智能电网的发展态势分析报告

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1、智能电网的发展态势清华大学电机系武汉大学电气工程学院*9/3/20221讲座内容讲座内容 1.国外智能电网研究和发展概况国外智能电网研究和发展概况2.智能电网概念、定义和特征智能电网概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件和进展中国智能电网建设的基础条件和进展4.对智能电网研究、开发和应用的一些对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议看法和建议9/3/20222讲座内容讲座内容 1.国外智能电网研究和发展概况国外智能电网研究和发展概况2.智能电网的概念、定义和特征智能电网的概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件和进展中国智能电网建设的基础条件和进展4.对智能电网研究、开发和应用

2、的一些对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议看法和建议9/3/20223美国智能电网发展里程碑200120032004DOE与 NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,The Modern Grid Initiative:a Vision for the modern grid.Mar.2007.NETL200520092030EPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究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

3、和实践奥巴马将智能电网提升为美国国家战略年份国外智能电网研究概况9/3/20224欧洲智能电网发展里程碑成立“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20052006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年份国外智能电网研究概况（3）The SDDStrategicDeploymentDocument（1）European Smartagrids Technology Platform：Vision and Strategy for Europes Electricity Net

4、works 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9/3/202259/3/20226“智能电网”是目前被大家普遍接受的术语和称谓“The Smart Grid”,DOE,USA,2008 2008.11.11-11.13,中美清洁能源合作组织(Joint US-China Cooperation on Clean Energy JUCCCE-)，聚思-“Smart Gri

5、d”special session 2008.11.18-中美绿色能源论坛 “Smart Grid”Special session Smart Distribution Grid:The Role of Technology,tools and Techniques for advanced Automation and planningby S.S.Venkata,Univ.of Washington,USA,-IEEE DLP Tutorial,Dec.22,Beijing,China 9/3/20227国外智能电网研究概况驱动因素：9/3/20228美国发展智能电网的驱动力：改造老化的电

6、网设备，提高供电的可靠性和安全性 提高能源的利用效率和技术的先进性 提高用户对电价的可承受能力 适用环境和气候的变化，适用可再生能源的接入，降低排放水平 提高在全球的竞争性9/3/20229 国外智能电网研究概况驱动因素：9/3/202210欧洲发展智能电网的驱动力（Driving Force)（1）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（2）环境问题京都协议气候变化保护自然（3）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9/3/202211欧盟发展智能电网的驱动力：欧盟理事会在2006年的绿皮书(Green Paper)欧洲可持续的、竞

7、争的和安全的能源策略(A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy)”强调：欧洲已经进入一个新能源时代，能源政策最重要的目标必须是供电的可持续性、竞争性和安全性。9/3/202212 欧洲欧洲2020年及后续年及后续的电力发展目标：的电力发展目标：未来欧洲电网应满足如下需求未来欧洲电网应满足如下需求:灵活性(Flexible)，在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求；可接入性(Accessible)，使所有用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用；可靠性(Reliabl

8、e)，提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求；经济性(Economic)，通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。9/3/202213（1）美国能源部）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。是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。（2）“电网智能化联盟电网智能化联盟”成员包括成员包括:跨国技术公司：跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：电力公司和电网运营商：AEP、Bonneville电力管理局、电力管理局、PJM及法国及法国EDF；研究机构：研究机构：美国电科院美国电科院EPRI、Battelle、

9、RDS和和SAIC。（3）电网智能化架构委员会（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。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年欧洲委员会正式成立“智能电网欧洲技术论坛智能电网欧洲技术论坛”。欧洲还将成。欧洲还将成立立“智能电网协会智能电网协会”。（5）IEC去年底筹建去年底筹建SG3“智能电网智能电网”战略组。战略组。根据目前掌握的情况，还没有智能电网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。的国际标准或国家标准。国外智能电网研究概况智能

10、电网研究机构9/3/202214国外智能电网研究概况智能化实践最新成果9/3/202215 国外智能电网研究概况智能化实践最新成果9/3/202216AC2Boulder（伯德市）to become first Smart Grid City 9/3/202217内容内容 1.国外智能电网研究和发展概况国外智能电网研究和发展概况2.智能电网的概念、定义和特征智能电网的概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件中国智能电网建设的基础条件4.对我国智能电网研究、开发和应用的对我国智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议一些看法和建议9/3/202218智能电网的概念、定义和特征智能电网的概念、

11、定义和特征定义（definition)以物理电网为基础(中国的智能电网智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，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。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。9/3/2022199/3/202220智能电网主要特征智能电网主要特征：坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化9/3/202221智能电网坚强性特征智能电网坚强性

