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1、 智能电网是什么.智能电网的基本认识 1智能电网研究的原动力及目标 电气化技术被认为是人类在 20 世纪取得的最伟大的科技成就之-，它推进了人类社会的文明发展史。随着以数字化和网络化为特征的信息时代的来临，电力工业的发展正面临着新的挑战。 智能电网是现代电网的发展方向和目标。 它将成为可充分利用广泛分布的可再生能源的基础设施，可实现节能减排、减缓(或维持)气候变暖的有希望的一种途径。智能电网将能满足信息时代高电能质量、高供电安全和可靠性的迫切要求；与用户互动，提高电力部门与用户双方的电能和资产利用率。因此，智能电网以超越传统模拟式电网的发展概念，愈来愈成为政府、政治家、企业家、金融家以及电力行
2、业关注的热点和焦点。 (1)能耗和 CO2 排放导致全球变暖，已是一个不争的事实，而且在一段时期内还将变得更加严峻。 中国已进入以重化工为主要特征的工业化时代，经济发展迅速。但是高能耗、高污染排放所带来的负面影响也越来越严重。中国已成为世界 CO2 排放第二大国，不久即将成为第一排放大国。CO2 的排放是使地球气候变暖的主要原因之-，因而正在引起各国政府的严重关注。我国传统的以 75煤电为主要特征的电力工业发展模式已不被全社会所认可， 因此如何在我国满足持续快速增长的能源需求和清洁高效利用能源， 对能源科技发展提出了重大挑战。基于环境保护、节能减排和可持续发展的要求，越来越多的分布式电源将渗透
3、进配电网基础设施。 传统的只适合于单向潮流的配电网，由于有数以万计的分布式电源并网运行而面临双向潮流、难于预测和控制等问题。 (2)进入 21 世纪以来，以美加“8.14 大停电“为代表的大规模停电事故频频发生，中、小电网事故引起用户停电更是屡见不鲜，造成的社会影响和巨大的经济损失已难以计算。 由于目前电网用于紧急控制的保护和自动装置不具备对事态发展的实时监视、评估和控制能力，并且还可能发生因保护动作过慢或误动而导致电网震荡或不必要的解列等问题，发生电网的停电事故已难以避免。因此必须提高正常状态下的可观察性、动态安全评估和预防性控制能力，以实现电网的安全稳定运行，降低大规模停电的风险。 (3)
4、作为城市电力基础设施的配电网建设耗资巨大，其资产需占整个电网总资产的 40“50，甚至更大。然而城市电力设施的利用率却很低。据美国统计，其配电基础设施的平均载荷系数约为 55。这意味着电网的资源近一半未被利用。与之相比， 我国城市电力设施和用户电力设施的利用率就更低。因此，需要开发高级的配电市场，通过电力公司与终端用户的互动，使负荷需求特性更具弹性，削峰填谷，优化资产管理，提高利用率。 (4)近 20 年来，通信和信息技术得到了长足发展，数字化技术及其应用在各行各业日益普及， 对配电网的供电可靠性和电能质量提出了很高的要求。 然而， 目前的电网是按照模拟技术时代的要求设计的，适应不了数字化社会
5、的需要； 同时， 数字化技术在电网中的应用也相对较落后，特别是配电网。 综上所述， 能源压力和生态文明意识提升所带来的压力，以及未来数字化社会对电能质量和高安全可靠性的供电要求， 已成为智能电网发展的原动力。 就经济而言， 驱使人们研究发展智能电网的原动力，不是电的成本，而是由于缺乏合格电力所造成损失的成本。 由上可见，智能电网研究的目标应该是： (1)实现大电网(以抵御事故扰动为目的)的安全稳定运行，降低大规模停电的风险，提高电网自愈能力，为高新技术、敏感用户提供高级电能质量和供电可靠性； (2)扩展兼容功能，使分布式电源得到有效的利用。该电源包括分布式可再生能源发电装置、分布式储能装置，以
6、及电力用户(包括电动车)用电需求的响应等； (3)提高经营管理能力和电网资产的利用率； (4)提高用户电能利用效率，降低峰荷需求、总能量消耗和网损。 当前，北美已经形成了众多有实力的研究智能电网的群体， 它们在联邦能量管制委员会(FERC)、北美可靠性委员会(NERC)和美国能源部(DOE)等组织的指导下协同开展研究工作。因而近年来智能电网技术已得到极大的关注，并取得了长足的进展。美国奥巴马政府已把建设智能电网作为美国的国家发展战略， 意在掀起以智能电网促进可再生能源发展及利用和节能减排的热潮， 进一步引领新兴产业经济的发展和电网技术的进步。我国也已经制定了相应的远景目标，明确了2020 年及
