智能电网ppt.ppt

1、智能电网,2,主要内容,国内外智能电网研究和发展现状智能电网的概念、定义和特征智能电网的物理构成、技术组成和实现顺序智能电网实践工程中国建设智能电网的基础研究智能电网研究、开发和应用的看法和建议,3,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,之后，研究机 构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷 推出自己的智能电网方案和实践。,4,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（3）战略部

2、署文件,2005,2006,年份,战略部署文件,（1）欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略,（2）欧洲未来电网的战略研究议程,（3）战略部署文件,5,6,“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 Distribution Grid:The Role

3、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,7,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制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网

4、。,8,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,美国发展智能电网的驱动力,9,美国发展智能电网的步骤,美国能源部等机构致力于电网现代化建设，即实现自愈智能电网。自愈智能电网的提出及其发展大概经历2个初步阶段：电力基础设施战略防护系统（SPID）的自愈战略：整个项目将于2025年完成，最终达到具有承受、应对各种意外及快速恢复的自愈能力。从综合能源及通讯系统体系结构（IECSA）到智能电网：实时评估电力系统行为、应对电力系统可能发生的各种事故、防止大面积停电，并

5、可快速从紧急状态恢复到正常状态。需要从快速仿真决策、协调/自适应控制和分布式能源（DER）集成等3个方面进行实现。,10,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：,11,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,12,欧盟发展智能电网的驱动力,欧盟理事会在2006年的绿皮书(G

6、reen 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。,13,欧洲智能电网的发展方向,欧洲电网为适应发电需要，大力提倡可再生能源，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。欧洲以分布式电源作为发展的一个必然方向，同时未来的电网必须建立在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、网内分布式电源智能管理系统、智

7、能保护系统等。,14,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,15,中国:发展智能电网也有其独特的发展背景,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

8、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,中国智能电网发展概况,16,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

9、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 的国际标准或国家标准。,国外智能电网研究概况,17,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,18,The technology developmental trends,V,I,P,Q,V,I,P,Q,V,I,P,Q,Control Ce

10、nter,Micro wave5-10s,Fiber50-100ms,Wide-area real-time measurement technologies provide the opporunities for the wide-area dynamic security and defense in power system.,19,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

11、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,20,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”,21,城市“智能电网”,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,22,主要内容,国内外智能电网研究和发展现状智能电网的概念、定义和特征智能电网的物理构成、技术组成和实现顺序智能电网实践工程中国建设智能电网的基

12、础研究智能电网研究、开发和应用的看法和建议,23,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。,24,25,智能电网与传统电网的区别,26,智能电网的目标,各用户端及电网中各节点均达到实时监控贯

13、穿整个发输配用电过程中的各节点的双向功率流和信息。即通过集成的宽带通信、自动控制系统以及大量分布式智能等，实现实时市场化交易以及电网中各部门的协调和实时互动。,27,坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化,智能电网的主要特征,28,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二次系统具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。,29,（2）自愈性（Self-Healing）具有实时、在线安全预评估和预

14、分析能力具有强大的预警控制系统和预防控制能力具有自动故障诊断、故障隔离和阻断故障传播的能力系统具有自我恢复的能力高压输电断面的智能重构能力,智能电网自愈性特征,30,（3）兼容性（Compatible）能支持可再生能源的正确、合理地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,31,（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,智能电网经济性特征,32,（5）集成（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

15、准化、规范化和精细化的管理,智能电网集成性特征,33,（6）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,34,中国智能电网7个目标,（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）市场化 发输配用电、电力市场等信息的开放透明市场化竞争（4）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,35,（5）互动化：电网、发电与用户以信息为基础的互动（6）集成化 通过流程优化、信息整合，实现集企业管理、生产

16、管理、调度自动化与电力市场管理业务等于一体的信息系统（7）标准化 建立兼容集成的电网升级的国际新标准，特别是智能电网的各种标准。,中国智能电网7个目标,36,智能电网7个目标的相互结合,即时连接网络互动。终端传感器将用户之间、用户和电网公司之间可实时、高速、双向地读取数据，整体性地提高电网的综合效率。实时监控及数据融合。发电、输电、配电、用电等关键设备的运行状况，在电力供应高峰可在不同区域间及时调度，达到对整个电力系统运行的优化管理。数字化、网络化、信息化综合集成。智能表计可作为互联网络路由器，终端用户进行通信、宽带业务或传播电视信号。,37,智能电网解决双赢,38,可再生能源发电技术 太阳能

17、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,39,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物联网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,40,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,41,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,智能电网技术用电侧,42,智

18、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,43,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,44,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,45,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,智能电网建设中的受益,4

