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西安交通大学2015年3月18日张保会未来的电力系统--第三讲坚强的智能电网目录1、一网三流的概念2、智能电网技术路线3、特高压电网与实时控制4、电力市场与智能配电网5、智能电网面临的问题一、一网三流的概念一网：电力网功率流：电力网的根本任务是传送电能，保证电功率流的流动信息流：为保证功率流的安全可靠经济流动需要利用信息流进行功率流的调节和控制货币流：为保证电能的商品化交易，需要实时的电价信息和交易信息（货币）智能电网（SmartGrid)的定义：到目前为止，智能电网尚无完全相同的定义构成：一般指以物理电网为基础，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。目标：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、互动的电力服务。智能电网不是一个全新的概念，它是优化能源生态平衡、提高利用效率、降低大气环境污染，和谐利用电能的发展构成总称。智能电网的功能特征目前将来优化很少计及资产管理电网的智能化同资产管理深度集成自愈扰动发生时保护资产（保护跳闸）防止系统崩溃，减少故障影响抵御攻击抗恐怖袭击和自然灾害能力脆弱具有较强的抗扰动和快速恢复能力将来的智能电网和目前电网功能的比较将来的智能电网和目前电网功能的比较特征目前将来电价激励购电方案单一，缺少实时定价，选择少实时的电价信息，有多种购电方案和电价可供选择发电/储能中央发电、储能占优，少量可再生能源大量“即插即用”的分布式电源补助中央发电（节能、环保）市场化/互供有限的趸售市场，少与用户互供多种成熟的趸售市场，与多用户高效互供电能质量关注停运，不关心电能质量电能质量有保证，有各种的质量/价格方案可供选择坚强的智能电网（Strong&SmartGrid）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。基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动。技术特征：技术上实现信息化、数字化、自动化、互动化；管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化。坚强的智能电网基本内涵坚强（Robust）在电网发生大扰动和故障时，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；在自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏下仍能保证电网的安全运行；自愈（Self-Healing）具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，强大的预警控制系统和预防控制能力，自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。兼容（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和提高，实现与用户的交互和高效互动。坚强的智能电网基本内涵经济(Economical)支持电力市场和电力交易的有效开展，实现资源的合理配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。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。优化（Optimized）优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。二、智能电网技术路线1.智能化电气设备监视电力系统的运行状态反应并监视电气设备的工作状态决定电气设备的运行性能与检修2.智能变电站＊数字化变电站二次回路＊数字化变电站二次设备＊提供变电站设备运行状态二、智能电网技术路线3.坚强的网架与控制的柔性柔性输电与电压源换流站（电力电子）交直流联合输电（自由电网）交直流联合电网（可控电网）4.电气主设备的预知维修A.预知维修数据库的建立高频率、大容量的数据采集高速率的数据传输网络大容量的数据分析与处理4.电气主设备的预知维修B.预知维修专家系统实时数据分析故障诊断、故障保护预知维修三、特高压电力系统与实时控制特高压定义：800kV及以上电压特高电压:交流1000kV、直流±800kV。特大设备:直流双级640万千瓦、交流单线400万千单发电机容量超100万千瓦。电力电子设备增多、容量加大。要求：设备安全性要求更高－智能化、状态预知维修系统可控性要求增强－柔性控制、紧急平衡控制市场化运营－不确定性增加、经济性要求提高三、特高压电力系统与实时控制1.安全控制预防控制紧急控制恢复控制三、特高压电力系统与实时控制2.广域信息下的电网安全防御体系输电断面安全性保护，防止连锁跳闸基于轨迹信息的不稳定性预测与紧急控制自适应失步解列控制系统四、电力市场与智能配电网终端1.电力市场化运营报价系统交易系统结算系统四、电力市场与智能配电网终端2.智能电网用户终端实时电价后电费与电量一户一表购电契约的实现电费结算与校核电费的收缴—银行终端用户的服务需求(1)3.竞质、竞价和竞服务下网用户类别（可靠度、可中断、可返供等）报价系统（含实时电价）交易系统（含供电商、交易方式）结算系统（预付费、月银行结算等）终端用户的服务需求（2）4.终端用户的智能反馈实时电价的智能电表接收受、供电价、供电商信息，计算电量、电费，发出商业结算明细。用户智能控制器优化控制用（充、放）电器、优选终端消费的能量、自动生成用（供）能契约。五、坚强的智能电网面临的问题汇集多种能源产生的电能，由智能化电气设备优化互连支撑，具有柔性调控能力，满足市场化交易原则，全国联网的，功率流、信息流和货币流同时流动的、高度自动化了的人造非线性物理网络。五、坚强的智能电网面临的问题发电的一次能源：传统可储可控能源如石化燃料、水能、核能等，不可储控能源如风能、太阳能等，电能转换原理、容量、速度、效率和可控性差异极大。电能传输方式：多电压等级、多传输频率、单元件输电容量、传输距离等差异极大，电能传输方式丰富。电能的终端消费：感应电机、电磁炉、电热器、蓄电池、电动车等，电能消费形式多样。五、坚强的智能电网面临的问题一次能源和环境的限制、提高电能转换和传输效率及经济的进行能量平衡等方面的要求，提出建设“坚强的智能电网”，使得电力系统向分散式能源发电和电能集中向远距离输送的两个极端发展：超超临界大机组、分散式能源小机组发电。特高压交直流大电网、混合供能微型电网。五、坚强的智能电网面临的问题1）随机电力接入电力系统，产生了新的科学问题：一组随机发电量与另一组随机用电量的平衡问题！解决问题的科学方法:一组随机变量叠加一组可控变量，与另一组随机变量平衡的科学问题。五、坚强的智能电网面临的问题选什么做可控变量？随机与可控的比例多大？才可能与另一组独立变量经济的平衡？（规划）两组弱相关的随机变量在正常状态下如何调用才能实时的安全、经济平衡？（运行）事故状态下如何控制可控变量、负荷变量、网络切换才能安全运行？（控制）五、坚强的智能电网面临的问题2）特高压电网的突然故障，使得不平衡功率数千万（或亿）千瓦，如何安全地过渡到新的稳态运行点！减少不平衡能量－故障超高速切除（保护、断路器）提高不平衡能量的吸收能力－增强网架、降低输电功率（与经济性矛盾）紧急能量平衡控制－特大型强非线性动力系统的断续控制的理论、方法和措施五、坚强的智能电网面临的问题3）巨型电力系统分析与控制的需要，给当今的数学、控制理论提出难以圆满解决的难题！电力系统中各种优化问题－变量多、种类繁、求解规模大电力系统各种特征值分析问题－阶数高（质变）非线性系统运动稳定性预测－尚无时变系统的稳定性快速判别理论，更无稳定性预测理论。非线性大系统控制理论－离散变量的紧急控制五、坚强的智能电网面临的问题特高压电气设备的绝缘技术与设备高压直流的开断技术与装备交直流电网的联合控制技术分散随机与集中能源电力的实时平衡控制信息支持的高速实时、海量与高可靠网络面临问题对信息流的需求为维持功率流的安全、可靠、经济地流动，及有效交易，电力系统需要：1.大容量的实时信息2.信息源自整个电网及用户3.信息网与电网具有大致相同的结构可能的解决方案充分利用电力网络资源，开发电力线高速载波新技术，构造电脑、电话和电力的“三网合一”网络，主营电力兼营电信。开发电力设备智（自）联网技术！谢谢大家！