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1、智能电网,目 录,1 智能电网概述：目的 定义 功能,每年美国不可靠的电力所造成的损失多于1000亿美元. 相当于花一美元买电，同时还得付出30美分的停电损失。 (Galvin Electricity Initiative, 2005) 仅扰动和断电（即，不计大停电）每年的损失就达790亿美元。 (LBNL, 2004) 少卖电的损失一年可达1.35亿美元。 (Primen, 2004) 纽约独立系统运行员（ISO),趸售电价中23是阻塞成本，它们全部转嫁给用户。 (PNNL, 2006) 美加大停电损失: $40-60亿, 5000万人受影响。,驱使人们研究智能电网的，不是电能的成本，而是电
2、能不合格的成本.Energy Director, Oracle Corporation, 2004,为什么要研究智能电网,智能电网研究的目标,实现（以抵御事故扰动为目的）安全稳定运行降低大规模停电的风险 实现分布式电力系统：处理数以万计的分布式电源 高级市场化 现实电网的利用系数很低（据美国统计，约55%）需要电力公司与用户友好合作，达 到双赢；开发高透明度的用户界面，以便实现负荷消减和更具弹性的负荷需求，提高现实 电网的利用率。而通讯与信息技术已为此准备好了条件。 对电网各种约束日益严格（提高可靠性、提高电能质量、节能降损和环保）,如何处理数以万计的分布式电源？,智能电网的定义,智能电网是以
3、物理电网为基础将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网 1 硬件基础：电网和建立在集成的、高速双向通信网络。 2 软件基础：智能的控制技术，是指诊断电网状态，防止供电中断，改善电能质量扰动的装置和算法。,将来智能电网的功能,智能电网是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变的解决方案,智能电网的常用名词,为了解决这些问题，国际上形成了一些大型科研群体,开展面向21世纪电网的研究。 常见国外关于智能电网的名词： IntelliGrid SHG(self healing grid) Smart Grid(Smart Grids
4、) Modern Grid,SHG主要是对配网而言 由于Smart不好译，中文大家多用“智能电网”一词,2 智能电网的关键技术,智能电网的技术结构,AMI ADO AAM ATO,高级计量体系 AMI,用户户内网HAN,计量数据管理系统,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）,配电 SCADA,配电快速仿真与模拟DFSM,高级配电运行ADO,DER运行,高级配电自动化 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,变电站自动化
5、高级保护 高级输电网元件,阻塞管理,输电系统仿真与模拟,高级的输电运行 ATO,ISO,EMS 可视化,输电SCADA，WAMS,输电 GIS,配电 AAM,基于条件维护,规划,设计/ 建设,资产利用,输电 AAM,记录,AMI ADO AAM ATO,能量传输链,四个环节均衡时行为和效率最高 四个环节中，配电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和ADO的花费可以接受,高级计量体系AMI,Text,Text,Text,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
6、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,AMI和 DAO(配电资产优化）的效益,效益 的提高,标准与建造(15-20%）,收款(15-25%),需求管理(2-22%),帐单和客户服务(2-7%),资产管理(4-19%),系统控制(4-11%),现场工作管理(3-7%),人身安全(2-5%),负荷预测(9-14%),自动读表的效益,自动读表（AMR）包括按小时读表，远方编程，电能计量，电能质量监视，负荷调查，停运捡出： 1 减少抄表开销 2 通过电表观察，防盗电 3 快速用户故障定位和部分恢复供电，减少用户服务人员和停电时间 4 在用户室内装可由电力部门无线控制的
7、自动室内控制器（如可调节空调整定温度到26度以上），达到消峰的目的，可使居民区峰荷下降1/3。,智能仪表,Smart Meter,Transformer Meter,Feeder Meter (energy),Feeder Meter (current),Feeder Meter (energy),高级配电运行（ADO）,高级配电运行（ADO）功能使“自愈”（ “Self Healing”）成为可能 ADO同AMI, ATO and AAM的密切配合实现配电系统（运行和资产管理）优化,设想中的未来电网,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
8、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),IECSA,D-FSM T-FSM,高级输电运行（ATO）,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）优化凤电（特别是大规模凤电）入网运行是个具有挑战性的任务，电力系统将面临如何调度峰荷和如何维持稳定的问题,高级资产管理（A
9、AM）,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,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,AMI 是电网智能化的第一步,AMI 同用户建立通讯联系 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, and ATO 的信息与控制，改善: 运行效率 资产使用,3 智能电网举例,东京电力公司的配电系统,多分割多连接，网
10、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,ON,ON,OFF,OFF,OFF,ON,限制故障影响范围,故障部分,负荷率对比,三分割三连接馈线设计的负荷水平 持续负荷容量: 450A 负荷率 : 75% (450/600),150A,150A,150A,150A,150A,450+150 = 600/600A,150A,150A,450/600A,450+150 = 600/600A,负荷率对比,采用六分割三连接馈
11、线设计的负荷水平 配电自动化系统通过对全部开关的遥控，协调多条馈线间的负荷转移，提高线路负荷水平至510A，负荷率达85%,85A,85A,85A,85+85A,85A,510+17085 = 595/600A,170A,85A,510/600A,85A,85A,85A,85A,85A,510+85=595/600A,510+85=595/600A,配电自动化系统的投资收益率（投资收益）0.77 投资:254 亿日元年 收益:328 亿日元年,配电改造效益,停电间隔和停电频率的大幅度降低 少得多的电能质量扰动 有效地消除区域性大停电 大大地减轻对恐怖主义和自然灾害的脆弱性 改善公众和工人的人身
12、安全 降低或缓解电价 为市场参与者提供新的选择 更有效地运行和以很低的成本改善资产管理 降低网损 更广泛地开发环境友好的资源,缩短了供电恢复时间,（与三分段相比）得到快速供电恢复的用户增加了 2.5 倍 平均用户断电时间减少到先前的十分之一 当到达现场时间和开关操作时间延长时，效果会更好,4min 24min 42min 73min 到达现场 恢复时间,3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0,客户数,18 min (开关操作 ),在配电自动化系统应用前,3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0,4min 6min 24min 55m
13、in 到达现场 恢复时间,在配电自动化系统应用后,客户数,系统供电可靠性指标,历年系统供电可靠性变化曲线 系统平均停电时间（2005）: 东京: 2分钟 法国:45分钟 英国:70分钟 美国:80分钟 系统平均停电频率（2005）: 东京: 0.05次,4 总结和展望,总结,智能电网的是历史发展的必然，不是可搞可不搞的，而且现实条件业已具备。它是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变的解决方案。 启动智能电网的研究项目战略研究与技术研究 1）智能电网涵盖AMI、ADO、ATO和AAM，它们之间的密切配合实现现代电网研究的四大目标。为此有许多新技术需要研究与开发，特别是需要建立标准； 2）开展智能电网的战略研究：在决策时应做智能电网的详细技术经济分析和预测,以便：显示成本效益，和确定实现智能电网目标（清洁、效率、可靠性、安全）的最佳道路。 做好智能电网规划：集成的能量与通讯系统IECSA是智能电网的基础设施，在配电网规划中宜尽早虑（我国不应该继续规划仅适应模拟技术时代的电网）。,展望：需要建立标准,标准应是国际性的 避免重复性工作 学习工业界最好的经验 更易确定必要条件 减低集成成本,EPRI IntelliGrid Architecture, http:/www.intelligrid.info,Thank You !,