12、特征（1）坚强性（Robust/Strong）在电网发生小扰动和大扰动故障时，电网仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的停电事故；在电网发生极端故障时，如自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏，仍能保证电网的安全运行；二次系统具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。9/3/202222（2）自愈性（Self-Healing）具有实时、在线连续的安全评估和分析能力 具有强大的预警控制系统和预防控制能力 具有自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。智能电网自愈性特征智能电网自愈性特征9/3/202223（3）兼容性（Compatible）能支持可再生能源的正确、合理地接入 适应

13、分布式发电和微电网的接入 能使需求侧管理的功能更加完善 实现与用户的交互和高效互动。智能电网兼容性特征智能电网兼容性特征9/3/202224（4）经济性(Economical)支持火电和水火电联合经济运行 支持电力市场和电力交易系统 提供清洁和优质电力 实现资源的合理配置 降低电网损耗，提高能源利用效率。智能电网经济性特征智能电网经济性特征9/3/202225（5）集成（Integrated）实现电网信息的高度集成和共享 采用统一的平台和模型 实现标准化、规范化和精细化的管理智能电网集成性特征智能电网集成性特征9/3/202226（6）优化（Optimized）优化资产的利用率 降低投资成本和

14、运行维护成本。智能电网优化特征智能电网优化特征9/3/202227中国智能电网的提法和中国智能电网的提法和4个特征个特征（Strong Smart Grid）（1）数字化数字化：数字化电网、数字化电表与数字化用电设备（2）信息化信息化：市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信息平台（3）自动化）自动化：大电网安全稳定控制（高级智能调度），变电站自动化与用户用电系统智能控制（4）互动化互动化：电网、发电与用户以信息为基础的互动 9/3/2022289/3/202229智能电网技术应包括的主要内容：先进的相量测量（PMU）和广域测量技术（WAMS）先进的三维、动态、可视化技术 高级计量-无线

15、、自动计量读数（Advanced metering infrastructureAMI）(Automatic meter reading-AMR)；需求响应(Demand Response)；(需求侧管理DSM)先进的配电自动化 高级配电运行(ADO)功能使“自愈”(Self Healing)成为可能；分布式发电技术(Distributed Generation or Distributed Energy Resources-DG or DER)及电力储能技术等9/3/2022309/3/202231讲座内容讲座内容 1.国外智能电网研究和发展概况国外智能电网研究和发展概况2.智能电网的概念、

16、定义和特征智能电网的概念、定义和特征3.中国智能电网建设的基础条件和进展中国智能电网建设的基础条件和进展4.对智能电网研究、开发和应用的一些对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议看法和建议9/3/2022329/3/202233新能源对电网规划的影响及对策研究基于LCM的电网规划方案评价研究新能源对电网规划的影响及对策研究节能减排下的电网规划研究区域电网协调规划研究考虑不确定因素的电网灵活规划方法研究基于预想事故集的电网规划研究9/3/2022349/3/2022359/3/202236徐行站数字化改造新建数字化海宁站9/3/202237p 按照考虑N-1情况下特定预想事故的原则，规划建设

17、多馈入直流和交流系统并联的华东区域坚强受端网架p 初步建设高级调度中心p 开展数字化变电站试点p 开展相关技术研发坚强受端大电网p 规划建设适应电力市场要求的特高压电网，满足“三华”联网需要p 建成高级调度中心p 数字化变电站推广p 适应电力市场要求的运行技术p FSM的研究与应用数字化电网p 规划以自愈为目标的智能电网p 实现智能化调度p 新型材料和智能设备的全面使用p 可再生能源的友好接入p 实现与用户的智能互动智能化电网201020202030智能电网全面转型 巩固提升 引领超越 2007华东公司建设智能电网的三阶段目标华东公司建设智能电网的三阶段目标9/3/2022389/3/2022

18、39中国智能电网建设的基础条件1、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9/3/2022402、广域量测技术已大范围应用,状态监测技术正大力推进信息化水平已初步达到建设智能电网的要求9/3/202241自动化控制领域的技术研究走在世界的前列1、在可视化和运营管理辅助决策方面取得了大的进展，对智能电网进行了有益的探索9/3/202242自动化控制领域的技术研究走在世界的前列2、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 9/3/202243数字化变电站研究成果已应用于工程实际国家电网和南方电网开展了数字化变

19、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9/3/202244双向信息交互与互动上积累了相当多的经验用户侧管理、负荷管理控制系统等一系列应用在我国已取得一定成果，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。9/3/202245 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中国智能电网建设的基础条件9/3/2022469/3/202247用电领域智能化应用研究要积极探索 很多电力公司启动了很多电力公司启动了中国智能电网建设的基础条件9/3/202248内容内容 1.国外智能电网研究和发展概况国外智能电网研究和发展概况

