智能电网论文.doc

毕 业 设 计(论文)智能电网技术及应用现状题 目系 别电力工程系专业班级学生姓名 指导教师 #年#月智能电网技术及应用现状摘要针对目前电力运行环境的日趋复杂、电力体制改革的不断前进、电力市场的逐步行成、现有的电力设备亟待更新、能源利用率低、电能质量差、用户与电网公司交互作用少等诸多问题，讨论了适合中国电网情况的智能电网的定义，智能电网技术的国内外研究现状以及发展智能电网对中国的重要意义。本文总结出了智能电网自愈、互动、优化、兼容、集成五大特点，概括出了智能电网和传统电网的区别，并详细介绍了构成智能电网的四大体系和建立智能电网的两大基础。指出智能电网的实现需要加强基础技术和功能实现 2 方面的研发：基础技术主要包括电力设备、量测和通信设备、信息管理系统、决策与控制理论4个方面；功能实现则主要包括智能控制中心、智能变电站、智能线路、智能保护系统、智能需求侧管理5个方面；在总结现有的储能技术的基础上，针对储能技术在电网侧、用户侧和新能源发电中等 3 个不同的主要应用场合，对其应用规划和效益评估方法进行研究和归纳。关键词：智能电网；分布式发电；智能电表；储能 STUDY ON THE DEVELOPMENT AND TECHNOLOGY OF SMART GRIDAbstractFor the current situations that electrical power operation environment is more complex, the power organization reform constantly, the electricity market is formed step by step, the current electrical equipment is outdate, and for the so many problems that low energy efficiency, poor power quality, less interaction between customers and power grid company, this paper defines the smart grid that is suited to China's power grid situation, the present research status of smart grid home and abroad as well as the practical significance of developing smart grid in China are summarized. It summarizes five features for the smart grid such as self-healing, interactive, optimization, compatibility, integration and the differences between smart grid and traditional grid, and then introduces the four systems of smart grid and two foundations before building the smart grid. It is pointed out that to implement smart grid it is necessary to strengthen the research and development in two respects, i.e., the basic technologies and realization of functions. Basic technologies for smart grid mainly contain four issues, namely power equipments, measurement and communication devices, information management system, decision-making and control theory; the realization of functions mainly contain five issues, namely smart control centre, smart substations, smart transmission and distribution lines, smart relay protection system and smart demand side management; the existing energy storage technologies were plotted out to the three different main application occasions with