智能电网和电网智能化

1提纲引言新能源革命与电网变革和使命新能源革命的目标和电网的使命未来电网技术发展模式重要的科技研发的主要方向电网新技术发展趋势新一代电网的主要特征输电技术领域配电技术领域用电技术领域电网调度领域国际上几家电力公司技术发展方向对于智能电网的认识：科学问题和实际问题智能电网若干实际问题结语2引言6月7日，胡锦涛同志在中国科学院、中国工程院院士大会发表讲话。这个讲话虽然是在院士大会上讲的，而实际上是面向全国的。讲了三个问题，前面两个问题讲加快经济发展方式转变和充分发挥科学技术在加快经济发展方式转变中的作用；第三个问题讲加强和改进科技工作，其中一个重点是讲人才工作胡锦涛的讲话对于研究智能电网很有意义胡锦涛提出：构建覆盖城乡的智能、高效、可靠的电网体系。3胡锦涛讲话的主要精神提出“当今世界，各国都在积极追求绿色、智能、可持续的发展”提出“一个国家的科技竞争力决定了其在国际竞争中的地位和前途”提出“构建覆盖城乡的智能、高效、可靠的电网体系”提出重点推动科学技术八个方面的突破性进展1、能源资源开发利用科学技术2、新材料和先进制造科学3、信息网络科学技术技术4、现代农业科学技术5、健康科学技术6、生态环境保护科学技术7、空间和海洋科学技术8、国家安全和公共安全科学技术4大力发展能源资源开发利用科学技术要坚持系统谋划、节能优先、创新替代、循环利用、绿色低碳、安全持续，加强对我国能源资源问题的研究，制定我国可持续发展路线图。要发展资源勘探开发和高效利用技术，积极发展大陆架和地球深部能源资源勘查和开发，积极发展可再生能源和新型、安全、清洁替代能源，形成可持续的能源资源体系，切实保障我国能源资源有效供给和高效利用，使我国能源资源产业具有国际竞争力。要发展节能建筑、轨道交通、电动汽车技术，加强煤的清洁高效综合利用、煤转天然气、煤制重要化学品技术研发，构建覆盖城乡的智能、高效、可靠的电网体系。5温家宝在今年政府工作报告提出大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设。6讨论电网问题的大背景绿色发展低碳、节能减排新能源革命智能化已成为经济发展的潮流7智能电网的背景和动力：电网新技术的发展趋势是基于新能源革命促使人们进行思考、研究新能源、分布式能源的接入资产利用率的提高、效率提高用户的参与、互动性88新能源革命引发的电网变革电网新技术的发展趋势是基于新能源革命促使人们进行思考与研究国内与电网方面有关的相应的研究课题有：电网新技术的发展趋势研究智能电网研究中国能源和电力中长期发展战略研究99新能源革命的目标影响电网发展使命全球气候变化的威胁、人类对化石能源短缺和枯竭的预期和碳排放的担忧，成为新能源革命的主要驱动力。2008年全球年消耗一次能源112.95亿吨油当量，化石能源占88.1%（其中煤碳占29.2%、石油占34.8%、天然气占24.1%）。我国2008年一次能源消费19.99亿吨油当量(2009年为21.46亿吨油当量)，化石能源占88.9%，（其中煤碳占69.4%、石油占19.3%、天然气占3.7%）。其中煤炭比例高（占69.4%)新能源革命的目标：以清洁能源逐步代替化石能源，提高化石能源的清洁高效利用水平，实现可再生能源（水能、风能、太阳能能、地热能、生物质能）、核能在一次能源消耗占较大份额的目标。我国政府已提出，到2020年非化石能源在一次能源消耗中占15%的目标。可以预期，到2030-2050年，这一目标有可能达到40-60%。1010未来电网的发展使命主要体现以下三点：1）面对电源侧：具有接纳大规模集中式和分布式能源、可再生能源和核能电力的能力；2）能够将电力需求侧的分布式电源、储能装置、电力和能源综合高效利用系统等组成微型能源和电力网络（微网）并与电网有机融合，与用户智能互动3）大幅度提高电网（输电网和配电网）的安全、经济运行水平：网络电能损耗大幅降低、具有设备和系统的自愈能力、基本排除电网稳定破坏事故和大面积停电、具有很高的环境兼容能力。