智能電網的發(fā)展態(tài)勢

智能電網的發(fā)展態(tài)勢清華大學電機系武漢大學電氣工程學院***

1/2/20231講座內容

國外智能電網研究和發(fā)展概況智能電網概念、定義和特征中國智能電網建設的基礎條件和進展對智能電網研究、開發(fā)和應用的一些看法和建議1/2/20232講座內容

國外智能電網研究和發(fā)展概況智能電網的概念、定義和特征中國智能電網建設的基礎條件和進展對智能電網研究、開發(fā)和應用的一些看法和建議1/2/20233美國智能電網發(fā)展里程碑200120032004DOE與NETL合作發(fā)起了“現代電網(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETL200520092030EPRI開始“Intelligrid”(智能電網）研究布什總統要求美國能源部（DOE）致力于電網現代化，DOE發(fā)布“Grid2030”DOE啟動電網智能化(GridWise）項目之后，研究機構、信息服務商和設備制造商與電力企業(yè)合作，紛紛推出自己的智能電網方案和實踐奧巴馬將智能電網提升為美國國家戰(zhàn)略年份國外智能電網研究概況1/2/20234歐洲智能電網發(fā)展里程碑成立“智能電網(SmartGrids)歐洲技術論壇”提出智能電網愿景，制定（1）《歐洲未來電網的遠景和策略》（2）《戰(zhàn)略性研究議程》《戰(zhàn)略部署文件》報告20052006各國開展自己的智能電網建設探索,應對21世紀的各種挑戰(zhàn)和機遇年份國外智能電網研究概況（3）TheSDDStrategicDeploymentDocument（1）EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform：VisionandStrategyforEurope’sElectricityNetworksoftheFuture

歐洲智能電網技術平臺：歐洲未來電網的遠景和策略（2）StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture歐洲未來電網的戰(zhàn)略研究議程戰(zhàn)略部署文件1/2/202351/2/20236“智能電網”是目前被大家普遍接受的術語和稱謂“TheSmartGrid”,DOE,USA,20082008.11.11-11.13,中美清潔能源合作組織(JointUS-ChinaCooperationonCleanEnergy–JUCCCE-)，聚思--“SmartGrid”specialsession2008.11.18--中美綠色能源論壇–“SmartGrid”SpecialsessionSmartDistributionGrid:TheRoleofTechnology,toolsandTechniquesforadvancedAutomationandplanning—byS.S.Venkata,Univ.ofWashington,USA,--IEEEDLPTutorial,Dec.22,Beijing,China1/2/20237國外智能電網研究概況驅動因素：美國:２００３年美加大停電后，美國電力行業(yè)決心利用信息技術對陳舊老化的電力設施進行徹底改造，開展智能電網研究，以期建設滿足智能控制、智能管理、智能分析為特征的靈活應變的智能電網.1/2/20238美國發(fā)展智能電網的驅動力：改造老化的電網設備，提高供電的可靠性和安全性提高能源的利用效率和技術的先進性提高用戶對電價的可承受能力適用環(huán)境和氣候的變化，適用可再生能源的接入，降低排放水平提高在全球的競爭性1/2/20239

歐洲:發(fā)展智能電網也有其獨特的發(fā)展背景，歐洲智能電網的興起主要是大力開發(fā)可再生能源、清潔能源，以及電力需求趨于飽和后提高供電可靠性和電能質量等需求所決定的。