utility side, user side and renewable energy generation. The application planning and benefit assessment methods were studied and summarized.Keywords: smart grid; distributed generation; smart meter; energy storage目录智能电网技术及应用现状I摘要IABSTRACTII1绪论11.1 论文研究的背景和意义11.2 智能电网的概念及特征11.3 智能电网发展现状21.4 智能电网与目前电网的区别42智能电网的体系及功能实现62.1 智能电网的体系62.1.1 高级计量体系62.1.2 高级配电运行体系62.1.3高级输电运行体系72.1.4 高级资产管理体系92.1.5 智能电网的基础设施92.2 智能电网的功能实现102.2.1 智能控制中心102.2.2 智能变电站112.2.3 智能线路112.2.4 智能需求侧管理123智能电网的发展及存在的问题133.1 分布式发电在智能电网发展中的作用133.1.1 分布式发电的概念及相关内容133.1.2 分布式能源143.1.1 分布式发电在智能电网中的作用153.2 储能技术在智能电网中的应用163.2.1 储能技术的类型163.2.2 储能技术在智能电网中的应用规划183.2.2 储能技术在新能源中的应用规划183.2.3 在用户侧的应用规划203.2.4 储能技术在智能电网中应用的结论与展望203.3 智能电网存在的问题及相关解决措施213.3.1 智能电网存在的问题213.3.2相关解决措施22结论24参考文献25致谢271绪论1.1 论文研究的背景和意义随着以特高压为骨干网架和以各级电网为分区的中国特色电网的形成，风力发电、太阳能发电、燃料电池发电等分布式可再生能源发电资源数量的不断增加，电力网络跟电力市场、用户之间的协调和交换越加紧密，电能质量水平要求逐渐提高，传统的电力网络以及控制措施已经难以支持如此多的发展要求1。为此，我国提出了发展坚强智能电网的设想，实现对传统电网的升级换代以及电网运行、控制新思路的改革，同时也为中国电力市场的真正形成打下良好的基础。我国随着江苏沿海大开发的迅猛推进，盐城地区的风力发电、光伏发电等新能源产业发展迅速，其接入以及正常运行对电网的影响日益显现，电网面临着巨大挑战和机遇。一方面，电网需要应对日益严峻的资源和环境压力，实现大范围的资源优化配置，提高全天候运行能力，满足能源结构调整的需要，适应电力体制改革；另一方面，输配电、发电、信息化、数字化等技术的进步也为解决这一系列问题提供了坚实的技术支持。由此智能电网成为现代电力工业发展的方向。2009年举行的特高压输电技术国际会议上提出，到2020年，我国将全面建成统一的坚强智能电网2-3。智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。协调发展不是单个系统的事情，而是一种“整体性”、“综合性”和“内生性”的同步发展的聚合，可持续发展已成为国家、城市、产业和企业等共同追求的目标。协调发展是可持续发展首要的基础和前提性因素，是可持续发展的动因和手段。更加适应高度市场化的电力交易的需要，更加适应客户的自主选择需要。为此不同的国家和组织都不约而同地提出要建设具有灵活、清洁、安全、经济、友好等性能的智能电网，将智能电网视为未来电网的一个发展方向。尽管智能电网的研究与实践尚处于起步阶段，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿望，必将进一步推动电力工业的变革与进步。智能电网能够实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，全方位地支持和促进全国范围的资源优化配置以及新型能源发展方式和新型电能利用方式的进步4。1.2 智能电网的概念及特征1智能电网概念：由于发展环境和驱动因素不同，不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式来理解智能电网，对智能电网进行研究和实践，各国智能电网发展的思路、路径和重点也各不相同。因此智能电网概念本身也在不断发展、丰富和明晰中。总的来说，智能电网指的是电力输配系统综合传统的和前沿的电力工程技术、复杂的感应和监控技术、信息技术和通讯技术以提高电网运行效率并支持客户端广泛的附加服务的新型电网。智能电网在广义上包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量系统以及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统5-6。针对我国电力需求持续高速增长，电力资源和用电负荷分布极不均衡，输电过程损耗大，能源利用率低等多方面因素，我国将电网建设为以特高压为骨干网架，各级电网为分区的具有中国特色的电网。