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1、第三章智能电网特征及其关键技术,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和进展智能电网技术标准体系对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议,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,国外智能电网研究概况,智能电网研究机构,（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）“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、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI等。（3）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
2、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SG3“智能电网”战略组。,国外智能电网研究概况,智能化实践,在输电侧:目前有EPRI、ABB、PJM等机构和企业开展相关研究。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。在配电和用电侧: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
3、 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”,2.概念、定义和特征,定义（definition)以物理电网为基础，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。,坚强智能化电网体系架构,坚强智能电网的内涵,1、坚强可靠的实体电网架构是中国坚强智能电网发展的物理基础,2、
4、经济高效是对中国坚强智能电网发展的基本要求,中国智能电网,5、友好互动是中国坚强智能电网的主要运行特征,4、透明开放是中国坚强智能电网的发展理念,3、清洁环保是经济社会对中国坚强智能电网的基本诉求,坚强可靠,清洁环保,经济高效,友好互动,透明开放,智能电网主要特征：自愈、坚强、兼容、优化、经济、集成,智能电网自愈性特征,（1）自愈性（Self-Healing）具有实时、在线连续的安全评估和分析能力；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、故障隔离和系统自我恢复的能力；阻止事故扩散，避免大面积停电。,智能电网坚强性特征,（2）坚强性（Robust/Strong）在电网发生小扰动和
5、大扰动故障时，电网仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的停电事故；物理攻击的安全性在电网发生极端故障时，如自然灾害、极端气候条件、人为的外力破坏下，仍能保证电网的安全运行；物理攻击的安全性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。信息攻击的安全性,智能电网兼容性特征,（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。,智能电网经济性特征,（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 实现资源的合理配置
6、 降低电网损耗，提高能源利用效率。,智能电网集成性特征,（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。,智能电网优化特征,（6）优化（Optimized）优化资产的利用率；优化资产规划，降低投资成本；实时监测设备状态，降低运行维护成本。,中国智能电网的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
7、、发电与用户以信息为基础的互动。,坚强智能电网建设的六个环节和三大支撑技术,六大环节,三大支撑技术,总体情况: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为建设我国智能电网奠定了坚实的基础。,华东电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了规划技术体系完善研究,华东电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了高级调度中心的研究,开展了统一数据平台的研究,华东电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了数字化变电站研究,徐行站数字化改造,新建数字化海宁站,华东电网公司-智能输电
8、网技术为重点领域,华东公司建设智能电网的三阶段目标,中国智能电网建设的基础条件,信息化水平已初步达到建设智能电网的要求,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,自动化控制领域的技术研究走在世界的前列,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
9、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。,配电领域智能化研究有待突破（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（高级计量）的工作正在开展,（4）定制电力技术 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）；DFA
10、CTS技术；无功补偿器技术（DSTATCOM）、有源电力滤波器（APF）技术。,用电领域智能化应用研究要积极探索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。,华东电网公司:以智能输电网相关技术为重点领域，首先开展了“规划技术体系完善研究、高级调度中心、统一数据平台和数字化变电站研究”建设等建设,华东电网智能电网研究初见成效,规划技术体系完善研究,高级调度中心建设,数字化变
11、电站研究建设,统一数据平台建设,2,3,1,4,2006年4月，国家电网公司提出了在全系统实施“SG186工程”的规划。华东、华北、上海、浙江、江苏等多家电力企业已顺利通过国网公司建设示范单位验收。,信息化水平已初步达到建设智能电网的要求,电力通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化.,广域量测技术已大范围应用,状态监测技术已大力推进。,1,3,2,自动化控制领域的技术研究走在世界的前列,实现了电网精细化调度和智能化控制,自动化控制领域的技术研究走在世界的前列,华东电网WAMAP系统，充分利用PMU的动态数据，面向调度运行，重点解决电网安全稳定性的在线监视、实时预警和在线辅助优化决策，率先在
12、电网动态监视和控制领域取得了重大突破。,江苏大电网安全稳定实时预警及协调防御技术（EACCS）,华北电网有限公司5E工程，在可视化和运营管理辅助决策方面，对智能电网进行了有益的探索。,数字化变电站初步统计公司系统已有70多座数字化变电站投入运行，在数字化变电站研究和应用领域取得的成果，使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了一定建设智能电网的条件，对智能电网的发展将起到重大推动作用。,数字化变电站研究成果已应用于工程实际,华东、上海、山东、浙江、江苏以及南方电网等企业也先后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