國外智能電網研究概況驅動因素：1/2/202310歐洲洲發(fā)發(fā)展展智智能能電電網網的的驅驅動動力力（（DrivingForce)（1））供供電電的的安安全全性性問問題題一次次能能源源的的缺缺乏乏、、供電電可可靠靠性性和和電電能能質質量量供電電能能力力（2））環(huán)環(huán)境境問問題題京都都協協議議氣候候變變化化保護護自自然然（3））國國際際電電力力市市場場提供供低低廉廉的的電電價價和和提提高高能能效效進行行創(chuàng)創(chuàng)新新和和提提高高競競爭爭能能力力有關關壟壟斷斷的的規(guī)規(guī)程程修修訂訂12/24/202211歐盟盟發(fā)發(fā)展展智智能能電電網網的的驅驅動動力力：：歐盟盟理理事事會會在在2006年年的的綠綠皮皮書書(GreenPaper)《《歐歐洲洲可可持持續(xù)續(xù)的的、、競競爭爭的的和和安安全全的的能能源源策策略略》》(AEuropeanStrategyforSustainable，，CompetitiveandSecureEnergy)””強強調調：：歐洲洲已已經經進進入入一一個個新新能能源源時時代代，，能能源源政政策策最最重重要要的的目目標標必必須須是是供供電電的的可可持持續(xù)續(xù)性性、、競競爭爭性性和和安安全全性性。。12/24/202212歐洲洲2020年年及及后后續(xù)續(xù)的電電力力發(fā)發(fā)展展目目標標：：未來來歐歐洲洲電電網網應應滿滿足足如如下下需需求求:靈活活性性(Flexible)，，在在適適應應未未來來電電網網變變化化與與挑挑戰(zhàn)戰(zhàn)的的同同時時，，滿滿足足用用戶戶多多樣樣化化的的電電力力需需求求；；可接接入入性性(Accessible)，，使使所所有有用用戶戶都都可可接接入入電電網網，，尤尤其其是是推推廣廣用用戶戶對對可可再再生生、、高高效效、、清清潔潔能能源源的的利利用用；；可靠靠性性(Reliable)，，提提高高電電力力供供應應的的可可靠靠性性與與安安全全性性以以滿滿足足數數字字化化時時代代的的電電力力需需求求；；經濟濟性性(Economic)，，通通過過技技術術創(chuàng)創(chuàng)新新、、能能源源有有效效管管理理、、有有序序市市場場競競爭爭及及相相關關政政策策等等提提高高電電網網的的經經濟濟效效益益。。12/24/202213（1））美國國能源源部(DOE)是電電網智智能化化研究究的發(fā)發(fā)起者者和重重要的的投資資者。。（2））“電電網智智能化化聯盟盟”成成員員包括括:跨國技技術公公司：：AREVA、GE、、IBM；；電力公公司和和電網網運營營商：：AEP、Bonneville電電力管管理局局、PJM及法法國EDF；研究機機構：：美國電電科院院EPRI、Battelle、、RDS和和SAIC。（3））電網網智能能化架架構委委員會會（GWAC））由一一系列列的專專家組組成，，受美美國能能源部部的部部分資資助，，從事事制定定建立立未來來電網網架構構的原原則。。（4））2005年歐歐洲委委員會會正式式成立立“智智能電電網歐歐洲技技術論論壇””。。歐洲洲還將將成立立“智智能電電網協協會””。。（5））IEC去去年底底籌建建SG3““智能能電網網”戰(zhàn)戰(zhàn)略組組。根據目目前掌掌握的的情況況，還還沒有有智能能電網網的國際際標準準或國國家標標準。。國外智智能電電網研研究概概況智能電電網研研究機機構12/24/202214在輸電電側:目前有有EPRI、ABB、PJM等機機構和企業(yè)業(yè)開展展相關關研究究。PJM公司司認為為：廣廣域測測量技技術是是保證證大電電網安安全的的重要要手段段，也也是實實現智智能輸輸電網網的基基礎，，因此此PJM目目前主主要從從同步步相量量技術術和高高級控控制中中心的的研究究建設設著手手開展展智能能輸電電網的的工作作。國外智智能電電網研研究概概況智能化化實踐踐最新新成果果12/24/202215在配電電和用用電側側:目前建建設的的智能能電網網主要要有兩兩個方方面智能電電表和和智能能家電電：美國:XcelEnergy公公司在在Boulder建建設全全美第第一個個“智智能電電網””城市市。意大利利:安裝和和改造造了3000萬萬臺智智能電電表，，建立立起了了智能能化計計量網網絡，，每年年大約約節(jié)省省5億億里拉拉。