7、 2050 年节能减排和利用可再生能源的总量自标。我国电网已得到长足发展，数字化、自动化的实践成功，为发展智能电网奠定了一定的基础，国家电网公司已提出了建设坚强智能电网的目标。 2智能电网的技术内涵 智能电网是一个技术装备现代化且具有智能化功能的电力网络。 它应用双向通信、高级传感器、自动化和分布式计算机来提高电力网运行的灵活性、安全性、可靠性和效率，并保障人身和设备的安全；可以向用户提供便利的控制手段，以满足其用电选择性的要求(如省钱、舒适、方便)，使用户能够根据电价的变化主动调整电能消费方式，以提高电能利用效率和电网负荷率；可以兼容多样性和分散性的电源，能向用户提供多种服务， 包括为电动车
8、辆提供方便的充电和付费服务。 未来的智能电网具有的鲜明的功能特征应该是： (1)激励包容电力用户。提供充分的实时电价信息和多种用电方案，促使用户主动选择与调整电能消费方式； (2)集成分布式发电储能。汇集大量“即插即用“的分布式电源， 补充和平衡集中式的统一发电； (3)促进电力市场化。发展成熟、健壮、易于集成的电力趸售市场； (4)满足电能质量需要，提供多种的质量-价格方案； (5)实现电网优化。电网的智能化同资产管理软件深度集成，使资源和设备得到最有效的利用； (6)自愈能力。自动监测评估、确保电网的完整性、安全性和功能性，遏制停电事故的扩大； (7)抵御外界攻击。具有快速恢复能力，能够识
9、别外界恶意攻击并加以抵御，保障供电安全。 未来的智能电网在技术层面与目前电网明显的不同之处有： (1)通信：采用双向通信； (2)与用户交互：提供很多用户侧的交互控制手段； (3）仪表型式：采用具有记存功能的数字式仪表； (4)运行与管理：采用远方监视、分析； (5)电力的提供与支持：集中发电和分布式发电并存； (6)潮流控制：拥有灵活的潮流控制能力； (7)可靠性：可以施行自适应保护和孤岛化控制； (8)供电恢复：通过自愈方式恢复供电； (9)网络拓扑：具有网状可灵活重构的供电网络。 总之，智能电网将使电网产业链中的各个环节(包括发电、传输和消费)之间靠得更近，从而改善了电网整体的运行效率，
10、最终使终端用户和社会环境都受益。 3.智能电网的研究内容 目前，智能电网的相关研究主要体现在以下 4个方面： (1)高级计量体系(AMI,Advanced Metering Infrastructure)。主要功能是授权用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行。 (2)高级配电运行(ADO,Advanced Distribution Operations） 。主要作用是使电网实现自愈功能。 (3)高级输电运行(ATO,Advanced Transmission Operations)。强调阻塞管理和降低大规模停运的风险。 (4)高级资产管理(AAM,Advanced Asset
11、Management)。 其同 AMI、 ADO和 ATO 的集成将大大改进电网的运行和效率。 其中，AMI、ADO 与智能配电网的运行密切相关，ATO 用于智能输电网的研究和实现， 而 AAM 则涵盖与智能输电网智能配电网资产管理相关的规划、设计及资产利用。 智能电网的实现要求和相关研究内容可表述如下： (1)灵活的网络拓扑。灵活的可重构的配电网络拓扑，是未来智能电网的基础。它使得电网在发生故障时，能把故障影响限制到最小范围内，并可迅速通过其它连接恢复对其它部分的供电。关于配电网络拓扑的新概念有： 1)环形的低压配电-新的重构选择； 2)DC(直流)环形母线-新的用户服务； 3)分布式能源集
