智能电网的概念及实现

智能电网的概念及实施汪德星2014年4月引言欧、美从2004年开始研究电网现代化的问题，到2007年形成了官方的、系统性的智能电网研究报告，开始实施智能电网建设。华东公司从2007年下半年开始研究智能电网的建设问题，并于2008年开始实施高级调度中心项目群。国家电网公司从2009年开始研究智能电网的建设问题，并于2010年开始实施智能电网建设。主要内容欧、美的智能电网国家电网公司的坚强智能电网华东公司在智能电网建设方面的工作一，欧、美的智能电网驱动因素智能电网的定义智能电网的特性和服务智能电网建设阶段智能电网的实施问题驱动因素近年来电网设备故障频频引发大停电抵御攻击和自然灾害的能力不足美国一半是燃煤机组，占世界4%的人口排放25%的温室气体电价正在上升，燃料成本上升是可见的，而电网表现欠佳的成本是不可见的效率提高5%，可以供三百万户家庭用电，每年可节省6亿美元芯片技术和自动制造业占负荷的比重越来越大，停电的损失也越来越大世界各国正在大力发展电网新技术，美国正在失去全球竞争力安全性环境与气候变化可靠性能源效率国家经济可承担性全球竞争力智能电网的定义智能电网采用数字技术来改善从大型发电厂通过传输系统到电力用户的电力系统、以及数量正在增长的分布式发电和存储资源的可靠性、安全性和效率（经济的和能源的）。（美）智能电网是一个能够智能地整合所有与之相联接的使用者（发电者、电力消费者或两者兼备）的行为和活动的电力网络，以有效保证可持续地、经济地、和安全地供应电力。（欧）智能电网的服务（欧盟）智能电网的特性（美国）使电网能按新的要求集成使用者能适应所有发电和电能存储的要求鼓励并使电力消费者更强和更直接地参与电能使用和管理成为可能使电力消费者能知情和参与改善市场功能和对消费者的服务使新的产品、服务、市场成为可能在电网日常运行中提高效率优化资产的利用率和运行的效率更好地规划将来网络的投资确保网络的安全性、系统的控制和供电的质量按数字时代的需要提供电能质量对故障、攻击、自然灾害有恢复运行的能力（自愈）现在的电网明天的电网消费者不知情，也不参与电力系统的运营。知情的、参与的、主动的消费者——需求侧响应和分布式能源。集中发电占主导地位，分布式能源联网存在许多障碍。许多分布式能源（特别是可再生能源）具有即插即用的便利。有限的批发市场、整合欠佳——对消费者而言机会有限。成熟的、充分整合的批发市场，培育针对消费者的新型电力市场。以故障为焦点的运行方式，对电能质量问题响应慢。电能质量优先级高，具有多种质量/价格可选方案，问题可快速解决。对电网扰动的响应是预防进一步设备的损坏——关注点是保护设备。对问题的自动检测和响应——关注点是预防或减少对消费者的影响。对蓄意的恐怖行为和自然灾害易受伤害。对攻击和自然灾害具有抵抗力，能快速恢复。运行数据与资产管理整合欠佳——业务流程不顺畅。数据交换流畅，电网智能与资产管理深度整合。智能电网建设阶段到2010•为用户安装智能设备及通讯接口•允许用户和分布式电源参与市场•使用先进的输电导体到2020•“即插即用”的家庭“全能源”系统•电网自动调节提供“完美”电能质量•更高级的发电、变电、输电技术到2030•高度安全可靠的电力服务•分布式电源可任意接入•实用化的电能存储装置•国家级超导输电干线美国初始阶段扩展分布式能源和可再生能源的监控和远程控制，实现更大的连接灵活性。中间阶段制定能处理合理数量的分布式能源和可再生能源的管理制度最后阶段（2020）实现全主动的电力管理，运用实时通信和远程控制的分布式的电网管理规则以满足大多数电网服务要求欧盟智能电网的实施问题资金与项目互动性标准政策与管理关键技术关键技术感知和测量技术先进的控制方法决策支持技术先进的电网部件ICICICIC：集成通信先进的电网部件新一代FACTS/PQ(电能质量)设备先进的分布式发电和储能设备插入式混合动力交通工具(PHEV)故障电流限制器超导输电电缆微电网先进的开关与导体固态互感器感知和测量技术智能电表智能传感器：系统运行参数监视、设备状态监视广域监视系统(WAMS)先进的系统保护输电线路的动态限额先进的控制方法对所有基本的电网部件的数据采集和监视从实时和预防两个方面进行数据分析诊断故障并提供解决方案根据诊断结果确定并自发地或通过运行人员采取措施(根据时间要求和复杂性)向运行人员提供信息和解决方案整合整个企业的管理和运行的过程和技术决策支持技术数据缩减可视化提高理解的速度从数据到信息到行动系统运行人员培训集成通信为实时信息和电能交易提供动态的、交互式的宏大的基础设施。使各种智能的电子设备（智能电表、控制中心设备、电力电子控制器、保护设备）和使用者能相互作用，成为一个集成系统。智能电网互动性标准的概念互动性的定义——两个及以上的相同或不同制造商提供的设备为正确地协同运行交换信息并使用信息的能力。智能电网涉及多个领域、大量的设备和众多的制造商，如果没有标准支撑，就无法实现互动。以电动汽车为例，就需要多项标准。互动性标准制订的优先领域需求侧响应和消费者能源效率广域态势感知电力储存电气交通先进的电表设施配网管理信息安全网络通信资金投入智能电网所需投资智能电网开发资金智能电表的使用美国到2030年投入3380亿到4760亿美元。包括集成分布式和消费者系统的基础设施，但不包括发电、输电系统的扩展以及消费者智能家用电器和设备。2009年投入89亿美元。2011年8百万台，到2020年6千万台。欧盟2007年到2030年投入1.5万亿欧元，用于更新从发电到输电到配电的电力系统。包括智能电网的实施和现有电力系统的维护和扩充。投入3.84亿欧元，不包含各国的投入。2011年已安装4千万台，到2020年安装2亿4千万台。项目（美国）项目（欧洲）政策智能电网互动性标准的制订——由美国国家标准和测试研究所整理，由联邦电力监管委员会审批和发布，成为电力行业强制执行的标准。过渡性价格政策——对电力企业在智能电网应用上的投资，按照“已使用并有用”的原则，经监管机构审批，可以纳入电价以回收成本。动态电价——在智能电表等设备和技术的支持下，电力消费者可以及时了解基于时间的（小时的）电力市场价格，安排自己的用电计划。管理——智能电网成熟度模型利用智能电网成熟度模型，电力企业能够明确自己在各个关键域的当前水平，确定未来的目标：管理——智能电网项目评估二，国网公司的坚强智能电网目标基本原则技术和管理上的特征五项基本内涵四个体系三个发展阶段六个应用环节六项保障措施第一阶段的实施目标以统一规划、统一标准、统一建设为原则，建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征，自主创新、国际领先的统一坚强智能电网。