智能电网技术专题三.ppt

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1、智能电网技术专题三华北电力大学电气与电子工程学院孙英云1智能电网相关技术和进展2智能电网相关技术n先进发电与储能技术n先进输配电技术n先进二次侧技术n智能电网管理和控制新技术3先进发电与储能技术n可再生能源发电技术q风力发电q太阳能发电q生物质能发电技术q潮汐能发电n清洁煤发电q整体煤气化联合循环q增压硫化床联合循环机组（PFBC-CC）4我国风能资源分布 n我国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kWn如果年满功率发电按20002500h计，风电的年发量可达50606325亿kWhn风能资源的分布主要集中在东南沿海及其岛屿以及内蒙、甘肃

2、、新疆一带区域56风力发电技术n鼠笼式异步发电机q通过变速箱和电网相联q发电时需要吸收较多无功，需加装无功补偿n双馈异步发电机q定子绕组直接连接与电网相联，转子绕组通过整流逆变器和电网相联q有功、无功可以解耦控制、风能利用效率高、出力波动较小n直驱型同步风力发电机q不需要变速箱q对整流逆变器容量要求大7太阳能资源分布 n全国太阳辐射年总量大致在3.351038.40103MJ/m2之间，其平均值约为5.86103MJ/m2n全国太阳辐射总量平均为1630kWh/(m2a)，年日照小时数2000hn青藏高原大部分地区年辐射量2000kWh/(m2a)，年日照小时数超过3000h，是世界上的高值区

3、之一8太阳能发电技术n目前太阳能电池产品主要分为晶体硅电池、薄膜电池两类。其中前者又可分为单晶硅、多晶硅电池两种，其转化效率较高，约15%左右，高者已能达25%以上，但成本也相对较高，目前占据大多数的市场份额；后者虽然在转化效率尚不如前者，稳定光电转换效率约为5%8%，但成本相对较为低廉，近年来在转化效率方面已有突破性进展，主要包括非晶硅电池、铜铟镓硒电池和碲化镉电池等9太阳能发电技术n我国太阳能光电累计用量已达13100千瓦，其中通信占50%，农村与边远无电地区占30%，民用与工业用各占10%n已建成15座光伏电站，最大的是1998年投入运行的西藏安多100千瓦光伏电站n提高转换效率和降低造

4、价是太阳能发电的发展方向n尽管太阳能发电成本在过去25年里已下降了10倍，但目前成本仍是入网电价的35倍，业界认为接近电网等价点(GridParity)才是光伏产业真正爆发性增长的开始10生物质能 n林业加工废弃物2.1亿吨n农作物秸秆2.86亿吨n大中型养殖场禽畜粪便1100万吨标煤n生活垃圾n工业有机废弃物250亿立方米沼气11生物质能发电 n我国生物质能发电得到实际应用的有燃烧蔗渣或稻壳的发电站、稻壳气化发电和沼气发电n蔗渣与稻壳燃烧电站主要在两广地区，装机约80万千瓦 n稻壳气化发电系统，容量为60-240千瓦n小型沼气发电装置，共约80处，总装机2560千瓦 12海洋能 n我国沿岸和

5、海岛附近的可开发潮汐能资源理论装机容量达2179万kW，理论年发电量约624亿kWhn波浪能理论平均功率约1285万kW，潮流能理论平均功率1394万kWn这些资源的90%以上分布在常规能源严重缺乏的华东沪浙闽沿岸13潮汐发电技术n潮汐能发电可分为两种形式，一种是利用海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房发电，另一种则是利用洋流发电，无需建造水坝。目前投运的潮汐能电站多为前一种。目前，我国正在运行发电的潮汐电站共有8座，均为水坝型，总装机容量为6000kW,每年发电量1000万余度n目前世界上单机容量最大的潮汐能发电机单机容量已达1.2MW，装设于英国斯特兰福

