启动的快速仿真、故障隔离的网络重构、集中控制系统的协调、分布控制系统的自适应，以及量大面广的分布式智能控制等。4.高级界面 包括电网各控制结点之间、以及供需互动有关控制结点之间，为交互方便和安全保密所提供的可视化技术、加密技术和门户管理等。5.决策支持 并通过高级应用软件，在正常、紧急、和恢复状态下，向供需双方提供所需的决策支持。,共60页,36,2.智能电网的关键技术领域,上述是5 个关键技术领域的关系图，都分别具有程度不同的研发难点。但对全局影响较大的研发难点和热点，主要集中在先进的控制方法上。包括当代电网研发多年未果、智能电网尤需解决的事件启动的快速仿真决策、控制系统的协调和自适应，以及智能电网中量大面广的分布式智能控制。,共60页,37,3.分布式的智能控制,1）事件启动的快速仿真决策电网是一个快速反应的联动系统，为了评估事件可能引发的联动效应，及时提供决策支持，长期存在精确模型计算时间过长、简化模型精度不够的难题。因此，事件启动的快速仿真、成为当前的一个研发热点和难点。实现快速仿真的预测方法具有2 个研发方向：一是静态模型和动态特性相结合的分析计算，二是基于信号分析的实时直接测量推算。,共60页,38,3.分布式的智能控制,2）协调和自适应控制。对于发输配用一体化的智能电网，集中控制系统之间的协调和分布控制系统的自适应尤为重要，因而成为当前的又一个研发热点和难点。由于协调自适应控制突破静态模型与动态数据相结合的精确解，必须与知识工程的智能解相合，如进一步加上具有与具体任务有关的内部知识组成认知式Agent，即使通信中断或情况紧急来不及协调时，也可根据内部积累的知识作出自适应反应，充分体现Agent 的自主性。当前大多采用多智能体(Multi-Agent)技术。,共60页,39,3.分布式智能控制,3）分布式智能控制。当前配网的保护和控制配置方案不适应多分布发电源的接入，已成为广泛采用分布式发电的技术瓶颈，更不用说由于逆变装置并网而带来的诸多电能质量问题了。因此，为保证智能电网可靠和优化运行所需的分布式智能控制，自然成为一个新的研发热点和难点。表前表后智能设备的监控，同样需求助于分布式智能控制。当前分布式智能的研发方向，几乎毫无例外地采用以上所述的多智能体技术。,共60页,40,4.智能电网实现的关键,1.智能电网架构定义它是指组件的总体构成结构，组件之间的关系，其优点是：1.避免系统的重复建设，避免必要的私有系统和非标准的协议2.协调不同标准，便于标准集成与开发3.实现高度的信息共享和互操作性4.根据新需求的预测，制定合理的应对措施,共60页,41,4.智能电网实现的关键,2.智能电网互操作性互操作性对智能电网建设、集成、有效操作和互联网络的各个元件的双向通信都有非常重要的作用，标准化有利于对风电、太阳能和其他可再生资源接入电网、保持发电和出力平衡极有价值。3.电力混合控制论与先进能量管理系统 其主导思想是将智能电网可带来的多方面的价值用一系列指标构成的多指标集来衡量，然后将一切不满不满足多指标集的状态分类的定义为事件，通过控制使系统回归到无事件运行状态，则系统的 各项指标一定是足够满足。,共60页,42,智能电网的功能实现,智能线路,智能保护系统,智能变电站,智能需求侧管理,智能控制中心,共60页,43,1.智能控制中心,智能控制中心是现有的EMS、DMS、SCADA、虚拟电厂(virtual power plant)等技术的再升级和结合，主要具有以下功能：1）可视化互操作平台。该平台能利用多媒体技术显示潮流、电压、功角、稳定裕度、故障位置、变电站和线路运行、发电厂状态等信息，监视控制中心各功能模块，实现个性化信息披露，接收运行人员指令。