智能电网(课程)ppt课件.ppt

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1、智能电网的兴起与发展态势武汉大学电气工程学院孙元章,2023年1月,讲座内容,国外智能电网研究和发展概况智能电网概念、定义和特征中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,讲座内容,国外智能电网研究和发展概况智能电网的概念、定义和特征中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,美国智能电网发展里程碑,2001,2003,2004,2005,2009,2030,DOE与 NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,The Modern Grid Initiative:a Vision for the modern grid.Mar

2、.2007.NETL,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,2005,2006,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,年份,（3）The SDDStrategicDeploymentDocument,（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

3、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,“The Smart Grid”,DOE,USA,20082008.11.11-11.13,中美清洁能源合作组织(Joint US-China Cooperation on Clean Energy JUCCCE-)，聚思-“Smart Grid”special session2008.11.18-中美绿色能源论坛“Smart Grid”Special sessionSmart D

4、istribution Grid:The Role of Technology,tools and Techniques for advanced Automation and planningby S.S.Venkata,Univ.of Washington,USA,-IEEE DLP Tutorial,Dec.22,Beijing,China 2009.5.20,中国国家电网“Strong&Smart Grid”,“智能电网”可接受度,美国智能电网发展概况,驱动因素：,美国:年美加大停电后，美国电力行业决心利 用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控

5、制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网.,美国发展智能电网的驱动力,改造老化的电网设备，提高供电的可靠性和安全性提高能源的利用效率和技术的先进性提高用户对电价的可承受能力适用环境和气候的变化，适用可再生能源的接入，降低排放水平提高在全球的竞争性,欧洲:发展智能电网也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。,欧洲智能电网发展概况,驱动因素：,欧洲发展智能电网的驱动力,（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

6、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,欧盟发展智能电网的驱动力,欧盟理事会在2006年的绿皮书(Green Paper)欧洲可持续的、竞争的和安全的能源策略(A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy)”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。,未来欧洲电网应满足如下需求: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；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

7、再生、高效、清洁能源的利用；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；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。,欧洲2020年及后续的电力发展目标,中国:发展智能电网也有其独特的发展背景,中国智能电网发展概况,驱动因素：,智能电网,电力系统安全运行风险更趋严峻,电力企业资产管理的重要性日益突出,节能减排与应对气候变化成为无法回避的问题,电力企业抗攻击能力需要提高,电力企业经营压力加剧,中国,大规模高比率新能源开发与接入,智能电网研究机构方面：（1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究的发起者和

8、重要的投资者。（2）国际上成立的“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）美国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去年底筹建了SG3“智能电网”战略组。（6）中国国家电网公司相继也成立了“智能电网部”根据目前掌握的情况，还没有智能电网 的国际标准

9、或国家标准。,国外智能电网研究概况,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。,国外智能电网研究概况,智能电网实践最新成果在输电侧,The technology developmental trends,V,I,P,Q,V,I,P,Q,V,I,P,Q,Control Center,Micro wave5-10s,Fiber50-100ms,Wide-area real-time measurement technologies provide the opporunitie

10、s for the wide-area dynamic security and defense in power system.,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,智能化实践最新成果在配电和用电侧,Boulder伯德市,美国:Xcel Energy 公司在Boulder建设全美第一个智能电网城市,城市“智能电网”,城市“智

11、能电网”,基于先进信息技术的动态系高速、实时、双向通信遍布全网的传感器能够进行快速诊断并采取行动提高高峰时段效率的决策数据和支持分布式发电技术（例如风电、太阳能和PHEV)自动化的“智能变电站”家用能源控制装置自动化的家庭能源利用,内容,国外智能电网研究和发展概况智能电网的概念、定义和特征中国智能电网建设的基础条件对我国智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,智能电网的概念、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

12、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。,智能电网主要特征坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化,智能电网坚强性特征,（1）坚强性（Robust/Strong）在电网发生小扰动和大扰动故障时，电网仍能保持对用户的持续供电能力，仍能保证电网的安全运行在电网发生极端故障时，如自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏而不发生大面积的停电事故能顺利接入大规模新能源发电并承受大规模新能源发电（风电三峡）的随机波动,（2）自愈性（Sel

