智能電網(wǎng)技術(shù)專題三

智能電網(wǎng)技術(shù)專題三第1頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六1智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和進(jìn)展第2頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六2智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)先進(jìn)發(fā)電與儲能技術(shù)先進(jìn)輸配電技術(shù)先進(jìn)二次側(cè)技術(shù)智能電網(wǎng)管理和控制新技術(shù)第3頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六3先進(jìn)發(fā)電與儲能技術(shù)可再生能源發(fā)電技術(shù)風(fēng)力發(fā)電太陽能發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)潮汐能發(fā)電清潔煤發(fā)電整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)增壓硫化床聯(lián)合循環(huán)機(jī)組（PFBC-CC）第4頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六4我國風(fēng)能資源分布

我國10m高度層的風(fēng)能資源總儲量為32.26億kW，其中實際可開發(fā)利用的風(fēng)能資源儲量為2.53億kW如果年滿功率發(fā)電按2000~2500h計，風(fēng)電的年發(fā)量可達(dá)5060~6325億kWh風(fēng)能資源的分布主要集中在東南沿海及其島嶼以及內(nèi)蒙、甘肅、新疆一帶區(qū)域第5頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六5第6頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六6風(fēng)力發(fā)電技術(shù)鼠籠式異步發(fā)電機(jī)通過變速箱和電網(wǎng)相聯(lián)發(fā)電時需要吸收較多無功，需加裝無功補償雙饋異步發(fā)電機(jī)定子繞組直接連接與電網(wǎng)相聯(lián)，轉(zhuǎn)子繞組通過整流逆變器和電網(wǎng)相聯(lián)有功、無功可以解耦控制、風(fēng)能利用效率高、出力波動較小直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)不需要變速箱對整流逆變器容量要求大第7頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六7太陽能資源分布

全國太陽輻射年總量大致在3.35×103～8.40×103MJ/m2之間，其平均值約為5.86×103MJ/m2

全國太陽輻射總量平均為1630kWh/(m2·a)，年日照小時數(shù)>2000h青藏高原大部分地區(qū)年輻射量>2000kWh/(m2·a)，年日照小時數(shù)超過3000h，是世界上的高值區(qū)之一

第8頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六8太陽能發(fā)電技術(shù)目前太陽能電池產(chǎn)品主要分為晶體硅電池、薄膜電池兩類。其中前者又可分為單晶硅、多晶硅電池兩種，其轉(zhuǎn)化效率較高，約15%左右，高者已能達(dá)25%以上，但成本也相對較高，目前占據(jù)大多數(shù)的市場份額；后者雖然在轉(zhuǎn)化效率尚不如前者，穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率約為5%～8%，但成本相對較為低廉，近年來在轉(zhuǎn)化效率方面已有突破性進(jìn)展，主要包括非晶硅電池、銅銦鎵硒電池和碲化鎘電池等第9頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六9太陽能發(fā)電技術(shù)我國太陽能光電累計用量已達(dá)13100千瓦，其中通信占50%，農(nóng)村與邊遠(yuǎn)無電地區(qū)占30%，民用與工業(yè)用各占10%已建成15座光伏電站，最大的是1998年投入運行的西藏安多100千瓦光伏電站

提高轉(zhuǎn)換效率和降低造價是太陽能發(fā)電的發(fā)展方向盡管太陽能發(fā)電成本在過去25年里已下降了10倍，但目前成本仍是入網(wǎng)電價的3～5倍，業(yè)界認(rèn)為接近電網(wǎng)等價點(GridParity)才是光伏產(chǎn)業(yè)真正爆發(fā)性增長的開始第10頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六10生物質(zhì)能

林業(yè)加工廢棄物2.1億噸農(nóng)作物秸稈2.86億噸大中型養(yǎng)殖場禽畜糞便1100萬噸標(biāo)煤生活垃圾工業(yè)有機(jī)廢棄物250億立方米沼氣第11頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六11生物質(zhì)能發(fā)電

我國生物質(zhì)能發(fā)電得到實際應(yīng)用的有燃燒蔗渣或稻殼的發(fā)電站、稻殼氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電蔗渣與稻殼燃燒電站主要在兩廣地區(qū)，裝機(jī)約80萬千瓦稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)，容量為60-240千瓦小型沼氣發(fā)電裝置，共約80處，總裝機(jī)2560千瓦第12頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六12海洋能

