1、I.智能电网的发展背景,电力工业面临的挑战： 环保压力，全球气候变暖问题日益严重，电力工业节能减排任务艰巨； 安全压力，传统大电网结构复杂，不能灵活跟踪负荷、局部故障极易扩散，大面积停电，影响电力的安全生产及客户的安全用电； 能源压力，化石燃料的消耗，以风能、太阳能为代表的清洁型能源技术的推广，对传统电网的资源优化配置方面提出了新的要求。,美国发展智能电网的驱动力：2003年美加大停电后，美国电力行业决心利用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网。 改造老化的电网设备，提高供电的可靠性和安全性 提高能源的利
2、用效率和技术的先进性 提高用户对电价的可承受能力 适应环境和气候的变化，适应可再生能源的接入，降低排放水平 提高在全球的竞争性,3,欧洲发展智能电网的驱动力： 供电的安全性问题一次能源的缺乏、供电可靠性和电能质量、供电能力 环境问题京都协议、气候变化、保护自然 国际电力市场提供低廉的电价和提高能效、进行创新和提高竞争能力、有关垄断的规程修订,EPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究,2001,2003,布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid 2030”,DOE启动电网智能化(GridWise）项目,2004,DOE与 NETL合作发起了“现代电网(
3、MGI)”研究,The Modern Grid Initiative : a Vision for the modern grid. Mar. 2007. NETL,2005,之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践,2009,2030,奥巴马将智能电网提升为美国国家战略,智能电网,美国：,II.智能电网的发展历程,欧洲：,成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”,提出智能电网愿景，制定（1）欧洲未来电网的远景和策略（2）战略性研究议程战略部署文件报告,2005,2006,各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇,智
4、能电网,（3）The SDD Strategic Deployment Document,（1）European Smartagrids Technology Platform ：Vision and Strategy for Europes Electricity Networks of the Future 欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略,（2）Strategic Research Agenda for Europes Electricity Network of the future欧洲未来电网的战略研究议程,战略部署文件,由于“智能电网”处于开始研究和开发阶段，各国、各
5、研究机构、各电力公司、专家对“智能电网”包含哪些技术、具有什么特性和功能、发挥什么作用等尚没有统一的意见，因此目前世界上也没有统一而明确的定义。 美国电科院EPRI在2001年前后，提出了Intelligrid的未来电网发展的概念，该英文术语译成中文的“智能电网”是比较贴切，而美国能源部DOE当时称为Grid-Wise，叫法有些不同，但含义和目的等大同小异。 欧洲则采用Smart Grid的称呼，在我国也同样译成“智能电网”，欧洲在2006年推出了研究报告，全面阐述了智能电网的发展理念和思路。美国能源部DOE在2008年也出版了一份报告，也采用了这个术语，目前智能电网(Smart Grid)这
6、个称谓已被全世界普遍采用。,III.智能电网的概念,根据目前收集到的资料和初步研究，简单地说，智能电网就是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，它具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。,自愈、互动、安全、兼容、优质、高效、集成、市场化 （1）自愈稳定可靠具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，强大的预警控制
7、系统和预防控制能力，自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。 （2）互动电力用户电力供应方与用户间建立双向实时的通信系统，可实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息。 （3）安全地域攻击智能电网的安全策略包含应付威慑、实现预防、检测和反应，以尽量避免和减轻事故对电网和经济的影响。智能电网需要通过加强电力企业与政府之间的密切沟通，并且在电网规划中强调安全风险，加强电网运行安全和网络安全等手段，提高智能电网抵御风险的能力。,智能电网具有的特征：,（4）兼容发电资源能支持可再生能源的正确、合理地接入，适应分布式发电和微电网的接入，能使需求侧管理的