19、6,主要内容,国内外智能电网研究和发展现状智能电网的概念、定义和特征智能电网的物理构成、技术组成和实现顺序智能电网实践工程中国建设智能电网的基础研究智能电网研究、开发和应用的看法和建议,47,智能电网的物理构成,智能电网设计电力系统发、输、配、用各个领域，对各个环节中的规划、建设、运行、维护工作，其从物理上来看可以分成：发输配用层智能元件、智能电器 传感量测保护控制层智能控制 信息通讯网络层智能网络 高级调度中心层智能运行,48,发输配用层,风电：风电、分布式电源、光伏、接入等输电：互济、超导、特高压、网架等配电：微网、虚拟电厂、先进表计网络设施、需求侧响应等用电：智能电器、用电自动控制、移动

20、电力供应车、储能技术等。,49,传感量测保护控制层,传感器与测量：用来评估阻塞和电网稳定性，监 控设备健康状况、防止切点以及控制策略支等。智能表计：提供从发电厂到电力出口（智能槽）以 及其他智能电网设备间的通讯路径且用户可以再 高峰期开关此设备。相角测量单元：高速传感器的PMU分布在电网 中，用于监控电能质量，在一些情况下自动响应 电能质量。广域测量系统（WAMS）：既支持具有快速、准 确又可与稳控装置终端相结合，组成广域稳定控 制的快速保护系统。,50,信息通讯网络控制层,建立一个完成集成的统一智能通讯网络，并且通过网络直接连接。其主要包括：变电站自动化、需求响应、配电自动化、监控和数据采集

21、（SCADA）、能量管理系统、无线网与其他技术、电线载波通讯以及光纤通信等。,51,高级调度中心,通过与知识工程（如Multi-Agent）的智能解相结合，实现新一代软件系统工程技术即面向Agent（AO）。同时为了实现整个系统范围内的协调控制，分散式智能代理及其网状控制结构等形式的设计具有非常关键的作用。他们可以支持分散式决策，也可以在此基础上进行集中协调。,52,智能电网的技术组成,AMI,ADO,AAM,ATO,53,能量传输链,四个环节均衡时行为和效率最高四个环节中，配电和它与用户间的互动相对较弱，尤其缺少可视化和控制信息技术和通信技术的进步，已使实现AMI 和 ADO的花费可以接受。

22、,54,高级计量体系（AMI）,高级计量体系使用智能电表通过多种通讯介质，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 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）也能够提高设备利用率和防止停电事故的发生。GFAs的电器包括：电暖气，空调，热水器，电冰箱等。,55,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,AMI的功能结构关系图,56,智能计量仪器,Smart Meter,Transforme

23、r Meter,Feeder Meter(energy),Feeder Meter(current),Feeder Meter(energy),57,58,高级配电运行（ADO）,高级配电运行体系的主要作用是使“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。,59,配电 SCADA,配电快速仿真与模拟DFSM,高级配电运行ADO,DER运行,高级配电自动化ADA高级保护与控制,（带有高级传感器的）运行管理系统停运管理系统,配电 GIS,AC/DC微网运行,新型电力电子装置,A

24、DO的功能结构关系图,60,高级输电运行体系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。,高级输电运行体系（ATO）,61,高级报警可视化,变电站自动化高级保护高级输电网元件,高级输电运行体系 ATO,ATOI的功能结构关系图,输电系统仿真与模拟,输电SCADA、WAMS,输电GIS,阻塞管理,ISO,62,高级资产管理体系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：用户层；业务逻辑层；应用服务层；系统服务层。主要的管理分为：设备资产管理、缺陷管理、发

25、电计划及项目管理、发电计划及项目管理、检修管理、备用备件及工器具管理等。,高级资产管理体系（AAM）,63,配电AAM,基于条件（如可靠性水平）维护,规划,设计/建设,资产利用,输电AAM,AAM的功能结构关系图,64,为了构建上述四大体系，智能电网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，并可迅速通过其他链接恢复对其他部分的供电。因此，必须具备现有电网不具备的条件：综合考虑终端电网（分布式电源、电力设备调节设备、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，已达

26、到系统性能的优化，取得期望的稳定性和电能质量；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利用他们进行局部供电（微网）。,智能电网的基础设施,65,智能电网是通过以光纤、电力线通信、无线通信为载体，在更广的范围实现更多信息和应用的链接和集成，使数据在发电、输电和用户等不同主体及各类以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

27、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。,智能电网的基础设施,66,用户端口,电能质量,高级的传感器,高级电力电子,分布式能源 高级配电自动化,把积极的电力用户集成到配电网中 使用户参与到（削峰的）输电运行 辅助服务中来,配电灵活输电DFACTS和配电静止无功补偿安置的计算 使DFACTS参与到网络重构中来,使中压与低压配电网的电能质量优化 使电能质量可以评估,把分布式能源单元接入配电网 使参与者能够提供辅助服务(带有企业EMS的电网传感器),把分布式能源单元集成入配电网 使分布式能源能够提供辅助服务

