智能电网报告.ppt

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1、清华大学 宋永华英国皇家工程院院士,以智能电网 解决21世纪电力供应面临的挑战,内容简介,1.21世纪电力供应面临的挑战2.21世纪电力技术发展：发电技术，输配电技术，用电技术3.21世纪的电网结构4.智能电网,大电网-20世纪工程领域最大的成就,影响未来经济可持续发展的要素,资源优化 人才资源-技能人才的培养 自然资源-能源的高效利用经济全球化 资源争夺大学和政府的重视(MIT-EI,Imperial-IfFE,清华低碳能源),中东丰富的石油，使这个被两次世界大战所遗忘的角落成为热点地区,1.21世纪电力供应面临的挑战,电力工业是国家的基础设施,实现经济和社会可持续发展的 大因素，关系国家安

2、全。,1.21世纪电力供应面临的挑战,1.21世纪电力供应面临的挑战,环境压力 充足的供应购买能力安全可靠高效利用,环境压力 充足的供应购买能力安全可靠高效利用,1.21世纪电力供应面临的挑战,国内电力危机-“夏荒”“冬荒”,环境压力 充足的供应购买能力安全可靠高效利用,1.21世纪电力供应面临的挑战,环境压力 充足的供应购买能力安全可靠高效利用,1.21世纪电力供应面临的挑战,8.28大停电后的伦敦,美加8.14大停电后的纽约,每年美国不可靠的电力所造成的损失多于1000亿美元.相当于花一美元买电，同时还得付出30美分的停电损失。(Galvin Electricity Initiative,

3、2005)仅扰动和断电（即，不计大停电）每年的损失就达790亿美元。(LBNL,2004),环境压力 充足的供应购买能力安全可靠高效利用,1.21世纪电力供应面临的挑战,现实电网的利用系数很低（据美国统计，约55%）；,竞争性可持续发展性供电安全性,2.21世纪电力技术发展：未来供电的标准,电力发电 电力传输（输配电）末端用电（工业和民用）,2.21世纪电力技术发展：标准、目标及技术支持,2.21世纪发电技术:标准、目标,2.21世纪发电技术:目标的权重,化石燃料技术-流化床-煤气化-超超临界-先进GT-CCS（碳捕捉和储存技术）核技术-核聚变-核裂变可再生能源技术-热电联产-生物质能-燃料电

4、池-PV-太阳能热能-风能-海浪/潮汐,2.21世纪发电技术发展,2.21世纪发电技术:研发的优先性,2.21世纪输配电技术：标准/目标,随着需求增加、跨界电力交易以及发电调度的间歇性（从负荷预测到发电预测），输电系统面临更大压力 输电网与配电网的新交互,2.21世纪输配电技术：目标权重,仿真工具 规则和标准 新材料和元器件 电力电子 分布式发电技术 电能储存 ICT（信息通信技术）自动化及控制,2.21世纪输配电技术发展,2.21世纪输配电技术：研发的优先性,2.21世纪输配电技术：不同研究方向,工业,民用,2.21世纪末端用电技术：标准/目标,工业,2.21世纪末端用电技术：目标权重,民用

5、,2.21世纪末端用电技术：目标权重,对于工业，定义如下技术支持：过程最优化PQ普及化驱动照明加热/制冷配电智能化规则及标准计算机辅助管理感应加热无线系统对于其余/民用，定义如下技术支持：照明加热/制冷电动机PQ普及化配电智能化先进ICT规则及标准,2.21世纪末端用电技术发展,工业,2.21世纪末端用电技术发展：研发优先性,民用,2.21世纪末端用电技术发展：研发优先性,3.21世纪的电网,统一或协调规划建设，统一调度和运行的统一或联合特高压电网 中国分布发电与交互式供电的分散电网-欧洲,3.统一或联合特高压电网-中国电网的发展趋势,电力高速发展；资源分布不均衡；经济发展不平衡；电力市场发展

6、提高电网输送能力：远距离大容量输电的需求。,特高压输电：特高压交流：1000KV;特高压直流:800KV半波输电方式紧凑型输电方式 多相交流输电超高压干式电缆气体绝缘线路GIL（Gas Insulated Line）高温超导输电线路分频输电提高现有线路的输送能力-灵活交流输电系统输电控制新技术,3.未来的大电网技术-将在中国发展,3.分布发电与交互式供电的分散电网-欧洲电网的发展趋势,欧洲的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发电的发展。可再生能源，特别是风能、水电、太阳能和生物质能的发展，是欧盟委员会能源政策的中心目标。这种能源政策的引导下，欧洲以分散式电源作为发展的一个必然方向，而不强

7、调电网规模的扩大。,3.分布发电与交互式供电的分散智能电网-欧洲电网的发展趋势,在欧洲，电网的发展有没有未来？与电网的大容量和超高压发展方向相反，欧洲更多的是关心智能电网技术。未来的电网必须建立电网信息化管理系统之上，特别是低压供电电网的信息化控制，流量平衡控制、网内分布式能源智能管制系统、智能保护系统等。其电网的发展目标是可靠、高效和灵活。,当前的电网,欧洲未来电网:智能/分散/自主 发电 和高度集成的网络管理,3.欧洲未来电网,3.欧洲未来电网,自1990年英国率先重组电力工业建立电力市场以来，世界无论发达国家或发展中国家都纷纷效仿。,4.21世纪的电网：21世纪电力工业两大趋势,1.依赖