6、德湾14英国斯特兰福德湾安装的SeaGen潮汐能发电机 n无坝型n此处海水流速超过13km/hn需观察对海豹等海洋哺乳生物的影响n英国希望能够成为“海洋能中的沙特阿拉伯”15洁净煤发电技术 n在90年代，世界总发电量中煤电比重一直保持在63%左右 n在21世纪我国的发电量构成中，火电仍将占到70%75%n21世纪大力发展清洁煤发电技术，是我国避免成为“公害”大国的必由之路16整体煤气化联合循环机组(IGCC)nIGCC技术是一种最新的清洁煤发电技术，是21世纪初燃煤发电技术中最具优势的一种 n工作原理是先将煤气化，再以净化后的清洁煤气作为燃料，驱动燃气轮机发电机组发电。燃气轮机的排气送入余热锅

7、炉生产蒸汽，用蒸汽驱动汽轮发电机组发电17IGCC装置的主要优点 nSOx、NOx排放量少，NOx排放量将减少90%，CO2排放量可减少35%n联合循环热效率可高达52%，随着技术的发展，达到58%的热效率亦已实现n燃料适应性好，可燃用各种不同的煤n用水量少，IGCC电厂用水不到同容量常规燃煤电厂的70%n可分期建设，及早发展18荷兰布格农电厂253MW IGCC机组简图 19增压流化床燃烧联合循环机组(PFBC-CC)n21世纪初极具发展潜力的另一种先进的清洁煤发电技术就是增压流化床联合循环(PFBC-CC)技术n增压硫化床是在常压硫化床(CFBC)锅炉的基础上发展起来的在较高压力下进行燃烧

8、的一种燃煤发电技术，它具有热效率高、污染排放低、能组成蒸汽燃气联合循环等特点20PFBC-CC的主要优点n燃烧效率高，可达99%n发电循环效率高，其联合循环效率达40%42%nSOx、NOx和粉尘的排放量低n设备结构紧凑，PFBC锅炉的体积只有同容量常规锅炉的1/4n可模块化，造价低，可用于新老电厂的改造21增压硫化床联合循环系统简图 22储能技术n机械储能n电磁储能n电化学储能n相变储能23机械储能n抽水蓄能q释放时间可以从几个小时到几天，综合效率在70%85%之间q储存能量非常大，用于调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用q必须同时具备下池水库和上池水库，对地理条件要求较高q全世界共有超过90

9、GW的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容量的324机械储能n飞轮储能q利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，并在需要时飞轮带动发电机发电，是一个电能和机械能互相转化的储能元件q能量密度比较低，费用较高q几乎不需要运行维护，设备寿命长，储能效率高，清洁无污染，无噪声，负荷跟踪能力强，对环境没有不良的影响n压缩空气储能q常规燃气轮机在发电时大约需要消耗输入燃料的2/3进行空气压缩，因此可在电网负荷低谷时预先压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在负荷高峰时释放出来加上一些燃气进行发电。对于同样的电力输出，采用CAES的机组所消耗

10、的燃气要比常规燃气轮机少40q建设受地形制约较大，对地质结构有特殊要求25CT ModuleExhaustAirCompressorCombustion TurbineMotorStorageAirIntercoolersRecuperatorFuelExpanderStorage压缩空气储能基本原理Estimated Cap.Cost(2008$)$600/kW to$750/kW+Substation,Permits&ContingenciesConstantOutputPressureRegulationValve(For Salt Geology)The CAES plant desi

11、gn and technology presented above is described in U.S.Patent Numbers 7389644 and 4872307,invented by Dr.Michael Nakhamkin,Chief Technology Officer,Energy Storage and Power LLC.Use of this technology may require a license.Heat RateEnergy Ratio38100.7026压缩空气储能n美国第一座压缩空气储能电厂AlabamaElectricCooperativeMc

12、IntoshPlant(110MW26Hr)n于1991年5月31日午夜开始商业运行n主要用于调峰、旋转备用等AEC McIntosh Site:CAES Plant On Right and Two Combustion Turbines On Left27电磁储能超导储能（SEMS）n概念诞生于70年代初石油危机时期，目的是调节日负荷曲线,节约能源。q5000MWh超导储能线圈,螺线管结构d约为1千米n90年代后，电力工业市场化的发展用户对电能质量要求的提高,迫切需要有效管理高度互联网的电力传输及分配系统的新技术。n既可用于提高电网的稳定性和可靠性，又可用于改善用户的电能质量。28可控可控