28、,IECSA,IECSA能量与通讯系统集成的智能电网此图概括了下边介绍的全部,D-FSMT-FSM,设想中的未来电网,67,同传统电力系统相比，图示的DC微网,具有改善能量传输效率、可靠性、安全性、电能质量，以及运行成本的潜力,68,丹麦Cell控制试点工程的目标为：（1）初级目标：全系统崩溃后，cell自己黑启动，进入可控的孤岛运行状态。（2）最终目标：当系统发生严重故障处于不可挽回的紧急状态(如即将出现电压失稳)时，cell单元主动与高压电网（150kV）解列，由联网运行转为可控的孤岛运行。,绿色箭头代表测量。红色箭头代表cell控制器的控制行为,69,Data Communication

29、,Wide Area Control,Sensors,Dynamic Power Plant Models,End-to-End Power Delivery Chain Operation&Planning,Monitoring,Modeling,Analysis,Coordination&Control,70,WAMS/PMUs,(ABB),71,决定顺序,ATO 强调阻塞管理,AAM 大大地改善资产管理,AMI 授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行,ADO 使系统可自愈,72,AMI同用户建立通讯联系提供带时标的系统信息ATO使用 ADO 信息改善运行和管理输电阻

30、塞AMI 使用户能够访问市场,ADO使用 AMI 的通讯收集配电信息使用 AMI 信息改善运行AAM使用 AMI,ADO,and ATO 的信息与控制，改善:运行效率资产使用,顺序会影响成本和效益,73,成本,效益,AMI,ADO/AAM,ATO/AAM,一般情况下 AMI 是电网智能化的第一步,74,主要内容,国内外智能电网研究和发展现状智能电网的概念、定义和特征智能电网的物理构成、技术组成和实现顺序智能电网实践工程中国建设智能电网的基础研究智能电网研究、开发和应用的看法和建议,75,智能电网示范工程美国,美国夏威夷大学研发的配电管理系统平台 该平台部署在夏威夷的某个变电站中，用户在家中进行

31、能量管理的功能。平台集成了先进的计量设备作为家庭需求响应的入口，家庭节能自动化，配电系统内分布式发电、储能、负荷的优化调度，并使配电系统成为一个可控整体与电网中其它整体配合运作。此外，这个平台还能为当地的公共事业提供辅助服务，如：旋转备用、负荷跟踪监管、风能和太阳能的间歇性管理。,76,伊利诺伊理工大学的“完美电网”“完美电网”系统被定义为：一个电力系统能满足用户的电力需求。完美的电力系统具有灵活性，能够为各种不同类型的终端用户提供电力，满足他们的要求。这个工程将要设计一个完美电网的原型，他利用先进技术创造微网来反应不同的电网条件，提高可靠性，减少负荷。这个模型能够复制于各种市一级规模的系统，

32、在这种系统里，用户具有参与电力市场的机会,智能电网示范工程美国,77,西佛吉尼亚的“超级电路”超级电路工程被设计出来，证明一个先进的配电电路通过综合分布式电源和先进的检测、控制、保护技术具有更高的稳定性和安全性。通过先进的测量设备和一种通信网络，这个电路能结合生物柴油发电和能量储存达到快速的故障预测、快速的故障定位与解决，使对用户的影响最小化。超级电路能动态的重新配置电路，使得故障区段被隔离而对无故障区段保持正常供电，也可以从相邻馈线上取得电能提供给用户，优化服务。,智能电网示范工程美国,78,科罗拉多州的波尔得第一个智能电网城市 美国多个州已经开始设计智能电网系统，每户家庭都已安排了智能电表

33、，人们可以直观地了解智能电表，从而把一些事情，如洗衣服、烫衣服等安排在电价低的时间段。电表还可以帮助人们优先使用风电和抬眼能等清洁能源。同时，变电站可以收集到每家每户的用电情况。一旦有问题出现，可以重新配备电力。,智能电网示范工程美国,79,欧洲智能电网技术平台 欧洲智能电网技术平台着力于将来欧洲电力网络的研究和发展，创立于2005年，它的目标就是规划2020年及以后的欧洲电网发展，是欧洲技术平台的重要组成部分。,智能电网示范工程欧洲,80,意大利的特拉格斯托里 意大利的特拉格斯托里项目，开始于2000年，2700万家庭用户应用了通过窄带宽电力通讯的智能表,智能电网示范工程欧洲,81,德国施图凳湖的虚拟电厂 德国施图凳湖的虚拟电厂，在该项目中大约400人居住在100个公寓和房屋里。住宅区先前的能源系统已经转换为一个小型的虚拟电厂。发电单元包括：一个热电联产机组、一些太阳能光伏系统、一个即供