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1、基于智能电网的低压配电系统与智能元件关键技术研究及应用可行性报告及经费预算报告1目 录一、项目可行性报告.1（一）立项的背景与国内外概况.1（二）项目主要研究开发内容、技术关键以及主要创新点5（三）项目预期目标 10（四）项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解.11（五）计划进度安排.13（六）现有工作基础和条件.14二、经费预算报告.151基于智能电网的低压配电系统与智能元件关键技术研究及应用一、项目可行性报告（一）立项背景与国内外概况智能化供电系统是智能电网的重要组成部分，既要包括组网技术，又要包括系统中关键设备与智能化电器的开发，本项目以供电系统低压侧典型配电系统作为研究对象，研究其
2、智能化的关键技术、开发出组网所需的关键设备及智能元件，组成智能电网的末端低压配电系统，并应用于企业典型的低压配电中。1.1 智能电网智能电网是当前国内外刚开始起步的研究热点。智能电网是指电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，并容许各种不同发电电源的接入、启动电力市场的优化高效运行。智能电网发展的第一个里程碑就是 2006 年美国 IBM 公司提出的“智能电网”解决方案。IBM 的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其
3、在中国发布的建设智能电网创新运营管理中国电力发展的新思路白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以实现优化运行和管理。该方案提供了一个大2的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。第二个里程碑是奥巴马上任后提出的能源计划，除了已公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费 1200 亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国
4、国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理。第三个里程碑是中国提出的“互动电网”。互动电网的英文为 Interactive Smart Grid，它将智能电网的含义涵盖其中。互动电网定义为：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，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、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，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。它将再造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最
5、大化。实际上，互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲，互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成，也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成，对于推动新技术革命具有直接的综合效果。因此，互动电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。互动电网的本质就是以信息革命和技术手段推动电网体系的革新和升级，建立消费者和电网管理者之间的互动。3智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现这些目标，就可以称其为智能电网。智能电网必须更加可靠智能电网不管用户在何时何地，都能提供可靠的电力
6、供应。它对电网可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数的电网扰动而不会断电。它在用户受到断电影响之前就能采取有效的校正措施，以使电网用户免受供电中断的影响。智能电网的主要特征是自愈电网， “自愈” 指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统 ”。这是智能电网最重要的特征。国内在 2006 年 4 月 29 日国家电网公司提出了在全系统实施“SG186 工程” 的规划。方正数码公司基于 GPS 的输配电生产管理信息系统运用GIS、MIS 、 GPS 技术，
7、实现了输配电管理的可视化、信息化以及自动化。包括：自动生成输配电线路的单线图，业扩方案设计（营配合一） ，主接线图绘制，先进的报表生成技术，输电线路三线图本自动生成，线路自动切改等。在国外，IEEE 致力于制定一套智能电网的标准和互通原则（IEEEP2030） ，主要包括以下三个方面：电力工程（powerengineering ） ，信息技术（informationtechnology）和互通协议（communications）等方面标准和原则。除 IEEE 外，国际电工委员会（IEC）也很重视这方面工作，美国国家标准与技术研究院 NIST（National Institute of Stan
8、dards and Technology）协调各部门之间的合作。参与标准制定的 15 家机构分别负责标准制定的不同环节。IEEE 主要致力于互通入网过程的标准，如各个能量源头如何与整个智能电网链接，计量4设备的接入（如电表）和时间同步性的标准等。IEC 则负责信息自动化的模式和环境标准。2009 年 5 月 18 日，美国商务部长骆家辉和能源部长朱棣文联合宣布了美国智能电网建设的第一批标准（见表 1） ，表 1 美国首批 16 个智能电网行业标准标准名称 应用领域AMI-SEC 系统安全性需求先进的量测基础设施（AMI）和智能电网端到端安全性ANSI C12.19/MC1219 收益量测信息模