13、AC/DCAC/DC变流器变流器交流电网交流电网低温容器低温容器超导线圈超导线圈电流引线电流引线 SMES系统的基本结构图系统的基本结构图SMES基本原理29SMES的基本原理30150kVA/0.5MJ150kVA/0.5MJ动态电压补偿系统挂网实验现场动态电压补偿系统挂网实验现场0.5MJ/150kVA超导储能超导储能DVR系统系统31SEMS优缺点nSMES向电网吸收和释放能量都是直接的，它不仅具有很高的效率，而且还能非常迅速地与电网进行能量交换，其转换效率超过90、响应速度一般为ms数量级。SMES装置还具有重复率高、无环境污染以及安全可靠等特点。n制约超导储能大规模应用的主要因素仍是

14、超导材料的性能和价格32电化学储能技术n超级电容储能q容量大、功率密度高、充放电速度快、使用寿命长、受环境温度影响小等特点，q耐压能力仍有待进一步提高，造价高n钠硫电池q以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池,其理论比能量高达760Wh/Kg，且没有自放电现象,放电效率几乎可达100%，系统效率可达80%。钠硫电池的基本单元为单体电池,将数百个单体电池组合后形成模块，功率可达到数十千瓦，同时也有利于制造、运输和安装。目前在日本及北美已有100余座钠硫电池储能电站在运行中，是各种二次电池中最成熟也是最具潜力的技术。n液流电池q液流电池电化学极化小，能够100%深度放电，储存寿命长，可以通过增加

15、电解液的量或提高电解质的浓度达到增加电池容量的目的。由于液流电池电池组和电解液储液罐可以分开放置,因而可以因地制宜安排相对位置，并可根据设置场所的情况自由设计储藏形式及随意选择形状。33相变储能n相变储能是利用某些物质在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换的性质达到能量转换与控制的目的。n相变储能的使用可作为电力调峰的重要手段之一，使用相变材料的蓄能空调技术已经成为国际上普遍使用的调峰填谷的技术。n基于冰相变储能的调峰手段每千瓦投资仅为1200元，远小于抽水蓄能、安装燃气轮机等调峰手段。n通过相变储能进行调峰仅需一次性投资，运行费用极低，且不受地形地势的限制，具备大规模应用的潜力。34

16、储能技术特点及其适用范围35储能技术 Flow Batteries:Zn/Cl Zn-Air ZrBr VRB PSB Novel Systems NaS BatteryLi-Ion Battery NiCdNiMHHigh Power Fly WheelsSMESHigh Power Super Caps1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW Lead Acid BatteryHigh Energy Super CapsZEBRA Battery功率大小功率大小Discharge Time at Rated PowerSeconds Minutes

17、HoursUPS Grid Support Energy Management Power Quality Load Shifting Bridging Power Bulk Power Mgt PumpedHydroCAESAdvanced Lead Acid BatteryMetal-Air Batteries Nano-cap hybrids?36先进输配电技术n特高压输电q输电容量大、送电距离长、线路损耗低、工程投资省、土地利用效率高和联网能力强q2009年1月16日，晋东南到湖北荆门的1000千伏交流特高压输电线路建成投入运行q目前尚有不同声音37高温超导输电技术n美国2001年美国

18、底特律市3相/130m/24kV/2.4kA的超导电缆挂网运行n丹麦2001年5月30m/30kV/2kA高温超导电缆挂网运行n中国2004年4月昆明普吉变电站（世界第三条高温超导电缆）n2004年底,75m/10.5kV/1.5kA三相交流高温超导电缆在甘肃挂网运行n与常规电缆相比,超导电缆单位长度的电阻要小45个数量级。实际运行的超导电缆电阻主要来自于电缆终端和接头。整个超导电缆系统的损耗中,漏热性质的损耗所占的比重较大,其中,制冷系统和终端的损耗又占了很大的一部分。38NbTiNbTi超导线截面图超导线截面图39超导体的冷却方式超导体的冷却方式低温超导体低温超导体 液氦（Liquid H

19、elium,4.2K）超流氦（Super-liquid Helium,1.8K）高温超导体高温超导体 液氮（Liquid Nitrogen,77K）制冷机直接传导冷却 （Conduction Cooling by Cryocoolers)G-Mcryocooler40液氦冷却的超导磁体液氦冷却的超导磁体传热方式：对流 传导 辐射41制冷机直接传导冷却的超导磁体制冷机直接传导冷却的超导磁体 42先进二次侧技术n先进数据采集技术nAMIn集成通信网络43当前状态2-4秒扫描速率秒扫描速率功率、电压、电流、断路器状态功率、电压、电流、断路器状态数据主要来源于变电站数据主要来源于变电站电网仅部分可见电

