1智能微网-未来智能配电网新的组织形式

智能微网’’’未来智能配电网新的组织形式李振杰!袁!越!河海大学电气工程学院江苏省南京市#!+&$摘要#智能电网和微网是本世纪新兴的#个概念!文中从智能电网与微网的关系出发通过阐述中国式智能电网和微网的内涵提出未来智能配电网的一种新的组织形式)))智能微网并着重分析了智能微网在建设智能电网过程中需要解决的关键技术问题!关键词#智能微网&智能配电网&坚强&互动&高级能量管理&高级量测体系中图分类号#-*,!&-*,#,收稿日期’#+/,/#+&修回日期’#+/,/$!江苏省高校$青蓝工程%资助项目!!!引言智能电网!N?:@9B@A;$和微网!?A@4B@A;$是#!世纪新兴的#个概念随着世界多个国家的积极探索和研究已迅速延伸至政府(电力(信息(经济(金融等多个行业和领域成为电力系统未来发展的重要方向’智能电网和微网在国际上的蓬勃发展对中国未来电网的规划和建设有着很好的启示和借鉴意义’随着中国电力体制改革的深入完善(电网结构的不断调整和发展方式的逐步转变将给建设智能电网和微网带来巨大的发展机遇’本文通过阐述两者在中国发展的内涵及微网智能化的需求总结提出智能微网的概念并重点分析了智能微网需要解决的关键技术问题’!智能电网和微网国外众多机构和组织普遍认为实现配电和用电智能化是智能电网研究的重点’通过将先进的信息技术(控制技术与电力技术相融合升级电力基础设施鼓励用户互动管理高效利用新能源从而实现电力(资源(环境和经济的可持续发展’与智能电网类似微网的含义在不同国家也有着演化和区分但共同的观点是,微网必须是以分布式发电技术为基础融合储能装置(控制装置和保护装置的一体化单元#靠近用户终端负荷#接入电压等级是配电网#能够工作在并网和自治#种模式%!/!!&’%!技术特点本文总结了智能电网和微网的技术特点如表!和表#所示’表!智能电网技术特点H39*/!H/.D-#.3*.D33.+/#0+#.052073+@#$特点功!!能自愈实时监控故障前兆及时预警降低故障概率#对故障自动控制和纠正使系统迅速恢复正常互动利用双向实时的通信系统使电网运行与市场参与者进行交互以利于用户调整其消费和电网公司实现供需平衡#为市场参与者提供充分数据汇集更多的买方(卖方推动电力市场的运作和发展安全提供预防(检测(反应(解决的全方位安全策略#有效抵御物理和网络攻击提高电网抵御风险的能力兼容能够安全无缝地支持各种类型和容量的发电和储能单元接入系统经济优化调整电网的资产管理与设备维护提高电网的规划能力降低建设投资实现电网的高效运行优质尽量减少影响电能质量的事件提供可靠的服务#可根据用户对电能质量的需求进行分级定制不同的价格水平有效保障优质电能质量用户的需要表%!微网技术特点H39*/%!H/.D-#.3*.D33.+/#0+#.0527#.5@#$特点功!!能自治作为小型能源网络能够维持自身的能量平衡可脱离主网独立运行稳定基于实时通信(快速控制和储能单元能够在稳态和暂态过程中实现功率平衡和电压.频率稳定兼容最大化接入可再生分布式能源#可与大电网兼容作为补充单元参与运行#可根据发展需要允许更多小型模块化的装置接入易扩展规模灵活作为单一受控单元实现)即插即用*#根据用户需求灵活定价提供不同级别的电能质量经济综合优化能量利用(运行效率和环境排放对市场交易和资产配置统一管理%#!智能电网与微网的关系微网是智能电网的重要组成部分理由如下,!$智能电网首要的特点是自愈即不论发生什么事故它都能通过自身解决保证电力系统的安全性’而微网是一个集成了分布式电源(负荷(储能以-#’-第$$卷!第!,期#+年+月!日345%$$!64%!,1789%!