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1、毕毕 业业 设设 计计(论文论文) 系系 别别电力工程系 专业班级专业班级 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 #年年# #月月 智能电网技术及应用现状题 目 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） I 智能电网技术及应用现状 摘要 针对目前电力运行环境的日趋复杂、电力体制改革的不断前进、电力市场的逐步行 成、现有的电力设备亟待更新、能源利用率低、电能质量差、用户与电网公司交互作用 少等诸多问题，讨论了适合中国电网情况的智能电网的定义，智能电网技术的国内外研 究现状以及发展智能电网对中国的重要意义。 本文总结出了智能电网自愈、互动、优化、兼容、集成五大特点，概括出了智能电 网和传统电网的区别
2、，并详细介绍了构成智能电网的四大体系和建立智能电网的两大基 础。指出智能电网的实现需要加强基础技术和功能实现 2 方面的研发：基础技术主要包 括电力设备、量测和通信设备、信息管理系统、决策与控制理论 4 个方面；功能实现则 主要包括智能控制中心、智能变电站、智能线路、智能保护系统、智能需求侧管理 5 个 方面；在总结现有的储能技术的基础上，针对储能技术在电网侧、用户侧和新能源发电 中等 3 个不同的主要应用场合，对其应用规划和效益评估方法进行研究和归纳。 关键词：智能电网；分布式发电；智能电表；储能 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） II STUDY ON THE DEVELOPMEN
3、T AND TECHNOLOGY OF SMART GRID Abstract For the current situations that electrical power operation environment is more complex, the power organization reform constantly, the electricity market is formed step by step, the current electrical equipment is outdate, and for the so many problems that low
4、energy efficiency, poor power quality, less interaction between customers and power grid company, this paper defines the smart grid that is suited to Chinas power grid situation, the present research status of smart grid home and abroad as well as the practical significance of developing smart grid
5、in China are summarized. It summarizes five features for the smart grid such as self-healing, interactive, optimization, compatibility, integration and the differences between smart grid and traditional grid, and then introduces the four systems of smart grid and two foundations before building the
6、smart grid. It is pointed out that to implement smart grid it is necessary to strengthen the research and development in two respects, i.e., the basic technologies and realization of functions. Basic technologies for smart grid mainly contain four issues, namely power equipments, measurement and com
7、munication devices, information management system, decision-making and control theory; the realization of functions mainly contain five issues, namely smart control centre, smart substations, smart transmission and distribution lines, smart relay protection system and smart demand side management; t
