智能电网.ppt

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1、智能电网智能电网浙江大学浙江大学 吴为麟吴为麟目目 录录智能电网概述智能电网概述 1智能电网的关键技术智能电网的关键技术2智能电网的举例智能电网的举例 3总结和展望总结和展望 41 智能电网概述：目的智能电网概述：目的 定义定义 功能功能 v每年美国不可靠的电力所造成的损失多于1000亿美元.相当于花一美元买电，同时还得付出30美分的停电损失。(Galvin Electricity Initiative,2005)v仅扰动和断电（即，不计大停电）每年的损失就达790亿美元。(LBNL,2004)v少卖电的损失一年可达1.35亿美元。(Primen,2004)v纽约独立系统运行员（ISO),趸售

2、电价中23是阻塞成本，它们全部转嫁给用户。(PNNL,2006)v美加大停电损失:$40-60亿,5000万人受影响。驱使人们研究智能电网的，不是电能的成本，而是电能不合格的驱使人们研究智能电网的，不是电能的成本，而是电能不合格的成本成本.Energy Director,Oracle Corporation,2004Energy Director,Oracle Corporation,2004为什么要研究智能电网为什么要研究智能电网智能电网研究的目标智能电网研究的目标v实现（以抵御事故扰动为目的）安全稳定运行降低大规模停电的风险v实现分布式电力系统：处理数以万计的分布式电源v高级市场化 现实电

3、网的利用系数很低（据美国统计，约现实电网的利用系数很低（据美国统计，约55%55%）需要电力公司与用户友好合作，达）需要电力公司与用户友好合作，达到双赢；开发高透明度的用户界面，以便实现负荷消减和更具弹性的负荷需求，提高现实到双赢；开发高透明度的用户界面，以便实现负荷消减和更具弹性的负荷需求，提高现实电网的利用率。而通讯与信息技术已为此准备好了条件。电网的利用率。而通讯与信息技术已为此准备好了条件。v对电网各种约束日益严格（提高可靠性、提高电能质量、节能降损和环保）分布式分布式发电发电存储存储需求管理需求管理如何处理数以万计的分布式电源？如何处理数以万计的分布式电源？智能电网的定义智能电网的定

4、义智能电网是以物理电网为基础将现代先进的传感测量技术、通讯技智能电网是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型电网 1 硬件基础：电网和建立在集成的、高速双向通信网络。硬件基础：电网和建立在集成的、高速双向通信网络。2 软件基础：智能的控制技术，是指诊断电网状态，防止供电中断，软件基础：智能的控制技术，是指诊断电网状态，防止供电中断，改善电能质量扰动的装置和算法。改善电能质量扰动的装置和算法。将来智能电网将来智能电网的的功能功能特征目前将来激励激励/包括电

5、力用户包括电力用户电价不透明，缺少实时定价，选择电价不透明，缺少实时定价，选择很少很少充分的电价信息，实时定价，有许多充分的电价信息，实时定价，有许多方案和电价可供选择方案和电价可供选择提供发电提供发电/储能储能中央发电占优，少量分布式发电中央发电占优，少量分布式发电,储能或可再生能源储能或可再生能源大量大量“即插即用即插即用”的分布式电源补助的分布式电源补助中央发电（节能、环保）中央发电（节能、环保）使市场化成为可能使市场化成为可能有限的趸售市场，未很好的集成有限的趸售市场，未很好的集成成熟、健壮、很好集成的趸售市场成熟、健壮、很好集成的趸售市场满足电能质量需要满足电能质量需要关注停运，不关

6、心电能质量关注停运，不关心电能质量电能质量需保证，有各种各样的质量电能质量需保证，有各种各样的质量/价格方案可供选择价格方案可供选择优化优化很少计及资产管理很少计及资产管理电网的智能化同资产管理软件深度集电网的智能化同资产管理软件深度集成成自愈自愈扰动发生时保护资产（保护跳闸）扰动发生时保护资产（保护跳闸）防止断电，减少影响防止断电，减少影响抵御攻击抵御攻击对恐怖袭击和自然灾害脆弱对恐怖袭击和自然灾害脆弱具有快速恢复能力具有快速恢复能力智能电网是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变的解决方案智能电网是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变的解决方案智能电网的常用名