20、网仅部分可见44智能电网状态750+282j250+84j100+62j20+8j276+120j130+8j300+100j750+262j440+200j120+11j350+150j227+420j704+308j2345761891011121314151617176+88j高速数据获取高速数据获取观测量更多，包括相角、用户状态等观测量更多，包括相角、用户状态等增强的电网可观性增强的电网可观性45先进数据采集技术n信号传感技术电磁互感器电子式互感器n模拟数字变换技术-型模数转换方式n锁相跟踪技术模拟锁相数字锁相n时标同步技术GPS同步对时（2套以上）n数据滤波处理技术静态滤波动态滤波n

21、高速数据运算处理技术傅立叶分析法n高速数据网络通信传输技术IEC系列协议46Online Stability Monitoring&Analysis Wide Area VisualizationModel Validation&AdjustmentControlled Separation&RestorationImprovesituationalawarenessIncreasetransfercapabilitiesPreventcascadingfailures&reducewide-areablackoutsReducesystemrestorationtimeandoutagedu

22、rationsImproveaccuracyofmodelsResearchDevelopmentApplicationDemonstration先进数据采集技术47利用WAMS数据及EMS数据实现全网可视化Industry IssuesHowtousePMUstoimprovesystemoperatorssituationalawareness?HowtohandlelargevolumeofPMUdata?EPRI Solutions:Developed wide area visualization tool using PMU and EMS dataDevelopedevent-r

23、eplayfunctiontoassistpost-eventanalysisDevelopedreal-timesecuritymonitoringfunctionDevelopeddisturbancelocationdeterminationfunction48基于量测的电压稳定性分析Industry IssuesNeedonlinevoltagestabilitymonitoringandanalysiscapabilitiesSimulation-basedvoltagestabilityanalysisapproachhaslimitations.EPRI Solutions:De

24、veloped three-level voltage stability monitoring and analysis frameworkDevelopedVoltageInstabilityLoadSheddingtocalculatevoltagestabilitymarginatsubstationlevelDevelopedMeasurement-basedVoltageStabilityMonitoringandControlalgorithmtocalculatevoltagestabilitymarginatVoltageControlArealevelDevelopingv

25、isualizationtooltohelpsystemoperatorsmonitorsystem-widevoltagestabilitycondition49基于PMU的解列控制方案Industry IssuesWheretoseparate?Whentoseparate?Howtoseparate?EPRI Solutions:DevelopedPMU-basedControlledSeparationFrameworkStudycascadingscenariosofflineanddeterminepotentialseparationinterfacesUsePMUtomonit

26、oroscillationanddevelopedalgorithmtoquicklyidentifythedominateoscillationmode.DevelopedPMU-basedOut-of-StepRelayschemetodeterminetheseparationtiming50用于验证系统模型的准确程度Industry IssuesHavingaccuratemodelsisimportantforsystemplanningstudiesValidationofmodelsischallengingEPRI Solutions:Developedmeasurement-

27、basedloadmodelingmethodsandtoolsthatcanusemeasureddisturbancedatatovalidateloadmodels.Developedmethodsandtoolsthatcanusemeasureddisturbancedatatovalidategeneratordyanmicmodels51AMIn电网的智能化需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。目前我国的电表只是达到了自动读取，是单方面的交流，不是双方的、互动的交流。由智能电表以及连接它们的通信系统组成的先进计量系统能够实现对诸如远程监测、分时

28、电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应。nAMI是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络处理系统，由安装在用户端的智能电表，位于电力公司内的量测数据管理系统和连接它们的通信系统组成52AMI先进电表网络基础设施先进电表网络基础设施 nAMI是一种用于先进电表，能够提供近乎实时的双向通信设施，是智能电网的基础信息平台。nAMI方便电力公司实时优化供电计划和网络，支持“五遥”运行中的电网的每一个设备（包括电表），成为电力公司与消费者的之间的增值业务平台。53AMInAMI中的智能电表能按照预先设定的时间间隔（分钟，小时等）记录用户的多种用电信息，把这些信息通过通信网络传到数