1111未来电网技术发展模式随着新能源革命条件下电能生产、传输、应用以及未来电网使命变化，未来电网发展模式未来电网的变革主要源于：电源结构的变化、用户的需求和互动未来电源结构将是大规模集中式电源与大范围分布式电源相结合与此相应的电网结构将是适应大容量电能传输的骨干电网与适应分布式电源和能源电力高效利用的地方电网、微网相结合。形成与此相应的电网模式，包括电网（输电网、配电网、微网）的结构、调度运行方式、安全稳定水平、电力市场体系、评价指标体系1212未来电网的技术发展路线1）新输电方式：大容量架空交直流输电、超导输电、地下输电、无线输电2）新设备和技术：新型高效环保变压器、开关设备、传感设备、储能、电动汽车及其充放电系统3）未来电网的智能化技术：输变电设备的信息化、电网调度自动化和智能控制系统、配电系统自动化和智能控制系统，微网的运行控制和保护4）大规模可再生能源接入系统技术：集中式和分布式接入技术；电网接入条件的改善与电源技术的进步上述技术发展既基于新能源革命下电网发展的需求，也取决于相关基础研究和高技术前沿的预期发展：物理学和新材料科学、信息和通信技术（传感和信息获取、物联网、信息平台等）、控制技术（优化控制和智能控制等）、仿真计算与分析决策技术（云计算、分布式计算、智能决策等）在此基础上，实现智能电网的发展和进步1313电网新技术发展趋势14新一代电网的主要特征可再生能源发电的比例更高、电力传输损耗更小、电力工业对于环境与人更加友好单位输电走廊的输电能力更高、输配电损耗更低、能源综合利用效率更高绿色高效经济电网资产的利用率更高、电价能够实现电力工业利益与公众利益的平衡智能电网具有自我感知状态、自我分析策略和自动控制，形成通过一个广域通信网联接的庞大智能机器可靠电网承受扰动与冲击的能力更强、运行更加安全自动发现故障、诊断故障、自动采取控制措施，在用户察觉前消除缺陷自愈1515输电技术领域特高压交流以及直流输电技术大容量FACTS设备的应用高压电气设备的在线监测与状态评估一次设备的智能化设备检修策略的最优化新型智能（数字化）变电站新型的输电线路技术输电线路状态的在线识别1616配电技术领域配网自动化新型可再生能源接入技术配网电力电子技术大规模储能技术快速的配电网仿真技术高级运行管理技术1717用电技术领域智能终端技术智能电表电动汽车1818电网调度领域调度与运行方式决策的自动化、在线化安全稳定的在线预决策基于广域信息的大电网闭环以及开环控制广域阻尼控制、广域电压控制广域保护、广域解列电网安全运行信息的可视化、实时化对低频振荡以及电网阻尼的实时监测与分析对稳定极限以及当前运行状态的可视化1919国际上几家电力公司关注的技术研发与应用方向2020美国BPA电力局的最新研发方向美国邦纳维尔电力管制局(BPA)2010年在5个领域中对自己的新技术做出了规划供电效率以及需求侧管理领域。涉及到对居民负荷、商用负荷的需求管理以及负荷响应技术发电以及储能领域。涵盖发电设备状态监测、高级的调速器技术、储能与电力电子等可再生能源领域。围绕风力发电以及海洋潮汐发电的接入，重点研究电能的预测、储能的配合、可再生能源发电的调度与控制等设备以及人生安全领域。防盗窃技术、对输电塔以及输电线路的健康状况的无线遥测技术、变电站员工的人身防护技术、保护重点设施免受恐怖袭击的隔离栏技术输电网技术领域。