7、词智能电网的常用名词为了解决这些问题，国际上形成了一些大型科研群体为了解决这些问题，国际上形成了一些大型科研群体,开展面向开展面向21世世纪电网的研究。纪电网的研究。常见国外关于智能电网的名词：常见国外关于智能电网的名词：IntelliGrid SHG(self healing grid)Smart Grid(Smart Grids)Modern Grid SHG主要是对配网而言主要是对配网而言 由于由于Smart不好译，中文大家多用不好译，中文大家多用“智能电网智能电网”一词一词2 智能电网的关键技术智能电网的关键技术智能电网的技术结构智能电网的技术结构 AMI ADO AAM ATO高级计

8、量体系高级计量体系AMIAMI用户户内网用户户内网HANHAN计量数据计量数据管理系统管理系统需求响应需求响应负荷控制负荷控制远程开合远程开合分时电价分时电价（送到用户）（送到用户）自动读表自动读表AMRAMR（按小（按小时读表，远时读表，远方编程，电方编程，电能计量，电能计量，电能质量监视，能质量监视，负荷调查，负荷调查，停运捡出）停运捡出）配电配电 SCADA配电快速仿真与模配电快速仿真与模拟拟DFSM高级配电运行高级配电运行ADODER运行运行高级配电自动化高级配电自动化高级保护与控制高级保护与控制（带有高级（带有高级传感器的）传感器的）运行管理系运行管理系统统 停运管理系停运管理系统统

9、配电配电 GISAC/DC微网运行微网运行新型电力电子装置新型电力电子装置变电站自变电站自动化动化高级保护高级保护高级输电高级输电网元件网元件阻塞管理阻塞管理输电系统输电系统仿真与模仿真与模拟拟高级的输电高级的输电运行运行ATOATOISOISOEMSEMS可视可视化化输电输电SCADASCADA，WAMSWAMS输电输电 GISGIS 配电配电AAMAAM基于条件基于条件维护维护规划规划设计设计/建设建设资产利用资产利用输电输电AAMAAM记录记录 AMI ADO AAM ATO高级计量体系高级计量体系AMIAMI 授权给用授权给用户，使系统同负户，使系统同负荷建立起联系，荷建立起联系，使用

10、户能够支持使用户能够支持电网的运行电网的运行TextTextText美国的典型峰荷美国的典型峰荷日的负荷与备用日的负荷与备用饼图饼图 GFAs的电器包的电器包括：电暖气，空括：电暖气，空调，热水器，电调，热水器，电冰箱。冰箱。GFAs的的潜力超过运行备潜力超过运行备用的需要用的需要同电网友好的电器（同电网友好的电器（GFAs）可帮助电网提高）可帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生设备利用率和防止停电事故的发生同电网友好的电器同电网友好的电器GFAs感知电网的频率漂移感知电网的频率漂移自动担负调频的任务，起到旋转储备的作用自动担负调频的任务，起到旋转储备的作用AMI和和 DAO(配电资产优

11、化）的效益配电资产优化）的效益效益效益的提高的提高标准与建造(15-20%）收款(15-25%)需求管理(2-22%)帐单和客户服务(2-7%)资产管理(4-19%)系统控制(4-11%)现场工作管理(3-7%)人身安全(2-5%)负荷预测(9-14%)自动读表的效益自动读表的效益自动读表（自动读表（AMR）包括按小时读表，远方编程，电能计量，电能质）包括按小时读表，远方编程，电能计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出：量监视，负荷调查，停运捡出：1 减少抄表开销减少抄表开销2 通过电通过电表观察，防盗电表观察，防盗电3 快速用户故障定位和部分恢复供电，减少用户服务人员和停电时间快速用户故障定