#+及保护和控制等一系列环节的小型供能系统它最大的特点是能够自治运行这一特点与智能电网的自愈特点相类似’#$智能电网鼓励终端用户参与电网进行互动实现资源的优化合理配置’微网作为一个独立的供能网络也需要根据用户的信息进行动态调整实现供需平衡’$$智能电网具有全方位的安全决策能够抵御物理攻击和网络攻击’同样微网不仅能够作为备用电源对受端网络提供有效支撑还能在遭受极端灾害条件下提高整个电网的抗灾能力和灾后应急能力’’$智能电网的可兼容性允许接入不同类型的发电和储能系统’而微网本身就是分布式电源和分布式储能的集合体正是基于这个条件微网才能实现系统内部的能量存储和转化’0$智能电网能够提供满足未来用户需求的电能质量’而微网构建的条件之一是靠近负荷中心对负荷进行分级’微网可以对不同级别的负荷实现个性化供电即能够为重要用户提供优质可靠的电力服务’#!中国式智能电网和微网#%!中国式智能电网#%%!研究现状余贻鑫院士较早将智能电网概念引入中国%!#&从配电网角度出发分析实现智能化的关键技术问题’能源经济专家武建东教授在全面解读美国大力推进智能电网战略意图的基础上指出中国应发展有别于欧美模式的智能电网提出)互动电网*的概念%!$&’华东电网公司在#,年启动了高级调度中心(统一信息平台等智能电网试点工程目前高级调度中心项目一期工作已通过验收’此外华北电网公司也于#&年启动了数字电表等用户侧的智能电网相关实践%!’/!0&’国家电网公司立足于实际国情和特高压实践提出中国应全面建设以特高压电网为骨干网架(各级电网协调发展的坚强电网为基础以信息化(自动化(互动化为特征的自主创新(国际领先的坚强智能电网’将分成$个阶段逐步推进到##年可全面建成统一的坚强智能电网’#%%#!内涵中国式智能电网应具备以下内涵,!$)坚强*是物质基础’电网作为现代生活的基础工业和信息化社会的脊柱保障电力安全是首要任务’中国能源分布与能源需求不均衡电力供需矛盾依然存在频繁的自然灾害严重威胁电力安全加上电网规模日益扩大其运行机理逐渐超出以往的经验范畴如何控制这样的复杂系统更是对电网运营能力提出了严峻挑战’特高压输电具有传输容量大(距离远(损耗低(占地少(投资省等优势发展特高压输电有利于提高大范围优化配置资源能力实现电力远距离(大规模输送满足经济快速发展对电力的需求具有客观必然性’同时各级电网的统一协调和规划建设有利于形成统一调度和运行有利于加强电网架构解决电网输配平衡’因此)坚强*是电网发展的首要任务是建设智能电网的物质基础’#$)互动*是核心体现’互动化是信息化(自动化的综合体现在开放和互联的信息模式基础上通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统实现电网发电(输电(供电(用电(客户售电(分级调度(综合服务等电力产业全流程的智能化(信息化(分级化互动管理%!$&’可以说互动化是智能电网与传统电网的最大区别一方面能够利用先进传感装置对发电(输电(配电及供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合通过区域统一调度在电力供应高峰期时平衡电力供应缺口#另一方面可以积极鼓励用户参与电网管理通过与用户的友好互动为消费者提供优质的电力服务和减少能源消耗的途径实现电力与环境的和谐发展’$$)智能*是技术支撑’实现)坚强*与)互动*离不开智能化的技术和装备’智能技术覆盖了从特高压输变电网到智能输电网(智能调度(智能配电网以及大型集中发电和分布式发电(智能信息体系和通信体系等各个环节’智能装备包含快速仿真计算软件(先进的能量管理系统!D*1$(高级电力电子设备(分布式储能装置(高级计量装置以及基于先进的通信和网络体系的一次(二次设备’装备的研制离不开技术智能电网是融合了通信技术(传感技术(计算机技术(控制技术和电力技术的多元技术载体’所以技术的智能化将是实现未来智能电网的有力支撑’#%#!中国式微网#%#%!研究现状近几年国内多所高校和研究机构已纷纷开展对微网的研究已在微网的设计方案(稳定性分析(动态仿真(优化运行(控制策略(电力电子技术(储能技术以及防震减灾等方面取得了较大进展%!./#’&’微网研究也得到了国家的重视中国科学院电工研究所承担的)&.$计划*项目和天津大学等单位承担的-$’-&专题研讨’’’智能电网&!李振杰等!