智能电网技术(一).pdf

1、 1 第一章第一章第一章第一章 智能电网概述智能电网概述智能电网概述智能电网概述 电网是电力网的简称，通常是指联系发电与用电，由输电、变电、配电设备 及相应的二次系统等组成的统一整体。现代电网是目前世界上结构最复杂、规模 最大的人造系统和能量输送网络 进入21世纪以来，随着世界经济的发展，能源需求量持续增长，环境保护 问题日益严峻，调整和优化能源结构，应对全球气候变化，实现可持续发展成为 人类社会普遍关注的焦点，更成为电力工业实现转型发展的核心驱动力。在此背 景下，智能电网成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。第一节第一节第一节第一节 电网的发展及面临的挑战电网的发展及面临的挑战电网的发展及

2、面临的挑战电网的发展及面临的挑战 发展，是人类文明进步的永恒主题和不竭动力-电网的建设历程，始终是求 进步、谋发展的探索过程，始终是依靠科技进步和技术创新迎接挑战、实现超越 的实践过程100多年来，电力工业从无到有，经历了不同时代的变迁、不同技 术发展路线的选择和不同经营管理模式的实践，取得了令人瞩目的巨大成就，成 为国民经济的基础产业和重要的公用事业，在经济社会发展中具有举足轻重的地 位。一一一一、电网的发展历程电网的发展历程电网的发展历程电网的发展历程 作为清洁、高效的二次能源，电力的应用遍及人类生产和生活的各个领域，电气化成为社会现代化水平和文明进步的重要标志。（一一一一）电网发展概述电

3、网发展概述电网发展概述电网发展概述 纵观电力工业100多年的发展历程，不难发现电网发展的客观规律。一是与 电源的开发密切相关，电源的建设极大地促进和推动了电网的发展，这是由电网 的基本功能定位所决定的，即电网首先是电力传输的物理载体，电力需求决定了 电网的发展方式。二是规模经济特征突出，孤立电网逐步发展成为规模较大的互 联电网，其核心的驱动力是效率的提高和服务的提升。二二二二）中国电网中国电网中国电网中国电网的发展的发展的发展的发展 1954年，我国自行设计、施工的220kV高压输电线路建成：1972年，我国第一条330kV超高压输电线路建成；1981年，我国第一条500kV超高压输电线路投运

4、，成为世界上第八个拥有500kV超高压输电线路的国家；2009年，lOOOkV特高压交流输电线路投运，使中国成为当今世界交流输电电压等级最高的国家 中国直流输电研究和工程建设起步虽晚，但发展迅速1987年，全部采用中 国自主技术的舟山直流输电工程投入运行，开始了直流输电在我国的应用和发 展2009年底，额定容量5000MW 的士800kV云南一广东特高压直流输电工程成 功实现单极投产，额定容量64MW的800kV四川向家坝一上海特高压直流输 电示范工程带电调试成功，中国成为当今世界直流输电电压等级最高的国家 中国电网的发展，同样遵循了电网发展的客观规律大型水电站和煤电基地 的建设，有力地推动了

5、超特高压交直流输电和大规模联网，电网规模经历了从地 区级电网发展到省级电网，再通过省间联网形成跨省区域性电网并逐渐形成了 全国联网随着未来中国电网的发展，特别是华北一华东一华中同步电网的形成，中国电网将成为世界上电压等级最高、技术水平最高和规模最大的交直流混合电网。2 二二二二、电网面临的挑战电网面临的挑战电网面临的挑战电网面临的挑战 近年来，世界政治经济形势和能源发展格局发生了深刻变化，以电力为中心 的新一轮能源革命的序幕已经拉开人们开始重新审视电网的功能定位，除电力 输送等传统功能之外，电网更是资源优化配置的载体，是现代综合运输体系和网 络经济的重要组成部分电网的发展也因此面临前所未有的机

