智能电网(课程)

智能电网的兴起与发展态势武汉大学电气工程学院孙元章2020年5月讲座内容1.国外智能电网研究和发展概况2.智能电网概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件和进展4.对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议讲座内容1.国外智能电网研究和发展概况2.智能电网的概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件和进展4.对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议美国智能电网发展里程碑DOE与NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETLEPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid2030”DOE启动电网智能化(GridWise）项目之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践奥巴马将智能电网提升为美国国家战略年份国外提出智能电网概况欧洲智能电网发展里程碑成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”提出智能电网愿景，制定（1）《欧洲未来电网的远景和策略》（2）《战略性研究议程》《战略部署文件》报告20052006各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇年份国外提出智能电网概况（3）TheSDDStrategicDeploymentDocument（1）EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform：VisionandStrategyforEurope’sElectricityNetworksoftheFuture欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture欧洲未来电网的战略研究议程战略部署文件“TheSmartGrid”,DOE,USA,20082008.11.11-11.13,中美清洁能源合作组织(JointUS-ChinaCooperationonCleanEnergy–JUCCCE-)，聚思--“SmartGrid”specialsession2008.11.18--中美绿色能源论坛–“SmartGrid”SpecialsessionSmartDistributionGrid:TheRoleofTechnology,toolsandTechniquesforadvancedAutomationandplanning—byS.S.Venkata,Univ.ofWashington,USA,--IEEEDLPTutorial,Dec.22,Beijing,China2009.5.20,中国国家电网–“Strong&SmartGrid”“智能电网”可接受度美国智能电网发展概况驱动因素：美国:２００３年美加大停电后，美国电力行业决心利用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网.美国发展智能电网的驱动力改造老化的电网设备，提高供电的可靠性和安全性提高能源的利用效率和技术的先进性提高用户对电价的可承受能力适用环境和气候的变化，适用可再生能源的接入，降低排放水平提高在全球的竞争性欧洲:发展智能电网也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。欧洲智能电网发展概况驱动因素：欧洲发展智能电网的驱动力（1）供电的安全性问题•一次能源的缺乏、•供电可靠性和电能质量•供电能力（2）环境问题•京都协议•气候变化•保护自然（3）国际电力市场•提供低廉的电价和提高能效•进行创新和提高竞争能力•有关垄断的规程修订欧盟发展智能电网的驱动力欧盟理事会在2006年的绿皮书(GreenPaper)《欧洲可持续的、竞争的和安全的能源策略》(AEuropeanStrategyforSustainable，CompetitiveandSecureEnergy)”强调：欧洲已经进入一个新能源时代，能源政策最重要的目标必须是供电的可持续性、竞争性和安全性。未来欧洲电网应满足如下需求:灵活性(Flexible)，在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求；可接入性(Accessible)，使所有用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用；可靠性(Reliable)，提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求；经济性(Economic)，通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。欧洲2020年及后续的电力发展目标中国:发展智能电网也有其独特的发展背景中国智能电网发展概况驱动因素：智能电网电力系统安全运行风险更趋严峻电力企业资产管理的重要性日益突出节能减排与应对气候变化成为无法回避的问题电力企业抗攻击能力需要提高电力企业经营压力加剧中国大规模高比率新能源开发与接入智能电网研究机构方面：（1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。（2）国际上成立的“电网智能化联盟”成员包括:跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：AEP、Bonneville电力管理局、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI、Battelle、RDS和SAIC。（3）美国电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列的专家组成，受美国能源部的部分资助，从事制定建立未来电网架构的原则。（4）2005年欧洲委员会正式成立“智能电网欧洲技术论坛”。欧洲还将成立“智能电网协会”。（5）IEC去年底筹建了SG3“智能电网”战略组。