12、位和部分恢复供电，减少用户服务人员和停电时间4 在用户室内装可由电力部门无线控制的自动室内控制器（如可调节空调整在用户室内装可由电力部门无线控制的自动室内控制器（如可调节空调整定温度到定温度到26度以上），达到消峰的目的，可使居民区峰荷下降度以上），达到消峰的目的，可使居民区峰荷下降1/3。智能仪表智能仪表Smart MeterTransformer MeterFeeder Meter(energy)Feeder Meter(current)Feeder Meter(energy)高级配电运行（高级配电运行（ADO）AAMAMIADOATO高级配电运行（高级配电运行（ADO）功能使）功能使“自

13、愈自愈”（“Self Healing”）成为可）成为可能能ADO同同AMI,ATO and AAM的密切配合实现配电系统（运行和资产管的密切配合实现配电系统（运行和资产管理）优化理）优化设想中的未来电网设想中的未来电网用户端口用户端口电能质量电能质量高级的传感器高级的传感器高级电力电子高级电力电子分布式能源分布式能源 高级配电自动化高级配电自动化 把积极的电力用户集成到配电网中把积极的电力用户集成到配电网中 使用户参与到（削峰的）输电运行使用户参与到（削峰的）输电运行 辅助服务中来辅助服务中来 配电灵活输电配电灵活输电DFACTSDFACTS和配和配电静止无功补偿安置的计算电静止无功补偿安置的

14、计算 使使DFACTSDFACTS参与到网络重构参与到网络重构中来中来 使中压与低压配电网的电能质量优化使中压与低压配电网的电能质量优化 使电能质量可以评估使电能质量可以评估 把分布式能源单元接入配电网把分布式能源单元接入配电网 使参与者能够提供辅助服务使参与者能够提供辅助服务(带有企业带有企业EMSEMS的电网传感器的电网传感器)IECSAD-FSMT-FSM高级输电运行（高级输电运行（ATO）ATO 强调阻塞管理和降低大规模停运的风险 ATO同 AMI,ADO and AAM的密切配合实现输电系统的（运行和资产管理）优化凤电（特别是大规模凤电）入网运行是个具有挑战性的任务，电力系统将面临如

15、何调度峰荷和如何维持稳定的问题End-uses&DRDistribution SystemTransmission SystemEnergy StorageFuel Supply SystemFuel Source/StoragePower PlantsRenewable PlantsData CommunicationWide Area ControlSensorsControllersZIPMDynamic Load ModelsMonitoring,Modeling,Analysis,Coordination&Control高级资产管理（高级资产管理（AAM）AMI、ADO和ATO 同资

16、产管理过程的集成将大大改进电网的运行和效率ATO ATO 强调阻塞管理强调阻塞管理 AAM AAM 大大地改善资产管理大大地改善资产管理AMI AMI 授权给用户，使系统同负荷建立起联系授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能，使用户能够支持电网的运行够支持电网的运行ADO ADO 使系统可自愈使系统可自愈 AMI and DRDistribution(ADO)Transmission(ATO)Asset Management(AAM)AMI 是电网智能化的第一步是电网智能化的第一步AMIv同用户建立通讯联系v提供带时标的系统信息ATOv使用 ADO 信息改善运行和管理输电阻塞vAMI 使

17、用户能够访问市场ADOv使用 AMI 的通讯收集配电信息v使用 AMI 信息改善运行AAMv使用 AMI,ADO,and ATO 的信息与控制，改善:运行效率 资产使用成本成本效益效益 AMIADO/AAMATO/AAM3 智能电网举例智能电网举例 东京电力公司的配电系统东京电力公司的配电系统 多分割多连接，网络式的拓扑结构多分割多连接，网络式的拓扑结构 把的馈线用开关分成多个区间，并在相应区间安装与其它馈线把的馈线用开关分成多个区间，并在相应区间安装与其它馈线的联络开关的联络开关在故障时把故障影响范围限制在一个区间里在故障时把故障影响范围限制在一个区间里其它系统其它系统SS其它系其它系统统其

