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电力系统新技术探讨中国电力科学研究院2003.11现状及问题NTGS远景设想Vision研讨会达到目标将面临的挑战CERTS实现远景应达到的目标应对挑战需要的RD&DCERTSRD&D项目的轻重缓急Roadmap研讨会Goals能源部输配电办公室(OETD)组织领导美国电网的Grid2030计划国家输电主干网东西海岸间的功率交换主干网：功能•可以在全国范围内平衡供需，扩大了分配电力的范围•从众多电源中选取高效的发电厂，对用户进行公平的服务•从季节、天气及其它差异中相互补偿而使系统的效率更高，还包括需求侧管理•为建立国家级电力市场打基础主干网：技术主干网系统：新技术•运行于交流同步电网可控的，特低阻抗的超导电缆及变压器•形成区域间互联的高压直流输电设备•其他类型先进的导线•支持实时运行和国家电力交易的信息，通信和控制技术美国电网Grid2030计划•国家地方配电系统与区域电网相连，且通过区域电网与国家主干网相连。配电设备的电功率流向或来自用户，连接到区域电网，功率的流向由供需条件决定。实时监测和信息交换使市场能够瞬时地处理交易且在全国范围内进行。实现Grid2030后系统特点•全国范围平衡发电和负荷,能源资源更合理的利用•输配电系统与配套的信息系统密切配合,使系统达到最好的经济性、可靠性和安全性•用户积极参与电力市场，用户不仅获得多样化的服务，而且可以向电网提供辅助服务•大量采用新技术远景目标－2010年△用户进入下一代“聪明计量”的入口，以实现双向通信和用户/电力公司交易接口△连接到网上的智能化房屋和电器△通过需求侧管理和分布式发电，用户参与电力市场计划△提高输电容量的先进的合成导线△区域电网的扩展和现代化的规划远景目标－2020年△有“即插即用”能力的用户“全能源”系统：电力、加热、制冷及湿度控制。可通过抵押租借△通过电压、频率和功率因数校正达到“优良”电能质量△高温超导发电机、变压器和电缆的使用，大大改变电网面貌△长距离超导输电电缆远景目标－2030年△任何用户只要要求就可得到高可靠性、安全的、数字化的电力△可以得到廉价而无污染、在国家任何地方发出的电力△价格可承受的储能设备，任何人均可拥有△国家（或大陆）超导主干网完成现在2010年2020年2030年TSTATCOM($/kvar)80604030DSTATCOM($/kvar)19015010080Super-var($/kvar)90503020串补($/kvar)100705040AC/DC变换器($/kvar)2501005020电缆($/kAm)2001053合成材料导线($/kAm)151.21.0目标：设备及材料现在2010年2020年2030年负荷率(%)55606570电网•国家控制系统•年停电1次•DER,DSM参与市场•实时，自愈•实时电价•电能存储线路造价↓30%总体可靠性解决阻塞问题99.999%网损（%）7-105-94-82-3主干线东西联络HVDC成本（kWh,BTU）↓10%↓20%↓30%目标：电力系统研讨会提出的RD&D项目•强调国家电网:国家主干网;SuperGrid;国家电网控制中心(2010年);东西联网(2010年)•强调两个网的结合:输配电电网及通信信息网,双向潮流和信息流.综合能源及通信系统体系结构(IECSA),强调信息系统对电网经济性,安全性和可靠性的重要作用.无论是输电网还是配电网。研讨会提出的RD&D项目•强调电网实时监视、仿真、控制。广域测量系统(WAMS)的重要作用。大电网的实时仿真。•电网实时、智能化的控制。SmartGrid,Self-healing,GridWise,Multi-agent,SmartAppliance•强调超导技术的作用。超导导线对降低网损，提高线路走廊利用率的作用。研发的强度大，由OETD直接领导。研讨会提出的RD&D项目•电力电子技术：FACTS是系统潮流控制的主要手段。电力电子技术还是DER接入系统、改善电能质量、提高供电可靠性所必须的。HVDC在联网中的作用。建立国家电力电子实验室。•强调用户在电力市场中的重要作用。用户对供电的需求是多样化的：不同的可靠性水平、不同的电能质量水平、不同的能源。用户还可在一定程度上向电网提供辅助服务。研讨会提出的RD&D项目•储能技术的重要性：经济的储能技术将改变电力系统的面貌。也由OETD直接领导。•强调分布能源（DER）的作用：DG、DR、储能。DER“即插即用”接入系统。MicroGrid的概念。•要达到的指标提得很高，如网损，超导，动态无功补偿。研讨会提出的RD&D项目•强调环境保护，架空线路的美化，输配电线路入地，减小设备占地面积。•在电力监管方面强调形成受管制的输电与自由竞争的发电协调的机制。强调“选址和允许”程序的顺畅化。强调投资输配电的激励机制。