6、遇与挑战 （一一一一）环境和能源环境和能源环境和能源环境和能源 目前，能源供应主要依赖化石能源，一方面，化石能源是不可再生能源终 将由于不断的消耗而逐渐枯竭；另一方面，化石能源的大量开发利用，造成了环 境污染和大量温室气体排放。提高能源利用效率，发展清洁能源，优化调整能源消费结构，降低对化石能 源的依赖程度已成为世界各国解决能源安全和环保问题，应对全球气候变化的 共同选择。而将清洁能源转化为电能，是开发利用清洁能源的最主要途径。适应清洁能源开发，输送和消纳的发展需求，提高电网的安全可靠性，灵活 适应性和资源优化配置能力，己成为当今电网面临的紧迫任务。（二二二二）安全可靠与经济高效安全可靠与经济

7、高效安全可靠与经济高效安全可靠与经济高效 随着能源结构的优化调整和清洁能源的快速发展，电能在终端能源消费中所 占比例日益提高，经济社会发展对电能的依赖程度日益增强。电网规模日益扩大，一方面有利于提高资源优化配置能力，有利于大规模可 再生能源的接入和传输；另一方面，电网运行与控制的复杂程度越来越高，发生 大面积停电的风险也日益加大，对实现电能的安全传输和可靠供应提出重大挑 战，电网的坚强可靠成为普遍关注的焦点。促进电力清洁生产，降低电力输送损耗，全面优化电力生产、输送和消费全 过程，成为电网发展的必然选择。经济高效的电网必将极大地推动低碳电力、低 碳能源乃至低碳经济的发展。（三三三三）电网开放与

8、优质服务电网开放与优质服务电网开放与优质服务电网开放与优质服务 分布式发电及电动汽车的快速发展和广泛使用，对于利用可再生能源，减少 化石能源消耗，以及实现能源梯级利用和提高能效具有十分重要的意义。同时-电力用户的身份定位也悄然转变，从单纯的电力消费者转变为既是电力消费者，又是电力生产者。市场化改革的深入和用户身份的重新定位，使电力流和信息流由传统的单向 流动模式向双向互动模式转变。信息的透明共享，电网的无歧视开放既体现了对 价值服务的认同，同时也成为电网无法回避的挑战。电网的透明开放为电网自身的运营发展提供了巨大的机遇，用户的积极、广 泛参与对于电网优化资产效能，提高安全水平，降低运营成本具有

9、重要意义，使 电网构建新型商业模式，提供电力增值服务以及拓展战略发展空间成为可能；但同时也对电网友好兼容各类电源和用户接入，提供高效优质服务提出了更高的要求 （四四四四）技术创新与高效管理技术创新与高效管理技术创新与高效管理技术创新与高效管理 当前，新一轮世界能源革命的序幕已经拉开，其目标就是实现以智能电网为 核心的低碳能源推动技术创新，实现高效管理，已经成为电网迎接发展与挑战 的必然选择 在科技发展日新月异的今天，将先进技术与传统电力技术有机高效融合，实 现技术转型，全面提高资源优化配置能力，保障安全、优质和可靠的电力供应，提 供灵活、高效和便捷的优质服务，是新形势下电网面临的新课题 同时，

10、电网的形态和功能定位正在发生深刻变化，电网发展任务更加繁重，3 亟须推进体制机制创新，转变发展模式，优化业务布局，提高运营效率，实现管 理转型，以适应生产力发展对生产关系变革提出的客观要求 第二节第二节第二节第二节 智能电网的理念和驱动力智能电网的理念和驱动力智能电网的理念和驱动力智能电网的理念和驱动力 进入21世纪以来，国内外电力及相关行业开展了一系列研究与实践，对未来 电网的发展模式进行了积极思考与探索。一一一一、智能智能智能智能电网的电网的电网的电网的理念理念理念理念 智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控 制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的

11、新型现代化电网。智能电网的智能化智能化智能化智能化主要体现在：可观测采用先进的传感量测技术，实现对电网的准确感知：可控制可对观测对象进行有效控制：实时分 析和决策实现从数据、信息到智能化决策的提升；自适应和自愈实 现自动优化调整和故障自我恢复 智能电网的特征特征特征特征主要包括 坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。(1)坚强坚强坚强坚强。在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不 发生大面积停电事故；在自然灾害，极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网 的安全运行：具有确保电力信息安全的能力。(2)自愈自愈自愈自愈。具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，强大的预警和预 防控制