8、he existing energy storage technologies were plotted out to the three different main application occasions with utility side, user side and renewable energy generation. The application planning and benefit assessment methods were studied and summarized. Keywords: smart grid; distributed generation;
9、smart meter; energy storage 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 目录 智能电网技术及应用现状智能电网技术及应用现状I 摘要摘要I ABSTRACT II 1 绪论绪论1 1.1 论文研究的背景和意义.1 1.2 智能电网的概念及特征.1 1.3 智能电网发展现状.2 1.4 智能电网与目前电网的区别.4 2 智能电网的体系及功能实现智能电网的体系及功能实现6 2.1 智能电网的体系.6 2.1.1 高级计量体系6 2.1.2 高级配电运行体系6 2.1.3 高级输电运行体系7 2.1.4 高级资产管理体系9 2.1.5 智能电网的基础设施9 2.2 智能电网的
10、功能实现.10 2.2.1 智能控制中心10 2.2.2 智能变电站11 2.2.3 智能线路11 2.2.4 智能需求侧管理12 3 智能电网的发展及存在的问题智能电网的发展及存在的问题13 3.1 分布式发电在智能电网发展中的作用.13 3.1.1 分布式发电的概念及相关内容13 3.1.2 分布式能源14 3.1.1 分布式发电在智能电网中的作用15 3.2 储能技术在智能电网中的应用16 3.2.1 储能技术的类型.16 3.2.2 储能技术在智能电网中的应用规划.18 3.2.2 储能技术在新能源中的应用规划.18 3.2.3 在用户侧的应用规划20 3.2.4 储能技术在智能电网中
11、应用的结论与展望20 3.3 智能电网存在的问题及相关解决措施21 3.3.1 智能电网存在的问题21 3.3.2 相关解决措施22 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 结论结论.24 参考文献参考文献.25 致谢致谢.27 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 1 1 绪论 1.1 论文研究的背景和意义 随着以特高压为骨干网架和以各级电网为分区的中国特色电网的形成，风力发电、 太阳能发电、燃料电池发电等分布式可再生能源发电资源数量的不断增加，电力网络跟 电力市场、用户之间的协调和交换越加紧密，电能质量水平要求逐渐提高，传统的电力 网络以及控制措施已经难以支持如此多的发展要求1。为此
12、，我国提出了发展坚强智能电 网的设想，实现对传统电网的升级换代以及电网运行、控制新思路的改革，同时也为中 国电力市场的真正形成打下良好的基础。我国随着江苏沿海大开发的迅猛推进，盐城地 区的风力发电、光伏发电等新能源产业发展迅速，其接入以及正常运行对电网的影响日 益显现，电网面临着巨大挑战和机遇。一方面，电网需要应对日益严峻的资源和环境压 力，实现大范围的资源优化配置，提高全天候运行能力，满足能源结构调整的需要，适 应电力体制改革；另一方面，输配电、发电、信息化、数字化等技术的进步也为解决这 一系列问题提供了坚实的技术支持。由此智能电网成为现代电力工业发展的方向。2009 年举行的特高压输电技术
13、国际会议上提出，到 2020 年，我国将全面建成统一的坚强智能 电网2-3。 智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是 21 世纪电力系统的 重大科技创新和发展趋势。协调发展不是单个系统的事情，而是一种“整体性”、“综 合性”和“内生性”的同步发展的聚合，可持续发展已成为国家、城市、产业和企业等 共同追求的目标。协调发展是可持续发展首要的基础和前提性因素，是可持续发展的动 因和手段。更加适应高度市场化的电力交易的需要，更加适应客户的自主选择需要。为 此不同的国家和组织都不约而同地提出要建设具有灵活、清洁、安全、经济、友好等性 能的智能电网，将智能电网视为未来电网的一个发展方向。
14、尽管智能电网的研究与实践 尚处于起步阶段，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿望，必将进一 步推动电力工业的变革与进步。智能电网能够实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、 环境友好和使用安全，全方位地支持和促进全国范围的资源优化配置以及新型能源发展 方式和新型电能利用方式的进步4。 1.2 智能电网的概念及特征 1 智能电网概念： 由于发展环境和驱动因素不同，不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式来理 解智能电网，对智能电网进行研究和实践，各国智能电网发展的思路、路径和重点也各 不相同。因此智能电网概念本身也在不断发展、丰富和明晰中。总的来说，智能电网指 的是电力输配系统综合传统
15、的和前沿的电力工程技术、复杂的感应和监控技术、信息技 术和通讯技术以提高电网运行效率并支持客户端广泛的附加服务的新型电网。智能电网 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 2 在广义上包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量系统以 及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统5-6。 针对我国电力需求持续高速增长，电力资源和用电负荷分布极不均衡，输电过程损 耗大，能源利用率低等多方面因素，我国将电网建设为以特高压为骨干网架，各级电网 为分区的具有中国特色的电网。特别是特高压输电，它具有输电容量大、送电距离长、 线路损耗低、工程投资省、走廊利用率高和联网能力强等