9、型BACnet ANSI ASHRAE 135-2008/ISO 16484-5 建筑自动化DNP3 变电和馈电设备自动化IEC 60870-6 / TASE.2 内部控制中心通信IEC 61850 变电自动化与保护IEC 61968/61970 应用层面能源管理系统界面IEC 62351 Parts 1-8 电力系统控制操作的信息安全IEEE C37.118 相量测量（PMU）通信IEEE 1547电力公司与分布式发电（DG）之间的物理与电气互联IEEE 1686-2007 智能电子设备（IEDs）的安全NERC CIP 002-009 大型电力系统的网络安全标准NIST Special P
10、ublication (SP) 800-53, NIST SP 800-82联邦信息系统的网络安全标准与指南，包括大型电力系统5Open ADR（开放自动需求响应） 价格反应灵敏和直接负载控制Open HAN 家庭区域网（HAN）设备通信、测量和控制ZigBee/Home Plug Smart Energy Profile 家庭区域网设备通信和信息模型由上述国内外智能化电网的研究和标准制订情况可看，它是国内外最近发展的，具有重要创新的高新技术领域的一个重要研究项目，对国民经济发展有重要作用。1.2 智能低压配电系统与智能元件虽然不同地区、不同国家对智能电网的定义和侧重点各有不同，但智能电网的一
11、个共同点就是为我们串起了一条从发电、输电、配电到用户端的电能生产与消费的能量链和信息链。据不完全统计，电力系统 80 %以上的电能是通过用户端配电网络传输到用户，并在终端用电设备上消耗的。用户端涵盖了从电力变压器到用电设备之间对电能进行传输、分配、控制、保护和能源管理的所有设备及系统，主要包括智能低压配电系统和智能楼宇系统。智能低压配电系统处于智能电网的最底层，是构建坚强智能电网的重要组成部分。在智能低压配电系统中起到控制与保护作用的核心元件低压电器，包括万能式断路器、塑壳断路器、接触器、软启动器等的智能化自然成了智能低压配电系统的基础。因此，要打造智能电网离不开作为电网基石的低压配电系统与低
12、压电器元件的智能化。由此可见，本项目研究的智能低压配电系统与智能元件是构成智能电网的重要组成部分。然而国内尚未系统的开展此方面的研究，为跟踪国外最新发展，赶超国际先进水平，紧迫需要开展本项目研究。1.3 乐清工业电器块状经济的转型升级6温州乐清是全国低压电器行业生产规模最大、生产能力最强、市场占有率最高、产业种类最齐的生产基地，年产值近 500 亿元，占全国的 60%以上。温州低压电器的产业集群化程度高，区域特点明显，为浙江省的 21 各块状经济之一。但是，温州低压电器行业技术含量低、利润薄、创新能力弱，至今仍在生产第一代、第二代低压电器产品。其中第一代产品约占有市场份额的 25%，第二代产品
13、约占有 50%的市场份额，第三代产品其市场占有率不到 25%，第四代产品市场占有量还很低。第一代、第二代低压电器产品产品技术含量低，在温州市场份额高，使得产业同质化严重，形成竞相压价的恶性竞争，最终导致产品的质量和可靠性不高、利润薄的恶性循环。智能型的第三代、第四代低压电器，技术含量高，利润丰厚，是温州乐清工业电器块状经济转型升级的方向。智能型第三代、第四代低压电器是智能电网的基石，广泛地应用与智能低压配电系统中。随着智能电网的兴起，智能电网将低压电器产品附加值大幅提升，量大面广的智能型第三代、第四代低压电器将是乐清工业电器块状经济的转型升级的绝好契机。因此本项目的立项不仅具有重要的科学意义，
14、还有重大的经济价值及广阔的应用前景。（二）项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点2.1 主要研究开发内容1、智能低压配电系统的开发智能低压配电系统的开发，包括低压配电柜、监控监测柜、投切控制器柜、配电控制中心（包含主服务器、安全系统服务器、监控计算机） ，并研制相应的软件。7图 1 智能低压配电系统总体框图中压配电柜：35KV，用于中压电源和线路保护、检测，连接智能变电站。电容器柜低压配电柜监控监测柜智能配电控制中心电容器柜低压配电柜 监控监测柜试验站 监控检测器智能电表中压配电柜智能变电站 2工业以太网 低压配电线路变压器 1 变压器 2智能变电站 1中压配电柜投切控制柜车间 食堂宿舍办
15、公室 车间8中压变压器：变压器 1 独立与其他系统，为试验站专用；中压变压器 2 为配电线路的主变压器。电容器柜：用于无功补充，由电容器组和可通信开关组成，具备工业以太网通信接口。低压配电柜：用于低压系统线路保护，由智能化的断路器、隔离开关、熔断器、组合电器等组成，具备工业以太网通信接口。监控监测柜：用于监控、检测电力线路的运行状态，由高级传感器构成如电子式互感器、火灾报警系统、图象采集装置、智能电表、智能谐波表、电网扰动记录仪等，并具备远程分合功能，具备工业以太网通信接口。投切控制器柜：用于控制再生能源（太阳能、风能）的投切和双电源的切换，由控制器和电力电子部件构成如智能可控硅、逆变器，并具
16、备远程控制功能，具备工业以太网通信接口。配电控制中心：为智能配电运营中心的神经中枢，具备工业以太网通信接口和连接变电站的以太网接口。用电单元模块：试验站、车间、办公室、食堂、宿舍以及其他设施等组成了用电单元模块。一般用电单元模块的配电单元采用带工业以太网通信接口的智能塑壳断路器与小型断路器级联而成，参见图 2。智能塑壳断路器带工业以太网通信接口，上下级塑壳断路器可以组成区域连锁，实现选择性保护。小型断路器也可以智能型，带通信接口，与上级塑壳断路器连锁，实现末端选择性保护。9图 2 用电单元模块配电示意图2、智能配电控制中心智能配电控制中心拥有主服务器、网络系统安全服务器、监控监测计算机、控制显示台及路由器等网络通信设备。