12、能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。(3)兼容兼容兼容兼容。支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的 接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求井提供对 用户的增值服务。(4)经济经济经济经济。支持电力市场运营和电力交易的有效开展，实现资源的优化配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。(5)集成集成集成集成。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、规范化和精益化管理。(6)优化优化优化优化。优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。二二二二，发展智能电网的驱动力发展智能电网的驱动力发展智能电网的驱动力发展智能电网的

13、驱动力 解决能源安全与环保问题解决能源安全与环保问题解决能源安全与环保问题解决能源安全与环保问题，应对气候变化应对气候变化应对气候变化应对气候变化，是发展智能电网的核心驱动力是发展智能电网的核心驱动力是发展智能电网的核心驱动力是发展智能电网的核心驱动力。创造新的经济增长点与增加就业岗位，是国外主要发达国家发展智能电网的经济 动因。由于国情以及电力工业发展水平的不同，各国和地区发展智能电网的驱动 力略有不同。中国发展智能电网的驱动力主要包括：充分满足经济社会快速发展和电 力负荷高速持续增长的需求；确保电力供应的安全性和可靠性，避免发生大 面积停电事故；提高电力供应的经济性，降低成本和节约能源；大

14、力发展 可再生能源，调整优化电源结构，提高电网接入可再生能源的能力和能源供应的 安生性，满足环境保护的要求；提高电能质量，为用户提供优质电力和增值 服务；适应电力市场化的要求，优化资源配置，提高电力企业的运行、管理 水平和效益，增强电力企业的竞争力。4 第三节第三节第三节第三节 智能电网研究现状智能电网研究现状智能电网研究现状智能电网研究现状 建设智能电网是一项高度复杂的系统工程。世界各国根据本国电力工业的特 点，通过在不同领域的研究与实践，形成了各自的发展方向和技术路线，也反映 出对未来电网发展模式的不同思考。一一一一、国外智能电网国外智能电网国外智能电网国外智能电网研究现状研究现状研究现状

15、研究现状 20世纪末，世界上很多国家和地区相继开展了智能电网相关研究，而其中最 具代表性的是美国与欧洲。(一一一一)美国智能电网研究现状美国智能电网研究现状美国智能电网研究现状美国智能电网研究现状 （二二二二）欧洲智能电网研究现状欧洲智能电网研究现状欧洲智能电网研究现状欧洲智能电网研究现状 二二二二、中国智能电网研究现状中国智能电网研究现状中国智能电网研究现状中国智能电网研究现状 随着经济社会的高速发展和综合国力的不断增强，我国电力行业紧密跟踪欧 美发达国家电网向智能化发展的趋势，着力技术创新，研究与实践并重，在智能 电网发展模式、理念和基础理论、技术体系以及智能设备等方面开展了大量卓有 成效

16、的研究和探索。（一一一一）电网智能化领域的重要研究与实践电网智能化领域的重要研究与实践电网智能化领域的重要研究与实践电网智能化领域的重要研究与实践 经过多年的建设，我国电力系统建成了以光纤通信为主的、微波和载波等多 种通信方式并存的、世界上规模最大的电力通信主干网络在发电、输电、配电 和用电等各个环节广泛应用先进的信息通信技术、传感与量测技术、电力电子 技术，电力生产运行主要指标接近或达到国外先进水平；在特高压输电、大电网 安全稳定控制、广域相量测量、电同频率质量控制、稳态/暂态/动态三位一体安 全防御和自动电压控制等技术领域进入了国际额先行列。2005年年年年以来，国家电网公司在大规模可再生

17、能源集中并网、电化学储能、建 立风电接入电网仿真分析平台、数字化电网建设、智能电网控术架构等前沿领域 开展研究和攻关，取得了丰硕的成果；2007年年年年，华东电网启动了高级调度中心、统一信息平台建设；2008年年年年，华北、上海电网启动了数字电能表试点：2009年年年年，国家电网公司在建成国家电网信息化工程（SG186）的基础上，又启动了建设国 家电网资源计划(SG-ERl-)信息系统工程。(二二二二)国家电网公司提出坚强智能电网国家电网公司提出坚强智能电网国家电网公司提出坚强智能电网国家电网公司提出坚强智能电网理理理理念念念念 面对世界电力发展的新动向国家电网公司在深入分析世界电网发展新趋势