8、功能更加完善和提高，实现与用户的交互和高效互动。 （5）优质电能质量在数字化、高科技占主导的模式下，电力用户的电能质量得到能够有效保障，实现电能质量的差别定价。 （6）高效资产优化引入最先进的信息和监控技术优化设备和资源的使用效益，可以提高单个资产的利用效率，从整体上实现网络运行和扩容的优化，降低它的运行维护成本和投资。 （7）集成信息系统。实现包括监视、控制、维护、能量管理(EMS)、配电管理(DMS)、市场运营、企业资源规划(ERP)等和其他各类信息系统之间的综合集成，并实现在此基础上的业务集成。 （8）市场化电力市场智能电网通过市场上供给和需求互动，将形成更为紧密与高效的市场行为模式；通
9、过有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平，从而促进电力市场的自由买卖以及公平竞争。,智能电网具有的特征：,智能电网与传统电网的比较：,AMI ADO AAM ATO,IV.智能电网的技术组成,Energy Delivery Chain,四个环节均衡时行为和效率最高 四个环节中，配电和它与用户间的互动相对较弱，尤其缺少可视化和控制 信息技术和通信技术的进步，已使实现AMI and ADO的花费可以接受.,AMIAdvanced metering infrastructure,IV-1. 高级计量体系（AMI）的 技术与功能,AMI 授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能
10、够支持电网的运行,同电网友好的电器（GFAs）可帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生,美国的典型峰荷日的负荷与备用饼图: GFAs的电器包括：电暖气，空调，热水器，电冰箱GFAs的潜力超过运行备用的需要,同电网友好的电器GFAs感知电网的频率漂移，自动担负调频的任务，起到旋转储备的作用此事无通讯要求！,高级计量体系AMI,用户户内网HAN,计量数据管理系统MDMS,需求响应 负荷控制 远程开合,分时电价 （送到用户）,自动读表AMR （按小时读表，远方编程，电能计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出）,AMR的效益,减少抄表开销（如，PG&E为800人和车，BC Hydro 为200人和
11、车） 通过电压观察，防盗电（如，BC Hydro的损失为$5000-8000万/年） 到用户的故障定位和部分恢复供电，减少用户服务人员和停电时间 在用户室内装可由电力部门无线控制的自动室内控制器（如可调节空调整定温度到26度以上事先有协议），达到消峰的目的，可使居民区峰荷下降1/3，节省的容量按每kVA约50加币定价.,IV-2.高级配电运行（ADO）的 技术与功能,高级配电运行（ADO）功能使“自愈”（ “Self Healing”）成为可能ADO同AMI, ATO and AAM密切配合实现配电系统（运行和资产管理）优化,配电 SCADA,配电快速仿真与模拟DFSM,高级配电运行 ADO,
12、DER运行,高级配电自动化ADA 高级保护与控制,（带有高级传感器的）运行管理系统停运管理系统,配电 GIS,AC/DC微网运行,新型电力电子装置,用户端口,电能质量,高级的传感器,高级电力电子,分布式能源 高级配电自动化,把积极的电力用户集成到配电网中使用户参与到（削峰的）输电运行辅助服务中来,配电灵活输电DFACTS和配电静止无功补偿安置的计算使DFACTS参与到网络重构中来,使中压与低压配电网的电能质量优化使电能质量可以评估,把分布式能源单元接入配电网使参与者能够提供辅助服务 (带有企业EMS的电网传感器),把分布式能源单元集成入配电网使分布式能源能够提供辅助服务,IECSA,IECSA
13、能量与通讯系统集成的智能电网此图概括了下边介绍的全部,D-FSM T-FSM,设想中的未来电网,状态估计 连续优化系统性能 提供比实时还要快的预测仿真，以期能够进行“what-if”分析，为运行人员推荐方案 把市场、政策和风险分析聚合到系统模型中去，使市场和政策对系统安全性和可靠性的影响定量化,FSM的基本功能要求,每一部分都有新要求，现举例说明如下,FSM需要适应以下四个主要自愈功能的,网络重构电压与无功控制（VVC）故障定位和隔离(FLIR，对减少停电时间意 义大) （当系统拓扑结构发生变化时）继保再整定RPR实现电力系统更新运行方式后的保护。 四个主要功能是相互联系的，例如，电网的任一重