我國沿岸和海島附近的可開發(fā)潮汐能資源理論裝機(jī)容量達(dá)2179萬kW，理論年發(fā)電量約624億kWh波浪能理論平均功率約1285萬kW，潮流能理論平均功率1394萬kW這些資源的90%以上分布在常規(guī)能源嚴(yán)重缺乏的華東滬浙閩沿岸

第13頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六13潮汐發(fā)電技術(shù)潮汐能發(fā)電可分為兩種形式，一種是利用海灣、河口等有利地形,建筑水堤,形成水庫，并在壩中或壩旁建造水力發(fā)電廠房發(fā)電，另一種則是利用洋流發(fā)電，無需建造水壩。目前投運的潮汐能電站多為前一種。目前，我國正在運行發(fā)電的潮汐電站共有8座，均為水壩型，總裝機(jī)容量為6000kW,每年發(fā)電量1000萬余度目前世界上單機(jī)容量最大的潮汐能發(fā)電機(jī)單機(jī)容量已達(dá)1.2MW，裝設(shè)于英國斯特蘭福德灣第14頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六14英國斯特蘭福德灣安裝的SeaGen潮汐能發(fā)電機(jī)無壩型此處海水流速超過13km/h需觀察對海豹等海洋哺乳生物的影響英國希望能夠成為“海洋能中的沙特阿拉伯”第15頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六15潔凈煤發(fā)電技術(shù)

在90年代，世界總發(fā)電量中煤電比重一直保持在63%左右在21世紀(jì)我國的發(fā)電量構(gòu)成中，火電仍將占到70%～75%21世紀(jì)大力發(fā)展清潔煤發(fā)電技術(shù)，是我國避免成為“公害”大國的必由之路

第16頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六16整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)機(jī)組(IGCC)

IGCC技術(shù)是一種最新的清潔煤發(fā)電技術(shù)，是21世紀(jì)初燃煤發(fā)電技術(shù)中最具優(yōu)勢的一種工作原理是先將煤氣化，再以凈化后的清潔煤氣作為燃料，驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣送入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，用蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電

第17頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六17IGCC裝置的主要優(yōu)點

SOx、NOx排放量少，NOx排放量將減少90%，CO2排放量可減少35%聯(lián)合循環(huán)熱效率可高達(dá)52%，隨著技術(shù)的發(fā)展，達(dá)到58%的熱效率亦已實現(xiàn)

燃料適應(yīng)性好，可燃用各種不同的煤

用水量少，IGCC電廠用水不到同容量常規(guī)燃煤電廠的70%可分期建設(shè)，及早發(fā)展

第18頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六18荷蘭布格農(nóng)電廠253MWIGCC機(jī)組簡圖

第19頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六19增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)機(jī)組(PFBC-CC)

21世紀(jì)初極具發(fā)展?jié)摿Φ牧硪环N先進(jìn)的清潔煤發(fā)電技術(shù)就是增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)技術(shù)

增壓硫化床是在常壓硫化床(CFBC)鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的在較高壓力下進(jìn)行燃燒的一種燃煤發(fā)電技術(shù)，它具有熱效率高、污染排放低、能組成蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)等特點

第20頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六20PFBC-CC的主要優(yōu)點燃燒效率高，可達(dá)99%發(fā)電循環(huán)效率高，其聯(lián)合循環(huán)效率達(dá)40%～42%SOx、NOx和粉塵的排放量低

設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，PFBC鍋爐的體積只有同容量常規(guī)鍋爐的1/4可模塊化，造價低，可用于新老電廠的改造

第21頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六21增壓硫化床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)簡圖