16、特点，是输电技术的重要发展 方向，对推动世界电力工业的创新发展具有重要意义。因此特高压的发展是建设智能电 网的重要前提，本文提出的智能电网正是以特高压为网络实体基础的坚强智能电网7。 2 智能电网的特征 根据智能电网具有的灵活性、易接入性、可靠性、经济性等多方面优点，将智能电 网的主要特征归纳为： （1）自愈：对电网的运行状态进行连接的在线自我评估，并采取预防性的控制手段，及 时发现、快速诊断和消除故障隐患；故障发生时，在没有或者少量人工干预下，利用分 布式电源等设备自动进行恢复，能够快速隔离故障、自我恢复、避免大面积停电的发生。 （2）互动：系统运行与批发、零售电力市场实现无缝连接，支持电力
17、交易的有效开展， 实现资源的优化配置；同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理， 从而提升电力系统的安全运行水平。电网将使得用户可以更好地控制自己的用电设备/装 置，无论是家庭用户还是工商业用户。电网将与智能建筑物的能源管理系统相连以帮助 用户管理其能源使用并减少能耗开销。 （3）优化：实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化，合理地安排设备 的运行与检修，提高资产的利用效率，有效地降低运行维护成本和投资成本，减少电网 损耗。电网将在自然状态和计算机状态下更安全，新技术的配置将可以更好地识别和应 对人为的和自然的侵害。 （4）兼容：电网能够同时适应集中发电与分散式发电模
18、式，实现与负荷侧的交互，支持 风电等可再生能源的接入，扩大系统运行调节的可选资源范围，满足电网与自然环境和 谐发展。标准化了的电力和通讯的界面接点将使得用户可以接连燃料电池、可再生能源 发电及其他分散的电源，并以简单的“即插即用”方式来实现。 （5）集成：通过不断的流程优化、信息整合、实现企业管理、生产管理、调度自动化与 电力市场管理业务的继承，形成全面的辅助决策支持体系，支撑企业管理的规范化和精 细化，不断提升电力企业的管理效率8。 1.3 智能电网发展现状 1 国外的发展现状 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” 华北电力大学科技学院本科毕
19、业设计（论文） 3 解决方案。电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电 网，优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电，消费者对电力使用的管理也可细化到 每个联网的装置。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。 谷歌已宣布了一个与太平洋煤气和电力公司(PG在输电线 环节，为了提高线检测技术，可以开发在线监测设备、有源电力滤波器和静止无功补偿 器和超导技术等;变电环节，可对控制系统进
20、行升级改造，采用更加准确和灵敏的互感器 以及智能开关和智能变压器等;配电环节大力发展智能化环网柜和配网自动化系统等;用电 环节建设智能用电信息采集系统和智能电表;调度环节提高调控能力和建设调度数据网等。 (二) 保证用电系统与经济协调运行 智能电网建设的重要目标之一就是经济与安全的协调运行。要着重提高系统的控制 策略、在线安全稳定控制技术、电网稳定运行理论、信息和通信支撑技术来保证系统的 稳定性，加强相关仿真技术和预防系统崩溃的控制技术的研究。从而实现电网模型的经 济、安全、可靠。 (三) 建立和完善智能电网规范体系 智能电网要正常运行必须建立和完善一套标准的规范体系，它也是电网建设环节中 不
21、可或缺的重要部分。这不仅需要国家电网公司能够对整个智能电网系统进行规划和部 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 23 署，组织各科研机构进行集中研究，制定出统一的标准体系、电网规范、通信标准、系 统构架等，能较好地实现用电和发电中的各个环节无缝结合和信息的共享与集成。 此外，还需要构建一体化管理体系，同时应该在宏观上制定实施计划和试点方案， 从实际问题出发建设试验基地来发掘更多智能电网中存在的潜在问题，从理论和实际角 度形成整个智能电网的知识体系为智能电网的实现做铺垫。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 24 结论 我国正在建设资源节约型、环境友好型和谐社会，智能电网建设是其中重
22、要的组成 部分。国家电网公司站在履行社会责任的高度，对智能电网建设高度重视，出台了一系 列措施和办法，对建设统一、坚强智能电网工作进行了安排和部署，非常必要和及时， 十分具有前瞻性和指导性，为建设智能电网指明了方向。我们要在国家电网公司的领导 下，统一规划、统筹协调、分步实施。在具体实施中应把握以下原则。 1.统一、坚强的电网是智能电网的基础。没有一个统一调度管理的电网，没有一个优 化我国电力资源配置的以特高压为骨干网架、各级电压协调发展的坚强电网，智能电网 就将是无源之水。利用特高压骨干网架解决我国电力资源分布不均的问题，即将西部水 电等清洁能源输送到东部负荷中心，将北部火电送往中东部。与此
