智能电网的研究与探讨毕业设计论文Word下载.docx

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前言

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。

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景，必将进一步推动电力工业的变革与进步。

智能电网对发电系统与电网系统的协调性提出了新的要求，这不仅包括资金流上的协调性，还包括信息流上的协调性，通过智能电网建设，电力发、输、配、售各领域都将发生飞跃和提升，电网的发展也将随之发生深刻变化。

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。

第1章绪论

1.1论文研究的背景和意义

领域的最大成就之一，体现了能源工业的战略布局，是实现各种一次能源转换成电力能源之后进行相互调剂、互为补充的迅速、灵活、高效和能源流通渠道。

然而，世界能源体系正面临着抉择，目前全球能源供应和消费的发展趋势从环境、经济、社会等方面来看具有很明显的不可持续性。

在当前世界能源短缺危机日益严重、电力系统规模的持续增长、气候环境变化加剧等因素的影响下，21世纪电力供应面临一系列新的挑战。

因此，在欧盟、美国和中国，政府、高校研究机构和企业共同参与，针对保证21世纪能源供应面临的技术问题、技术难点和技术路线开展了深入的研究，提出了智能电网的概念。

目前，这些国家和地区将智能电网提高到国家战略的高度，将发展智能电网视为关系到国家安全、经济发展和环境保护的重要举措。

智能电网是解决2l世纪电力供应面临问题的有效途径。

国家电网公司“十二五”智能电网建设的发展目标指出：

到2015年，坚强智能电网基本建成，智能电网效益初步显现，国家电网智能化程度达到国际先进水平。

国家电网基本实现风电、太阳能发电等可再生能源的友好接入和协调控制，电网优化配置资源能力、安全运行水平和用户多样化服务能力显著提升，供电可靠性和资产利用率明显提高，智能电网技术标准体系基本建成，关键技术和关键设备实现重大突破和广泛应用。

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【3】。

1.2智能电网的概念及特性

所谓智能电网即以物理电网为基础，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。

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。

按照我国著名能源问题专家武建东先生的描述，将智能电网称之为智能互动电网或互动电网，“互动电网”是指在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。

智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，简称为“坚强的智能电网”。

智能电网概念提出的时间虽然不长，但人们对这项变革的热情却极为高涨，其根本原因是，智能电网战略不仅为全球能源转型提供了一个重要的契机，更为电力设备行业提供了无限的商机和难得的发展机遇。

智能电网是人类面对电力供需平衡、新能源的接人、电网可靠性以及信息安全挑战的一种必然选择。

它代表了电网将来进化的一种愿景，结合先进的自动化技术、信息技术以及可控电力设备，支持从发电到用电的整个电力供应环节的优化管理，尤其是新能源的接人以及电网的安全运行。

智能电网在电网安全运行、可为用户可靠提供高质量电能前提下，提高能源使用效率，减少对环境影响，同时可以形成新的产业群，促进就业。

一般来说，智能电网具有以下功能特点：

1.自愈—稳定可靠

自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能，指无需或仅需少量人为干预，实现电力网络中存在问题元器件的隔离或使其恢复正常运行，最小化或避免用户的供电中断。

2.安全—抵御攻击

无论是物理系统还是计算机遭到外部攻击，智能电网均能有效抵御由此造成的对电力系统本身的攻击伤害以及对其他领域形成的伤害，一旦发生中断，也能很快恢复运行。

3.兼容—发电资源

传统电力网络主要是面向远端集中式发电的，通过在电源互联领域引入类似于计算机中的“即插即用”技术（尤其是分布式发电资源），电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型电源甚至是储能装置。

4.交互—电力用户

电网在运行中与用户设备和行为进行交互，将其视为电力系统的完整组成部分之一，可以促使电力用户发挥积极作用，实现电力运行和环境保护等多方面的收益。

5.协调—电力市场

与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接，有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平，电力系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。

6.集成—信息系统

实现包括监视、控制、维护、能量管理（EMS）、配电管理（DMS）、市场运营（MOS）、企业资源规划（ERP）等和其他各类信息系统之间的综合集成并实现信息自动化，在此基础上的业务集成【2】。

