智能配电网技术

1智能配电网技术2010-12-232内容智能电网及其发展配电自动化技术小电流接地自愈与选线、定位技术分布式电源并网技术国际上智能电网项目介绍3智能电网概述4什么是智能电网？智能电网（SmartGrid）是集成了传统的和现代的电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统，具有更加完善的性能并且能够为用户提供一系列新型与增值服务。—摘自美国“未来能源联盟”智能电网工作组报告，2003。5其他关于智能电网的定义一个集成了通信、计算机、电子新技术，满足未来能源需求的电力输配系统”。2004年，美国电科院“IntelliGird”报告应用数字技术，提高从大型发电厂，经过输配环节，再到电力用户与不断增长的分布式发电和储能装置的整个电力系统的可靠性、安全性和效率。2008年，美国能源部“智能电网入门”坚强智能电网以特高压为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化的特征。2009年5月，中国国家电网“坚强智能电网建设发展战略框架”6智能电网的含义代表现代电网发展模式、一种电网建设理念，是人们对未来电网的愿景。不是具体的技术，是对因特网（IP）通信、信号传感、自动控制、计算机、电力电子、超导材料等领域新技术在输配电系统中应用的一种总称。这些新技术的应用不是孤立的、单方面的，不仅仅是对传统输配电系统进行简单地改进、提高。从提高电网整体性能、节省总体成本出发，将各种新技术与传统的输配电技术有机结合。满足当今社会经济发展对电力系统的新要求7智能电网是已有新技术应用的综合与升华智能电网是个筐？智能电网现代电力技术现代测控技术计算机技术电力电子技术通信技术传统输配电网1+128智能电网新内容/1新负荷新能源新要求9新能源发电并网问题/1人类面临化石能源枯竭问题426012285020406080100120140石油天然气煤炭铀使用年限数据来源：英国石油公司世界能源统计200910新能源发电并网问题/2全球变暖成为制约化石能源应用新的制约因数、碳税征收不可避免。数据来源：联合国政府间气候变化委员会报告2007。150年来大气中CO2浓度变化地球平均温度海平面上升北半球积雪11新能源发电并网问题/3发展新能源保证能源安全、应对全球变暖迫在眉睫新能源革命初见端倪能源战略是国家发展的核心战略能源问题已成为国际政治、外交的重要话题12新能源发电并网问题/4各国可再生能源发展目标时间可再生能源消耗比重欧盟美国日本中国2010年12%7.5%7%10%2020年20%20%20%15%*统计数据包括大型水力发电13新能源发电并网问题/5新能源发电带来的问题新能源发电指还没有大规模开发利用的新型能演形式，包括核电、风电、太阳能、生物质、大水电。核电不能调峰，只能充电基础负荷。风电、太阳能发电的间歇性、随机性特点给电力系统功率平衡、电压无功控制带来了困难可再生能源发电、分布式发电大量接入配电网使其成为功率双向流动的有源网络，传统的保护控制、运行管理方式需要做出根本性地改变。14新能源发电并网问题/6一周内风电功率变化一天内风电功率变化风电输出的间歇性15新能源发电并网问题/7大量的分布式电源（风电、光伏发电、储能设备、热电联产等）将接入配电网，带来一系列新问题。16电动车负荷问题/1据报道2020年电动车比例将达10%电动汽车百公里耗电约15度2015年，电动车充电负荷将达300亿度。假如汽车全部电动化后，充电负荷将占总用电负荷的5%左右。电动车对充电时间要求不严格，属于可平移负荷，是宝贵的功率平衡调度资源。电动车可在电网需要时向其送电17电动车负荷问题/2电动车的大量应用为更有效地进行需求侧管理创造了条件安装智能电表，实行实时电价，合理地调整电动车充电时间.减少峰谷负荷差补偿可再生发电的间歇性，减少对系统备用容量的需求。利用电动车放电，弥补部分高峰负荷。