智能电网发展与现状-刘丹

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1、关于关于“智能电网智能电网”- -发展与现状发展与现状一：概念：一：概念：1 1：电网：电网：通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网。简称电网。 -电网建设主要是满足对于输变电领域的需求 输配电电压等级中， 10、35、110、220 千伏为高压， 330、500、750 千伏为超 高压，800、1000 千伏以上为 特高压。2 2：智能电网：智能电网：就是电网的智能化，也被称为 “电电网网 2.0”，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

2、现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和 使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21 世纪用户需求的 电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的 优化高效运行。21 各国概念：各国概念：目前，包括中、美等国在内的多个国家都开始研发或实践智能电网建设，由于各国的 起点和需求各不相同，因此对于智能电网的概念、标准各异。2.1.1 欧洲：欧洲：2006 年，能源绿皮书欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略明确强调欧洲已经 进入一个新能源时代，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。 目前英、法、意等在智能电网的应用和变革方面已有一

3、定基础，意大利的部分电网2001 年 已经率先实现了智能化。2.1.2 美国美国2009 年1 月，复苏计划尺度报告称，投资110 亿美元进行智能电网的研究和建设， 将铺设或更新3000 英里输电线路，并为4000 万美国家庭安装智能电表。 美国将智能电网定义为：综合应用现代通讯、计算、控制等技术的电网，能够持续不 断地适应各种正常操作、运行方式调整的优化运行，并能主动预测和应对电网扰动。2.1.3 中国：中国：国家电网公司给智能电网的定义是，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，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。 换言

4、之，中国式的智能电网，首先要满足电力负荷需求，在前期保证输电、 变电的智能化建设，要保证供电安全可靠性，要满足经济意义和节能，最后保 证电能质量和可再生能源接入。智能电网示意图22 智能特征智能特征（1）安全：抵御攻击，侧重电力网和通讯网；以特高压为主体，各级电网协调发展 的整个电网构成了坚强的网架。无论是电力网络还是通信网络，在遭到外部攻击或自然 灾害时，智能电网 均能快速预警并有效抵御对电网造成的危害。 （2）自愈：稳定可靠， 侧重网架结构和调度运行控制 ；智能电网运行时将进行持续 的自我评估，以便及时检测、分析和响应，在必要情况下恢复电力网络和通信网络组 件。 （3）兼容：发电资源， 侧

5、重分布式发电、可再生能源和储能，电网采用“即插即用”技术，在传统电厂的基础上，能够灵活接入风能、太阳能、地热能等分布式、可再生能 源，以及储能系统，实现多种能源的兼容并蓄。 （4）交互：电力用户， 侧重智能电表和智能电器 ；用户通过实时了解电网供需信息， 根据峰谷情况自由的选择如何用电 ，甚至可以选择是否向电网输送电力。 （5）高效：资产优化， 侧重输送容量和资产全寿命管理 ；通过对电力设备运行状态 的在线监测、在线评估及状态检修等先进技术，使电网设备得到全过程最优化的运营管 理，实现电网潮流的合理分布，促进电网高效运行。 （6）优质：电能质量，侧重电力电子设备和电量实时平衡；智能电网通过应用

6、先进 的电力电子设备，对受影响的电能实施无功补偿等措施，确保电能的优质供应。 （7）集成：信息系统，侧重集中集成和开放式共享； （8）协调：电力市场，侧重监管规则和交易模式；智能电网将通过增加发电渠道、高 效的需求响应、储能、可靠的配电系统来促进电力市场的参与程度。提高电力系统的规 划、运行和可靠性管理水平。与传统电网的区别2.3 智能电网的功能：智能电网的功能：1：实现双向互动的智能数据传输，实行动态的浮动电价制度 2：利用传感器对发、输、配、用电等关键环节的运行状况进行实时监控和数据整合，“削 峰填谷”，平衡电力供需，达到对整个电力系统运行的优化管理 3：将各类新型能源接入电网（如：风能、

7、太阳能、地热能等），实现分布式能源管理 4：提高供电效率，减少能量损耗，改善供电质量 5：智能电表可以作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、宽带 业务或转播电视信号。 智能电网改革将推动全球能源革命的深度扩散，通过建造互动的电网，将推进IT 革命 进入创新阶段；将为消费者提供更好的减少能源消耗的路径；将为整个社会节约成本、降 低温室气体排放，促进绿色经济发展。2.4 技术支撑：技术支撑：1：通信技术：通信技术建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支

8、持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。下图显示了电网和通信网络的关系。高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。当这样的通信系统建成后，它可以提高电网的供电可靠性和资产的利用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值。高速双向通信系统的建成，智能电网通过连续不断地自我监测和校正，应用先进的信息技术，实现其最重要的特征 自愈特征。它还可以监测各种扰动，进行补偿，重新分配潮流，避免事故的扩大。