1.3智能电网的发展现状

1.3.1国外研究现状

在美国，奥巴马政府的经济刺激计划中，有大约45亿美元贷款用于智能电网投资和地区示范项目。

智能电网采用数字技术收集、交流、处理数据，提高电网系统的效率和可靠性。

智能电网的倡导者要让客户相信，智能电网将帮助客户减少电费支出。

另外，太阳能等分布式可再生能源、即插即拔式电动车等还将创造大量间接的工作机会，智能电网将带来数百万个“绿色就业机会”。

欧洲国家发展智能电网主要是促进并满足风能、太阳能和生物质能等可再生能源快速发展的需要，把可再生能源、分布式电源的接人及碳的零排放等环保问题作为侧重点。

日本构建智能电网以新能源为主。

日本将根据自身国情，主要围绕大规模开发太阳能等新能源，确保电网系统稳定构建智能电网。

日本政府计划在与电力公司协商后，开始在孤岛进行大规模的构建智能电网试验。

1.3.2国内研究进展

国内开展智能电网的体系性研究虽然稍晚，但在智能电网相关技术领域开展了大量的研究和实践，在输电领域，多项研究应用达到国际先进水平，在配用电领域，智能化应用研究也正在积极探索。

我国的智能电网与西方国家有所不同，是建立在特高压建设基础上的坚强的智能电网，中国式智能电网将以特高压电网为主干网架，利用先进的通信信息和控制技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的智能电网。

其特征将包括在技术上实现信息化、数字化、自动化和互动化，同时在管理上实现集团化、集约化精益化、标准化。

2009年2月2日，中国能源问题专家武建东在《全面推互动电网革命拉动经济创新转型》的文章中，明确提出中国电网必须实施“互动电网”革命性改造。

在2008年5月末召开的特高压国际大会上，国务院副总理张德江表示，中国将从实际出发积极探索符合中国国情的智能电网发展道路。

这是我国高层领导首次在公开场合表达对智能电网的态度。

会议上，国家电网公司公布，将分三个阶段推动坚强智能电网的建设：

2009年至2010年为规划试点阶段，重点开展“坚强智能电网”发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，及各环节试点工作；

2011年至2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；

2016年至2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。

这一宏伟蓝图让众多电力设备及自动化企业兴奋不已，并纷纷投入人力、物力、财力对智能电网进行技术研究，寄望能够在这一轮带有技术革命性质的行业洗牌中拔得头筹。

我国西部地区的电网建设水平低于东部，而西部有大量风电、太阳能等清洁能源等待接入电网，因此，预期我国清洁能源接人将在西部进行试点[3]。

1.3.3智能电网的发展前景和重要意义

我国地域广阔、资源与需求的分布不平，尤其是大规模可再生能源主要集中在西部地区，需要智能电网具有大容量的外送通道。

而在东部负荷密集区域，可再生能源的开发往往规模较小，且靠近负荷，需要智能电网能够兼容分布式利用同时不同于已处于电力需求饱和期的欧美等发达国。

经济上，发展迅速，电力需求每年保持高速增长，需要智能电网能够满足这种增长并确保电力安全、可靠供应以及不断提高的用户要求从。

我围电力发展的现状来看，我国目前正在大力建设特高压电网。

能够有力地构筑未来坚强智能电网的输电网架，华北、华东等区域电网已经开展了数字化变电站、调度集成等多项工作，使我国已经具备了较好的智能电网运行控制基础。

但是在配电网方面，我国地域辽阔，发展不均，大部分地区供电仍较薄弱，离智能配电和智能用电有较大差距。

同时由于超导、储能等技术仍在向成熟发展，分布式能源尚未进人大规模利用，智能电网在这些方面仍缺乏一定外部条件。

智能电网的建设是一个长期的战略，整个智能电网的投资是巨大的但由于系统降低了能耗和阻塞，提高了能量效率，获得了较高的电能质量和供电可靠性、较低的系统运行和维护费用。

减少了对发电和输配电的资产投入等等。

根据美国预计所带来的收益将超过400％。

由此还能带动以IT为特点的其他相关产业和服务业的大发展。

它将是一个必然的发展趋势同时智能电网是一个庞大的系统工程，它不仅需要电力行业中装备制造、建设、发电、运营、科研等几乎所有专业单位的参与，也需要多行业、多学科、多领域的交叉，更需要政府主导和政策支持。

