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1、国家智能电网发展状况,授课教师：邢晓敏,东北电力大学电气工程学院,第1讲,2,该部分介绍的主要内容：,目 录,国家电网公司倡议,智能电网的研究背景,国家电网公司企业发展战略,中国智能化电网的实施计划,智能电网的驱动力,3,该部分介绍的主要内容：,目 录,4,国家电网公司的企业发展战略,战略目标,把国家电网公司建设成为“电网坚强、资产优良、服务优质、业绩优秀”的现代公司（简称“一强三优”）。,所谓“电网坚强”：电网规划科学，结构合理，技术先进，安全可 靠，运行灵活，标准统一，经济高效。,5,国家电网公司的企业发展战略,战略重点,电网发展战略：,建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强的
2、国家电网，促进大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地集约化开发，实施更大范围内能源资源优化配置（简称“一特四大”电网发展战略）。,6,中国智能化电网的实施计划,实施原则：,统一规划、分步实施、试点先行、整体推进,进度安排：,分为研究试点（2009-2010）、全面建设（2011-2015）、引领提升（2016-2020）三个阶段推进实施。,在加快建设由1000kV交流和800kV、1000kV直流构成的特高压骨干网架，实现各级电网协调发展的同时，分阶段推进坚强智能电网发展。,7,加强交流，广泛合作共同努力，建立国际标准及规范采取措施，推进智能化电网建设携手共进，推动能源产业升级和社会进步,国
3、家电网公司倡议,8,智能电网的研究背景（1/20）,（一）智能电网的发展历史,2005年，坎贝尔发明了一种技术，利用的是“Swarm群体行为”原理，让大楼里的电器互相协调，减少大楼在用电高峰期的用电量。坎贝尔发明了一种无线控制器，与大楼的各个电器相连，并实现有效控制。比如，一台空调运转15分钟，以把室内温度维持在24；而另外两台空调可能会在保证室内温度的前提下，停运15分钟。这样，在不牺牲每个个体的前提下，整个大楼的节能目标便可以实现。这个技术赋予电器于智能，提高能源的利用效率。,2005年，坎贝尔发明了一种无线控制器。这个技术赋予电器于智能，提高能源的利用效率。,9,智能电网的研究背景（2/
4、20）,（一）智能电网的发展历史,2006年欧盟理事会的能源绿皮书欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略（A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy）强调智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。这时候的智能电网应该是指输配电过程中的自动化技术。,10,智能电网的研究背景（3/20）,（一）智能电网的发展历史,2006年中期，一家名叫“网点”（GridPoint）的公司开始出售一种可用于监测家用电路耗电量的电子产品，可以通过互联网通信技术调整家用电器的用电量。这个电子产品具有了一部分交互能力
5、，可以看作智能电网中的一个基础设施。,11,智能电网的研究背景（4/20）,（一）智能电网的发展历史,2006年，美国IBM公司曾与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。这个可以看作智能电网最完整的一个解决方案，标志着智能电网概念的正式诞生。,这一方案被形象比喻为电力系统的“中枢神经系统”，电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电网，优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电，消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。,12,智能电网的研究背景（5/20）,（一）智能电网的发展历史,2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，
6、并规划了从2008年至2030年的“三步走”战略。该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。,“三步走”战略：（1）在2010年初步建成电网高级调度中心；（2）2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网；（3）2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。,13,智能电网的研究背景（6/20）,（一）智能电网的发展历史,2008年美国科罗拉多州的波尔得（Boulder）已经成为了全美第一个智能电网城市。,该城市每户家庭都安排了智能电表，人们可以很直观地了解当时的电价，从而把一些事情，比如洗衣服、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太阳能等清洁能源。同时，变电站可以收
7、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。,14,智能电网的研究背景（7/20）,（一）智能电网的发展历史,2008年9月Google与通用电气联合发表声明对外宣布，他们正在共同开发清洁能源业务，核心是为美国打造国家智能电网。,15,智能电网的研究背景（8/20）,（一）智能电网的发展历史,2009年1月25日美国白宫最新发布的复苏计划尺度报告宣布：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美国行将推动互动电网的整体革命。2月2日我国能源问题专家武建东在全面推互动电网革命 拉动经济创新转型的文章中，明确提出中国电网亟须实施“互动电网”革命性改造。,16
8、,智能电网的研究背景（9/20）,（一）智能电网的发展历史,2009年2月4日，地中海岛国马耳他和IBM达成协议，双方同意建立一个“智能公用系统”，实现该国电网和供水系统数字化。,17,智能电网的研究背景（10/20）,（一）智能电网的发展历史,2009年2月10日，谷歌表示已开始测试名为谷歌电表（PowerMeter）的用电监测软件。,这是一个测试版在线仪表盘，相当于谷歌正在成为信息时代的公用基础设施。,18,智能电网的研究背景（11/20）,（一）智能电网的发展历史,2009年2月28日，作为华北公司智能化电网建设的一部分华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过