法國:將目前前使用用的2700萬萬只普普通電電表全全部更更新為為““智能能電表表”。。國外智智能電電網研研究概概況智能化化實踐踐最新新成果果12/24/202216AC2Boulder（伯伯德市市）tobecomefirstSmartGridCity美國:XcelEnergy公公司在在Boulder建建設全全美第第一個個“智智能電電網””城市市12/24/202217內容國外智能電電網研究和和發(fā)展概況況智能電網的的概念、定定義和特征征中國智能電電網建設的的基礎條件件對我國智能能電網研究究、開發(fā)和和應用的一一些看法和和建議12/24/202218智能電網的的概念、定定義和特征征定義（definition)以物理電網網為基礎(中國的智能電網是以特高壓壓電網為骨骨干網架、、各電壓等等級電網協協調發(fā)展的的堅強電網網為基礎)，將現代代先進的傳傳感測量技技術、通訊訊技術、信信息技術、、計算機技技術和控制制技術與物物理電網高高度集成而而形成的新新型電網。。它以充分滿滿足用戶對對電力的需需求和優(yōu)化化資源配置置、確保電電力供應的的安全性、、可靠性和和經濟性、、滿足環(huán)保保約束、保保證電能質質量、適應應電力市場場化發(fā)展等等為目的，，實現對用用戶可靠、、經濟、清清潔、互動動的電力供供應和增值值服務。12/24/20221912/24/202220智能電網主主要特征：堅強、自愈愈、兼容、、經濟、集集成、優(yōu)化12/24/202221智能電網堅堅強性特征征（1）堅強強性（Robust/Strong））在電網發(fā)生生小擾動和和大擾動故故障時，電電網仍能保保持對用戶戶的供電能能力，而不不發(fā)生大面面積的停電電事故；在電網發(fā)生生極端故障障時，如自自然災害和和極端氣候候條件下、、或人為的的外力破壞壞，仍能保保證電網的的安全運行行；二次系統具具有確保信信息安全的的能力和防防計算機病病毒破壞的的能力。12/24/202222（2）自愈性（Self-Healing））具有實時、、在線連續(xù)續(xù)的安全評評估和分析析能力具有強大的的預警控制制系統和預預防控制能能力具有自動故故障診斷、、故障隔離離和系統自自我恢復的的能力。智能電網自自愈性特征征12/24/202223（3）兼容性（Compatible）能支持可再再生能源的的正確、合合理地接入入適應分布式式發(fā)電和微微電網的接接入能使需求側側管理的功功能更加完完善實現與用戶戶的交互和和高效互動動。智能電網兼兼容性特征征12/24/202224（4）經經濟性(Economical)支持火電電和水火火電聯合合經濟運運行支持電力力市場和和電力交交易系統統提供清潔潔和優(yōu)質質電力實現資源源的合理理配置降低電網網損耗，，提高能能源利用用效率。。智能電網網經濟性性特征12/24/202225（5）集集成（Integrated）實現電網網信息的的高度集集成和共共享采用統一一的平臺臺和模型型實現標準準化、規(guī)規(guī)范化和和精細化化的管理理智能電網網集成性性特征12/24/202226（6）優(yōu)優(yōu)化（Optimized））優(yōu)化資產產的利用用率降低投資資成本和和運行維維護成本本。智能電網網優(yōu)化特特征12/24/202227中國智能能電網的的提法和和4個特特征（（StrongSmartGrid）（1）數字化：數字化電電網、數數字化電電表與數數字化用用電設備備（2）信息化：市場信息息、電網網信息、、用戶信信息與寬寬帶通信信形成的的信息平平臺（3）自自動化：大電網安安全穩(wěn)定定控制（（高級智智能調度度），變變電站自自動化與與用戶用用電系統統智能控控制（4）互動化：電網、發(fā)發(fā)電與用用戶以信信息為基基礎的互互動12/24/20222812/24/202229智能電網網技術應應包括的的主要內內容：先進的相相量測量量（PMU）和和廣域測測量技術術（WAMS））先進的三三維、動動態(tài)、可可視化技技術高級計量量-無無線、自自動計量量讀數（（Advancedmeteringinfrastructure——AMI）(Automaticmeterreading-AMR)；需求響應應(DemandResponse)；(需需求側管管理DSM)先進的配配電自動動化––高級配配電運行行(ADO)功功能使““自愈””(SelfHealing)成為為可能；分布式發(fā)發(fā)電技術術(DistributedGenerationorDistributedEnergyResources---DGorDER)及及電力儲儲能技術術等12/24/20223012/24/202231講座內容容國外智能能電網研研究和發(fā)發(fā)展概況況智能電網網的概念念、定義義和特征征中國智能能電網建建設的基基礎條件件和進展展對智能電電網研究究、開發(fā)發(fā)和應用用的一些些看法和和建議12/24/202232總體情況:國家電網和南南方電網組織織開展了：大電網安全關關鍵技術研究究數字化電網關關鍵技術研究究電力電子關關鍵技術特高壓同步步電網安全全穩(wěn)定運行行關鍵技術術研究電力通信建建設用戶用電信信息采集系系統為建設我國國智能電網網奠定了堅堅實的基礎礎。12/24/202233開展了規(guī)劃劃技術體系系完善研究究華東電網公公司--智能輸電網網技術為重重點領域新能源對電網規(guī)劃的影響及對策研究基于LCM的電網規(guī)劃方案評價研究新能源對電網規(guī)劃的影響及對策研究節(jié)能減排下的電網規(guī)劃研究區(qū)域電網協調規(guī)劃研究考慮不確定因素的電網靈活規(guī)劃方法研究基于預想事故集的電網規(guī)劃研究12/24/202234開展了高級級調度中心心的研究華東電網公公司--智能輸電網網技術為重重點領域12/24/202235開展了統一一數據平臺臺的研究華東電網公公司--智能輸電網網技術為重重點領域12/24/202236開展了數字字化變電站站研究華東電網公公司--智能輸電網網技術為重重點領域徐行站數字字化改造新建數字化化海寧站12/24/202237按照考慮N-1情況下特定預想事故的原則，規(guī)劃建設多饋入直流和交流系統并聯的華東區(qū)域堅強受端網架初步建設高級調度中心開展數字化變電站試點開展相關技術研發(fā)堅強受端大電網規(guī)劃建設適應電力市場要求的特高壓電網，滿足“三華”聯網需要建成高級調度中心數字化變電站推廣適應電力市場要求的運行技術FSM的研究與應用數字化電網規(guī)劃以自愈為目標的智能電網實現智能化調度新型材料和智能設備的全面使用可再生能源的友好接入實現與用戶的智能互動智能化電網201020202030智能電網全面轉型鞏固提升引領超越2007華東公司建建設智能電電網的三階階段目標12/24/20223812/24/202239中國智能電網建設的基礎條件1、電力通通信基本實實現主干通通道光纖化化、數據傳傳輸網絡化化信息化水平已初步步達到建設設智能電網網的要求12/24/2022402、廣域量量測技術已已大范圍應應用,狀態(tài)態(tài)監(jiān)測技術術正大力推推進信息息化化水平平已已初初步步達達到到建建設設智智能能電電網網的的要要求求12/24/202241自動動化化控制制領領域域的的技技術術研研究究走走在在世世界界的的前前列列1、、在在可可視視化化和和運運營營管管理理輔輔助助決決策策方方面面取取得得了了大大的的進進展展，，對對智智能能電電網網進進行行了了有有益益的的探探索索12/24/202242自動動化化控制制領領域域的的技技術術研研究究走走在在世世界界的的前前列列2、、江江蘇蘇大大電電網網安安全全穩(wěn)穩(wěn)定定實實時時預預警警及及協協調調防防御御技技術術（（EACCS））實現現了了電電網網精精細細化化調調度度和和智智能能化化控控制制12/24/202243數字字化化變電電站站研研究究成成果果已已應應用用于于工工程程實實際際國家家電電網網和和南南方方電電網網開開展展了了數數字字化化變變電電站站和和數數字字化化電電網網的的建建設設工工作作，，取取得得了了一一系系列列研研究究及及應應用用成成果果12/24/202244雙向信息息交互與與互動上積累了了相當多多的經驗驗用戶側管管理、負負荷管理理控制系系統等一一系列應應用在我我國已取取得一定定成果，，無論從從技術層層面還是是管理層層面都積積累了相相當多的的經驗，，但還未達達到智能能電網對對用戶大大量參與與電網互互動的要要求。