特别是特高压输电，它具有输电容量大、送电距离长、线路损耗低、工程投资省、走廊利用率高和联网能力强等特点，是输电技术的重要发展方向，对推动世界电力工业的创新发展具有重要意义。因此特高压的发展是建设智能电网的重要前提，本文提出的智能电网正是以特高压为网络实体基础的坚强智能电网7。2 智能电网的特征根据智能电网具有的灵活性、易接入性、可靠性、经济性等多方面优点，将智能电网的主要特征归纳为：（1）自愈：对电网的运行状态进行连接的在线自我评估，并采取预防性的控制手段，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；故障发生时，在没有或者少量人工干预下，利用分布式电源等设备自动进行恢复，能够快速隔离故障、自我恢复、避免大面积停电的发生。（2）互动：系统运行与批发、零售电力市场实现无缝连接，支持电力交易的有效开展，实现资源的优化配置；同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理，从而提升电力系统的安全运行水平。电网将使得用户可以更好地控制自己的用电设备/装置，无论是家庭用户还是工商业用户。电网将与智能建筑物的能源管理系统相连以帮助用户管理其能源使用并减少能耗开销。（3）优化：实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化，合理地安排设备的运行与检修，提高资产的利用效率，有效地降低运行维护成本和投资成本，减少电网损耗。电网将在自然状态和计算机状态下更安全，新技术的配置将可以更好地识别和应对人为的和自然的侵害。（4）兼容：电网能够同时适应集中发电与分散式发电模式，实现与负荷侧的交互，支持风电等可再生能源的接入，扩大系统运行调节的可选资源范围，满足电网与自然环境和谐发展。标准化了的电力和通讯的界面接点将使得用户可以接连燃料电池、可再生能源发电及其他分散的电源，并以简单的“即插即用”方式来实现。（5）集成：通过不断的流程优化、信息整合、实现企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务的继承，形成全面的辅助决策支持体系，支撑企业管理的规范化和精细化，不断提升电力企业的管理效率8。1.3 智能电网发展现状1 国外的发展现状2006 年，美国 IBM 公司与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电网，优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电，消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。2009 年 2 月，IBM 与地中海岛国马耳他签署协议双方将建立一个“智能公用系统”，以实现该国电网和供水系统的数字化，其中包括在电网中建立一个传感器网络。IBM 将提供搜集分析数据的软件，帮助电厂发现机会，降低成本及碳排放量。谷歌已宣布了一个与太平洋煤气和电力公司(PG&E)的测试合作项目。2008 年 9 月，谷歌与通用电气对外宣布共同开发清洁能源业务，核心是为美国打造国家智能电网，同时强调，21 世纪的电力系统必须结合先进的能源和信息技术，而这正是通用电气和谷歌的优势领域。2009 年2月10日，谷歌表示已开始测试名为谷歌电表(Power Meter)的用电监测软件。该公司还向美国议会进言，要求在建设智能电网时采用非垄断性标准。2009年1月25日，美国白宫最新发布的复苏计划尺度报告宣布：将铺设或更新3000英里输电线路，并为4000 万美国家庭安装智能电表。美国还将集中对落后的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网，逐步实现太阳能、风能、地热能的统一入网管。美国能源部西北太平洋国家实验室正在协助建立电网智能化联盟并进行实地示范，如近期完成的高级需求响应网络太平洋西北电网智能化试验台。在该项目中，通过英维思控制器(Invests Controls)将家庭网关设备连接到装有 IBM 软件的新型高级仪表和可编程恒温器上，将 112 个家庭与实时电力价格信息联系起来。最终结果表明，参与者节约了约 10%的能源费用，并且需求响应良好。加州已完成第一阶段试验性200 万户小区先进电表系统(advanced metering infrastructure，AMI)的安装，初步分析显示，节省电力可达 16%30%。2006 年欧盟理事会的能源绿皮书欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略明确强调，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向9。目前英、法、意等都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利的有关电网 2001 年已经率先实现了智能化。