9、专家组的验收。,这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。此外，该系统通过搭建并网电厂管理考核和辅助服务市场品质分析平台，能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。,19,智能电网的研究背景（12/20）,（一）智能电网的发展历史,美国谷歌2009年3月3日向美国议会进言，要求在建设“智能电网（Smart Grid）”时采用非垄断性标准。,20,智能电网的研究背景（13/20）,（二）智能电网的三个里程碑,IBM的智能电网主要是解决电网安全
10、运行、提高可靠性。,第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。,21,智能电网的研究背景（14/20）,（二）智能电网的三个里程碑,从其在中国发布的建设智能电网创新运营管理中国电力发展的新思路白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备，提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。,第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。,22,智能电网的研究背景（15/20）,（二）智能电网的三个里程碑,该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零
11、售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。是IBM一个市场推广策略。,第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。,23,智能电网的研究背景（16/20）,（二）智能电网的三个里程碑,除了已公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。,第二个是奥巴马上任后提出的能源计划。,24,智能电网的研究背
12、景（17/20）,（二）智能电网的三个里程碑,可以看出美国政府的智能电网有三个目的：（1）由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；（2）通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；（3）提高能源利用效率。,第二个是奥巴马上任后提出的能源计划。,25,智能电网的研究背景（18/20）,（二）智能电网的三个里程碑,“互动电网”是指在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，以智能电网技术为基础，通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。,第三个
13、是我国能源专家武建生提出的“互动电网”。,26,智能电网的研究背景（19/20）,（二）智能电网的三个里程碑,它可以整合系统中的数据，优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。互动电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。,第三个是我国能源专家武建生提出的“互动电网”。,27,智能电网的研究背景（20/20）,（二）智能电网的三个里程碑,互动电网主要解决三个问题：（1）是以信息技术改造来提升现有的能源体系，特别提高集能源大成的传统电网体系的能源效率；（2）是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的创新能源利用体系；（3）
14、是要建造消费者和生产者互动的精巧、智慧和专家服务化的能源运转体系。,第三个是我国能源专家武建生提出的“互动电网”。,28,智能电网的理念,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新型现代化电网。,29,智能电网的理念,智能电网的智能化主要体现：,（1）可观性,（2）可控性,（3）实时分析和决策,采用先进的传感量测技术，实现对电网的准确感知；,可对观测对象进行有效控制；,实现从数据、信息到智能化决策的提升；,（4）自适应和自愈,实现自动优化调整和故障自我恢复。,30,智能电网的理念,智能电网的特征：,（1）坚强,在电网
15、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；,主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。,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。,31,智能电网的理念,智能电网的特征：,（2）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能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。,主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。,32,智能电网的理念,智能电网的特征：,（3）兼容,支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布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
16、并提供对用户的增值服务。,主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。,33,智能电网的理念,智能电网的特征：,（4）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。,主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。,34,智能电网的理念,智能电网的特征：,（5）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。,主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。,（6）优化,优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。,35,智能电网的驱动力,驱动力,安全、可靠、价格合理的电力供应是国家繁荣、安全的重要保证,