第22頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六22儲能技術(shù)機(jī)械儲能電磁儲能電化學(xué)儲能相變儲能第23頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六23機(jī)械儲能抽水蓄能釋放時間可以從幾個小時到幾天，綜合效率在70%～85%之間儲存能量非常大，用于調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用必須同時具備下池水庫和上池水庫，對地理條件要求較高全世界共有超過90GW的抽水儲能機(jī)組投入運行，約占全球總裝機(jī)容量的3％第24頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六24機(jī)械儲能飛輪儲能利用電動機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲存起來，并在需要時飛輪帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，是一個電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)化的儲能元件能量密度比較低，費用較高幾乎不需要運行維護(hù)，設(shè)備壽命長，儲能效率高，清潔無污染，無噪聲，負(fù)荷跟蹤能力強(qiáng)，對環(huán)境沒有不良的影響壓縮空氣儲能常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電時大約需要消耗輸入燃料的2/3進(jìn)行空氣壓縮，因此可在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時預(yù)先壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在負(fù)荷高峰時釋放出來加上一些燃?xì)膺M(jìn)行發(fā)電。對于同樣的電力輸出，采用CAES的機(jī)組所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少40％建設(shè)受地形制約較大，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)有特殊要求第25頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六25CTModuleExhaustAirCompressorCombustionTurbineMotorStorageAirIntercoolersRecuperatorFuelExpanderStorage壓縮空氣儲能基本原理EstimatedCap.Cost(2008$)~$600/kWto$750/kW+Substation,Permits&ContingenciesConstantOutputPressureRegulationValve(ForSaltGeology)TheCAESplantdesignandtechnologypresentedaboveisdescribedinU.S.PatentNumbers7389644and4872307,inventedbyDr.MichaelNakhamkin,ChiefTechnologyOfficer,EnergyStorageandPowerLLC.Useofthistechnologymayrequirealicense.

HeatRateEnergyRatio38100.70第26頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六26壓縮空氣儲能美國第一座壓縮空氣儲能電廠AlabamaElectricCooperativeMcIntoshPlant(110MW–26Hr)于1991年5月31日午夜開始商業(yè)運行主要用于調(diào)峰、旋轉(zhuǎn)備用等AECMcIntoshSite:CAESPlantOnRightandTwoCombustionTurbinesOnLeft第27頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六27電磁儲能——超導(dǎo)儲能（SEMS）概念誕生于70年代初石油危機(jī)時期，目的是調(diào)節(jié)日負(fù)荷曲線,節(jié)約能源。>5000MWh超導(dǎo)儲能線圈,螺線管結(jié)構(gòu)d約為1千米90年代后，電力工業(yè)市場化的發(fā)展＋用戶對電能質(zhì)量要求的提高,迫切需要有效管理高度互聯(lián)網(wǎng)的電力傳輸及分配系統(tǒng)的新技術(shù)。既可用于提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，又可用于改善用戶的電能質(zhì)量。第28頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六28可控AC/DC變流器交流電網(wǎng)低溫容器超導(dǎo)線圈電流引線

SMES系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖SMES基本原理第29頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六29SMES的基本原理第30頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六30150kVA/0.5MJ動態(tài)電壓補償系統(tǒng)掛網(wǎng)實驗現(xiàn)場0.5MJ/150kVA超導(dǎo)儲能DVR系統(tǒng)第31頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六31SEMS優(yōu)缺點