18对供电质量提出了新要求/1高科技数字设备的广泛应用对供电可靠性提出了更高的要求重合闸、倒闸操作、拉路选线引起的短时停电会导致停工停产，引起严重后果。停电给社会带来的经济损失十分可观据报道，美国每年的停电损失超过1500亿美元。我国电科院专家对某沿海城市研究结果表明：停电每少供一度电带来的经济损失近50元。粗略估计，我国每年的停电损失在2000亿元以上。19对供电质量提出了新要求/2)/MWh（元用户年度用电量停电损失平均停电损失率停电时间（h)平均停电损失率(元/MWh)电量损失（折算到年用电量为1MWh的负荷上）说明工业用户商业用户0.550.03330.245kWh188.26499.1410kWh4172.56756.6240kWh8263.551000.2680kWh计算电量损失时，假定停电时负荷是全年平均水平。数据摘自“停电损失调查与估算”，西北电力技术，2002年6月刊。20对供电质量提出了新要求/30200400600800100012001400160018002000199319951997199920012003200520072009分钟我国城市用户年平均停电时间,扣除缺电因素。数据来源：中国电力可靠性中心21对供电质量提出了新要求/40100200300400500600700800900中国美国英国法国韩国香港日本分钟我国城市用户年平均停电时间与国际水平的对比，2005年。22对供电质量提出了更高的要求/5短路故障、冷启动频繁引起电压骤降。23需进一步提高资产利用效率世界发达国家的线损率在4%~6%2008年中国电网线损率为6.79%.2002年美国的供电设备平均载荷率不足50%，载荷率在90%以上时段不足5%。中国供电设备的平均利用率不足35%我国东南某省年负荷分布曲线24新挑战、新技术、新电网新负荷新能源新要求新电网（智能电网）新技术25智能电网的发展/1美国2003年6月，美国能源部发表“Grid2030”报告，提出了美国电网发展的远景设想。改造老化电网，提高供电安全性、可靠性与运行效率。适应分布式电源接入2003年6月，美国“未来能源联盟”的“未来能源：机遇与挑战”报告，正式提出了智能电网（SmartGrid）的概念。2003年后美国能源部发起了Girdworks、GridWise、MGI(ModernGridInitiative)等智能电网研究项目2009年2月，奥巴马能源新政力推智能电网，将其上升为国家战略。26智能电网的发展/2欧洲适应发展可再生能源发电、提高能源利用效率的需要，推动新能源革命。2005年欧盟成立“智能电网技术论坛”2006年提出智能电网发展远景规划主要解决可再生能源发电、清洁发电接入问题2008年国际供电会议组织“智能电网”专题学术交流会议27智能电网的发展/3丹麦1980年代的集中发电系统丹麦今天的分布式发电系统28智能电网的发展/4中国2008年1月，华东电网提出建设智能电网。2008年3月，国家电网提出建设智能电网2009年5月，国家电网召开特高压与智能电网国际研讨会，提出建设统一坚强的智能电网。2009年6月，南方电网公司召开专题会，要求制定方案，实事求是地推进智能电网建设。29发展智能电网，配电网是重点/1直接面向用户，作用举足轻重。对供电质量有着决定性的影响损耗、投资（合理情况下）、运营成本远大于输电网17%83%配电输电60%40%95%5%70%30%停电时间损耗投资比例（发达国家)运营成本（美国）30发展智能电网，配电网是重点/2管理维护工作量大设备星罗棋布，数量是输变电设备的数十倍，标准化程度低。接线形式种类多，运行方式多变。设备与网络结构变动频繁，异动率高。易受外界干扰、人为破坏，故障率高。31发展智能电网，配电网是重点/3我国配电网投资相对不足，自动化、智能化程度远低于输电网，已成为制约电力系统发展的瓶颈。国际上发电、输电、配电投资比例一般在1：0.45：0.7左右，中国在2000年前的投资比例是1：0.21：0.12。智能电网的“新意”主要体现在配电网上可再生能源发电（分布式电源)主要在配电网接入。