9、高速双向通信系统使得各种不同的智能电子设备（IEDs） 、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信，提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平。在这一技术领域主要有两个方面的技术需要重点关注，其一就是开放的通信架构，它形成一个 “即插即用”的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信；其二是统一的技术标准，它能使所有的 传感器、智能电子设备（ IEDs）以及应用系统之间实现无缝的通信，也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完全的理解，实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。这就需要电力公司、设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作，才能实现通信

10、系统的互联互通。 2：量测技术：量测技术参数量测技术是智能电网基本的组成部件，先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统，取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计将有更多的功能，除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外，还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能有用户自行根据费率政策，编制时间表，自动控制用户

11、内部电力使用的策略。对于电力公司来说，参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、相位关系（WAMS） 、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、变压器和线路 负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。新的软件系统将收集、储存、分析和处理这些数据，为电力公司的其他业务所用。未来的数字保护将嵌入计算机代理程序，极大地提高可靠性。计算机代理程序是一个自治和交互的自适应的软件模块。广域监测系统、保护和控制方案将集成数字保护、先进的通信技术以及计算机代理程序。在这样一个集成的分布式的保护系统中，保护元件能够自适应地相互通信，这样的灵活性和自适应能力

12、极大地提高可靠性，因为即使部分系统出现了故障，其他的带有计算机代理程序的保护元件仍然能够保护系统。 3：设备技术：设备技术智能电网要广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术 方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术。通过采用新技术和在电网和负荷特性之间寻求最佳的平衡点来提高电能质量。通过应用和改造各种各样的先进设备，如基于电力电子技术和新型导体技术的设备，来提高电网输送容量和可靠性。配电系统中

13、要引进许多新的储能设备和电源，同时要利用新的网络结构，如微电网。经济的 FACTS 装置将利用比现有半导体器件更能控制的低成本的电力半导体器件，使得这些先进的设备可以广泛的推广应用。分布式发电将被广泛地应用，多台机组间通过通信系统连接起来形成一个可调度的虚拟电厂。超导技术将用于短路电流限制器、储能、低损耗的旋转设备以及低损耗电缆中。先进的计量和通信技术将使得需求响应的应用成为可能。新型的储能技术将被应用为分布式能源或大型的集中式电厂。大型发电厂和分布式电源都有其不同的特性，它们必须协调有机的结合，以优化成本，提高效率和可靠性，减少环境影响。 4：控制技术：控制技术先进的控制技术是指智能电网中分

14、析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。从某种程度上说，先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域，如先进控制技术监测基本的元件（参数量测技术），提供及时和适当的响应（集成通信技术；先进设备技术）并且对任何事件进行快速的诊断（先进决策技术）。另外，先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。未来先进控制技术的分析和诊断功能将引进预设的专家系统，在专家系统允许的范围内，采取自动的控制行动。这样所执行的行动将在秒一级水平上，这一自愈电网的特性将极大地提高

15、电网的可靠性。当然先进控制技术需要一个集成的高速通信系统以及对应的通信标准，以处理大量的数据。先进控制技术将支持分布式智能代理软件、分析工具以及其它应用软件。（1）收收集集数数据据和和监监测测电电网网元元件件先进控制技术将使用智能传感器、智能电子设备以及其他分析工具测量的系统和用户参数以及电网元件的状态情况，对整个系统的状态进行评估，这些数据都是准实时数据，对掌握电网整体的运行状况具有重要的意义，同时还要利用向量测量单元以及全球卫星定位系统的时间 信号，来实现电网早期的预警。（2）分分析析数数据据准实时数据以及强大的计算机处理能力为软件分析工具提供了快速扩展和进步的能力。状态估计和应急分析将在

16、秒级而不是分钟级水平上完成分析，这给先进控制技术和系统运行人员足够的时间来响应紧急问题；专家系统将数据转化成信息用于快速决策；负荷预测将应用这些准实时数据以及改进的天气预报技术来准确预测负荷；概率风险分析将成为例行工作，确定电网在设备检修期间、系统压力较大期间以及不希望的供电中断时的风险的水平；电网建模和仿真使运行人员认识准确的电网可能的场景。（3）诊诊断断和和解解决决问问题题由高速计算机处理的准实时数据使得专家诊断来确定现有的、正在发展的和潜在的问题的解决方案，并提交给系统运行人员进行判断。（4）执执行行自自动动控控制制的的行行动动智能电网通过实时通信系统和高级分析技术的结合使得执行问题检测和响应的自动控制行动称为可能，它还可以降低已经存在问题的扩展，防止紧急问题的发生，修改系统设置、状态和潮流以防止预测问题的发生。（5）为为运运行行人人员员提提供供信信息息和和选选择择先进控制技术不仅给控制装置提供动作信号，而且也为运行人员提供信息。控制系统收集的大量数据不仅对自身有用，而且对系统运行人员也有很大的应用价值，而且这些数据辅助运行人员