29、据中心，并在那里根据不同的要求和目的，如用户计费、故障响应和需求侧管理等进行处理和分析；还能向电表发送信息，如要求更多的数据或对电表进行软件在线升级等54当前电网RSystem Observability发电和送电SCADA用于监测、控制秒级扫描速率馈线和用户信息仅能得到部分信息配电SCADA通常装设于配电站用于监测控制秒级传输速率55基于AMI的智能电网RSystem Observability发电和送电SCADA用于监测、控制秒级扫描速率配电SCADA通常装设于配电站用于监测控制秒级传输速率馈线和用户监控装置利用AMI装置分布式发电量测馈线/变压器监测，用于状态估计/故障恢复停电/黑启动支

30、援用户量测电压量测和控制装置56集成通信网络n建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，只有在集成通信系统的基础上，智能电网才能进一步完成智能分析和控制功能，实现智能电网的各项基本功能。n智能电网集成通信系统和电力系统原有通信系统区别q集成通信系统是和智能电网紧密结合在一起的，即有设备的地方就有通信系统，智能电网的集成通信系统要和电网一样深入到用户的终端，最终可实现电能流和信息流的深入融合q智能电网集成通信系统要支持信息的双向流动，用户不但提供数据，同时可分享电网侧的各类信息，从而根据自身要求调整用电计划，在降低用电费用的同时也提高了电网的运行效率。57集成通信网络n硬件方面q

31、最后一公里n软件方面需要重新设计和构建q构建统一的通信平台和数据共享平台q自适应的带宽控制体系，保证不同应用的通信需求q标准化的接口q安全性方面的考虑58家庭能量管理系统智能家庭能量管理技术空调热水器水泵冰箱计算机平板电视洗衣机电动汽车小型风电太阳能电池板 Zigbee HomePlug Wi-Fi59智能电网控制和管理新技术n智能电网管理新技术q虚拟发电厂q需求侧管理q微电网n智能电网控制新技术q多指标自趋优控制策略60虚拟发电厂n大多数可再生能源发电的容量较小，且由于能源类型的限制，其出力各有特点。如风力发电就有夜大日小的特点，而太阳能发电则受气象和日照的影响很大。有鉴于此，研究者提出了虚

32、拟发电厂的概念。虚拟发电厂就是一系列分布式发电的集合，该集合由一个中央控制中心统一调控。n一个虚拟发电厂可以由不同类型发电机组成，如风力涡轮机发电机、太阳能电池、水力发电站以及生物量供能的热电混合站等。合理地选择组合发电机，可以弥补不同类型可再生能源发电本身的不稳定性缺陷。n可以通过虚拟发电厂调度中心对一个区域甚至不同区域内的大量可再生能源发电进行统一调度，提高其可控性和可用性61什么是需求侧管理？n负荷的时间不均衡性：负荷的时间不均衡性：是指各类负荷往往在相同的时段出现高峰和低谷，造成系统在临晨负荷低谷时期和傍晚负荷高峰时期的负荷差极大。负荷的时间分布不均衡，导致了高峰时段供电紧张。n负荷空

33、间不均衡性：负荷空间不均衡性：电源和负荷的分布在空间上的不均衡性。这种不均衡性导致了加大了输配电投资，并可能出现部分输配电设备负荷紧张，部分不能被充分利用62负荷在时间上的不均衡性63需求侧管理的内涵与目的电力需求侧管理实质上是电力企业通过发现不同时段、不同地点电能的真实价值，并以此为依据，制定电能的价格，以此引导消费者的采购决策，达到引导用户消费目的。DSM的目的在于：通过售电价格机制，引导用户的用电行为，更加高效的利用电能，高效地利用发电、输电和配电设备，全面提高电力行业的投资效率，降低成本，提升发电、输配电和用户之间的资源优化配置的水平。64实施需求侧管理的必要性1.负荷分布的不均衡决定