12/24/202245配電領域域智能化化研究有有待突破破（1）分分布式發(fā)發(fā)電及新新能源接接入技術術（2）儲儲能技術術儲能技術術對智能能電網改改善電能能質量、、提高風風電接入入效率起起著重要要作用（3）AMR的的工作正正在開展展中國智能電網建設的基礎條件12/24/202246（4）定定制電力力技術定制電力力技術是是提高用用戶供電電可靠性性和供電電質量的的重要技技術手段段，也是是“智能能電網””的重要要支撐技技術之一一。研究究動態(tài)電電壓恢復復器技術術（DVR）、、固態(tài)切切換開關關技術（（SSTS）；；DFACTS技術；；無功補補償器技技術（DSTATCOM）、、有源電電力濾波波器（APF））技術。。12/24/202247用電領域域智能化化應用研研究要積積極探索索用戶用電電信息采采集系統統很多電力力公司啟啟動了電力用戶戶用電信信息采集集系統建建設，計計劃在3～5年年內完成成用戶用用電信息息的“全全覆蓋、、全采集集、預付付費”管管理。目目前在電電力負荷荷控制系系統、電電力需求求側管理理的技術術方面具具有一定定的研究究基礎。。當前歐歐美智能能電網更更加注重重互動性性和智能能電表的的應用，，應該引引起關注注和研究究。中國智能電網建設的基礎條件12/24/202248內容國外智能能電網研研究和發(fā)發(fā)展概況況概念、定定義和特特征我國智能能電網建建設的基基礎條件件對智能電電網研究究、開發(fā)發(fā)和應用用的一些些看法和和建議12/24/202249對智能電網研究和應用的建議NorthChinaSouthChinaNortheastTaiwanNorthwest陜北煤電陜北蒙西煤電II石家莊北京東濟南豫北420280240460340100360晉東南徐州淮南煤電徐州煤電330280雅龍江梯級金沙江I期金華川西水電170無錫南陽300170260150上海西北100杭北蕪湖290440長沙荊州恩施樂山360300川西水電蒙西煤電IV天津南昌唐山青島120300250300450福州400南京200240300沿海核電沿海電源150蒙西煤電I寧夏煤電蒙西煤電III晉中煤電駐馬店武漢沿海核電220270300300錫盟煤電I錫盟煤電II480480連云港沿海核電280160300晉中重慶300450晉東南煤電呼盟煤電沿海核電沿海核電金沙江II期沈陽三峽地下電站上海西南安西永登拉西瓦白銀蘭州東西寧寧東官亭蒙西錫盟Legend張掖雅安西安東靖邊蒙西煤電V400470400220260100晉東南煤電II300銀川東哈密電廠哈密二、三廠×遠東（俄）滁州泰州14045017027070270130150贛州泉州380410170雅江水電平涼乾縣渭北東南郊烏魯木齊主網×360溫州280EastChinaCentralChinaTibetYunnan中國電網網發(fā)展的的規(guī)模之之大和速速度之快快12/24/202250未來高質質量的電電力供應應在中國國國民經經濟的發(fā)發(fā)展中起著越來來越重要要的作用用，但要要面臨以以下的挑挑戰(zhàn):(1)充充分滿滿足用戶戶對電力力的需求求(2)確確保電電力供應應的安全全性和可可靠性(3)提提高電電力供應應的經濟濟性及節(jié)節(jié)能(4)滿滿足環(huán)環(huán)境保護護的約束束(5)保保證高高質量的的電能供供應(6)適適應電力力市場化化和放松松管制對智能電網研究和應用的建議12/24/202251智能電網網貫穿發(fā)發(fā)、輸、、配、用用全過程程，通過過智能電電網的建建設，電電力系統統各領域域都將產產生質的的飛躍優(yōu)化的電廠選址鼓勵可再生能源投資嚴格的排放管理有效的成本管理可靠經濟的設備管理靈活的競價策略發(fā)電優(yōu)化的電網規(guī)劃具有“自愈”特征的堅強電網安全、可靠、節(jié)能、經濟的優(yōu)化調度適應各種類型的發(fā)電資源更高的設備利用水平更低的傳輸網損可靠經濟的設備管理更可靠的電力傳輸輸電科學經濟的配網規(guī)劃自適應的故障處理能力更迅速的故障反應更可靠的電力供給更出色的電能質量可靠經濟的設備管理支持