信息技术电力电子新材料超导技术储能实时监视和控制√SCADA,WAMS,自愈，保护…提高输电走廊利用率√√√超导，线路动态，导线，紧凑型…潮流控制√FACTS负荷曲线削峰填谷√DSM,DES,DG…降低线损√√√超导，合成导线，……改善电能质量√√PPP分布能源（DES）√√√快速电力开关√√多种用途老设备延长寿命管理问题广域动态信息系统:特点•信息来源广布于系统(各变电站的PMU,DFR,RTU等)•信息需求者也广布于系统,各级调度及安全自动装置及继电保护•数据量大。PMU分辨率高，连续记录•相当数量的应用，需要实时数据，如实时监测、实时仿真和保护广域动态信息系统:研究课题•动态信息系统体系结构：集中？分散？•数据库管理：保持数据的完整性，访问的快速性•通信系统的结构，通信网络，如何保证快速性，安全性•数据挖掘及数据的可视化处理•与已有的SCADA和EMS系统的有机结合•其它监控系统的比较数据来源RTURTU＋PMU数据更新周期2－4秒1秒角度状态量应用程序计算得直接测量数据同步性不同步也不同时同步,数据带时标电力系统状态静态实时观测系统动态动态安全分析有,但误差大可在线实时分析系统保护控制的比较系统保护元件保护,系统安全自动装置广域系统保护信号来源就地信号为主,少数用远方信号广域信号,来自PMU定值整定固定定值适应性保护自康复（self-healing）的输配电系统：能自动预测扰动；自动对扰动作出响应；连续地优化自身的行为。例如：96年西部停电事故或2003年814事故，自康复系统可以：•线路故障预测器感知某输电线路要对地短路•分布式数据处理网络与区域运行中心联系，找出有危险性的线路•进行仿真计算，校正系统运行状态•如事故发生，系统将瞬时地检测到所造成的波动，并将此信息告知变电站的智能继电保护或其它设备•保护设备，隔离故障线路•系统基于当前状态信息自动进行校正操作，将功率转由其它线路输送，用户并未感觉到故障的发生自康复系统自康复系统的目标是，避免由于连锁作用和互动效应使电网事故扩大。系统康复基础理论研究内容：•概念突破•建模，仿真•测量，传感，数据可视性•控制系统•运行和管理自康复系统自康复系统的目标是：概念突破•动态优化系统的性能和强壮性•为减小扰动的影响，对扰动快速反应•扰动后高效地将系统恢复到稳定影响区储能系统的应用•平抑系统负荷曲线峰谷差：容量要大•提高系统的稳定性：装在输电系统，响应速度快，容量不一定很大•解决电能质量问题：方案不同响应的容量不同储能研究项目•系统集成：储能设备，电力电子设备，控制系统，交流系统接入•系统评估：现有系统的数据，采用储能经济技术合理性•部件研发：储能：飞轮，高能密度电容器，先进电池。电力电子、智能控制系统。试验基地。•研究分析：分析电力公司和用户的需求。技术经济可行性，系统间的相互作用。第二代超导导线的开发•提高电流密度；改善强磁场下的通流特性；减少交流损耗；新工艺•示范工程：2000.2,30mHTS导线,带100%的实际负荷,在ORNL•研制:300m,电流提高3倍2002.12开始,2005年安装于AEP变电站2003.4开始,138kV,70m配电系统改造项目（EDT）EDT项目是为了使现有的配电设施，通过集成先进的通信、信息、传感和控制，及分布能源，使它的经济性、可靠性、安全性和灵活性得到提高。•GridWise体系结构和标准•接入标准和技术，“即插即用”•分布式传感器，智能控制技术。故障的预测，检测和定位。自动恢复。降低峰荷。•配电系统仿真和分析。假想事故分析，对策。•测试基地和示范电能质量:用户需求的多样化•CP-A:两条进线,互为备用,由固态切换开关(STS)切换;有源滤波•CP-AA:备用发电机在失去进线电源后20秒内启动带负荷•CP-AAA:带储能的串联补偿(DVR),可瞬时精确补偿电压骤降及谐波电能质量:用户需求的多样化用户最大容量质量级别半导体厂10MWCP-AAA生物制品厂2MWCP-AAA计算机硬件厂1MWCP-A软件开发公司1MWCP-AA塑料厂3MWCP-A医院10MWCP-AA,CP-AAA办公大楼2MWCP-A商场2MWCP-A,CP-AA微小电网（MicroGrid）负荷及小型能源集中在一起，成为运行的单一系统。为用户提供电力和热力。主要的小型能源必须基于电力电子，以具有足够的灵活性，使该系统得以运行。也可与大系统相连并作为单一可控单元，但要满足系统接入的可靠性和安全性的要求。•其思想与单个的DER接入不同。MicroGrid是单独的自我控制的实体。它不仅不会对系统造成危害，它还可以是电源，也可以是电网辅助服务的提供者、可断电负荷。微小电网（MicroGrid）对用户的好处：•满足用户对电和热的负荷需求•不间断电源•提高供电可靠性•提高电能质量对电网的好处：•免除了DER接入电网的一些顾虑•可向电网提供辅助服务用户需求的多样化用户有能力根据对电力产品品种的需要，包括所希望的价格、环境影响、可靠性和电能质量的水平，定制对自己的供电。传感器和控制系统将大楼或工厂内的电气设备与配电系统连在一起。分布式发电系统和氢能技术的发展使固定的发电设备能双向使用运输车辆。例如，氢燃料电池驱动的车辆，当它停在家庭车库或停车场时它可向配电系统供电。多谢请指正信息主要来源：electricity.doe.gov