18、 和中国国情的基础上，紧密结合中国能源供应的新形势和用电服务的新需求，经 过充分的考察、分析和论证，于2009年5月在北京召开的“2.009特高压输电国 际会议“上正式发布了中国建设坚强智能电网中国建设坚强智能电网中国建设坚强智能电网中国建设坚强智能电网的理念的理念的理念的理念：立足自主创新建设以特 高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的 坚强智能电网的发展目标。按照“统一规划、统一标准、统一建设”的原则和“统 筹规划、统一标准、试点先行、整体推进“的工作方针，稳步、有序地推进智能 电网各项建设工作。结合我国发展低碳经济的新形势、新挑战，针对智能电网建设的重点领

19、域，国家电公司于2009年8月启动了智能电网建设第一阶段的重点工作，包括电 网智能化规划编制、智能电网技术标准体系研究和标准制订，、国家风电和太阳能 等3个研究检测中心建设和l0大类（项）专题研究，并在发电、输电、变电、5 配电，用电、调度等环节选择了9个项目作为第一批试点工程。2010年1月，在 第一批试点项目的基础上，又安排了第二批12个试点项目。目前，各项工作已 全面展开，进展顺利，部分项目已取得重要阶段性成果。智能电网的研究与实践曰益得到政府高度重视和全社会关注。20 10年政府工 作报告明确提出要“加强智能电网建设”，建设智能电网已在我国形成共识。第四节第四节第四节第四节 坚强智能电

20、网坚强智能电网坚强智能电网坚强智能电网 我国的水能、风能、太阳能等可再生能源资源规模大、分布集中，需要集中 开发、规模外送和大范围消纳智能楼宇、智能社区、智能城市是今后的发展方 向，电动汽车、智能家居等也将推广应用。这些都对电网资源优化配置能力和 智能化水平提出了很高要求。建设安全水平高、适应能力强、配置效率高、互动 性能好、综合效益优的坚强智能电网，是清洁能源发展、节能减排、能源布局优 化和结构调整的战略选择 一一一一、概概概概念念念念 坚强智能电网坚强智能电网坚强智能电网坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为 基础，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动

21、化特征，包括电力系 统各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体 化融合的现代电网。“坚强”与“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。强调坚强网架与电网智能化的有机统一，是以整体性、系统性的方 法来客观描述现代电网发展的基本特征。坚强能电网是安生可靠、经并高效，清洁环保、透明开放和友好亐动的电 网。安全可靠是指具有坚强的网架结构、强夦的电力输送能劓和安全可靠的电力 供应；经济高效是指提高电网运行和输送效率，降伎运营成本，促进能源资源和 电力资产的高效利用；清洁环保是指促进清洁胝源发展与利用，降低能源消耗和 污染物排放，提高清洁电能在终端

22、能源消费中的比重；透明开放是指甕网、电源 和用户的信息透明共享，电网无橧视开搾：友好互动是指实现电网运行方式的灵 活调整，友好兼容各类电源和用接入促?发电企业和用户主动参与电筑运行 调节 信息化、自动化、互动化是坚强智能电网的埪本技特征。信息化搯坚弰智 能电网的基本途弄，体现为对实时和非实时信息的高度集成和挖掘利用胵力；自 动儖是坚强能电网发展水平的直观体现，依靠諘效的信恏采集传输和雄成应 用，?现电网自动运行抧制与管吆水屳升；互动化是?强智能电网的内在要求，通过信息的宖时沟通与分析，实现电力系统各个厯节的良性互动和高效协调提 升用户体验，促进电聽的安全、高效、环保五用。二二二二，技术体系技术

23、体系技术体系技术体系 坚强智能电网的技术体坚强智能电网的技术体坚强智能电网的技术体坚强智能电网的技术体系包括系包括系包括系包括甴网基础体系、技术支撑体系、智能应用体系 和标准规范体系。电网基础体系电网基础体系电网基础体系电网基础体系是电网系统的物质载体，是实现”坚强”的重要基础;技术支技术支技术支技术支 撑体磻撑体磻撑体磻撑体磻是指先进的通信、信息、控制等应用技术，是实现“智能”的基础；智能智能智能智能 应用乓系应用乓系应用乓系应用乓系是保障电网安全?经济、高效运行，最大效率地利用能源和社会资源，6 为焨户提供增值服务的具体体现标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规 范，以及试验、认证，评件

