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1、韩英铎教授 年和年分别于清华大学电机系本科和研究生毕业，年获西德埃尔兰根纽伦堡大学工程科学博士学位， 1995年当选中国工程院院士。,曾任清华大学电机工程系主任，中国电机工程学会常务理事、北京电机工程学会副理事长；现任清华大学电力电子工程研究中心主任。长期从事电力系统及其自动化以及大功率电力电子技术在电力系统中应用领域的教学与科研工作。曾获国家级教学成果特等奖1项，国家科技进步奖及国家发明奖4项，中国电力科学技术一等奖4项。发表论文240余篇，合著2部，指导博士、硕士研究生80余名。 近十余年主要致力于柔性交流输电系统技术、电能质量控制技术及广域动态安全监测与控制技术的研究。,智能电网与几项电
2、工新技术,韩英铎 清华大学电机工程与应用电子技术系 湖南省第一届电工科技协同创新论坛, 2014。1。7。长沙,主要内容,1。中国电力系统发展的成就与问题 中国电力系统发展的成就与问题 中国发展智能电网的基本动因和大背景 2。电力系统的广域动态安全监测与控制 3。STATCOM和高电压大容量电力电子逆变器 暂态电压稳定是当前受端中心负荷区系统最主要稳定威胁 清华的STATCOM研究 STATCOM正在取代SVC 4. 柔性直流输电与直流配网 5. 结语,1) 中国电力系统发展的成就与问题,至 2012年底，我国电力装机容量和发电量快速增长， 全国发电设备容量11.45亿千瓦；全国发电量4977
3、4亿千瓦时，比上年增长5.22% 发电规模居世界第一位 ,成绩巨大! 至2012年底，全国电网220千伏及以上输电线路回路长度为50.7万千米、公用变设备容量为22.8亿千伏安. 中国电网总规模居世界首位,成绩巨大!,自1996年起，我国装机总量位居世界第二,2000年 3.19亿千瓦,1995年 2.17亿千瓦,1987年 1.03亿千瓦,1978年 5712万千瓦,1949年 185万千瓦,2004年 4.4亿千瓦,2005年 5.08亿千瓦,9年,8年,5年,4年,2012年 11.45亿千瓦,1年,中国电力发展速度世界瞩目,2010年世界上8个国家发电装机容量,（单位：亿千瓦),6国总
4、和9.55,2010年世界上8个国家发电量,6国发电量总和为39954亿度,2.5,1.0,0.93,0.56,0.44,0.38,GDP总和=2.31,1995年以来电站项目开工和投产规模单位：万千瓦,超过英国过去140年全国的装机总和,2年装机总量已接近11.45亿千瓦,预 测 失 误,资源-环境制约严酷,节能-增效任务繁重!,2012年我国一次能源消费量36.2亿吨标煤，消耗全世界20%的能源，单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，美国的3.3倍，日本的7倍，同时高于巴西、墨西哥等发展中国家。 电力系统不仅要在单位KW煤耗上下功夫,也要在提高设备利用率上下功夫!,我国能源资源相对缺乏,
5、资源消耗占世界比重过大十分不利! 2008年,我国GDP 仅占世界的 7.1%, 能源消耗量占世界的 17.7%; 为世界平均值的三倍； 生铁的消耗量占世界的 39.5%; 钢材的消耗量占世界的 50.9%; 水泥的消耗量占世界的 50.9%; 消耗水是为世界平均值的四倍。,如此发展难以长期持续! 必须唤醒民众!,2012年全国电网状况及联网示意图,63%,与日本装机相当,46%,87%,42%,78%,55%,20082011年南方电网年持续负荷曲线,最大负荷的运行小时数又很低!,广东典型日负荷曲线,2013.8.9日广东负荷曲线,83471MW,54563MW,峰谷差28808MW,只相当