分布式能源和儲能元件與用戶的更多交互配電更具競爭力的市場營銷策略針對用戶需求定制服務允許用戶向電網提供多余的電力根據用戶的信用控制電力的供給用電對智能電網研究和應用的建議12/24/202252智能電網架構體系我國智能電網的發(fā)展目標研究信息流與業(yè)務流的交融重構與創(chuàng)新研究功能體系研究技術體系研究信息體系研究運維體體系、、標準準體系系及評評價體體系研研究對智能電網研究和應用的建議12/24/202253智能電網裝備技術廣域量測技術時間同步技術狀態(tài)監(jiān)測技術電子式互感器技術控制保護一體化技術柔性輸配電技術一體化智能設備技術

181816171515151413121198776555443321110對智能電網研究和應用的建議12/24/202254智能輸電技術智能電電網下下大型型可再再生能能源的的接入入技術術大電網網安全全穩(wěn)定定運行行控制制技術術未來電電網控控制中中心建建設技技術具備分分布決決策功功能的的智能能變電電站技技術輸變電電設備備智能能管理理技術術智能電電網下下的電電力市市場技技術智能電電網下下的現現代企企業(yè)管管理技技術對智能電網研究和應用的建議智能電電網下下的電電網規(guī)規(guī)劃技技術12/24/202255智能配電技術風險預警預控及智能報警技術配電網自愈控制技術智能配網故障快速處理技術分布式發(fā)電、微電網和儲能技術智能網絡重構及自優(yōu)化技術自適應保護控制技術自適應無功與電壓控制技術對智能電網研究和應用的建議12/24/202256智能用電技術用戶門戶技術智能表計技術用戶電壓調節(jié)技術用戶電源和儲能設備接入技術用戶通信能源一體化技術對智能電網研究和應用的建議12/24/202257高級計量體系AMI用戶戶內網HAN計量數據管理系統MDMS需求響應負荷控制遠程開合分時電價（送到用戶）自動讀表AMR（按小時讀表，遠方編程，電能計量，電能質量監(jiān)視，負荷調查，停運撿出）配電SCADA配電快速仿真與模擬DFSM高級配電運行ADODER運行高級配電自動化ADA高級保護與控制（帶有高級傳感器的）運行管理系統停運管理系統配電GISAC/DC微網運行新型電力電子裝置變電站自動化高級保護高級輸電網元件阻塞管理輸電系統仿真與模擬高級的輸電運行ATOISOEMS可視化輸電SCADA，

WAMS輸電GIS配電AAM基于條件（如可靠性水平）維護規(guī)劃設計/建設資產利用輸電AAM記錄智能電網的技術組成與功能介紹中側重AMI和ADO12/24/202258智能配配電網網技術術開發(fā)發(fā)主要要包括括以下下幾方方面:(1)先先進的的計量量設施施（AdvancedMeteringInfrastructure））智能表表計系系統開開發(fā)和和表計計數據據管理理支持與與用戶戶間的的雙向向通訊訊商業(yè)、、工業(yè)業(yè)、居居民用用戶的的市場場信息息采用計計算機機代理理系統統，與與家庭庭的自自動化化系統統相連連，并并能響響應電電價信信息對智能電網研究和應用的建議12/24/202259(2)配配電及停停運管理（（DistributionandOutageManagement）軟件系統必須提供自自愈的功能能，以便立立即獲悉電電網擾動的的信息并及及時對它做做出響應，，以便使對對客戶的影影響最小化化無縫的圖像像化接口具有實時功功能，將來來自于各渠渠道的有關關網絡的信信息，以動動態(tài)系統拓拓撲模型的的方式集成成在一起智能化的DMS/OMS平臺臺與AMI緊緊密聯系，，其接口方方面要有新新的創(chuàng)新型型技術，以以利于數據據的上下傳傳送和連接接。通過將將實時的DMS/OMS功能能實施、遙遙測技術和和集成安全全性結合在在一起，智智能電網將將成為真正正的自愈電電網。對智能電網研究和應用的建議12/24/202260(3)配配電和變電電站自動化化配電系統遠遠遠落后于于輸電系統統，自動化化的設備投投切可減少少運行人員員對設備的的手動操作作，以便及及時對網絡絡結構進行行變化，適適應運行的的要求。(4)模模擬和優(yōu)化化通過先進的的模擬和優(yōu)優(yōu)化技術，，可使智能能電網規(guī)