20、2.概念、定义和特征概念、定义和特征3.我国智能电网建设的基础条件我国智能电网建设的基础条件4.对智能电网研究、开发和应用的一些对智能电网研究、开发和应用的一些看法和建议看法和建议9/3/202249对智能电网研究和应用的建议NorthChinaSouth ChinaNortheastTaiwanNorthwest陕北煤电陕北煤电陕北陕北蒙西煤电蒙西煤电IIII石家庄石家庄北京东北京东济南济南豫北豫北420420280280240240460460340340100100360360晋东南晋东南徐州徐州淮南煤电淮南煤电徐州煤电徐州煤电330330280280雅龙江梯级雅龙江梯级金沙江金沙江I

21、I期期金华金华川西水电川西水电170170无锡无锡南阳南阳300300170170260260150150上海西北上海西北100100杭北杭北芜湖芜湖290290440440长沙长沙荆州荆州恩施恩施乐山乐山360360300300川西水电川西水电蒙西煤电蒙西煤电IVIV天津天津南昌南昌唐山唐山青岛青岛120120300300250250300300450450福州福州400400南京南京200200240240300300沿海核电沿海核电沿海电源沿海电源150150蒙西煤电蒙西煤电I I宁夏煤电宁夏煤电蒙西煤电蒙西煤电IIIIII晋中煤电晋中煤电驻马店驻马店武汉武汉沿海核电沿海核电220220

22、270270300300300300锡盟煤电锡盟煤电I I锡盟煤电锡盟煤电IIII480480480480连云港连云港沿海核电沿海核电280280160160300300晋中晋中重庆重庆300300450450晋东南煤电晋东南煤电呼盟煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电沿海核电沿海核电金沙江金沙江IIII期期沈阳沈阳三峡地下电站三峡地下电站上海西南上海西南安西安西永登永登拉西瓦拉西瓦白银白银兰州东兰州东西宁西宁宁东宁东官亭官亭蒙西蒙西 锡盟锡盟Legend张掖张掖雅安雅安西安东西安东靖边靖边蒙西煤电蒙西煤电V V400400470470400400220220260260100100晋东南煤电晋东南煤

23、电IIII300300银川东银川东哈密电厂哈密电厂哈密二、三厂哈密二、三厂远东（俄）远东（俄）滁州滁州泰州泰州1401404504501701702702707070270270130130150150赣州赣州泉州泉州380380410410170170雅江水电雅江水电平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网乌鲁木齐主网360360温州温州280280East ChinaCentral ChinaTibetYunnan中国电网发展的规模之大和速度之快9/3/202250未来高质量的电力供应在中国国民经济的发展中起着越来越重要的作用，但要面临以下的挑战:(1)充分满足用户对电力的需求 (2)确保电力供应的

24、安全性和可靠性 (3)提高电力供应的经济性及节能 (4)满足环境保护的约束 (5)保证高质量的电能供应 (6)适应电力市场化和放松管制对智能电网研究和应用的建议9/3/202251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优化的电厂选址鼓励可再生能源投资严格的排放管理有效的成本管理可靠经济的设备管理灵活的竞价策略发电优化的电网规划具有“自愈”特征的坚强电网安全、可靠、节能、经济的优化调度适应各种类型的发电资源更高的设备利用水平更低的传输网损可靠经济的设备管理更可靠的电力传输输电科学经济的配网规划自适应的故障处理能力更迅速的故障反应更可靠的电力供给更出色

25、的电能质量可靠经济的设备管理支持分布式能源和储能元件与用户的更多交互配电更具竞争力的市场营销策略针对用户需求定制服务允许用户向电网提供多余的电力根据用户的信用控制电力的供给用电对智能电网研究和应用的建议9/3/202252智能电网架构体系我国智能电网的发展目标研究信息流与业务流的交融重构与创新研究功能体系研究技术体系研究信息体系研究运维体系、标准体系及评价体系研究对智能电网研究和应用的建议9/3/202253智能电网装备技术广域量测技术时间同步技术状态监测技术电子式互感器技术控制保护一体化技术柔性输配电技术一体化智能设备技术 对智能电网研究和应用的建议9/3/202254智能输电技术智能电网下

26、大型可再生能源的接入技术大电网安全稳定运行控制技术未来电网控制中心建设技术具备分布决策功能的智能变电站技术输变电设备智能管理技术智能电网下的电力市场技术智能电网下的现代企业管理技术对智能电网研究和应用的建议智能电网下的电网规划技术9/3/202255智能配电技术风险预警预控及智能报警技术配电网自愈控制技术智能配网故障快速处理技术分布式发电、微电网和储能技术智能网络重构及自优化技术自适应保护控制技术自适应无功与电压控制技术对智能电网研究和应用的建议9/3/202256智能用电技术用户门户技术智能表计技术用户电压调节技术用户电源和储能设备接入技术用户通信能源一体化技术对智能电网研究和应用的建议9/