14、构要求一个新的电压方案和继电保护的配合。因此，这一问题是很复杂的。 电网重构包含恢复供电功能。,IA 能够发送与接受信号的基本的智能代理： 保护、分布式发电和储能单元 具有分布式电源的配电调度、等值机等 Cell IA 是整个配电的智能代理,分布式（非集中）的智能体系结构,智能网络代理INAs（ intelligent network agents ）通过FMS从全系统要求出发协调决策。-目前电力系统中的大多数代理是按预先确定的方法整定、并对扰动做出反应的（例如，在一定条件下断开继电器），其动作可能使系统情况恶化，乃至造成连锁停电。,ADA用于电力交换系统 将使用电力电子、信息技术、分布式计算
15、与仿真方面的新技术 ADA可为用户提供新的服务系统监视停运检出、定位和管理供电恢复人员调度和工作安排维修作业和区分先后顺序排除事故后的自动切换与事故管理无功与电压管理降低网损资产利用,ADA 是革命，而不只是传统配电自动化的扩展，因为：,同传统电力系统相比，图示的DC微网,具有改善能量传输效率、可靠性、安全性、电能质量，以及运行成本的潜力,丹麦Cell控制试点工程的目标为： （1）初级目标：全系统崩溃后，cell自己黑启动，进入可控的孤岛运行状态。 （2）最终目标：当系统发生严重故障处于不可挽回的紧急状态(如即将出现电压失稳)时，cell单元主动与高压电网（150kV）解列，由联网运行转为可控
16、的孤岛运行。,绿色箭头代表测量； 红色箭头代表控制行为,IV-3. 高级输电运行（ATO）的 技术与功能,ATO 强调阻塞管理和降低大规模停运的风险ATO同 AMI, ADO and AAM的密切配合实现输电系统的（运行和资产管理）优化,变电站自动化 高级保护 高级输电网元件,阻塞管理,输电系统仿真与模拟,ATO,ISO,EMS,输电SCADA WAMS,输电 GIS,Data Communication,Wide Area Control,Sensors,Dynamic Power Plant Models,End-to-End Power Delivery Chain Operation
17、& Planning,Monitoring, Modeling, Analysis, Coordination & Control,IV-4.高级资产管理（AAM）的 技术与功能,AMI、ADO和ATO 同资产管理过程的集成将大大改进电网的运行和效率,Advanced Asset Management (AAM),配电 AAM,基于条件的维护 (如可靠性水平),规划,设计/建设,资产利用,输电 AAM,IV-5.决定顺序,ATO 强调阻塞管理,AAM 大大地改善资产管理,AMI 授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行,ADO 使系统可自愈,顺序有价值,AMI 同用户建立通
18、讯联系 提供带时标的系统信息ATO 使用 ADO 信息改善运行和管理输电阻塞 AMI 使用户能够访问市场,ADO 使用 AMI 的通讯收集配电信息 使用 AMI 信息改善运行 AAM 使用 AMI, ADO和 ATO 的信息与控制，改善: 运行效率 资产使用,顺序会影响成本和效益,成本,效益,AMI,ADO/AAM,ATO/AAM,一般情况下 AMI 是电网智能化的第一步,37,智能电网的主要研究机构： （1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。 （2）“电网智能化联盟” 成员包括:跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：AEP、Bonnevill
19、e电力管理局、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI、Battelle、RDS和SAIC。 （3）电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列的专家组成，受美国能源部的部分资助，从事制定建立未来电网架构的原则。 （4）2005年欧洲委员会正式成立“智能电网欧洲技术论坛” 。欧洲还将成立“智能电网协会” 。 （5）IEC去年底筹建SG3“智能电网”战略组。根据目前掌握的情况，还没有智能电网的国际标准或国家标准。,V.智能电网的研究概况,美国的研究与实践 2006年，美国IBM公司与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案； 2009年1月25日，美国白宫最新发布的复苏计
20、划尺度报告宣布：将铺设或更新3 000英里输电线路，并为4 000万美国家庭安装智能电表。美国还将集中对落后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，逐步实现太阳能、风能、地热能的统一入网管理。 2009年2月，IBM与地中海岛国马耳他签署协议双方将建立一个“智能公用系统”，以实现该国电网和供水系统的数字化，其中包括在电网中建立一个传感器网络。 IBM将提供搜集分析数据的软件，帮助电厂发现机会，降低成本及碳排放量。,美国的研究与实践 2009年2月10日，谷歌表示已开始测试名为谷歌电表(Power Meter)的用电监测软件。 2009年5月18日，美国能源部发布第一批与智能电网