确定了20个未来技术方向2121BPA在输电领域的20个未来技术方向广域控制新一代广域测量通信技术鲁棒的状态估计对广域测量数据进行过滤以及可信度评估、阻尼评估的软件实时的负荷预测与发电调度软件电力电子与FACTS储能技术变电站带电检修与故障诊断工具状态检修极端自然灾害下的电力基础设备恢复技术调度员在线辅助决策系统调度信息可视化系统在线的安稳稳定预决策系统电网实时监测与诊断系统高温超导以及大电流线路技术新型材料导线技术数字化变电站技术负荷控制技术22美国BPA电力局概况BPA是美国联邦政府经营的6个电力局之一，供电面积777,000平方公里BPA电力局是现代电力技术的先行者，其所研发的BPA仿真软件、EMTP仿真软件目前仍在世界各国广泛使用，BPA也是PMU/WAMS技术的先驱BPA电力局拥有以C.W.Taylor一批世界级的电力科学家，其出版的著作成为各国电力工程师的经典教材BPA电力局供电范围2323法国电力公司的新技术研发方向法电将其新技术研发分为6大方向发电环保及可再生能源能量管理用电电网数字仿真2424法国电力公司的新技术方向发电领域核电可靠运行高效发电可再生能源以及储能核电站的过程控制环保以及可再生能源领域电力对环境的影响气候变化水电风电太阳能发电海洋能发电2525法国电力公司的新技术方向能量管理动力经济分析，包括能源短缺的影响、气候变化以及经济形势对电能需求的作用、能源市场规则分析市场条件下的优化发电通过电价、储能、需求侧管理等综合手段削峰填谷用电采用新技术降低建筑能耗以及居民用电在建筑中采用太阳能电池、热泵、储能等综合技术手段并由电力公司远程遥控2626法国电力公司的新技术方向电网面向分布式电源、储能以及电动汽车的新一代配网技术：综合采用新的信息以及通讯手段、新的自动化与控制技术、新的传感器以及新的数据平台雷击防护技术。新型发电设施的防雷、雷击风险评估、电网接地系统研究、能够仿真雷击以及操作暂态的仿真工具自动的电能质量数据测量与分析系统。智能电网相关技术研究数字仿真考虑多时间尺度和多物理因素的仿真仿真和实际测量的相互校核以及数据更新技术27法国电力公司EDF概况法国电力公司是欧洲最大的发电及配售电企业之一，各类发电机组的总装机容量达到1.282亿千瓦，向全球3780万用户供电并提供服务法国电力集团拥有75家子公司和分支机构，投资范围从欧洲扩展至世界各地法国电力公司及集团旗下各企业从事的能源业务主要集中在发电、电力批发交易、输电、配电、供电及相关服务法国电网主网架以及电厂分布图2828东京电力公司的4大新技术方向与安全可靠供电相关的技术应对大地震的技术核电安全运行监测技术更好的供电以及用电技术推进家庭的全面电气化在工业与商业中推广热泵以及节能系统对环境友好可持续发展的电力技术环境友好发电技术，例如整体煤气化联合循环(IGCC)发电推动电动汽车发展推动可再生能源发电，例如离岸风电场、太阳能发电降低运行维护成本的技术提高设备可用率以及使用寿命利用新型高压绝缘技术优化电气设备的建设2929东京电力公司的5个重点科技项目电动汽车及快速充电核电厂气液两相流检测热泵节能技术离岸风电场简化的绝缘设计30东京电力公司概况东京电力公司(TEPCO)是日本全国9家电力公司中规模最大，供电面积为日本全国11%，发电以及售电量为全国35%是一家集发电、输电、配电于一体的电力企业，电网主要覆盖东京都及周边8县，土地狭小，人口稠密(2480万)，工业发达总装机容量6266万千瓦火力发电厂26座，装机容量3683万千瓦核电厂3座，装机容量1731万千瓦水力发电厂160座，装机容量852万千瓦风力发电厂１个，装机容量1000千瓦拥有1542座变电站，总变电容量2亿5095万千伏安主网架为500kV，另外还有两条1000kV线路降压至500kV运行核电等大容量、高效率机组是东京电力公司发展的重点东京电网是世界上可靠性最高的都市电网31国外电力公司的启示根据自己的特点确立技术发展方向32国家电网公司的技术方向坚强智能电网33南方电网的新技术方向“积极追求绿色、智能、可持续的发展”“构建覆盖城乡的智能、高效、可靠的电网体系”3434南方电网的新技术方向--南方电网的技术形势受端电网的三分之一的电能通过远距离大容量输电系统送入交直流并联运行多回直流密集落点同一交流电网珠三角的电力负荷集中与港澳电网互联受端电网正在大规模建设核电除水能外的其他一次可再生能源不丰富负荷的多样性，如电动汽车充电等3535南方电网的新技术方向适应西