文献10提到，法国电力公司日前正在美国诺福克试验一种特动态能源储存系统，它有助于电网协调来自北海的间歇性风电，法国电力公司同意与瑞士 ABB 公司之间的交易，即使用 ABB 公司 SVCLight 的“聪明电网”技术。该系统将使用高技术的锂离子电池和超导体电力晶体管均衡连接风电场的配电网络负荷。ABB 称该系统将储存风电多余电力在高峰时期使用。该项目是个协作研究、发展和示范项目。2 国内研究现状虽然我国还没有从国家层面制定智能电网的发展战略，但在很多方面的研究成果已经为发展智能电网奠定了一定的基础。华东电网公司于 2007 年在国内率先开展了智能电网可行性研究，并设计了 20082030 年“三步走”的行动计划，在 2008 年全面启动了以高级调度中心项目群为突破的第一阶段工作，以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网规划体系、建设企业统一信息平台为4条主线，力争到2010年全面建成华东电网高级调度中心，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。2009 年 2 月 28 日，作为华北公司智能化电网建设的一部分华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组验收。这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。此外，该系统通过搭建并网电厂管理考核和辅助服务市场品质分析平台，能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。在输电网建设方面，2006 年底交流特高压示范工程奠基，2008年8月正式建成投运。在控制系统新技术方面，由中国电力科学研究院等单位承担、周孝信院士担任首席科学家的国家973 计划项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”研究人员开展了基于智能和专家系统的电力系统故障诊断和恢复控制技术研究，为智能型的电力系统动态调度与控制提供了基本的分析工具，开发成功电网在线运行可靠性评估、预警和决策支持系统平台，为新的智能化电网运行控制开发提供了系统的研发平台。国家电网公司推行了 SG186 一体化平台建设，山东、浙江、江苏、上海等各省(市)电力公司都在积极推动用电信息采集系统、营销业务系统信息化建设等项目，并取得了突出成果。在可再生能源发电方面，国家也启动了多项863 高技术研究发展计划项目，在“十一五”期间，在三大先进能源技术领域设立重大项目和重点项目，包括：以煤气化为基础的多联产示范工程，MW级并网光伏电站系统，太阳能热发电技术及系统示范等项目11。1.4 智能电网与目前电网的区别从宏观上看，与传统电网管理运行模式相比，智能电网是一个完整的企业级信息框架和基础设施体系，它可以实现对电力客户、资产及运营的持续监视，提高管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平。传统的电力分配方式，类似于经济学上的计划经济，电力资源没有被合理配置，造成能源和财富的损失，而智能电网将基本杜绝此类的浪费，它会把暂时不用的电卖给其他需要电力的人，供或需都由电力资源市场决定。从微观上看，与传统电网相比，智能电网进一步优化各级电网控制，构建结构扁平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系结构，通过集中与分散相结合，灵活变换网络结构、智能重组系统结构、最佳配置系统效能、优化电网服务质量，实现与传统电网截然不同的电网构成理念和体系。智能电网的和目前电网的具体区别如表1所示：表1-1：智能电网与目前电网区别特征目前将来激励/包括电 力用户电价不透明，缺少实时定价，选择很少。充分的电价信息，实时定价，有许多方案和电价可供选择提供发电/储能集中发电占优，少量 DG，DR，储能或可再生能源。大量“即插即用”的分布式电源补助集中发电。使市场化成 为可能有限的趸售市场，未很好的集成。成熟，健壮，很好的趸售市场。满足电能质量需要关注停运，不关心电能质量。电能质量需保证，有各种各样的质量/价格方案可供选择。优化很少计及资产管理。电网的智能化同资产管理软件深度集成。自愈扰动发生时保护资产。防止断电，减少影响。抵御攻击对恐怖袭击和自然灾害脆弱具有快速恢复能力。2智能电网的体系及功能实现2.1 智能电网的体系智能电网主要由四大体系构成，分别是高级计量体系、高级配电运行体系、高级输电运行体系和高级资产管理体系。要形成上述四大体系，智能电网还必须具备两大基础，分别是灵活的网络结构和集成的通讯系统12。2.1.1 高级计量体系高级计量体系AMI（ Advanced Metering Infrastructure）是一个使用智能电表通过多种通信介质，按需或以设定的方式测量、收集并分析用户用电数据、能够提供开放式双向通信的系统，是智能电网的基础信息平台。