支持需求侧响应，实现与用户互动，创新用户服务的着眼点在配电网。32智能配电网特征-可靠供电可靠率达到4个9，重点区域6个9。最大可能地减少瞬时供电中断具备自愈功能实时检测故障设备并进行纠正性操作，最大程度地减少电网故障对用户的影响。主要技术措施：环网供电、电缆化不停电作业采用小电流接地，自动补偿接地电流，提高熄弧率。配电自动化、快速自愈、无缝自愈应用分布式电源微网（MicroGrid），在大电网停电时维持重要用户供电。33智能配电网特征-优质供电电压合格率超过99%最大程度地减少电压骤降主要技术措施电压、无功优化控制配电自动化柔性配电设备/DFACTS/定制电力，如静止无功补偿装置、应用动态电压补偿器（DVR）保证线路故障与重合闸期间的供电、应用固态断路器实现双路供电电源的“0”秒无缝切换。34智能配电网的特征-高效提高供电设备平均载荷率，不低于50%。减低线损率，不超过4%。主要技术措施配电自动化：减少变电站备用容量动态增容实时电价、需求侧管理、需求侧响应35智能配电网特征-兼容支持分布式电源的大量接入，即插即用。主要技术配电自动化有源网络技术分布式电源保护控制技术分布式电源并网技术虚拟发电厂技术：分布式电源集中调度36智能配电网特征-互动用电信息互动实现用电信息在供电企业与用户间即时交换，创新用户服务。能量互动支持实时（动态）电价，让用户选择用电时间，更好地削峰填谷，适应分布式发电的间歇性特点。支持用户自备DER并网、支持电动车的接入主要技术措施智能读表高级量测体系需求侧响应（DR)37配电自动化技术38为什么要搞配电自动化？39配电网实现自动化势在必行传统的管理方式依赖人工看图、巡视、电话调度这种“盲管”方式已不能适应现代配电网控制管理的需要美国阿拉巴马电力公司配电调度图板（2007年前）40配电自动化(DA)的内容指中压配电网的自动化与信息化，包括：配电网实时运行监控自动化，一般称配网自动化。配电网生产管理的自动化、信息化馈线自动化用户自动化WAN变电所自动化AMR配电GIS/DPMS供电企业信息集成DSCADA/FA调度自动化/EMSCISTCM41配电自动化的作用提高供电可靠性提高电压质量提高容量利用率降低损耗提高管理效率42提高供电可靠性是关键90%以上的停电事件是中低压配电网的原因一般认为供电可靠率超过3个9后，如进一步提高需应用DA。DA为什么能提高供电可靠性？“可视化”管理，及时发现问题，避免事故发生。快速故障隔离、复电，减少停电时间。由1~2小时缩短至几分钟。快速故障定位，计算机辅助调度抢修，缩短故障修复时间。缩短倒闸操作时间半个多小时缩短至3分钟内。43DA提高供电可靠性案例香港停电时间由20分钟缩短至5分钟2008年与1994年对比伦敦停电时间减少33%1999/2000年度与1994/1995年度对比日本东京应用DA后，平均用户断电时间减少到1/10。杭州供电局应用DA效果故障隔离时间由53mins降至5mins倒闸操作时间由34mins降至3mins44供电可靠性监管与DA一些国家（地区）采取与停电时间、停电次数挂钩的奖罚措施123450020406080100120用户年平均停电时间（hr/yr）盲区最大奖金额度最大罚款额度国家（地区）停电时间（mins)停电次数年度目标盲区区间目标盲区区间英国伦敦46.10±30%0.3620±25%2008/09美国加州PG&E161±10±25.81.33±0.1±0.25200645供电可靠性监管与DA个别国家（地区）奖罚与缺供电量挂钩挪威对工业用户停电罚款每kWh缺供电量38克朗（约4.2美元），居民用户每kWh缺供电量2克朗（约0.2美元）。政府对供电可靠性的监管推动了DA的应用香港中电1994年与政府签订特许经营权协议，承诺供电可靠率提高50%。1997开始实施DA。伦敦供电公司为满足供电可靠性监管要求，2001年开始实施DA。意大利政府2004年要求停电时间减少10mins，促使ENEL大面积实施DA。4