SMES向電網(wǎng)吸收和釋放能量都是直接的，它不僅具有很高的效率，而且還能非常迅速地與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，其轉(zhuǎn)換效率超過90％、響應(yīng)速度一般為ms數(shù)量級。SMES裝置還具有重復(fù)率高、無環(huán)境污染以及安全可靠等特點。制約超導(dǎo)儲能大規(guī)模應(yīng)用的主要因素仍是超導(dǎo)材料的性能和價格第32頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六32電化學(xué)儲能技術(shù)超級電容儲能容量大、功率密度高、充放電速度快、使用壽命長、受環(huán)境溫度影響小等特點，耐壓能力仍有待進(jìn)一步提高，造價高鈉硫電池以金屬鈉和多硫化鈉為負(fù)極和正極的二次電池,其理論比能量高達(dá)760Wh/Kg，且沒有自放電現(xiàn)象,放電效率幾乎可達(dá)100%，系統(tǒng)效率可達(dá)80%。鈉硫電池的基本單元為單體電池,將數(shù)百個單體電池組合后形成模塊，功率可達(dá)到數(shù)十千瓦，同時也有利于制造、運輸和安裝。目前在日本及北美已有100余座鈉硫電池儲能電站在運行中，是各種二次電池中最成熟也是最具潛力的技術(shù)。液流電池液流電池電化學(xué)極化小，能夠100%深度放電，儲存壽命長，可以通過增加電解液的量或提高電解質(zhì)的濃度達(dá)到增加電池容量的目的。由于液流電池電池組和電解液儲液罐可以分開放置,因而可以因地制宜安排相對位置，并可根據(jù)設(shè)置場所的情況自由設(shè)計儲藏形式及隨意選擇形狀。第33頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六33相變儲能相變儲能是利用某些物質(zhì)在其物相變化過程中，可以與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換的性質(zhì)達(dá)到能量轉(zhuǎn)換與控制的目的。相變儲能的使用可作為電力調(diào)峰的重要手段之一，使用相變材料的蓄能空調(diào)技術(shù)已經(jīng)成為國際上普遍使用的調(diào)峰填谷的技術(shù)?；诒嘧儍δ艿恼{(diào)峰手段每千瓦投資僅為1200元，遠(yuǎn)小于抽水蓄能、安裝燃?xì)廨啓C(jī)等調(diào)峰手段。通過相變儲能進(jìn)行調(diào)峰僅需一次性投資，運行費用極低，且不受地形地勢的限制，具備大規(guī)模應(yīng)用的潛力。第34頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六34儲能技術(shù)特點及其適用范圍第35頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六35

儲能技術(shù)

FlowBatteries:Zn/ClZn-AirZrBrVRBPSBNovelSystemsNaSBatteryLi-IonBatteryNiCdNiMHHighPowerFlyWheelsSMESHighPowerSuperCaps1kW10kW100kW1MW10MW100MW1GWLeadAcidBatteryHighEnergySuperCapsZEBRABattery功率大小DischargeTimeatRatedPowerSecondsMinutesHours

UPSGridSupportEnergyManagementPowerQualityLoadShiftingBridgingPowerBulkPowerMgtPumpedHydroCAESAdvancedLeadAcidBatteryMetal-AirBatteriesNano-caphybrids?第36頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六36先進(jìn)輸配電技術(shù)特高壓輸電輸電容量大、送電距離長、線路損耗低、工程投資省、土地利用效率高和聯(lián)網(wǎng)能力強(qiáng)2009年1月16日，晉東南到湖北荊門的1000千伏交流特高壓輸電線路建成投入運行目前尚有不同聲音第37頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六37高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)美國2001年美國底特律市3相/130m/24kV/2.4kA的超導(dǎo)電纜掛網(wǎng)運行丹麥2001年5月30m/30kV/2kA高溫超導(dǎo)電纜掛網(wǎng)運行中國2004年4月昆明普吉變電站（世界第三條高溫超導(dǎo)電纜）2004年底,75m/10.5kV/1.5kA三相交流高溫超導(dǎo)電纜在甘肅掛網(wǎng)運行與常規(guī)電纜相比,超導(dǎo)電纜單位長度的電阻要小4～5個數(shù)量級。實際運行的超導(dǎo)電纜電阻主要來自于電纜終端和接頭。整個超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的損耗中,漏熱性質(zhì)的損耗所占的比重較大,其中,制冷系統(tǒng)和終端的損耗又占了很大的一部分。第38頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六38NbTi超導(dǎo)線截面圖第39頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六39超導(dǎo)體的冷卻方式低溫超導(dǎo)體液氦（LiquidHelium,4.2K）超流氦（Super-liquidHelium,1.8K）高溫超導(dǎo)體液氮（LiquidNitrogen,77K）制冷機(jī)直接傳導(dǎo)冷卻 （ConductionCoolingbyCryocoolers)G-Mcryocooler第40頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六40液氦冷卻的超導(dǎo)磁體傳熱方式：對流傳導(dǎo)輻射第41頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六41制冷機(jī)直接傳導(dǎo)冷卻的超導(dǎo)磁體