（6）中国国家电网公司相继也成立了“智能电网部”根据目前掌握的情况，还没有智能电网的国际标准或国家标准。国外智能电网研究概况PJM公司认为：广域测量技术是保证大电网安全的重要手段，也是实现智能输电网的基础，因此PJM目前主要从同步相量技术和高级控制中心的研究建设着手开展智能输电网的工作。国外智能电网研究概况智能电网实践最新成果—在输电侧ThetechnologydevelopmentaltrendsV,I,P,QVV,I,P,QVV,I,P,QVControlCentersynchronoussatelliteGPSGPSGPSMicrowave5-10sFiber50-100msWide-areareal-timemeasurementtechnologiesprovidetheopporunitiesforthewide-areadynamicsecurityanddefenseinpowersystem.目前建设的智能电网主要有两个方面•智能电表和智能家电：美国:XcelEnergy公司在Boulder建设全美第一个“智能电网”城市。意大利:安装和改造了3000万台智能电表，建立起了智能化计量网络，每年大约节省5亿里拉。法国:将目前使用的2700万只普通电表全部更新为“智能电表”。国外智能电网研究概况智能化实践最新成果—在配电和用电侧Boulder伯德市美国:XcelEnergy公司在Boulder建设全美第一个智能电网城市城市“智能电网”城市“智能电网”•基于先进信息技术的动态系•高速、实时、双向通信•遍布全网的传感器能够进行快速诊断并采取行动•提高高峰时段效率的决策数据和支持•分布式发电技术（例如风电、太阳能和PHEV)•自动化的“智能变电站”•家用能源控制装置•自动化的家庭能源利用内容1.国外智能电网研究和发展概况2.智能电网的概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件4.对我国智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议智能电网的概念、定义和特征定义（definition)以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，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。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、互动的电力供应和增值服务。智能电网主要特征坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化智能电网坚强性特征（1）坚强性（Robust/Strong）在电网发生小扰动和大扰动故障时，电网仍能保持对用户的持续供电能力，仍能保证电网的安全运行在电网发生极端故障时，如自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏而不发生大面积的停电事故能顺利接入大规模新能源发电并承受大规模新能源发电（风电三峡）的随机波动（2）自愈性（Self-Healing）具有实时、在线安全预评估和预分析技术具有强大的预警控制系统和预防控制技术具有自动故障诊断、故障隔离和阻断故障传播的技术系统具有故障自恢复技术电网黑启动能力网络智能重构能力输电网断面重构输电网网络重构用电网电源重构开关重合闸技术设备自检测技术智能电网自愈性特征（3）兼容性（Compatible）能支持可再生能源的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实现与用户的交互和高效互动智能电网兼容性特征（4）经济性(Economical)支持火电和水火电联合经济运行支持电力市场和电力交易系统提供清洁和优质电力降低电网损耗，提高能源利用效率智能电网经济性特征（5）集成化（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智能电网集成性特征（6）最优化（Optimized）优化资源的合理配置优化资产的利用率优化电网规划降低投资成本优化管理模式降低运行维护成本智能电网优化特征中国智能电网的提法和4个特征（Strong&SmartGrid）（1）数字化：数字化电网、数字化电表与数字化用电设备（2）信息化：市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信息平台（3）自动化：大电网安全稳定控制（高级智能调度），变电站自动化与用户用电系统智能控制（4）互动化：电网、发电与用户以信息为基础的互动智能电网解决双赢可再生能源发电技术太阳能风电地热潮汐生物质分布式发电和储能技术微透平抽水储能超导储能超级电容钠硫电池智能电网技术—发电侧智能电网技术—输配电侧新型输配电设备技术：电力电子技术超导技术特高压技术复合材料电力系统监测技术传感技术广域监测输电限额动态评估技术电缆监测技术变压器监测技术断路器监测技术智能电网技术—输配电侧电力系统分析技术快速建模仿真动态安全评估电力系统控制技术分布式控制技术变电站自动化馈线自动化智能保护电力系统决策支持技术数据处理技术信息集成技术可视化技术高级测量架构技术智能表计技术双向通信技术量测数据管理技术家庭用电智能化技术自动温度控制负荷控制技术电动汽车智能电网技术—用电侧智能电网建设中的受益发电侧：优化的电厂选址鼓励可再生能源投资严格的排放管理有效的成本管理可靠经济的设备管理灵活的竞价策略输电侧：优化的电网规划具有自愈特征的坚强电网安全、经济、清洁的电力调度适应各种类型的发电资源更高的设备利用水平更低的传输损耗可靠经济的设备管理智能电网建设中的受益配电侧：科学经济的配网规划自适应的故障处理能力更可靠的电力供给更出色的电能质量可靠经济的设备管理支持分布式能源和储能元件与用户的更多交互智能电网建设中的受益用电侧：更具竞争力的市场营销策略针对用户需求定制服务允许用户向电网提供多余的电力根据用户的信用控制电力的供给智能电网建设中的受益讲座内容1.国外智能电网研究和发展概况2.智能电网的概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件和进展4.对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议国家电网和南方电网组织开展了：大电网安全关键技术研究数字化电网关键技术研究电力电子关键技术特高压同步电网安全稳定运行关键技术研究电力通信建设用