13、f-Healing）具有实时、在线安全预评估和预分析技术具有强大的预警控制系统和预防控制技术具有自动故障诊断、故障隔离和阻断故障传播的技术系统具有故障自恢复技术电网黑启动能力网络智能重构能力输电网断面重构输电网网络重构用电网电源重构开关重合闸技术设备自检测技术,智能电网自愈性特征,（3）兼容性（Compatible）能支持可再生能源的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实现与用户的交互和高效互动,智能电网兼容性特征,（4）经济性(Economical)支持火电和水火电联合经济运行支持电力市场和电力交易系统提供清洁和优质电力降低电网损耗，提高能源利用效率,智能电网经济性特

14、征,（5）集成化（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,智能电网集成性特征,（6）最优化（Optimized）优化资源的合理配置优化资产的利用率优化电网规划降低投资成本优化管理模式降低运行维护成本,智能电网优化特征,中国智能电网的提法和4个特征（Strong&Smart Grid）,（1）数字化：数字化电网、数字化电表与数字化用电设备（2）信息化：市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信息平台（3）自动化：大电网安全稳定控制（高级智能调度），变电站自动化与用户用电系统智能控制（4）互动化：电网、发电与用户以信息为基础的互动

15、,智能电网解决双赢,可再生能源发电技术 太阳能风电地热潮汐生物质分布式发电和储能技术微透平抽水储能超导储能超级电容钠硫电池,智能电网技术发电侧,智能电网技术输配电侧,新型输配电设备技术：电力电子技术超导技术特高压技术复合材料电力系统监测技术传感技术广域监测输电限额动态评估技术电缆监测技术变压器监测技术断路器监测技术,智能电网技术输配电侧,电力系统分析技术快速建模仿真动态安全评估电力系统控制技术分布式控制技术变电站自动化馈线自动化智能保护电力系统决策支持技术数据处理技术信息集成技术可视化技术,高级测量架构技术智能表计技术双向通信技术量测数据管理技术家庭用电智能化技术自动温度控制负荷控制技术电动汽

16、车,智能电网技术用电侧,智能电网建设中的受益,发电侧：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,输电侧：优化的电网规划具有自愈特征的坚强电网安全、经济、清洁的电力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损耗可靠经济的设备管理,智能电网建设中的受益,配电侧：科学经济的配网规划自适应的故障处理能力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,智能电网建设中的受益,用电侧：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,智能电网建设中的

17、受益,讲座内容,国外智能电网研究和发展概况智能电网的概念、定义和特征中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,国家电网和南方电网组织开展了：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电力通信建设用户用电信息采集系统这些技术为建设我国智能电网奠定了坚实的基础。,中国建设智能电网基础研究,开展了规划技术体系完善研究,国家电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了高级调度中心的研究,国家电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了统一数据平台的研究,国家电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了数字化变电站研究,

18、国家电网公司-智能输电网技术为重点领域,徐行站数字化改造,新建数字化海宁站,国家电网公司建设智能电网的三阶段目标,1、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,2、广域量测技术已大范围应用,状态监测技术正大力推进,自动化控制领域的技术研究走在世界的前列,1、在可视化和运营管理辅助决策方面取得了大的进展，对智能电网进行了有益的探索,2、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,数字化变电站研究成果已应用于工程实际,国家电网和南方电网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,双向

19、信息交互与互动上积累了相当多的经验,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，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。,（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）AMR的工作正在开展,配电领域智能化研究有待突破,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。研究动态电压恢复器技术（DVR）、固态切换开关技术（SSTS）；DFACTS技术；无功补偿器技术（DSTATCOM）、有源电力滤波器（APF）技术

20、。,定制电力技术有待提高,用户用电信息采集系统 很多电力公司启动了电力用户用电信息采集系统建设，计划在35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。,用电领域智能化应用研究要积极探索,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,中国电网发展的规模之大和速度之快,未来高质量的电力供应在中国国民经济的发展中起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(

21、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)保证高质量的电能供应(6)适应电力市场化和放松管制,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,智能电网评价体系研究,智能电网标准体系研究,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,高级调度控制中心建设技术,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,智能电网下的电网规划技术,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