第42頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六42先進(jìn)二次側(cè)技術(shù)先進(jìn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)AMI集成通信網(wǎng)絡(luò)第43頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六43當(dāng)前狀態(tài)2-4秒掃描速率功率、電壓、電流、斷路器狀態(tài)數(shù)據(jù)主要來源于變電站電網(wǎng)僅部分可見第44頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六44智能電網(wǎng)狀態(tài)750+282j250+84j100+62j20+8j276+120j130+8j300+100j750+262j440+200j120+11j350+150j227+420j704+308j2345761891011121314151617176+88j高速數(shù)據(jù)獲取觀測量更多，包括相角、用戶狀態(tài)等增強(qiáng)的電網(wǎng)可觀性第45頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六45先進(jìn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)信號傳感技術(shù)電磁互感器電子式互感器模擬數(shù)字變換技術(shù)∑-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換方式鎖相跟蹤技術(shù)模擬鎖相數(shù)字鎖相

時標(biāo)同步技術(shù)GPS同步對時（2套以上）數(shù)據(jù)濾波處理技術(shù)靜態(tài)濾波動態(tài)濾波高速數(shù)據(jù)運算處理技術(shù)傅立葉分析法高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信傳輸技術(shù)IEC系列協(xié)議第46頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六46OnlineStabilityMonitoring&AnalysisWideAreaVisualizationModelValidation&AdjustmentControlledSeparation&RestorationImprovesituationalawarenessIncreasetransfercapabilitiesPreventcascadingfailures&reducewide-areablackoutsReducesystemrestorationtimeandoutagedurationsImproveaccuracyofmodelsResearchDevelopmentApplicationDemonstration先進(jìn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)第47頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六47利用WAMS數(shù)據(jù)及EMS數(shù)據(jù)實現(xiàn)全網(wǎng)可視化IndustryIssuesHowtousePMUstoimprovesystemoperatorssituationalawareness?HowtohandlelargevolumeofPMUdata?EPRISolutions:DevelopedwideareavisualizationtoolusingPMUandEMSdataDevelopedevent-replayfunctiontoassistpost-eventanalysisDevelopedreal-timesecuritymonitoringfunctionDevelopeddisturbancelocationdeterminationfunction第48頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六48基于量測的電壓穩(wěn)定性分析IndustryIssuesNeedonlinevoltagestabilitymonitoringandanalysiscapabilitiesSimulation-basedvoltagestabilityanalysisapproachhaslimitations.EPRISolutions:Developedthree-levelvoltagestabilitymonitoringandanalysisframeworkDevelopedVoltageInstabilityLoadSheddingtocalculatevoltagestabilitymarginatsubstationlevelDevelopedMeasurement-basedVoltageStabilityMonitoringandControlalgorithmtocalculatevoltagestabilitymarginatVoltageControlArealevelDevelopingvisualizationtooltohelpsystemoperatorsmonitorsystem-widevoltagestabilitycondition第49頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六49基于PMU的解列控制方案IndustryIssuesWheretoseparate?Whentoseparate?Howtoseparate?EPRISolutions:DevelopedPMU-basedControlledSeparationFrameworkStudycascadingscenariosofflineanddeterminepotentialseparationinterfacesUsePMUtomonitoroscillationanddevelopedalgorithmtoquicklyidentifythedominateoscillationmode.DevelopedPMU-basedOut-of-StepRelayschemetodeterminetheseparationtiming第50頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六50用于驗證系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確程度IndustryIssuesHavingaccuratemodelsisimportantforsystemplanningstudiesValidationofmodelsischallengingEPRISolutions:Developedmeasurement-basedloadmodelingmethodsandtoolsthatcanusemeasureddisturbancedatatovalidateloadmodels.Developedmethodsandtoolsthatcanusemeasureddisturbancedatatovalidategeneratordyanmicmodels第51頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六51AMI電網(wǎng)的智能化需要電力供應(yīng)機(jī)構(gòu)精確得知用戶的用電規(guī)律，從而對需求和供應(yīng)有一個更好的平衡。目前我國的電表只是達(dá)到了自動讀取，是單方面的交流，不是雙方的、互動的交流。由智能電表以及連接它們的通信系統(tǒng)組成的先進(jìn)計量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對諸如遠(yuǎn)程監(jiān)測、分時電價和用戶側(cè)管理等的更快和準(zhǔn)確的系統(tǒng)響應(yīng)。AMI是一個用來測量、收集、儲存、分析和運用用戶用電信息的完整的網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)，由安裝在用戶端的智能電表，位于電力公司內(nèi)的量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和連接它們的通信系統(tǒng)組成第52頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六52AMI先進(jìn)電表網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