21、相关的16个重要标准。 2009年12月，美国Xcel Energy公司提出将伯德市建设成第一个智能电网城市 美国能源部西北太平洋国家实验室正在协助建立电网智能化联盟并进行实地示范，如近期完成的高级需求响应网络太平洋西北电网智能化试验台。 加州已完成第一阶段试验性200万户小区先进电表系统(AMI)的安装，初步分析显示，节省电力可达16%30%。,欧洲的 研究与实践 法国电网输送公司(ERDF)在智能电网方面的工作主要集中在自动抄表管理系统（AMM）, 20082017年，ERDF将逐步把居民目前使用的普通电表全部更换成智能电表。 2008年7月1日启动了由意大利电力公司（ENEL）牵头负责，
22、欧盟11个国家的25个合作伙伴联合承担的ADRESS项目，目的是开发互动式配电能源网络，实现主动式需求，即居民及小商业用户主动参与到电力市场及电力服务中。 法国电网公司(RTE)开展了广泛的表计及相关业务处理工作，开发了T2000系统，设立了7个远程读表中心，主要包括表计、结算及出单(发票)等功能。,欧洲的 研究与实践 西班牙电力公司(ENDESA)开展智能城市和自动抄表工作，ENDESA公司牵头，与政府合作在西班牙南部城市Puerto Real开展了智能城市项目试点，主要包含智能发电(分布式发电)、智能化电力交易、智化电网、智能化计量、智能化家庭。该项目于 2009年4月启动，计划用4年的时
23、间完成智能城市建设。 2009年6月8日，荷兰首都阿姆斯特丹(Amsterdam)宣布选择埃森哲(Accenture)公司帮助其完成第一个欧洲“智能城市(Smart City)”计划。,其他国家以及研究机构： 日本政府的智能电网重点在大规模开发太阳能等新能源。日本政府于2010年开始在孤岛进行大规模的智能电网建設试验，主要硏究在大规模利用太阳能的情况下，如何统一控制电力和频率的波动，以及储能技术。2009年3月，东京工业大学成立了“综合研究院”，拟进行可再生能源如何与电力系统相融合的智能电网项目。 韩国政府于2009年3月宣布，韩国计划在2011年前在济州岛建立智能电网综合性试点项目。 国际电
24、工委员会(IEC)标准化管理委员会组织成立的第三战略工作组智能电网国际战略工作组，于2009年4月2930日在法国巴黎召开了首次会议。会议的目的是系统研究现有标准，提出智能电网的标准研究框架。,智能化实践的最新成果：在输电侧:目前有EPRI、ABB、PJM等机构和企业开展相关研究。PJM公司认为广域测量技术是保证大电网安全的重要手段，也是实现智能输电网的基础，因此PJM目前主要从同步相量技术和高级控制中心的研究建设着手开展智能输电网的工作。在配电和用电侧:目前建设的智能电网主要有两个方面：智能电表和智能家电。 美国:Xcel Energy 公司在Boulder建设全美第一个“智能电网”城市。
25、意大利:安装和改造了3000万台智能电表，建立起了智能化计量网络，每年大约节省5亿里拉。 法国:将目前使用的2700万只普通电表全部更新为 “智能电表” 。,GridWise 示范项目,奥林匹克岛GridWise示范项目 研究用户如何对实时定价作出响应 一年内对112户家庭进行智能电器测试 测试商业设施与后备发电的集成性 具有现款激励的实时两路市场 Grid Friendly 电器示范项目 测试设备对电网压力的响应以及用户对电器设备的认可度 一年内安装150个干燥器,西北太平洋国家实验室,东京电力公司的配电系统,多分割多连接，网络式的拓扑结构,把的馈线用开关分成多个区间，并在相应区间安装与其它
26、馈线的联络开关,在故障时把故障影响范围限制在一个区间里,其它系统,SS,其它系统,其它系统,ON,ON,ON,OFF,OFF,OFF,SS,其它系统,其它系统,其它系统,ON,ON,OFF,OFF,OFF,ON,由其它系统供电,限制故障影响范围,故障部分,三分割三连接馈线设计的负荷水平,150A,150A,150A,150A,150A,450+150 = 600/600A,150A,150A,450/600A,450+150 = 600/600A, 持续负荷容量: 450A ，负荷率 : 75% (450/600) 故障时通过联络开关由其它馈线供电,中国建设智能化电网的重要意义 建设智能化电网
27、，是落实能源战略的重要实践。构建以电力为中心的能源供应体系，是中国能源科学发展的必然趋势。建设坚强的智能化电网是能源运输综合体系的重要组成部分。 建设智能化电网，是实现可持续发展的重要举措。建设智能化电网为核心的高效能源体系，提高能源开发利用效率，发展低碳经济，促进节能减排，积极应对全球气候变化，实现全面协调可持续发展。 建设智能化电网，更好地服务经济社会发展。经济的持续快速发展和人民生活水平的提高对电力供应和服务质量不断提出更高的要求。提高能源投资效益，带动相关行业科技创新和产业升级。,VI.我国智能电网建设,总体情况: 国家电网和南方电网组织开展了： 大电网安全关键技术研究 数字化电网关键