智能微网---未来智能配电网新的组织形式)+,$计划*项目都针对微网技术开展从理论到应用的研究’杭州电子科技大学在#&年建立了国内第!个光伏发电微网试验研究系统光伏发电比例达0n包含!#JW的柴油发电机和蓄电池组光伏预期年发电量为!#JW6X每年可节约’&9标准煤现已成功向#座教学楼供电实现了微网在实验研究阶段的转化’#%#%#!内涵相对于微网在国际上的发展状况发展中国式微网应从实际国情出发应具备以下几点内涵,!$大电网的有力补充’电网支撑,当受端电网发生功率振荡或并网点电压跌落时微网可以及时提供有功或无功功率维持电网的稳定性作为备用电源向电网提供支撑同时由于微网的可灵活调度性能够起到对电网削峰填谷的作用##防震减灾,中国是一个自然灾害频发的国家当灾害来临时具有独立运行特点的微网可以迅速与大电网解列形成)孤网*从而保证政府(医院(矿山(广播电视(通信(交通枢纽等重要用户的不间断供电另外在自然灾害多发地区微网的黑启动能力能够在发生灾害后迅速就地恢复对重要负荷的供电#$实现农村电气化,在中国农村适合的地区因地制宜地利用分布式能源以户.村为单元组建各种形式和规模的微网解决农村无电和缺电人口的供电问题’#$提高能效(节能降耗’可再生能源利用,微网的最大优点是将原来布局分散的可再生能源进行整合并通过储能装置和控制保护装置实时平滑功率波动维持供需平衡和系统稳定能够有效克服分布式电源的随机性和间歇性缺点解决分布式电源的接入问题因此微网作为可再生能源发电的有效载体能够显著提高可再生能源的利用效率##提高能效,微网与中小型热电联产相结合通过实现温度对口(梯级利用和能质匹配减少不同能源形态的转换满足用户供电(供热(制冷(湿度控制和生活用水等多种需求从而显著提高能源利用效率优化能源结构减少污染排放实现节能降耗的目标’#%$!微网智能化的需求!$技术需求’微网作为未来智能电网的有力补充实现智能化是其基本要求’从对电网潮流的实时监测到对电网调度的快速响应从运行模式的平滑过渡到网络拓扑的灵活切换微网都对信息技术和控制技术提出了更高的要求’#$装备需求’中国智能电网战略的提出将引导电力行业的发展趋势先进的电力装备将越来越多地应用到微网中如何使它们有效融合发挥最大效用将是微网需要解决的问题因此客观上要求微网必须以智能化作为发展目标’$!智能微网$%!智能微网的概念智能微网的概念在国际上已经出现’2:5A=D579@AA9H(=A9A:9A7认为智能微网!N?:@9?A@4B@A;$是大型电力系统的现代化(小型化的形式能够提供更高的供电可靠性更易满足用户增长的需求最大可能地利用清洁能源和促进技术的创新%#0&’3:57=7D=7@BH认为智能微网是多种能源发电设备和终端用户设备的智能优化和管理能够在实现持续发展目标的同时最大化投资效益%#.&’本文认为智能微网即微网的智能化通过采用先进的电力技术(通信技术(计算机技术和控制技术在实现微网现有功能的基础上满足微网对未来电力(能源(环境和经济的更高发展需求’智能微网信息交互关系如图!所示’各信息类型及其说明如表$所示’图!智能微网信息交互关系?#@A!G-2573+#5-/6.D3-@/25073+7#.5@#$54/3+#5-表’!信息类型说明H39*/’!K/0.#4+#5-52#-2573+#5-+4/0信息类型说!!明能量电能(制冷(制热等能量利用信息潮流电压(频率(负荷(储运损耗(电能质量等信息运行保护(控制(系统状态(供需关系(气象(备用容量(短路水平(计划储运(孤岛控制(恢复时间等信息调度调度供能单元和负荷的控制信号市场电能(输电权(价格(服务(规则等信息价格电价(费率(成本等信息计量电.气.热读表(计量数据管理用户费用清单(家用设施控制(碳排放(订制选择(消费历史(客服(电网计划信息(需求侧响应等交通即插式混合动力车(汽车电网等控制信息智能微网应当具备以下特点,真正实现自治提供高可靠性电能##满足用户多样化的需求#$更有效利用分布式能源尤其是可再生能源#%实现经济效益最大化#&实现环境效益最大化’-’’-#+$$!!,$!