AMI是一種用于先進(jìn)電表，能夠提供近乎實時的雙向通信設(shè)施，是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)信息平臺。AMI方便電力公司實時優(yōu)化供電計劃和網(wǎng)絡(luò)，支持“五遙”運行中的電網(wǎng)的每一個設(shè)備（包括電表），成為電力公司與消費者的之間的增值業(yè)務(wù)平臺。第53頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六53AMIAMI中的智能電表能按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔（分鐘，小時等）記錄用戶的多種用電信息，把這些信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳到數(shù)據(jù)中心，并在那里根據(jù)不同的要求和目的，如用戶計費、故障響應(yīng)和需求側(cè)管理等進(jìn)行處理和分析；還能向電表發(fā)送信息，如要求更多的數(shù)據(jù)或?qū)﹄姳磉M(jìn)行軟件在線升級等第54頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六54當(dāng)前電網(wǎng)RSystemObservability發(fā)電和送電SCADA用于監(jiān)測、控制秒級掃描速率饋線和用戶信息僅能得到部分信息配電SCADA通常裝設(shè)于配電站用于監(jiān)測控制秒級傳輸速率第55頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六55基于AMI的智能電網(wǎng)RSystemObservability發(fā)電和送電SCADA用于監(jiān)測、控制秒級掃描速率配電SCADA通常裝設(shè)于配電站用于監(jiān)測控制秒級傳輸速率饋線和用戶監(jiān)控裝置利用AMI裝置分布式發(fā)電量測饋線/變壓器監(jiān)測，用于狀態(tài)估計/故障恢復(fù)停電/黑啟動支援用戶量測電壓量測和控制裝置第56頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六56集成通信網(wǎng)絡(luò)建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，只有在集成通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，智能電網(wǎng)才能進(jìn)一步完成智能分析和控制功能，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的各項基本功能。智能電網(wǎng)集成通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)原有通信系統(tǒng)區(qū)別集成通信系統(tǒng)是和智能電網(wǎng)緊密結(jié)合在一起的，即有設(shè)備的地方就有通信系統(tǒng)，智能電網(wǎng)的集成通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到用戶的終端，最終可實現(xiàn)電能流和信息流的深入融合智能電網(wǎng)集成通信系統(tǒng)要支持信息的雙向流動，用戶不但提供數(shù)據(jù)，同時可分享電網(wǎng)側(cè)的各類信息，從而根據(jù)自身要求調(diào)整用電計劃，在降低用電費用的同時也提高了電網(wǎng)的運行效率。第57頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六57集成通信網(wǎng)絡(luò)硬件方面最后一公里軟件方面——需要重新設(shè)計和構(gòu)建構(gòu)建統(tǒng)一的通信平臺和數(shù)據(jù)共享平臺自適應(yīng)的帶寬控制體系，保證不同應(yīng)用的通信需求標(biāo)準(zhǔn)化的接口安全性方面的考慮第58頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六58家庭能量管理系統(tǒng)智能家庭能量管理技術(shù)空調(diào) 熱水器\水泵 冰箱計算機(jī) 平板電視 洗衣機(jī) 電動汽車 小型風(fēng)電 太陽能電池板 ZigbeeHomePlugWi-Fi第59頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六59智能電網(wǎng)控制和管理新技術(shù)智能電網(wǎng)管理新技術(shù)虛擬發(fā)電廠需求側(cè)管理微電網(wǎng)智能電網(wǎng)控制新技術(shù)多指標(biāo)自趨優(yōu)控制策略第60頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六60虛擬發(fā)電廠大多數(shù)可再生能源發(fā)電的容量較小，且由于能源類型的限制，其出力各有特點。