6、于峰值的65%,一天内的峰谷差又很大!,500KV输电网夏季典型运行方式潮流情况,2009.6.某日,2010.6.某日,华中系统一般运行方式500KV输电线路输送功率80万以上19%,华北17%,66%,68%,华北267条500KV线平均有功潮流为470.41 MW,华中219条线500KV线平均有功潮流为485 MW,华中282条500kV线路平均有功潮流为385.27 MW,2010.7.某日,81.17%,81(28.7%),86(3049%),62(2196%),26(92%),23(815%),4(1.42%),2010.6.某日,2010.6.某日,70%,86%,华东306条
7、500KV线路平均有功潮流为490 MW,东北主网109条500KV线路平均有功潮流为340 MW,南方电网500KV输电线潮流输送80万以上14%,2009.6.某日,66%,目前全国500KV线路达107993KM, 每回线按发热限制其输电能力可达260万, 考虑稳定和事故限制,设计输送100万千瓦, 各大区系统情况不同,可能在较多数时间输 电负荷水平在60万千瓦以下,或只有很少时 间运行在60万以上!, 发展智能输电电网技术,使运行接近满负荷 有很大的输电能力潜力可被挖掘! 研究是否可以进一步错峰 研究更准确的稳定边界分析计算方法 即使作为稳定储备也要搞清边界在哪! 发展储能技术,大幅度
8、提高设备利用率 是非常重要问题!,我国配电网资产利用率更低,我国城市的配电线路和配电变压器年平均负载率约为40、 30 有些地方甚至更低。东京为8575；美国为43,10KV线路利用率,10KV配电变压器载荷率,可靠性水平有待提高,我国用户平均停电时间： 2011年城市年平均停电时间（小时/户）： 7.01小时； 中山供电局39.6分钟， 佛山供电局48分钟，达到4个九； 深圳1.28小时； 广州1.79小时； 北京1.64小时； 上海1.47小时； 合肥3.71小时 国际上用户年平均停电时间 东京电力公司3-8分钟， 新加坡电力公司1分钟， 美国城乡平均120分钟， 韩国20分钟,2) 中国
9、发展智能电网的基本动因和大背景,1) 節能減排、資源和環境的制約問題 2) 提高現有輸電能力和各級電力設備利用率 3) 進一步提高發輸供用系統安全可靠性 4) 滿足信息時代提高供电电能质量的新要求 5）大規模可再生能源接入問題,解决大量弃 风-弃水问题;,我所理解的“智能电网”,“智能电网”就是把现代先进的计算机-通讯-网络-传感-控制技术最大限度地应用于电力系统以达到最大限度地提高设备效率,提高安全可靠性,节能减排,提高用户的供电质量,提高可再生能源的利用效率. IBM认为智能电网应包括3个层次：第一层次，实现对电网运行状态、资产设备状态和客户用电信息的实时、全面和详细监视，消除监测盲点，提
10、高电网可观测性；第二层次，提供先进的IT技术手段，实现对电力企业信息的传输和集成；第三层次，在信息集成的基础上进行高级分析，实现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目标。-提法比较到位! “智能电网”不是名词游戏,也不是概念炒做 -“智能电网”的提出是现代电力系统发展的内在需求和必然趋势。,发展智能电网的大背景 3C技术的发展与人对世界的可观可控性,坐在大洋彼岸的指挥中心观看袭击本拉登,地面观察站观测神九舱内情况 及控制对接,可平移的负荷，如能感知电网的频率漂移而 自动投切，则可起调频的作用，取代旋转备 用,可用来应对大规模风电场的极端天气事 件（如风电出力骤降）的影响,可平移的居民负荷20
11、% （电暖气，空调，热水器，电冰箱）的比重超过运行热备用13%,美国人富有启发性的想法 系统中存在着大量能与电网友好合作的可平移负荷,数据来源: Gridwise,这些想法在信息技术发达的今 天技术上应该是可行的,但经济 上是否值得要进行详细分析! 是否照搬不一定! 但思想非常有启发!,智能电网是现代电力系统的新发展阶段 可以引发系列新概念、新思路、新平台、新前景,为电力系统技术的进步带来大的变革!可以引发系列新概念和新思考:例如, 电能是即时平衡的.过去靠”以不变应万变”来达到动态平衡,于是大量冗余造成浪费,现在充分发挥IT技术作用,有可能靠与负荷互动来削峰填谷和减少热备用;-如果可行将引起