22、入技术,用户通信能源一体化技术,电动汽车,发电侧智能技术 大规模可再生能源发电的随机波动性火电机组深度调节技术，与风电和光伏发电互补水电远距离输送与大规模风电和光伏发电互补与风电和光伏发电中心建设抽水蓄能电站新能源发电比例增加，系统总惯性减少，常规发电机稳定调节难度增大常规电厂功率快速调节和高精度调节,发电侧智能技术 新能源发电与常规发电构成的电力市场新能源发电电价从劣质电力降低入网的电价从减排的角度提升新能源电力的价格常规发电电价从优质电力价格确定入网电价从减排的角度减低常规电力的价格,发电侧智能技术 发电侧调度新能源电力加入后的AGC准则一次调频的幅度放宽二次调频精度提高新能源电力加入后的

23、AVC准则发电机无功调节范围更宽电压调节精度提高,输电侧智能技术 电气设备智能化运行技术健康诊断与故障预警技术（温度、雷击、覆冰、污秽、气体、震动、噪声等）运行状态监测技术（电压、电流、有功、无功、谐波等）全寿命周期资产评估技术设备保护与控制智能自适应整定技术（电网结构的变化、运行方式的变化）,输电侧智能技术 输电线路的智能化运行技术线路自检测技术（雷击、覆冰、风摆、污秽、温度等）线路运行状态监测技术（电压、电流、有功、无功、电晕等）线路保护自适应整定技术（后备保护智能化整定技术）线路自动控制技术（自动清洗、自动除冰）,输电侧智能技术 开关站和换流站智能化技术数字化和通信与信息技术无功调压智能

24、化技术 安全运行的智能化监测与评估技术自适应的保护和控制技术故障预警技术可视化技术,配用电侧智能化技术 变电站智能化技术数字化变电站通信与信息技术具有分布决策功能的智能变电站运行技术变电站无功调压智能化技术 变电站安全运行的智能化监测与评估技术自适应的保护与控制技术变电站可视化技术物联网技术,配用电侧智能技术 用电侧智能化技术具有双向或通信功能的智能电表家庭用电智能化电力电子变压器 电动汽车与能量转换用户侧储能技术智能节能技术物联网技术,大电网智能化技术 智能调度中心大电网安全智能防御技术（分析、预警、决策）大电网智能控制技术（系统级控制、解裂等）大电网清洁运行优化技术（减排、谐波、电磁污染）

25、智能多级协调调度机制（国调、大区调、省调、地调）大区电网智能协调调度机制（大区电网之间）智能电网信息保障技术物联网技术和传感网技术,什么叫智能发电,智能发电达到的标准安全、经济、清洁运行与新能源发电互补状态监测和状态检修高水平的自动发电技术智能发电应达到的目标发电利用小时数大幅提高发电煤耗大幅降低劳动力大大解放,什么叫智能变电站,智能变电站应达到的标准数字化变电站状态检修局部预决策技术智能变电站应达到的目标资产利用率大幅提升无人值守水平,什么叫智能输电,智能输电应达到的标准输电系统防灾能力（覆冰、污闪、风灾、噪声等）状态监测与状态检修大规模新能源电力输送能力智能输电应达到的目标功率极限达到热稳

26、定极限线路损耗降低资产利用率提升水平输电可靠性水平（多少个9）,什么叫智能配电,智能配电应达到的标准配电自动化水平大幅提高（自愈性）分布式发电即插即用配电系统状态检修高质量电力配送需求侧管理水平智能配电应达到的目标供电可靠性水平（几个9）配电网损耗降低多少资产利用率达到多少能否满足市场化要求,什么叫智能用电,智能用电应达到的标准智能计量网络化信息双向互动电能双向互动电动汽车技术智能用电应达到的目标用电损耗大幅降低实现低碳智能家居用电可靠性水平,什么叫智能制造,先进制造 智能化功能,对智能电网的几点看法和建议,大规模风电的随机波动性对电网运行的影响电能的互动化是智能电网的最关键概念智能传感网络的

27、建立是实现智能电网的基础智能电网中实现自愈的功能怎么定义能否真正实现状态检修电动汽车能否实现V to G智能电力装备制造拉动中国实体经济智能电网是最终的电网吗？,加强国际合作交流,谢谢！,感谢中国电力科学研究院和Accenture提供的部分素材,85,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,