如風(fēng)力發(fā)電就有夜大日小的特點，而太陽能發(fā)電則受氣象和日照的影響很大。有鑒于此，研究者提出了虛擬發(fā)電廠的概念。虛擬發(fā)電廠就是一系列分布式發(fā)電的集合，該集合由一個中央控制中心統(tǒng)一調(diào)控。一個虛擬發(fā)電廠可以由不同類型發(fā)電機(jī)組成，如風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)、太陽能電池、水力發(fā)電站以及生物量供能的熱電混合站等。合理地選擇組合發(fā)電機(jī)，可以彌補不同類型可再生能源發(fā)電本身的不穩(wěn)定性缺陷?？梢酝ㄟ^虛擬發(fā)電廠調(diào)度中心對一個區(qū)域甚至不同區(qū)域內(nèi)的大量可再生能源發(fā)電進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，提高其可控性和可用性第61頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六61什么是需求側(cè)管理？負(fù)荷的時間不均衡性：是指各類負(fù)荷往往在相同的時段出現(xiàn)高峰和低谷，造成系統(tǒng)在臨晨負(fù)荷低谷時期和傍晚負(fù)荷高峰時期的負(fù)荷差極大。負(fù)荷的時間分布不均衡，導(dǎo)致了高峰時段供電緊張。負(fù)荷空間不均衡性：電源和負(fù)荷的分布在空間上的不均衡性。這種不均衡性導(dǎo)致了加大了輸配電投資，并可能出現(xiàn)部分輸配電設(shè)備負(fù)荷緊張，部分不能被充分利用第62頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六62負(fù)荷在時間上的不均衡性第63頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六63需求側(cè)管理的內(nèi)涵與目的 電力需求側(cè)管理實質(zhì)上是電力企業(yè)通過發(fā)現(xiàn)不同時段、不同地點電能的真實價值，并以此為依據(jù)，制定電能的價格，以此引導(dǎo)消費者的采購決策，達(dá)到引導(dǎo)用戶消費目的。DSM的目的在于：通過售電價格機(jī)制，引導(dǎo)用戶的用電行為，更加高效的利用電能，高效地利用發(fā)電、輸電和配電設(shè)備，全面提高電力行業(yè)的投資效率，降低成本，提升發(fā)電、輸配電和用戶之間的資源優(yōu)化配置的水平。第64頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六64實施需求側(cè)管理的必要性負(fù)荷分布的不均衡決定了實施DSM的必要性產(chǎn)生“電量供需平衡，電力供不應(yīng)求”這一矛盾的主要原因，是電源和負(fù)荷的分布的空間不均衡性與負(fù)荷分布的時間不均衡性共同作用的結(jié)果。第65頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六65需求側(cè)管理的任務(wù)削峰、填谷、移峰填谷負(fù)荷的合理分布戰(zhàn)略性節(jié)電、戰(zhàn)略性負(fù)荷增長柔性負(fù)荷第66頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六66需求側(cè)管理需求側(cè)管理的三種基本形式直接負(fù)荷控制電價響應(yīng)可中斷負(fù)荷本質(zhì)上還是對用戶用電行為的管理需要自動化技術(shù)的幫助受到用戶思想行為的制約第67頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六67EfficientBuildingSystemsUtilityCommunicationsDynamicSystemsControlDataManagementDistributionOperationsDistributedGenerationandStoragePlug-InHybridsSmartEnd-UseDevicesControlInterfaceAdvancedMeteringConsumerPortalandBuildingEMSInternetRenewablesPV實時電價Thermostatreceives