基本原则一是坚持统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进；二是坚持以发展为主线，加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网；三是坚持突出体系建设，以通信信息为平台，以调度为协调运作中心，各环节相互衔接、整体推进。统一坚强智能电网的基本特征是技术上体现信息化、自动化、互动化，管理上体现集团化、集约化、精益化、标准化。技术和管理上的特征信息化:实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用；自动化:依靠先进的自动控制策略，实现电网运行控制自动化水平的全面提高与管理水平的全面提升；互动化:实现电源、电网和用户资源的友好互动和相互协调。技术特征透明开放电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放友好互动实现电网运行方式的灵活调整，友好兼容各类电源和用户接入与退出，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节清洁环保促进可再生能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重坚强可靠具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应经济高效提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用基本内涵电网基础体系是统一坚强智能电网的物质载体，是实现“坚强”的重要基础技术支撑体系是指先进的通信、信息、控制等应用技术，是实现“智能”的基础标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规范，以及试验、认证、评估体系，是建设统一坚强智能电网的制度保障四个体系智能应用体系是保障电网安全、经济、高效运行，充分利用能源和社会资源，提供用户增值服务的具体体现三个发展阶段2009—20112012—20152016—2020规划试点阶段•完成整体规划，形成顶层设计；•制定智能电网建设标准；•加强各级电网建设，开展关键性、基础性、共用性技研究工作，进行技术和应用试点。•到2011年，智能电网关键技术设计研究和建设试点全面开展。全面建设阶段•跟踪发展需要、技术进步并进行建设评估，滚动完善修订智能电网发展规划和建设标准，智能电网建设全面铺开。•到2015年，基本建成统一坚强智能电网，关键技术和装备达到国际领先水平。引领提升阶段•在全面建设的基础上，评估建设绩效，结合应用需求和技术发展，进一步完善和提升智能电网的综合水平，引领国际智能电网的技术发展。•到2020年，全面建成统一坚强智能电网，技术和装备全面达到国际领先水平。六大应用环节发电环节调度环节输电环节用电环节变电环节配电环节发电环节引导电源集约化发展，协调推进大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地的开发；强化机网协调，提高电力系统安全运行水平；实施节能发电调度，提高常规电源的利用效率；优化电源结构和电网结构，促进大规模风电、光伏等新能源的科学合理利用。输电环节加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网；集成应用新技术、新材料、新工艺；实现勘测数字化、设计可视化、移交电子化、运行状态化、信息标准化和应用网络化；全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理；广泛采用灵活交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性。变电环节设备信息和运行维护策略与电力调度全面互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理；枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能化变电站；实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障各级电网安全稳定运行。配电环节建成高效、灵活、合理的配电网络，配电网具备灵活重构、潮流优化能力和可再生能源接纳能力，在发生紧急状况时支撑主网安全稳定运行；实现集中/分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制；供电可靠性和电能质量显著提高；完成实用型配电自动化系统的全面建设。用电环节构建智能营销组织模式和标准化业务体系；全面开展智能用电服务，在全国范围推广应用智能电表；构建智能化双向互动体系，实现电网与用户的双向互动，提升用户服务质量；推动智能楼宇、智能家电、智能交通等领域技术创新，改变终端用户用能模式，提高用电效率，电能在终端能源消费中的比重超过26%。调度环节以服务特高压大电网安全运行为目标，开发建设新一代智能调度技术支持系统，实现运行信息全景化、数据传输网络化、安全评估动态化、调度决策精细化、运行控制自动化、机网协调最优化，形成一体化的智能调度体系，确保电网运行的安全可靠、灵活协调、优质高效、经济环保。转变发展方式，加快实施“一特四大”战略夯实发展基础，制订完善的统一规划标准体系依靠自主创新，研发关键技术装备加强技术培训，加大专业人员储备立足中国特色，加强国际交流合作争取政策支持，创造良好发展环境六项保障措施第一阶段的实施九项试点工程上海世博园智能电网综合示范工程风光储联合示范工程常规电源网厂协调试点工程输电线路状态监测中心试点工程智能变电站试点工程配电自动化试点工程用电信息采集系统试点工程电动汽车充放电站试点工程智能电网调度技术支持系统试点工程十类重点专项研究三，华东公司在智能电网建设方面的工作华东公司在智能电网建设方面做的探索性的工作——华东智能电网建设的研究和高级调度中心项目群的建设华东公司在坚强智能电网建设中参与的试点工作驱动因素差距分析建设阶段