AMI 可以实现电力供应商和用户的互动交流，电力供应商能精确地知道用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡，并且支持实时电价，用户可根据电价变化，选择用电时间，利用其分布式发电与储能设备参与削峰填谷，使用户由被动的电力消费者变为配电网运行控制的积极参与者。由于 AMI 能够提供更多更精确的用户侧数据，文献利用AMI数据来提高对配电网状态评估的准确性。文献介绍了 AMI 系统的结构、通信介质和协议，以及其主要特色，并给出了应用实例。文献13针对 AMI 系统的网络安全进行分析，并给出了解决方案。文献提出将 AMI 系统和配电网管理系统（DMS）相互整合，以提高电力企业的供电效率和可靠性。总而言之，AMI 授权给用户，使系统同负荷建立起联系，并让用户能够支持电网的运行，同时与电网友好的电器（GFAs）也可以帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生。AMI 与智能电网其它组成部分的关系如图 2.1 所示。图2.1 AMI的功能结构关系图2.1.2 高级配电运行体系高级配电运行体系ADOI（ Advanced Distribution Operation Infrastructure）主要的作用是使“自愈”功能得以实现。主要包括高级配电自动化、配电快速仿真与模拟、分布式电源运行、AC/DC微网运行、新兴电力电子装置、配电 SCADA、配电地理系统（GIS）七个部分。各部分之间的关系高级配电运行体系ADOI（带有高级传感的 )运行管理系统停运管理系统、高级配电自动化高级保护与控制、分布式电源运行、配电快速仿真与模拟、微网运行、新型电力电子装置、配电SCADA、配电GIS。图2.2 ADOI的功能结构关系图配电快速仿真模块是含风险评估、自愈控制和优化的高级软件系统（包括 EMS、DMS 等功能）。它为智能电网提供数学支持和预测能力。主要能够实现电网运行状态估计、连续优化系统性能、提供比实时快速的预测仿真、把市场和政策对系统安全性和可靠性的影响定量化等功能。在智能电网中，改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统更容易接入。各种不同容量的分布式发电（如光伏发电、风电）和储能系统（如先进的电池系统、蓄能式混合动力交通工具和燃料电池）在所有的电压等级上都可以互联。多台分布式发电机组间通过通信系统连接起来可形成一个可调度的“虚拟电厂”(Virtual Power Plant)。微网指接有分布式电源的配电子系统，是一个预先设计好的孤岛，主网脱离后可孤立正常运行，维持所有或部分重要用电设备的供电。微电网与大电网是有机整体, 可以灵活连接、断开, 既可与大电网联网运行, 也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。微电网采用了大量先进的现代电力技术,如快速的电力电子开关与先进的变流技术、高效的新型电源及多样化的储能装置等，可以提高重要负荷的供电可靠性，满足用户定制的多种电能质量需求，更好地发挥分布式电源的作用14。2.1.3高级输电运行体系高级输电运行体系ATOI（ Advanced Transportation Operation Infrastructure）主要实现输电智能化，强调的是阻塞管理和降低大规模停运风险。主要包括输电阻塞管理、输电 SCADA、WAMS、输电 GIS 技术、EMS 高级报警可视化、输电系统仿真与模拟等。各部分之间的关系如图所示。其中阻塞管理、输电 SCADA、WAMS 和输电 GIS 技术是核心。图2.3 ATOI 功能关系结构图输电阻塞管理的方法就是通过消减或者调整，重新进行电力分配。传统的阻塞管理方法主要分为两类：1）在考虑各种约束的基础上，直接利用最优潮流来计算最优发电计划；2）采用分布计算方法，首先得到无约束中标计划，随后根据约束条件调整不同节点处的机组出力，以满足电网运行的安全性要求。输电 WAMS/SCADA 是随着 GPS 技术民用化而迅速发展起来的一项新技术,同步对时体系是WAMS 系统最为显著的特征之一，这使得在 WAMS系统主站对广域电力系统进行同步观测成为可能。WAMS 系统在电力系统中的应用可以分为两类：1）取代常规SCADA/EMS系统建立新的电力系统数据测量平台；2）以基于 WAMS 的数据测量平台为前提，开发在常规 SCADA/EMS 测量系统平台上难以进行的应用功能，如电力系统状态估计、电力系统暂态过程跟踪与暂态稳定性预测、电力系统区间低频振荡模式在线辨识、电力系统降阶模型辨识、电力系统潮流计算和电力系统广域阻尼控制等。电力 GIS 是利用计算机技术、网络技术将电网分布、台帐及实时信息按其实际空间位置表达给客户，集空间查询统计、运行维护、分析管理等功能于一体的应用系统，是一种直接融入现代电力生产经营活动之中的、全新的信息化管理工具。