24、系，是建设坚强智能电?的制度依障。坚强智能电 网的基本架构如图11所示。图图图图1一一一一1 坚强智能电网的基本架构示意图坚强智能电网的基本架构示意图坚强智能电网的基本架构示意图坚强智能电网的基本架构示意图 三三三三、发展阶发展阶发展阶发展阶段段段段 国家电网公司坚强智能电网建设分为3个阶段，按照“统一规划，分步实施、试点先行，整体推进”的原则建设实施。第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段（20092010年）为试点阶段：完成国家电网智能化规划，；在技术标准体系、新能源接入、智能设备等关键性、基础性技术领域开展专题研究；在网厂协调、智能电网调度、智能变电站、电动汽车充放电、电力光纤到户等重点技术领

25、域进行工程试点。第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段(2,01I 2015年)为全面建设阶段：在技术研究和工程试点基础上，结台智能电网发展需求，继续开展关键技术研究和设备研发；形成智能电网技术 标准，完善技术标准体系，规范电网建设与改造规范；开展智能电网建设评估与 技术经济分析，滚动修订发展规划，全面、有序开展坚强智能电网建设。初步建 成坚强智能电网，电网的信息化、自动化、互动化水平明显提升，关键技术和装 备达到国际领先水平凸 第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段（20162020年）为引领提升阶段：至2020年t基本建成坚强智 能电网，技术和装备全面达到国际领先水平，电网的资源配置能力、安全水平、运

26、行效率，以及电网与电源、用户的互动水平显著提高。四四四四坚强智能电网愿景坚强智能电网愿景坚强智能电网愿景坚强智能电网愿景 坚强智能电网是以坚强实体电网为基础、以信息化平台为支撑、以智能化控 制为实现手段形成的统一整体。涵盖电力能源生产、输送直至消费的全部环节。坚强智能电网的重要意义和主要作用可概括为：(1)具备强大的资源优化配置能力。智能电网建成后，将形成结构坚强的受 7 端电网和送端电网电力承载能力显著加强。形成“强交、强直”的特高压输电 网络，实现大水电、大煤电、大核电、大规模可再生能源的跨区域、远距离、大 容量、低损耗、高效率输送，区域间电力变换能力明显提升。(2)具备良好的安全稳定运行

27、水平。坚强智能电网的安全稳定性和供电可靠 性将进一步提升，具备抵御突发性事件和严重故障的能力，能够有效避免大范围 连锁故障的发生，显著提高供电可靠性。(3)适应并促进清洁能源发展。在风电机组功率预测和动态建模、低电压穿 越和有功无功控制以及常规机组快速调节等领域取得突破，大容量储能技术等将 得到推广应用，清洁能源发电及其并网运行控制能力显著提升，满足能源消费结 构调整的国家战略要求，促进集中与分散开发模式并存的清洁能源大规模开发利 用，使清洁能源成为更加经济、高效、可靠的能源供给方式。(4)实现高度智能化的电网调度。全面建成横向集成、纵向贯通的智能电网 调度技术支持系统，满足各级电网调度和集中

28、监控的要求，实现电网在线智能分 析、预警和决策 (5)满足电动汽车等新型电力用户的服务要求。建成完善的电动汽车充放电 配套基础设施网，形成科学合理的电动汽车充放电布局，满足电动汽车行业发展 和消费者的需要，电动汽车与电网的高效互动将得到全面应用。(6)实现电网资产高效利用和全寿命周期管理。通过智能电网调度 和需求侧管理，电网资产利用小时数大幅提升，电网资产利用效率显著提高。(7)实现电力用户与电网之间的便捷互动。建成智能用电互动平台，实现用户分类和信用等级评价，建立完善的需求侧管理、分布式电源综合利用以及电动汽车充放电管理等应用体系，实现有序充放电、平衡电网负荷等应用。(8)实现电网管理信息化和精益化。形成覆盖电网各个环节的坚强通信网络 体系，全面实现电网管理的信息化和精益化。(9)发挥电网基础设施的增值服务潜力。可实现基于电力网、互联网、电信 网、有线电视网等的融合，为供水、热力、燃气等行业的信息化、互动化提供平台支持，拓展及提升电网基础设施增值服务的范围和能力。