12、从设计到运行的巨大变革! (格力的案例) 如果测量和通讯问题得到解决,就可以通过控制达到瞬间平衡,那么迄今靠”试探”来达到新平衡的各种电力系统稳定控制措施都应该重新考虑和设计! 过去由于信息传递的困难,众多研究者都力求选用测量本地量作为反馈来达到最好的控制效果,现在广泛采用IT技术,可以把电力系统中最佳可观点的物理量送到最佳可控的控制器去,打破了”不可观”,”不可控”的约束,这岂不给电力系统的控制带来了革命? 如果信息采集和信息传递得到解决,消除了监测盲点,这样, 电力系统一些重要参数的随机性,时变性,可望克服,使过去只能”靠加大保守性来换取可靠性”的一系列经典难题有可能得到解决.就可以大幅度
13、提高电网的设备利用率,极大地节能增效!,設備利用率低 安全可靠性還不高,安全裕度過大 節能減排優化 調度差,接受間歇式可 再生能源接入 能力差,改善電能品質 得不到落實,基本問題,重要參數具有隨機性,時變性,不可觀性,真正輸電極限未知,靠大的保守度換取大的可靠度,輸電距離遠,故障地點和嚴重程度未知,反事故措施到位程度未知,採取試探辦法應對,造成設備大量冗餘;,負荷無法互動,熱備用造成浪費,癥結所在,有功無法存儲,有功/無功都無法暫態平衡,發展廣域動態監測資訊平臺消除參數和狀態監測盲點,發展在线測量-辨識克服參數的隨機、時變困難,得到在线實測狀態和主導動態參數,發展基於實測參數,潮流的新的安全穩
14、定分析,預警,智能控制技術和智能控制裝置,發展基於實測參數,狀態,潮流並考慮負荷互動的安全經濟優化高級調度自動化體系,採用固定串補,潮流控制,大幅度提高現有輸電能力,發展相應抑制低頻和次同步振盪安全綜合措施,發展大規模動態無功補償和電能品質治理,發展儲能儲電技術,解決思路,国內電網面臨的一些關鍵技術問題 與智能電網研究思路,新廣域動 態安全 監測与 物联网技术 參數辨識 超即時仿 真計算 自適應 控制,電力 電子技术 儲能技术,關鍵技術,清华大学电机系柔性输配电系统研究所,24,与SCADA配套的传统测量手段RTU,RTU: remote terminal unit SCADA: superv
15、isory control and data acquisition 在电力系统自动化的发展过程中发挥了重要作用 EMS: energy management system 主站刷新数据时间较长（数秒级），得到的系统数据是历史的、不同时的(no simultaneous)； 其通信方式只适合低数据量传送； 测量电压/电流有效值和功率，没有对描述系统机电动态性能十分重要的相对相角量及其派生量； 增加GPS时标后，仍只能监测系统稳态或准稳态运行情况。,2。电力系统的广域动态安全监测与控制,25,PMU/WAMS技术发展带来的契机 PMUPhasor Measurement Unite, WAMSW
16、ide Area measurement System,采用GPS定时,可以在时间空间幅值三维坐标下同时观察系统全局的机电动态全貌；弥补了SCADA和故障录波系统不足； 为电力系统的监测与控制开辟了更广阔的空间 - 为解决当前瞩目的热点问题开辟了有效途径： 西电东输，交直流联网稳定控制问题； 联网后系统阻尼大幅度降低问题； 500KV输电线输电极限低问题（60万现象）； 数值仿真的保守度难以估计的问题； - 可为一些长期没解决的电力系统经典难题找到突破口： 多机系统PSS协调问题； 区域互联系统间超低频振荡的阻尼问题；同步电网规模问题； 在线功角稳定预报和控制问题； 在线电压稳定预报和控制问题.,清华大学电机系柔性输配电系统研究所,26,PMU/WAMS的基本应用框架,在发电厂和变电站安装相量测量单元（