34、了实施DSM的必要性2.产生“电量供需平衡，电力供不应求”这一矛盾的主要原因，是电源和负荷的分布的空间不均衡性与负荷分布的时间不均衡性共同作用的结果。65需求侧管理的任务削峰、填谷、移峰填谷负荷的合理分布战略性节电、战略性负荷增长柔性负荷66需求侧管理n需求侧管理的三种基本形式q直接负荷控制q电价响应q可中断负荷n本质上还是对用户用电行为的管理q需要自动化技术的帮助q受到用户思想行为的制约67EfficientBuildingSystemsUtilityCommunicationsDynamicSystemsControlDataManagementDistributionOperations

35、DistributedGenerationand StoragePlug-In HybridsSmartEnd-UseDevicesControlInterfaceAdvancedMeteringConsumer Portaland Building EMSInternetRenewablesPV实时电价Thermostat receivesday-ahead hourlypricesConsumer sets upperand lower limitsThermostat“learns”thermal,consumerand weather impacts68微电网n微电网定义q能量来源主要

36、为可再生能源；发电系统类型可为微型燃气轮机(MicroTurbine)、内燃机(GasEngine)、燃料电池(FuelCel1)、太阳能电池(PVPane1)、风力发电机(WindGenerator)、生物质能(BiomassEnergy)等；系统容量为20kw10MW；网内的用户配电电压等级为380V，或者包括105kV；如与外部电网进行能量交换，电压等级由微电网的具体应用等情况而定69微电网n微电网将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。n微电网既可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。微电网被称之为电力系统的“好

37、市民”和“模范市民”。n微电网的入网标准只针对微电网与大电网的公共连接点，而不针对各个具体的微电源。70智能电网调度所面临的新问题n可再生能源的大量接入提高了调度难度n用户响应减轻了电网调整负担71风力发电的变化曲线72太阳能发热和太阳能发电出力对比Source:LarryStoddard,Black&VeatchSunnyDayCloudyDay73负荷、风电、太阳能发电的出力变化曲线TimeofDayMWLoadSolarWind74净负荷TimeofDayMWNet LoadLoadFasterRampSuddenV-turn75PUCT Project 37339 Workshop08

38、/20/2009Typical Spring Week Generation by Fuel Type ACTUAL76智能调度中心技术多指标自趋优的控制策略n分布式发电，用户、电网、发电商之间的深度互动等都使得智能电网的控制不再是一个单一目标的控制问题，而是复杂的、相互耦合的多目标控制问题。传统控制策略难于解决这一复杂问题，因此，智能电网控制中心的控制策略必须具备多指标自趋优的特征，这也是智能电网区别于传统电网的最重要的特征。77n一切电力系统的调度皆以安全稳定、高电能质量和经济运行多重指标优化为其追求目标！q安全目标：改善电力系统小干扰稳定、大干扰稳定与电压稳定性q质量目标：提高系统频率质

39、量、电压质量q经济目标：网损最小化电力系统运行多指标78How?巨型条件变分问题！巨型条件变分问题！目前世界各国皆未能找到解决此问题的方法。唯目前世界各国皆未能找到解决此问题的方法。唯有求助于基于有求助于基于HCSHCS的的SEMSSEMS如何实现多指标自趋优？79HCS：多目标趋优化控制原理控制目标：全状态=满意状态不满意状态（即事件态）混成控制原理80时间离散的时间离散的控制命令控制命令数据数据信息信息时间离散的时间离散的操作指令操作指令控制命令控制命令 数据数据信息信息高高速速光光纤纤通通讯讯安全性事件安全性事件 的处理具有最高的优先级的处理具有最高的优先级以事件驱动为核心的的混成控制架

40、构81构成最高决策指挥层的主要功能单元Cluster of Workstation超大规模系统超实时仿真超大规模系统超实时仿真（控制决策支持）（控制决策支持）综合安全稳综合安全稳定域在线可定域在线可视化系统视化系统大电网运行大电网运行镜面系统镜面系统（实时仿真）（实时仿真）快速快速状态估计状态估计改进的改进的Kalman滤波方法滤波方法全状态实测全状态实测及显示系统及显示系统 SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition有无事件有无事件E？哪一类事件哪一类事件？互相互相 对照对照WAMSPMUs(GPS)有有满足调度员满足调度员要求要求特点：事件驱动特点：