23、同时建设好坚强的受 端网络，使特高压电力落得下、用得上，并辅以智能化使其更加高效、节能、安全。 2.智能化是核心。智能电网就是要解决当前在电网调度方面，由于规划不合理，达不 到稳定的问题以及用户停电问题，使故障发生时都能自动切换用户不停电。另外如果细 分目前的电网，对分散的发电设备的接入，一是不能适应，怕主供电电源故障时反送电； 二是不能充分利用这些发电出力来供电，而不是小电源全部切除然后再逐个并网。同时 智能用户终端还可以提供家电管理、通讯、网络等增值服务。这些智能化的功能还需要 进一步的开发应用，产生更大的经济和社会效益。 3.环保、节能、安全是目标。智能电网就是要使电网对清洁能源的利用最
24、大化，对有 排放污染物及温室气体的机组按单位电量排放物的多少来确定发电顺序。电网自身潮流 分布更加合理，采用低损耗设备，使电力输送过程的能耗最低。 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 25 参考文献 1 余贻鑫，栾文鹏智能电网J电网与清洁能源，2009，25(1)：7-11 2 王成山，王守相分布式发电供能系统若干问题研究J电力系统自动化， 2008，(20)：31-36 3 肖世杰构建中国智能电网技术思考J电力系统自动化，2009，32(9)：1-5 4 魏巍，李兴源，廖萍，等.含分布式电源的电力系统多代理故障恢复新方法J电 力系统自动化，2009，33(3)：89-93 5 Kazu
25、shige M，Minoru S，Hirohisa AR&D and 李兴源坚强智能电网发展技术 的研究 6 谢开，刘永奇，朱治中面向未来的智能电网J中国电力，2008，41(6)：19- 22 7 余贻鑫面向 21 世纪的智能配电网J南方电网技术研究，2006，2(6)：14- 16 8 陈建民，周健，蔡霖面向智能电网愿景的变电站二次技术需求分析J华东电 力，2008，36(11)：37-38 9 王明俊自愈电网与分布式电源J电网技术，2007，31(6)：1-7 10 颜志敏智能电网中蓄电池储能的价值评估研究D上海：上海交通大学， 2012 11 甄晓亚，尹忠东，孙舟先进储能技术在智能电网
26、中的应用和展望J电气时 代，2011(1)：44-47 12 骆妮，李建林储能技术在电力系统中的研究进展J电网与清洁能源， 2012，28(2)：71-79 13 俞振华大容量储能技术的现状与发展J中国电力企业管理，2009，7：26- 28 14 严干贵，谢国强，李军徽，等储能系统在电力系统中的应用综述J东北电 力大学学报，2011，31(3)：7-12 15 张宇，俞国勤，施明融，等电力储能技术应用前景分析J华东电力， 2008，36(4)：91-93 16 程时杰，李刚，孙海顺 等储能技术在电气工程领域中的应用与展望J电网 与清洁能源，2009，25(2)：1-8 17 Wade N S
27、，Taylor P C，Lang P D，et alEvaluating the benefits of an electrical energy storage system in a future smart gridJEnergy Policy，2010，38(11)： 7180-7188 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 26 18 张文亮，丘明，来小康储能技术在电力系统中的应用J电网技术， 2008，32(7)：1-9 20 Fouad A C，Patrick B，Gilles F，et alImpact of energy storage costs on economic
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32、f Smart GridsA. in: IEEE PES General MeetingC. 33 Miroslav BEmerging Technologies in Transmission NetworksA .in: IEEE PES General MeetingC. 34 Deepak D. Smart Distributed Control of Power SystemsA.in: IEEE PES General MeetingC. Pittsburgh(USA):2008 35 Baran Mesut, McDermott T E. Distribution System
33、State Estimation Using AMI 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 27 DataA. in: IEEE Power Systems Conference and ExpositionC.2009. 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文） 28 致谢 本论文是在导师*的悉心指导下完成的。在此我首先对*表示最诚挚的谢意！ 在我毕业设计的整个阶段中，*都给予了极大的关心、指导和鼓励。他严谨的治学 态度和处处关心学生、替学生着想的品德使我获益匪浅。在设计的最初阶段，*不辞辛 苦为我准备了多方面的关于智能电网的资料；在设计的过程中，*时时刻刻给予我及时 的指导，设计中遇到任何问题，*都会不厌其烦的给予解决；在设计的后期，他更是随 时为我们提供指导解决问题，并且对论文的初稿提出了很多宝贵的意见，为毕业设计的 顺利完成奠定了坚实的基础。 向所有曾经给予我帮助的各位师长和学友致以最忠心的感谢！