作为信息技术和电力系统的紧密结合，GIS 在电力领域中的应用具体表现为整个国家的电力输电线路、电厂、电站及相关设备的综合建库，反映电网运行的实时信息，综合管理信息系统（MIS），形成大型的综合计算网络平台，极大地提高了电网的管理和维护效率。它主要的功能有六个，分别为：1）地理信息查询；2）台帐查询；3）业务数据查询；4）统计；5）系统数据维护；6）用户管理。除了上述六大主要功能，GIS 可供浏览相关标准、规范、反措、技术报告及新闻，并通过交流平台，为用户提供及时、全面、准确的信息。2.1.4 高级资产管理体系高级资产管理体系 AAMI（Advanced Asset Management Infrastructure）主要实现电力资产管理，大大改进电网的运行和效率。主要分为四个层次：1）用户层；2）业务逻辑层；3）应用服务层；4）系统服务层。主要的管理分为：设备资产管理、缺陷管理、发电计划及项目管理、检修管理、备品备件及工器具管理等。限于篇幅，本文不再一一详细介绍，利用图 4 表示出 AAMI 的应用功能。综上所述，当今的智能电网由上述四个体系构成：AMI 授权给用户，使系统同负荷建立起联系，并使用户能够支持电网的运行；ADOI 使系统可自愈；ATOI 强调阻塞管理；AAMI 大大地改善资产管理15。图2.4 AAMI 功能关系结构图2.1.5 智能电网的基础设施为了构建上述四大体系，智能电网必须具备两个重要的基础设施，分别是灵活的电网结构和集成的通讯系统。灵活的可重构的配电网拓扑，是未来智能电网的基础。它需使系统在经历故障时，把故障影响范围局限在最小范围，并可迅速通过其他连接恢复对其他部分的供电。因此，它必须具备现有电网不具备的两个条件：1）综合考虑终端电网（分布式电源、电力调节设备、无功补偿设备和用户能量管理系统）控制和总体配电系统控制，以达到系统性能的优化，取得期望的稳定性和电能质量；2）支持高比重的分布式电源，以提高系统的整体性、效率和灵活性。通过协同的分布式控制，可以利用分布式电源来优化系统性能；并在发生重大系统故障时可利用他们进行局部供电（微型电网）。智能电网是通过以光纤、电力线通信（BPL）、无线通信为载体，在更广的范围实现更多信息和应用的连接和集成，使数据在发电、输电、配电和用户等不同主体及各类应用系统之间实现高速双向通信。它能够允许各种各样的物理媒介的嵌入，并且可以兼容分散式信息和集中式信息，从而把数据通讯网络和智能设备集成为一体。智能电网还大力发展和实施被使用者、供应商和其他主体广泛接受的通信标准，该标准可以使不同系统和不同主体能够相互识别、交换信息并协调运行，目前诸如需求侧响应、电力线通信（BPL）等通信标准已经研究成功，进一步的标准化工作仍在进行中16。2.2 智能电网的功能实现智能电网各项功能的实现，有赖于在完善各项基础技术的基础上，将其有效应用到电网运作的各环节，实现分散控制和集中控制的协调。本文从智能控制中心、智能变电站、智能线路、智能保护系统、智能需求侧管理5 个角度介绍智能电网的功能。2.2.1 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：可视化互操作平台、预测功能、交易与调度功能、快速安全稳定分析功能、智能保护整定、预警报警与事故处理、虚拟电厂、镜像备用等。在研究中还应根据分层分区的原则，明确不同级别控制中心的权责和功能，进行有针对性的设计17。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；主要包括负荷预测(包括系统负荷和节点负荷)、气象预测(比如气温、降雨、覆冰、雷击、台风、极端天气)、可再生能源的出力预测等功能。3）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(如双边合约、竞价上网、节能调度、可再生能源扶持政策、金融和约等)等信息。电网调度功能会在各种数据的基础上，经过阻塞管理、安全校核、网损管理等流程后实现优化决策。电网协调功能是在综合处理各级智能控制中心的决策后，协调各级电网的运行，对网间交易、机组组合、出力分配、安全校核、AGC、备用等方面进行优化协调。信息披露功能则在服从相关保密和监管条例的前提下，对发电计划、购电成本、网间交易、能耗排放、阻塞情况、预测参数以及其他必要的信息进行及时准确的披露。4）快速安全稳定分析功能。目前的电力系统安全稳定分析主要以离线分析为主，不能完全反映系统的真实情况。在智能电网中，应推动安全稳定分析的在线化和实时化。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。目前的保护整定以离线整定为主。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。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(如保护协调、低频低压减载、连锁切机、主动解列、再同步等)。