27、3/202257高级计高级计量体系量体系AMIAMI用户户内网用户户内网HANHAN计量数据计量数据管理系统管理系统MDMSMDMS需求响应需求响应负荷控制负荷控制远程开合远程开合分时电价分时电价（送到用户）（送到用户）自动读表自动读表AMRAMR（按小时读按小时读表，远方编表，远方编程，电能计程，电能计量，电能质量，电能质量监视，负量监视，负荷调查，停荷调查，停运捡出）运捡出）配电配电 SCADA配电快速仿真与模拟配电快速仿真与模拟DFSM高级配高级配电运行电运行ADODER运行运行高级配电自动化高级配电自动化ADA高级保护与控制高级保护与控制（带有高（带有高级传感器级传感器的）的）运行运行

28、管理系统管理系统 停运管停运管理系统理系统配电配电 GISAC/DC微网运微网运行行新型电力电子装新型电力电子装置置变电站变电站自动化自动化高级保高级保护护高级输高级输电网元电网元件件阻塞管理阻塞管理输电系统仿真输电系统仿真与模拟与模拟高级的输电运高级的输电运行行ATOATOISOISOEMSEMS可视可视化化输电输电 SCADASCADA，WAMSWAMS输电输电 GISGIS 配电配电AAMAAM基于条件（如基于条件（如可靠性水平）可靠性水平）维护维护规划规划设计设计/建设建设资产利用资产利用输电输电AAMAAM记录记录智能电网的技术组成与功能智能电网的技术组成与功能介绍中侧重介绍中侧重A

29、MI和和ADO9/3/202258 智能配电网技术开发主要包括以下几方面:(1)先进的计量设施（Advanced Metering Infrastructure）智能表计系统开发和表计数据管理 支持与用户间的双向通讯 商业、工业、居民用户的市场信息 采用计算机代理系统，与家庭的自动化系统相连，并能响应电价信息 对智能电网研究和应用的建议9/3/202259(2)配电及停运管理（Distribution and Outage Management）软件系统 必须提供自愈的功能，以便立即获悉电网扰动的信息并及时对它做出响应，以便使对客户的影响最小化 无缝的图像化接口 具有实时功能，将来自于各渠道的

30、有关网络的信息，以动态系统拓扑模型的方式集成在一起智能化的DMS/OMS平台 与AMI紧密联系，其接口方面要有新的创新型技术，以利于数据的上下传送和连接。通过将实时的DMS/OMS功能实施、遥测技术和集成安全性结合在一起，智能电网将成为真正的自愈电网。对智能电网研究和应用的建议9/3/202260(3)配电和变电站自动化 配电系统远远落后于输电系统，自动化的设备投切可减少运行人员对设备的手动操作，以便及时对网络结构进行变化，适应运行的要求。(4)模拟和优化 通过先进的模拟和优化技术，可使智能电网规划得更好，性能更加优越，智能电网的运行可以通过模拟器对实时条件进行模拟，从而可改进运行性能，以提高

31、应对事故和灾害的能力。(5)企业业务智能化 企业的业务智能化是覆盖在智能配电系统技术之上的，通过这层，数据才能成为可操作的信息，以实现IT于运行之间的桥梁作用。不断增加模型的复杂性和基于人工智能的软件，有助于从数据中产生知识和效率。对智能电网研究和应用的建议9/3/20226162杜克能源智能电网展望部署采用分块设计，以解决目前存的运营问题，同时，杜克公司也强调要按适应未来的技术发展和客户需求进行设计。手动计量手动计量 每月读取 kWh自动计量自动计量(AMR)单向或双向 每月读取 kWh 间隔数据 基本盗窃检测 停电/恢复检测 先进计量设施先进计量设施 (AMI)按需读取 负载间隔可编程 双

32、向和净计量 TOU,RTP,CPP定价选择 要求的反馈 智能仪表智能仪表 固态平台 综合通信 综合断开开头 远程断开 远程连接 电功质量数据 读取电压 读取电流 功率因数 频率 详细停电数据 可远程编程 可远程升级 内部扩展端口 未来功能智能电网智能电网 能源管理服务 民用 商用 主体区网络网关 PLC(例如 LONWORKS RF(蓝牙)基于WEB应用 要求的反馈 预付 载荷控制 收入保护 网络移动输入/输出 分布 载荷谱/工程 相位平衡 传输优化 能源预测 断电和 GIS 劳动力管理 资产管理为未来建造设备为未来建造设备9/3/202262有关专家对智能电网的几点看法和建议（1）智能电网是

33、目前的一个热点，应该对此具有敏感性，要 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9/3/202263加强国际合作交流国际智能电网组织研究机构电力企业设备制造商咨询机构著名学府9/3/202264谢谢谢谢!9/3/202265