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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7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 session中美绿色能源论坛“Smart Grid”Special sessionSmart Distribution
4、 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制、智能管理、智能分析
5、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）国际电力市场提供低廉的电价和提高能效进
6、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再生、高效、清洁能源的
7、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,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
8、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 的国际标准或国家标准。,国外智能电网研究概况,PJM公司认为：
9、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 opporunities for the wide-area dynami
10、c 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“智能电网”,基于先进信息技术的动态系高速、实时、双向通
11、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
12、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。,（2）自愈性（Self-Healing）具有实时、在线安全预评估和预分析能力具有强大的
13、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,（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,（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,（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准化、规范化和精细化的管理,智能电网
14、集成性特征,（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,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,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
15、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,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,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
16、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
17、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,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
18、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
19、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。,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
20、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(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
21、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,智能配电网技术开发主要包括以下几方面:(1)先进的计量设施（Advanced Metering Infrastructure）智能表计系统开发和表计数据管理 支持与用户间的双向通讯 商业、工业、居民用户的市场信息
22、采用计算机代理系统，与家庭的自动化系统相连，并能响应电价信息,(2)配电及停运管理（Distribution and Outage Management）软件系统 必须提供自愈的功能，以便立即获悉电网扰动的信息并及时对它做出响应，以便使对客户的影响最小化 无缝的图像化接口 具有实时功能，将来自于各渠道的有关网络的信息，以动态系统拓扑模型的方式集成在一起智能化的DMS/OMS平台 与AMI紧密联系，其接口方面要有新的创新型技术，以利于数据的上下传送和连接。通过将实时的DMS/OMS功能实施、遥测技术和集成安全性结合在一起，智能电网将成为真正的自愈电网。,(3)配电和变电站自动化 配电系统远远落后
23、于输电系统，自动化的设备投切可减少运行人员对设备的手动操作，以便及时对网络结构进行变化，适应运行的要求。(4)模拟和优化 通过先进的模拟和优化技术，可使智能电网规划得更好，性能更加优越，智能电网的运行可以通过模拟器对实时条件进行模拟，从而可改进运行性能，以提高应对事故和灾害的能力。(5)企业业务智能化 企业的业务智能化是覆盖在智能配电系统技术之上的，通过这层，数据才能成为可操作的信息，以实现IT于运行之间的桥梁作用。不断增加模型的复杂性和基于人工智能的软件，有助于从数据中产生知识和效率。,70,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
24、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
25、动力管理资产管理,为未来建造设备,有关专家对智能电网的几点看法和建议,（1）智能电网是目前的一个热点，应该对此具有敏感性，要 密切跟踪和深入研究未来智能电网的新技术（2）鉴于中国经济和电力负荷的高速发展，以及能源和负荷分布不匀，发展特高压电网及其他各级电网是目前中国电网建设的重点，目前智能电网相应技术的开发重点在输电网侧，但配电、用电侧的智能电网技术值得大家高度关注（3）应加强与国外的交流和合作，包括赴国外考察、多参加有关智能电网的国际会议，请国外知名专家来讲学，多进行技术交流等（4）应加强研究手段的建设（如:开发包括分布式发电的配电网规划和计算分析程序，建立研究新能源和分布式电源接入技术的实验室）（5）加强互联网Internet安全防护体系的开发，计算机信息安全是一个头等重要的事情,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,