day-aheadhourly

pricesConsumersetsupper

andlowerlimitsThermostat“l(fā)earns”

thermal,consumer

andweatherimpacts第68頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六68微電網(wǎng)微電網(wǎng)定義能量來源主要為可再生能源；發(fā)電系統(tǒng)類型可為微型燃?xì)廨啓C(jī)(Micro—Turbine)、內(nèi)燃機(jī)(GasEngine)、燃料電池(FuelCel1)、太陽能電池(PVPane1)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(WindGenerator)、生物質(zhì)能(BiomassEnergy)等；系統(tǒng)容量為20kw～10MW；網(wǎng)內(nèi)的用戶配電電壓等級為380V，或者包括10．5kV；如與外部電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，電壓等級由微電網(wǎng)的具體應(yīng)用等情況而定第69頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六69微電網(wǎng)微電網(wǎng)將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個單一可控的單元，同時向用戶供給電能和熱能。微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，也可在電網(wǎng)故障或需要時與主網(wǎng)斷開單獨運行。微電網(wǎng)被稱之為電力系統(tǒng)的“好市民”和“模范市民”。微電網(wǎng)的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點，而不針對各個具體的微電源。第70頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六70智能電網(wǎng)調(diào)度所面臨的新問題可再生能源的大量接入提高了調(diào)度難度用戶響應(yīng)減輕了電網(wǎng)調(diào)整負(fù)擔(dān)第71頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六71風(fēng)力發(fā)電的變化曲線第72頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六72太陽能發(fā)熱和太陽能發(fā)電出力對比Source:LarryStoddard,Black&VeatchSunnyDayCloudyDay第73頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六73負(fù)荷、風(fēng)電、太陽能發(fā)電的出力變化曲線TimeofDayMWLoadSolarWind第74頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六74凈負(fù)荷TimeofDayMWNetLoadLoadFasterRampSuddenV-turn第75頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六75PUCTProject37339Workshop08/20/2009TypicalSpringWeekGenerationbyFuelType[ACTUAL]第76頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六76智能調(diào)度中心技術(shù)——多指標(biāo)自趨優(yōu)的控制策略分布式發(fā)電，用戶、電網(wǎng)、發(fā)電商之間的深度互動等都使得智能電網(wǎng)的控制不再是一個單一目標(biāo)的控制問題，而是復(fù)雜的、相互耦合的多目標(biāo)控制問題。傳統(tǒng)控制策略難于解決這一復(fù)雜問題，因此，智能電網(wǎng)控制中心的控制策略必須具備多指標(biāo)自趨優(yōu)的特征，這也是智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)的最重要的特征。第77頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六77一切電力系統(tǒng)的調(diào)度皆以安全穩(wěn)定、高電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運行多重指標(biāo)優(yōu)化為其追求目標(biāo)！

安全目標(biāo)：改善電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定、大干擾穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定性質(zhì)量目標(biāo)：提高系統(tǒng)頻率質(zhì)量、電壓質(zhì)量經(jīng)濟(jì)目標(biāo)：網(wǎng)損最小化電力系統(tǒng)運行多指標(biāo)第78頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六78How?巨型條件變分問題！目前世界各國皆未能找到解決此問題的方法。唯有求助于基于HCS的SEMS如何實現(xiàn)多指標(biāo)自趨優(yōu)？第79頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六79HCS：多目標(biāo)趨優(yōu)化控制原理控制目標(biāo)：全狀態(tài)=滿意狀態(tài)∪不滿意狀態(tài)（即事件態(tài)）混成控制原理第80頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六80底層（連續(xù)動態(tài)電力系統(tǒng)）電廠、變電站&FACTS設(shè)備可視化輸出系統(tǒng)中間處理與操作層Processing&Operating

最高決策與指揮層Decision–making&Commanding時間離散的控制命令數(shù)據(jù)信息時間離散的操作指令控制命令

調(diào)度員控制

數(shù)據(jù)信息高速光纖通訊安全性事件的處理具有最高的優(yōu)先級以事件驅(qū)動為核心的的混成控制架構(gòu)第81頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六81構(gòu)成最高決策指揮層的主要

功能單元ClusterofWorkstation超大規(guī)模系統(tǒng)超實時仿真（控制決策支持）綜合安全穩(wěn)定域在線可視化系統(tǒng)大電網(wǎng)運行鏡面系統(tǒng)（實時仿真）快速狀態(tài)估計改進(jìn)的Kalman濾波方法全狀態(tài)實測及顯示系統(tǒng)SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition有無事件E？哪一類事件？互相對照WAMSPMUs(GPS)有滿足調(diào)度員要求特點：事件驅(qū)動數(shù)據(jù)（來自基層）至動態(tài)電力系統(tǒng)（受控層）操作層第82頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六82目錄智能電網(wǎng)是什么？是什么推動了智能電網(wǎng)的發(fā)展？智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)智能電網(wǎng)研究進(jìn)展第83頁，共94頁，2023年，2月20日，星期六83IBM智能電網(wǎng)IBM是最早提出智能電網(wǎng)概念的商業(yè)公司之一利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合通過對數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理智能電網(wǎng)提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍(lán)圖。在這個框架之下，包含了許多具體的解決方案，如ERP、CRM、EAM（企業(yè)資產(chǎn)管理）