13、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，在江苏、上海等部分地区具有相当成熟的应用系统。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。,智能电网关键设备,但仍有一定的差距，需要进一步加大研制力度：（1）现有设备不能完全满足信息化、自动化、互动化要求，技术性能有待进一步完善和提升；（2）关键设备仍然缺乏，不能满足统一坚强智能电网建设的技术需求（如智能一次设备、大规模储能装置、智能电能表、统一潮流控制器等），需要加大研制力度。大容量储能装置是需要重点突破的关键设备，国内还没有成熟产品。（1）上海公司与中科院上海硅酸盐所联合研制大容量
14、钠硫储能电池，已试制成功650Ah的单体电池和3.3kW钠硫单体模块。（2）中国电科院与GE公司合作开发氯化镍电池储能，电科院正在测试GE单体电池。,全钒氧化还原液流电池目前已取得的成果：,10 kW 全钒液流电池已开发成功100 kW全钒液流电池的集成和试验工作正在进行应用特性试验正在进行,汽车电网技术Vehicle-To-Grid,智能电网可以用于插电式混合动力汽车或纯电动汽车。主要采用嵌入式芯片技术,不论汽车在哪里充电，智能电网都可以辨认它，并把账单寄给车主。收费标准是根据充电的时间确定的，例如白天快速充电,夜间低谷集中充电。如果汽车断开充电，电网可以判断，按什么时间段收费，费用是最低的
15、。电信网络就能识别它一样。经考察,在欧洲已经实现了。问题:(电池是否统一规范生产?如何保证安全？如何如何提高储能密度？如何降低成本？给电网带来哪些影响?配电网能否满足要求?),智能电网技术标准体系,（1）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规范。（2）IEC去年底筹建SG3“智能电网技术标准体系”战略组。（3）中国也派代表参加SG3的工作，互相交流，基本同步，资源共享。我们从今年5月份开始分9个专业工作组，组织180多人参与该项工作。,IEC智能电网技术标准体系简介,IEC分通用技术领域和专业技术领域对智能电网技术标准体系进行了
16、系统分析和研究。通用技术领域包括：通信和安全。专业技术领域包括：HVDC/FACTS；断电预防/EMS；先进配电管理；配电自动化；智能变电站自动化；分布式能源；高级计量（AMI）；需求侧响应和负荷管理；智能家居以及和楼宇智能化；电能存储；电动汽车；状态监测；电磁兼容；低压设备安装；对象识别，产品分类，性能和文件；系统规划。IEC的重要特征就是建立了智能节点的概念：终端设备既是设备，又是节点。系统也可以是一个节点。如：智能变电站系统就是智能电网的重要节点。变压器、智能电表、IED等都可以节点来看待。,美国国家标准与技术研究院（NIST）,美国国家标准与技术研究院（NIST）集中了1500多位专家
17、、学者、有关单位和个人对智能电网互操作性标准进行研究，旨在协调、建立一个实现智能电网互操作性的技术框架，包括：各种协议和标准模型进行信息管理，以实现智能电网各设备和系统之间的互操作性。该项研究的主要成果是给出了制定互操作性框架的一张临时路线图。该路线图描述了互操作性标准发展与协调的现状、问题和优先事项。报告还介绍了智能电网的高层结构，包括概念模型、构造原则与方法和网络安全战略。,NIST智能电网技术标准体系概念模型,智能电网架构联盟GWAC（Grid Wise Architecture Council）将智能电网不同层次的互操作分为3个方面、8个层次，分别是：（a）技术方面（如何表示信息）：(
18、1)基本连接、(2)网络互操作、(3)语法互操作；（b）信息方面（交换什么和意义）：(4)语义理解、(5)业务内容；（c）组织管理（管理电）方面:(6)业务流程、(7)业务对象、(8)经济/管理法规。2009年4月，NIST确定了最初首批发布16个标准，第二批又发布15个标准，计发布31个标准。另有46个可能用于智能电网。共计77个。,智能电网发展动态,（1）主要任务建立三个机制工作组织、协调和监督工作机制技术支持机制互动沟通协调机制出台两个纲领性文件统一坚强智能电网发展规划纲要统一坚强智能电网关键技术研究框架制定试点方案发电、输电、变电、配电、用电、调度、信息通讯上海世博会、风光储一体化、电
19、网调度一体化、用电信息采集、智能化变电站、配电自动化,智能电网发展动态,（2）上海世博园智能电网示范工程（1）分布式电源接入（2）储能系统（3）智能变电站（4）配电自动化（5）故障报修管理系统（TCM）建设（6）电能质量检测与控制（7）用电信息采集系统（8）智能用电楼宇/家居（9）电动汽车充放电站,智能电网发展的一些新趋势,1）智能电网的概念大大扩展过去几年，智能的核心定义已从“智能表计”到“智能电网”，即原先关心的主要是AMI（Advanced Metering Infrastructure),现在还要包括HANs(Home Area Networks)，网络侧的应用（grid-side a
20、pplication,e.g.,VAR control,automation),电力公司的未来功能（分布式发电如太阳能发电-PV，电动汽车EV）将demand response（需求响应）与 AMI结合起来是一种趋势。2）HANs(Home Area Networks)成为创新的新热点demand response会大大地改变用户的行为，智能温度调节器、智能开关、智能用电器等的采用将吸引各种产品制造商参与进来客户有各种要求，可以通过demand response得到满足，要求电力公司具有各种增值服务。3）电网侧的应用技术越来越重要 如自动化技术、电压/无功控制技术、设备监视技术在智能电网的业
21、务领域内变得越来越重要。,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,智能电网架构体系,我国智能电网的发展目标研究,信息流与业务流的交融重构与创新研究,功能体系研究,技术体系研究,信息体系研究,运行维护体系、标准体系及评价体系研究,智能输电技术,智能电网下的电网规划技术,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,未来电网控制中心建设技术,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 Me
22、tering Infrastructure AMI）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；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 DOM）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做出响应，达到对客户的影响最小化。无缝的图像化接口：具有实时功能，将来自各渠道的有关网络信息，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。
23、将实时的DMS/OMS功能、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 配电系统自动化远远落后于输电系统自动化。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与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。,一步一个脚印的实践才是成功的关键！,谢谢！,