41、事件驱动数据数据（来自基层）（来自基层）至动态电力系统至动态电力系统（受控层）（受控层）操作层操作层82目录n智能电网是什么？n是什么推动了智能电网的发展？n智能电网相关技术n智能电网研究进展83IBM智能电网nIBM是最早提出智能电网概念的商业公司之一q利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控q把获得的数据通过网络系统进行收集、整合q通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理n智能电网提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零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。在这个框架之下，包含了许多具体的解决方案，如E

42、RP、CRM、EAM（企业资产管理）、CIM（通用信息模型）数据中心、人事管理系统、财务管理系统等等84将先进IT技术与业务创新结合，建立新的电的运营模型高级智能监控（实时事件分析，电网系统性能指标分析，系统诊断等）。传感器数据传输计量数据数据数据数据信息电力业务数据库电力业务数据库电网运行电网运行智能表计线路传感器智能电网设备电网网变电站计划检修和事故维修。信息 企业运营优化（电网规划、建设、生产运行、企业运营、财务；电网可靠性和电能质量的提高）。高级生产运营高高级电网控制网控制可靠性可靠性为中心的中心的维护；结合合计划划检修；科学修；科学的的设备改造更新。改造更新。更全面、智能监视更全面、

43、智能监视/分析分析传统电网传统电网高级优化和控制高级优化和控制数据和控制进一步向电力产业链的上游流动。数据和控制进一步向用电侧和终端客户流动。未来生产运营电网一次和二次电网一次和二次业务运作业务运作和和电网规划电网规划IBM智能电网85IBM智能电网成熟度模型8687谷歌电表n目前正在内部测试谷歌电表（GooglePowerMeter软件）q可接受智能电表和电器设备的信息，并将详细报告发送给用户的计算机qGoogle认为当用户了解自己的能源消耗情况后，会相应修改自己的能源使用习惯，降低能源损耗q可以减少能源需求和电厂建设需求88谷歌电表n部分谷歌员工已经开始测试谷歌电表qAlec,Mechan

44、icalEngineer：发现遥控器并不能真正关闭电源，改变用电习惯后1年可省$150qVlad,SoftwareEngineer：发现洗碗机能耗较大，如果盘子较少，将考虑手洗qMarvin,HardwareEngineer：洗衣机和洗碗机非常耗电，只有等到衣服够了一缸再洗。同时调整用电时间。可节电10%89Boulder（伯尔德）（伯尔德）:first Smart Grid City 埃克西尔能源公司埃克西尔能源公司 智能电网城市第一阶段于智能电网城市第一阶段于20082008年年8 8月到位，整个城月到位，整个城市的实施将持续整个市的实施将持续整个20092009年，联盟预计于年，联盟预计

45、于20092009年底开年底开始评估。始评估。智能电网城市90 美国的智能电网试点城市：位于科罗拉多州首府美国的智能电网试点城市：位于科罗拉多州首府丹佛西北丹佛西北4040公里的小城波尔得公里的小城波尔得(Boulder)(Boulder)，这个拥有这个拥有九万四千多人口九万四千多人口的风光秀美的山城，将成为全美第一的风光秀美的山城，将成为全美第一个智能电网城市。智能电网技术将能源使用的决定权个智能电网城市。智能电网技术将能源使用的决定权交给消费者，由他们决定何时、何地以及如何使用。交给消费者，由他们决定何时、何地以及如何使用。可以预计的好处包括节省电费、智能管理、更强的可可以预计的好处包括节

46、省电费、智能管理、更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入，以及使家庭设备的智能化。动力车的接入，以及使家庭设备的智能化。智能电网城市91智能电网城市n运作模式是风险和利益共享的自负盈亏模式。n由Xcel能源公司牵头，联合另外7家科技、工程和软件公司组成了“智能电网联合会”（SmartGridConsortium），共同投资智能电网城市项目。项目总投资1亿美元，Xcel能源公司只出很小的一部分，其余由7家公司分担。n早期的宣传过度，公共的期望值被大大提高，工程进度没有赶上期望度n当地人很少听说这个项目，但听过介绍后均表示了支持92智能电网城市n第一，通过即时读表、及时反馈信息、分时计价等干预手段，观察消费者用电行为的变化；n第二，让消费者根据分时定价的消息预设家用电器；n第三，就是通过网络由电力公司根据需要，远程控制用户家的空调和电热水器的温度（争议最大）93谢谢！94