17、转向了更加高效、灵活、环保、且有利于跨欧电力市场建设等需求,36,智能电网的驱动力,驱动力,37,大容量电力储能技术电能质量控制技术潮流灵活控制技术高度的信息集成技术智能调度技术,智能电网涉及的重要电网技术,38,大容量电力储能技术,智能电网涉及的重要电网技术,风电、太阳能发电自身固有的特征：,决定了其规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响，必须要有先进的储能技术做支撑。,随机性、间歇性,39,大容量电力储能技术,智能电网涉及的重要电网技术,大容量电力储能技术发展的必要性：,40,大容量电力储能技术,智能电网涉及的重要电网技术,大容量储能技术发展的现状：,全球大容量储能技术呈多元
18、化发展格局，中国企业已掌握关键技术，拥有自主知识产权。,全球储能技术主要有以下几个方面：,物理储能,化学储能,电磁储能,如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等,如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等,如超导电磁储能等,41,大容量电力储能技术,智能电网涉及的重要电网技术,大容量储能技术发展的现状：,全球大容量储能技术呈多元化发展格局，中国企业已掌握关键技术，拥有自主知识产权。,全球储能技术主要有以下几个方面：,物理储能,化学储能,电磁储能,如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等,如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等,如超导电磁储能等,是物理储能中最成熟也是世界应用
19、最普遍的。主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。,42,大容量电力储能技术,智能电网涉及的重要电网技术,大容量储能技术发展的现状：,全球大容量储能技术呈多元化发展格局，中国企业已掌握关键技术，拥有自主知识产权。,全球储能技术主要有以下几个方面：,物理储能,化学储能,电磁储能,如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等,如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等,如超导电磁储能等,目前技术进步最快。其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破。,43,电能质量控制技术,智能电网涉及的重要电网技术,电能质量概念产生的原因：,理想状态：,一
20、个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz)和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应处于幅值大小相等、相位互差120的对称状态。,实际状况：,由于系统各元件(发电机、变压器、线路等等)参数并不是理想线性或对称的，加之调控手段的不完善、负荷性质各异且其变化的随机性以及运行操作、各种故障等原因，这种理想状态在实际当中并不存在，因此产生了电能质量的概念。,44,电能质量控制技术,智能电网涉及的重要电网技术,电能质量的定义：,导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差，其内容涉及频率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失真、三相不平衡以及电压波动
21、和闪变等。,【PowerQuality】,45,电能质量控制技术,智能电网涉及的重要电网技术,近年来，电能质量控制技术的发展非常迅速，主要体现在以下几个方面:,46,潮流灵活控制技术,智能电网涉及的重要电网技术,潮流灵活控制的含义：,灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。,其实际上就是灵活交流输电技术（FACTS）。,47,高度的信息集成技术,智能电网涉及的重要电网技术,信息技术是国家电网的战略目标的实施的必要保障。“智能电网”的实施，需要各
22、种尖端技术的融合，而这些技术如何在此平台上进行融合，将成为检验各国的综合技术能力的竞技场。在此其中，信息技术将是“智能电网”的实施的重要保障，其实质意义已经超越“供电网络”本身。,48,智能调度技术,智能电网涉及的重要电网技术,智能调度是智能电网建设中的重要环节，智能电网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。,49,中国智能化电网的定义、内涵及发展目标,名称,坚强的智能化电网（Strong&Smart Grid）,定义,就是把最新的信息化、通讯、计
23、算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合，形成一个新型电网，实现电力系统的智能化。,智能电网可以提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗。,50,中国智能化电网的定义、内涵及发展目标,总体发展目标,以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。,51,中国智能化电网的定义、内涵及发展目标,主要特征,实现信息化、数字化、自动化、互动化；,技术上：,管理上：,实现集团化、集约化、精益化、标准化,基本内涵,坚强可靠、经济高效、清洁环保、透
24、明开放、友好互动,52,中国智能化电网的定义、内涵及发展目标,基本构架,电网基础、技术支撑、智能应用、标准规范,应用环节,发电、线路、变电、配电、用户、调度,关系到电力行业的各个重要环节！,53,智能电网建设涉及输配电到用电的各个领域,大型能源基地、大规模可再生能源、分布式电源/微网、抽水蓄能,发电,线路,特高压交直流输电网、电网规划技术、运维检修、输电设备、电力电子,配电,配电网、配电设备、配电线路、配电终端、分布式电源(微网)并网/保护/隔离等带来的变化,用电,分布式电源(微网)并网/保护/隔离等带来的变化、储能技术、用电信息采集、双向互动,54,智能电网建设涉及输配电到用电的各个领域,（运行控制、生产管理）：安稳、调度业务、支持平台,调度,变电,数字化变电站、变电设备、状态检修及全寿命管理,信息 通信,信息体系与架构、信息一体化统一建模（物理、数据、逻辑、业务）、信息安全；通信体系与架构、通信安全,55,未来能源的支撑智能电网,本讲结束！,