2）预测功能。以高性能通信和信息处理为依托，与气象部门、水利部门等相关部门联合，实现信息的短时甚至超短时预测,共60页,44,1.智能控制中心,3）交易与调度功能。该功能包括数据管理、机组调度、电网协调、信息披露等。数据管理用于处理机组状态、电网拓扑、实时电网模型、预测参数、检修计划、电力交易基础数据等信息。4）快速安全稳定分析功能。该功能首先利用高性能量测和通信系统到得拓扑、潮流、频率、电压、设备实时模型等信息；然后据此进行状态估计和在线建模分析；最后确定当前系统的安全稳定性。5）智能保护整定。在智能电网中，将在快速安全稳定分析、实时网络拓扑和参数、实时负荷特性的基础上计算出母线、线路、变压器保护和安全自动装置的定值。,共60页,45,1.智能控制中心,6）预警报警与事故处理。根据紧急程度，智能控制中心将做出相应的预警(如稳定裕度不足、弱阻尼、备用不足、极端天气)、报警(如功率、电压、频率越限、失步、振荡、非主动解列、故障)和事故处理。7）虚拟电厂是将某个区域的分布式电源合并作为一个电厂参与电网运行，从而实现有效调度管理的技术。利用该技术能提高分布式电源的渗透率，吸引分布式电源参与电力交易和需求侧响应。8）镜像备用。在某些特殊情况下，控制中心可能失去部分或全部功能，因此有必要为控制中心的信息建立实时镜像，在紧急情况下用镜像取代原控制中心的功能。,共60页,46,2.智能变电站,智能变电站将整合变电站自动化、地理信息系统、SCADA 等技术，并兼容微网和虚拟电厂；能与控制中心实现高性能通信；在控制中心授予的权限范围内进行控制和建模。智能变电站主要具有4种能力：1）自治能力。变电站能在必要时调整AVR的定值以减小线损、提高电能质量和电压稳定性。智能检修是智能变电站的重要特点。此外，智能变电站还能实现预警报警、自动故障诊断和处理等功能。,共60页,47,2.智能变电站,2）实时建模能力。变电站能实时监测辖区运行状态，辨识设备和网络模型，从而为控制中心提供决策依据。3）协调能力。变电站应服从控制中心指令，因此应有专门的系统协调变电站自治和控制中心指令之间的关系。4）操作自动化。变电站能在微机的控制下取代操作人员进行倒闸、开闭地刀等操作。,共60页,48,3.智能线路,在智能线路中，基础设施技术水平将会提高，在线监控和智能检修会投入应用。1）基础设施。特高压、HVDC、VSC-HVDC、FACTS、高温超导等技术会更多地投入使用，从而使线路获得更高的输电容量。2）远程监控和智能检修。智能电网能实时远程监测线路上的电压、电流、功率、频率、覆冰、绝缘、污闪、植被、弧垂、杆塔应力、设备状态等；并利用相关信息实现状态检修，进行故障定位、自动融冰等操作。,共60页,49,4.智能保护系统,智能保护系统传统保护装置的定值大多采用人工现场设置的方式。而智能保护装置能实时接收控制中心的整定结果，从而更及时准确地配合电网的运行，并节省人力成本。此外，多代理技术也有望得到应用,共60页,50,5.智能需求侧管理,该功能融合了高级量测体系、微网、定制电力等技术。1）高级量测体系。该体系包括智能电表、通信、电表数据管理3 个系统.2）微网。微网技术是由分布式电源、负荷以及其他监控、保护装置组成的小型发配电系统，其中还可能包括换流器、储能设备等；既能并入大电网运行，也能实现孤岛运行。3）定制电力。利用电力电子装置等设备，根 据用户的差异化需求提供个性化服务。,共60页,51,智能电网的绩效评价体系,电网性能,可靠性电能质量,经济效益,社会效益,包括价格水平资产利用效率,环保安全生产,智能电网的绩效评价体系包括电网性能、经济效益、社会效益3 个方面,Email:,Thank You!,