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。2.2.2 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：自治、实时建模、协调、操作自动化18-19。1）自治能力。变电站能在必要时调整 AVR(automatic voltage regulator)的定值以减小线损、提高电能质量和电压稳定性。在智能电网中，分布式发电渗透率将增加，微网、虚拟电厂等技术将逐步得到应用，配网中 AVR 的调整方式将适应这个趋势。智能检修是智能变电站的重要特点。它能监测分析变电站设备(如变压器、母线、避雷器、隔离开关和断路器、互感器等)的状态，实现状态检修，从而优化资产使用和节约人力成本。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。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。2.2.3 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20。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。合理利用其中的某些设备可以实现提高电能质量、阻尼系统振荡等功能。2）远程监控和智能检修。目前的线路检修经常需要检修人员实地勘察，这将消耗大量的人力物力并具有一定的危险性。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。2.2.4 智能需求侧管理该功能融合了高级量测体系(advanced metering infrastructure)、微网、定制电力(custom power)等技术21。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。借助该体系能实现智能需求侧管理，比如用电状况收集、需求侧/电网双向通信、实时电价响应、智能家电控制、虚拟电厂和微网控制、防偷电等任务。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。利用微网技术可以提高电网的可靠性和电能质量，吸引用户参与需求侧响应。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。3智能电网的发展及存在的问题3.1 分布式发电在智能电网发展中的作用随着单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持，分布式发电技术正得到越来越广泛的应用。各种分布式电源(distributed energy resource)的并网发电对电力系统的安全稳定运行提出了新的挑战，一些分散的小容量分布式电源对于系统运行人员而言往往是“不可见”的，而一些集中的大型分布式电源又通常是“不可控”或“不易控”的。正像大容量风电场或大容量光伏电站的接入对输电网的安全稳定运行带来诸多影响一样，当中低压配电网中的分布式电源容量达到较高的比例(即高渗透率)时，要实现配电网的功率平衡与安全运行，并保证用户的供电可靠性和电能质量也有很大困难。当前的配电网可能并不能适应分布式电源大规模接入的要求22。3.1.1 分布式发电的概念及相关内容分布式发电是指利用各种可用和分散存在的能源,包括可再生能源(太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等)和本地可方便获取的化石类燃料(主要是天然气)进行发电供能的技术。小型的分布式电源容量通常在几百千瓦以内,大型的分布式电源容量可达到兆瓦级。灵活、经济与环保是分布式发电技术的主要特点,但是,一些可再生能源具有的间歇性和随机性等特点,使得这些电源仅依靠自身的调节能力难以满足负荷的功率平衡,通常还需要其他内部或外部电源的配合。目前,比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式23。分布式发电系统通常包括能量转换装置(即分布式电源)及控制系统,并通过电气接口与外部电网相连，分布式发电技术的千差万别使得各种分布式电源具有完全不同的动态特性，而分布式发电系统的动态特性却不仅仅体现其电源本身的特性,除了少数直接并网的分布式电源外，其他大多通过电力电子装置并网。因此，分布式发电系统的动态特性还包括电力电子变流器及其控制系统的特性；此外，一些分布式电源需要详细考虑外界条件的约束和限制。从数学上讲，分布式发电系统是一个由上述各环节相互耦合的强非线性系统：其动态特性是各元件在各个时间尺度上动态特性的叠加，这为分布式发电系统动态特性的分析带来了较大困难，但详细了解各种分布式电源的动态特性对系统运行人员而言却又是十分重要的。考虑到经济性,各种分布式电源只有并网运行(具有并网运行功能