8、于新型能源技术实现可持续发展,2.依赖于市场化和放松管制提高电力工业的运营效率,能源供应与能源系统的安全,并非新概念 EU 2005,4.欧盟的智能电网: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）电力市场提供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,并非新概念 EU 2005,三个关键方面：集分散发电的主动配电网电网与用户的双向互动双向潮流和信息流,4.欧盟的智能电网,4.欧盟的智能电网,欧洲2020年及后续的电力发展目标：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

9、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

10、重要的目标必须是供电的可持续性、竞争性和安全性。,4.美国的智能电网:驱动力,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制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网.,布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid 2030”,4.美国的智能电网: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,奥巴马刺激政策,4.美国的智能电网:国家战略,美国白宫发布的经济复苏

11、计划宣布：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。目前位于科罗拉多州首府丹佛西北40公里的小城波尔得(Boulder)，将成为全美第一个智能电网城市。,核心新驱动力：可再生（间歇性）能源的集成分布式能源，微电网市场用户参与新技术（PHEV，新电池，智能负荷）,4.美国的智能电网:EPRI,4.美国的智能电网:EPRI,4.美国的智能电网:NETL,AMI ADO AAM ATO,4.美国的智能电网：高级计量体系,高级计量体系AMI,用户户内网HAN,计量数据管理系统MDMS,需求响应负荷控制远程开合,分时电价（送到用户）,自动读表AMR（按小时读表，远方编程，电能

12、计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出）,4.智能电网技术：高级计量体系,高级计量体系通过向用户提供方便的控制来提高其用电的选择性（省钱、舒适、方便），并通过调整消费响应于电价的变化。,4.智能电网技术：高级计量体系,4.智能电网技术：高级计量体系,用户端高度可视化,4.智能电网技术：高级计量体系,4.智能电网技术：电网友好的电器,同电网友好的电器（GFAs）可帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生,低峰容量,4.智能电网技术：用电技术发展-电动车与电网的协调,电动车到电网(V2G),两种V2G方式,4.智能电网技术：用电技术发展-电动车与电网的协调,以分布式能源作为虚拟电厂,4.智能电网

13、技术,利用分布式能源形成微电网,4.智能电网技术,微电网是为满足一群用户（邻居或城镇，或单个用户，如大学）能量需求的一种集成的解决方案。,中国的智能电网解决中国电力的发展与挑战,电网规模越来越大，其运行机理逐渐超出我们以往的经验范畴，对电网的安全稳定控制能力提出了挑战全球气候变化，自然灾害的频度和烈度逐步加大，以及大面积电网事故的危害愈发严重，都对现有电网的设防标准提出了挑战电力市场、节能减排、优质服务等不断提高的精益化管理要求，对电网的经营管理提出了挑战远距离大再生能源的接入和运行电力的快速发展,4.中国的智能电网,中国的智能电网解决中国电力的发展与挑战,4.中国的智能电网,4.中国的智能电

14、网,4.中国的智能电网,4.中国的智能电网,4.中国的智能电网,4.中国的智能电网,4.中国的智能电网,4.智能电网的特征定义,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。,4.智能电网的特征,4.智能电网的特征：可观性,广域动态监测系统,4.智能电

15、网的特征：可观性,可视化技术观测电网运行状态和趋势改进的界面和决策支持复杂性简化的信息可使得运行者和管理者有效多变量电网。将大量数据压缩成易懂的视觉模式的可视化技术。信息展示。着色和动画技术、信息的快速刷新、声音识别、触摸屏、全息视频、电子地图墙、“仪表盘”展示等技术,将在智能电网的分析决策方面发挥重要作用。,实现手段,网络化,数字化,集成化,标准化,4.智能电网的实现手段,4.智能电网的实现手段：标准化,一层：发输配用：智能元件，智能电器二层：传感量测保护控制：智能控制三层：信息通讯网络：智能网络四层：高级调度中心：智能运行,4.智能电网的构建,一层：发输配用：智能元件，智能电器二层：传感量

16、测保护控制：智能控制三层：信息通讯网络：智能网络四层：高级调度中心：智能运行,4.智能电网的构建,通信,信息技术集成,高度宽带网络（内部变电站、变电站间）控制中心通信（大规模数据收集、本地数据处理和提炼信息传输）结构核心特点：通过先进中间件进行通信管理,所期望的信息技术架构包括：配电数据库（实时和离线本地和配电管理）通过本地数据处理单元来实现数据集成和信息提取。为确保满足运行规范，加强网路安全和数据完整性问题。,4.智能电网的智能运行技术,智能恢复和重建,广域控制和保护,为实现空间和时域上的系统监控，高度协调和自动化是大故障后的系统恢复所必需的需要开发：当前未使用的特殊监测方法和在线分析工具、

17、将恢复程序翻译成动作执行的运行者辅助支持,与规定电压水平下电网连接的不同类型分布式能源所需的控制和保护为实现和加强此项功能的速度和效力，需要在基于同步相角监测、继电器和控制、系统范围条件变化的FACTS设备的快速应用、区域间振荡的控制、系统完整性保护方法和可调节孤岛运行,在线辅助控制和管理工具,电力系统的不断增加复杂性和规模需要如下新发展：（1）快速状态估计：可替代SCADA数据展示给运行者（2）智能化集成（静态、动态、电压）紧急情况分析（3）可靠性分析和市场恶化期间基于最优化潮流的控制决策（4）取代状态估计的直接状态测量（5）实时故障情况下的快速仿真技术（6）系统运行（实时）以及规划（离线）下的系统展示和建模2,4.智能电网的智能运行技术,4.智能电网和目前电网功能的比较,4.智能电网和目前电网功能的比较,谢谢大家！清华大学 宋永华,