28、技术研究 电力电子关键技术 特高压同步电网安全稳定运行关键技术研究 电力通信建设 用户用电信息采集系统 为建设我国智能电网奠定了坚实的基础。,中国智能化电网的定义、内涵及发展目标 总体发展目标：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、数字化、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 主要特征：技术上实现信息化、数字化、自动化、互动化；管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化 基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动 基本构架：电网基础、技术支撑、智能应用、标准规范 应用环节: 发电、线路、变电、配电
29、、用户、调度,实施计划 实施原则：统一规划、分步实施、试点先行、整体推进 进度安排：分为研究试点、全面建设、引领提升三个阶段推进实施 国家电网公司倡议 加强交流，广泛合作 共同努力，建立国际标准及规范 采取措施，推进智能化电网建设 携手共进，推动能源产业升级和社会进步,1,2,3,2006年4月，国家电网公司提出了在全系统实施“SG186工程”的规划。华东、华北、上海、浙江、江苏等多家电力企业已顺利通过国网公司建设示范单位验收。,广域量测技术已大范围应用, 状态监测技术正大力推进。,电力通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化.,信息化水平已初步达到建设智能电网的要求,1,2,3,华东电网W
30、AMAP系统，充分利用PMU的动态数据，面向调度运行，重点解决电网安全稳定性的在线监视、实时预警和在线辅助优化决策，率先在电网动态监视和控制领域取得了重大突破。,江苏大电网安全稳定实时预警及协调防御技术（EACCS）,实现了电网精细化调度和智能化控制,华北电网有限公司5E工程，在可视化和运营管理辅助决策方面，对智能电网进行了有益的探索。,自动化控制领域的技术研究走在世界的前列,数字化变电站研究成果已应用于工程实际,华东、上海、山东、浙江、江苏以及南方电网等企业也先后开展了数字化变电站和数字化电网的建设工作，取得了一系列研究及应用成果。,数字化变电站 初步统计公司系统已有200多座数字化变电站投
31、入运行，在数字化变电站研究和应用领域取得的成果，使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了一定建设智能电网的条件，对智能电网的发展将起到重大推动作用。,用户侧管理、负荷管理控制系统等一系列应用在我国已取得一定成果，在江苏、上海等部分地区具有相当成熟的应用系统。无论从技术层面还是管理层面都积累了相当多的经验，但还未达到智能电网对用户大量参与电网互动的要求。,双向信息交互与互动上积累了相当多的经验,配电领域智能化研究有待突破 （1）分布式发电及新能源接入技术 （2）储能技术储能技术对智能电网改善电能质量、提高风电接入效率起着重要作用。 （3）定制电力技术 定制电力技术是提高用户供电可靠性和供电
32、质量的重要技术手段，也是“智能电网”的重要支撑技术之一。公司研究开发并具有成功应用经验的有：动态电压恢复器技术（DVR）、固态切换开关技术（SSTS）；已经开展研究但还没有应用经验的DFACTS技术主要包括：配电系统静止无功补偿器技术（DSTATCOM）、有源电力滤波器（APF）技术。 （4）AMR的工作正在开展,开展了规划技术体系完善研究,华东电网公司-智能输电网技术为重点领域,开展了统一数据平台的研究,华东电网公司-智能输电网技术为重点领域,智能电网贯穿发、输、配、用全过程，通过智能电网的建设，电力系统各领域都将产生质的飞跃。,有关专家对智能电网的几点看法和建议,（1）智能电网是目前的一个
33、热点，应该对此具有敏感性，密切跟踪和深入研究未来智能电网的新技术； （2）鉴于中国经济和电力负荷的高速发展，以及能源和负荷分布不匀，发展特高压电网及其他各级电网是目前中国电网建设的重点，目前智能电网相应技术的开发重点在输电网侧，但配电、用电侧的智能电网技术值得大家高度关注； （3）应加强与国外的交流和合作，包括赴国外考察、多参加有关智能电网的国际会议，请国外知名专家来讲学，多进行技术交流等； （4）应加强研究手段的建设（如:开发包括分布式发电的配电网规划和计算分析程序，建立研究新能源和分布式电源接入技术的实验室） （5）加强互联网Internet安全防护体系的开发，计算机信息安全是一个头等重要的事情。,