12、成-定制的安全岛和灵活的微网； 4)双向潮流-电路间的功率交换等。 (2)集成能源与通信体系(IECSA)。智能电网需要具有实时监视和分析电网目前状态的能力， 包括识别故障早期征兆的预测能力和对已经发生的扰动响应的能力。该集成能源与通信体系(包括分布式计算环境)，需覆盖从发电机到末端电力负荷的全部范围，并要满足： 1)其数据通信和分布式计算设施是开放式的和基于标准的； 2)能兼容各种各样的物理媒介的通信和嵌入的计算技术； 3）把数据通信网络和智能设备集成一体。 (3)快速仿真与模拟(FSM)。 FSM 是含风险评估、 自愈控制和优化的高级软件系统(包含广义的 EMSDMS 等功能)。它为智能电
13、网提供数学支持和预测能力(不仅是对紧急情况做出反应的能力)，以期达到提高电网的稳定性、安全性、可靠性和运行效率的目的。FSM 的基本功能如下： 1)提供实时的状态估计，以供安全监视、评估和优化使用； 2)提供电网性能的连续优化(能量、需求功率、效率、可靠性、电能质量等)； 3)提供比实时还要快的预测仿真，以期能够通过自愈功能避免一旦发生可能对电网造成较大影响的预想事故时的扰动； 4)从运行和规划的观点对电网进行“what-if“分析，并为运行人员提供推荐方案； 5)把市场、政策和风险分析汇集于电网模型，同时把它们对电网安全性和可靠性的影响量化。 (4)灵活的分布式电源(DER)。 大量的分布式
14、电源 （如大规模风电场等)并于中压或低压配电网上运行时， 彻底改变了传统的配电网单向潮流的特点， 因而要求电网采用新颖的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。 通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中来并协调运行，则可带来巨大的效益。这除了节省对输电网的投资外，还可提高全电网的可靠性和利用效率， 为电网提供紧急功率和峰荷电力支持，以及提供其它辅助服务功能，如无功支持、改善电能质量等；同时为电网运行提供巨大的灵活性。与 DER 相关的工作包括： 1)提供安全的通信、监视和控制设施，以及实施电网范围内 DER 的协同控制策略，以便于集成和实现实时调度 DER（包括分布式发电和分
15、布式储能装置)； 2)改进模拟方法和实现实时量测用户需求，以便评估 DER 对电网稳定性和控制的影响； 3)确保 DER 装置同电力交换系统集成时的兼容性； 4)考虑对安全和环境的影响。 (5)高级配电自动化(ADA)。ADA 是智能电网实现自愈的基础。它包含电网的监视与控制、配电网管理和与用户的交互(如负荷管理、量测和实时定价)。 通过与智能配电网的其他组成部分的协同运行， ADA既可改善电网监视、无功与电压管理、降低网损和提高资产利用率，也可辅助优化调度和安排维修作业等。为此，ADA 需要具有更为复杂的控制功能，如： 1)全部元件必须处在一个开放式的通信体系结构内，并具有协同工作能力； 2
16、)使用经由分布式计算的局部分布式控制； 3)使用传感器、通信系统和分布式的计算主体，对电力交换系统的扰动做出快速反应，使其影响最小化。 (6)电力电子技术。电力电子技术及其产品是未来智能电网的主要组成部分， 包括多功能固态开关、智能电子装置和配网使用的柔性输电系统装置(如 SVC 和 D-STATCOM)等。目前，基于晶闸管开关装置的多种控制器在市场上已可以买到，但它们都是独立控制的。未来的智能电网将采用新的系统控制逻辑，使它们协同运行，从而实现多重电力电子装置的集成控制，以便利用电网最大的可用传输能力。 (7)高级计量体系(AMI)和需求侧管理。 AMI 由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统(MDMS)和通信系统组成。根据实际需要，智能电表能同时实现多种计量方式(如 KWHKVARHKWV)和多种计量时间间隔(5min/15min/1h)， 并具有双向通信功能，可支持远程设置、接通或断开、双向计量、定时或随机计量读取。 由于每一个智能电表都是智能电网的一个量测点和传感器，因此 AMI 可以连接用户并为其提供电网