18、它系统其它系统ONONONOFFOFFOFFSS其它系统其它系统其它系统其它系统ONONOFFOFFOFFON限制故障影响范围限制故障影响范围故障部分故障部分 负荷率对比负荷率对比三分割三连接三分割三连接馈线设计的负荷水平馈线设计的负荷水平持续负荷容量持续负荷容量:450A :450A 负荷率负荷率 :75%(450/600):75%(450/600)150A150A150A150A150A150A150A150A150A150A450+150 450+150 =600/600A=600/600A150A150A150A150A450/600A450/600A450+150 450+150 =

19、600/600A=600/600A：区间开关区间开关：区间分隔开关区间分隔开关：变电站出线变电站出线负荷率对比负荷率对比采用六分割三连接馈线设计的负荷水平采用六分割三连接馈线设计的负荷水平配电自动化系统通过对全部开关的遥控，协调多条馈线间的负荷转移，配电自动化系统通过对全部开关的遥控，协调多条馈线间的负荷转移，提高线路负荷水平至提高线路负荷水平至510A510A，负荷率达，负荷率达85%85%85A85A85A85A85A85A85+85A85+85A85A85A510+170510+17085 85 =595/600A=595/600A170A170A85A85A510/600A510/60

20、0A85A85A85A85A85A85A85A85A85A85A510+85=595/600A510+85=595/600A510+85=595/600A510+85=595/600A 配电自动化系统的投资收益率（投资收益）0.77投资:254 亿日元年 收益:328 亿日元年：区间开关区间开关：区间分隔开关区间分隔开关：变电站出线变电站出线配电改造效益配电改造效益v停电间隔和停电频率的大幅度降低v少得多的电能质量扰动v有效地消除区域性大停电v大大地减轻对恐怖主义和自然灾害的脆弱性v改善公众和工人的人身安全v降低或缓解电价v为市场参与者提供新的选择v更有效地运行和以很低的成本改善资产管理v降低

21、网损v更广泛地开发环境友好的资源缩短了供电恢复时间缩短了供电恢复时间（与三分段相比）得到快速供电恢复的用户增加了 2.5 倍 平均用户断电时间减少到先前的十分之一 当到达现场时间和开关操作时间延长时，效果会更好断路器断路器4min 4min 24min 42min 73min24min 42min 73min 到达现场到达现场 恢复时间恢复时间3,0003,0002,5002,5002,0002,0001,5001,5001,0001,000500500 0 0客客户户数数1818 minmin(开关操作开关操作 )在配电自动化系统应用前在配电自动化系统应用前3,0003,0002,5002,

22、5002,0002,0001,5001,5001,0001,000500500 0 04min4min 6min 24min 55min6min 24min 55min 到达现场到达现场 恢复时间恢复时间在配电自动化系统应用后在配电自动化系统应用后客客户户数数系统供电可靠性指标系统供电可靠性指标历年系统供电可靠性变化曲线系统平均停电时间（2005）:东京:2分钟 法国:45分钟 英国:70分钟 美国:80分钟系统平均停电频率（2005）:东京:0.05次4 总结和展望总结和展望总结总结v智能电网的是历史发展的必然，不是可搞可不搞的，而且现实条件业已具备。它是促进电力行业全价值链生产、运行、经营

23、各环节根本性转变的解决方案。v启动智能电网的研究项目战略研究与技术研究1）智能电网涵盖AMI、ADO、ATO和AAM，它们之间的密切配合实现现代电网研究的四大目标。为此有许多新技术需要研究与开发，特别是需要建立标准；2）开展智能电网的战略研究：在决策时应做智能电网的详细技术经济分析和预测,以便：显示成本效益，和确定实现智能电网目标（清洁、效率、可靠性、安全）的最佳道路。v做好智能电网规划：集成的能量与通讯系统IECSA是智能电网的基础设施，在配电网规划中宜尽早虑（我国不应该继续规划仅适应模拟技术时代的电网）。展望：需要建立标准展望：需要建立标准v标准应是国际性的v避免重复性工作v学习工业界最好的经验v更易确定必要条件v减低集成成本EPRI IntelliGrid Architecture,http:/www.intelligrid.info