这说明智能电网的发展和建设将会是前沿技术不断应用和集，电网运行方式不断变革的长期过程【12】。

目前，分布式能源在我国仅占较小比例，但可以预计在未来的若干年内，分布式电源不仅可以作为集中式发电的一种重要补充，还将在能源综合利用上占有十分重要的地位，因此，无论是解决城市的供电、还是解决边远和农村地区的用电问题，都具有巨大的潜在市场，一旦解决了主要的障碍和瓶颈，分布式能源系统将获得迅速发展。

给人们的生活带来的好处。

坚强智能电网的建设，将推动智能小区、智能城市的发展，提升人们的生活品质，包括以下内容：

1.让生活更便捷。

家庭智能用电系统既可以实现对空调、热水器等智能家电的实时控制和远程控制；

又可以为电信网、互联网、广播电视网等提供接入服务；

还能够通过智能电能表实现自动抄表和自动转账交费等功能。

2.让生活更低碳。

智能电网可以接入小型家庭风力发电和屋顶光伏发电等装置，并推动电动汽车的大规模应用，从而提高清洁能源消费比重，减少城市污染。

3.让生活更经济。

智能电网可以促进电力用户角色转变，使其兼有用电和售电两重属性；

能够为用户搭建一个家庭用电综合服务平台，帮助用户合理选择用电方式，节约用能，有效降低用能费用支出。

坚强智能电网的发展，使得电网功能逐步扩展到促进能源资源优化配置、保障电力系统安全稳定运行、提供多元开放的电力服务、推动战略性新兴产业发展等多个方面。

作为我国重要的能源输送和配置平台，坚强智能电网从投资建设到生产运营的全过程都将为国民经济发展、能源生产和利用、环境保护等方面带来巨大效益，具体包括以下内容：

1.在电力系统方面，可以节约系统有效装机容量；

降低系统总发电燃料费用；

提高电网设备利用效率，减少建设投资；

提升电网输送效率，降低线损。

2.在用电客户方面，可以实现双向互动，提供便捷服务；

提高终端能源利用效率，节约电量消费；

提高供电可靠性，改善电能质量。

3.在节能与环境方面，可以提高能源利用效率，带来节能减排效益；

促进清洁能源开发，实现替代减排效益；

提升土地资源整体利用率，节约土地占用。

4.其他方面，可以带动经济发展，拉动就业；

保障能源供应安全；

变输煤为输电，提高能源转换效率，减少交通运输压力，在这些方面具体包括以下部分：

1.能有效地提高电力系统的安全性和供电可靠性

利用智能电网强大的“自愈”功能，可以准确、迅速地隔离故障元件，并且在较少人为干预的情况下使系统迅速恢复到正常状态，从而提高系统供电的安全性和可靠性。

2.实现电网可持续发展

坚强智能电网建设可以促进电网技术创新，实现技术、设备、运行和管理等各个方面的提升，以适应电力市场需求，推动电网科学、进而实现可持续发展。

3.减少有效装机容量

利用我国不同地区电力负荷特性差异大的特点，通智能化的统一调度，获得错峰和调峰等联网效益；

同时通过分时电价机制，引导用户低谷用电，减小高峰负荷，从而减少有效装机容量。

4.降低系统发电燃料费用

建设坚强智能电网，可以满足煤电基地的集约化开发，优化我国电源布局，从而降低燃料运输成本；

同时，通过降低负荷峰谷差，可提高火电机组使用效率，降低煤耗，减少发电成本。

5.提高电网设备利用效率

首先，通过改善电力负荷曲线，降低峰谷差，提高电网设备利用效率；

其次，通过发挥自我诊断能力，延长电网基础设施寿命。

6.降低线损

以特高压输电技术为重要基础的坚强智能电网，将大大降低电能输送中的损失率；

智能调度系统、灵活输电技术以及与用户的实时双向交互，都可以优化潮流分布，减少线损；

同时，分布式电源的建设与应用，也减少了电力远距离传输的网损。

1.4论文研究的总体思路和主要内容

通过对文献的分析，本课题拟对智能电网环境下的发电系统的协调发展水平评行研究，主要内容如下:

1.介绍智能电网的相关概念及发展目标，结合发电系统的实际情况，指出智网对发电系统的影响，并提出智能电网环境下发电系统协调发展的涵义。

2.对智能电网环境下影响发电系统协调发展水平的相关因素进行分析，从内环境选取评价发电系统协调发展所需要的指标。

第2章智能电网环境下发电系统的发展

2.1电网可靠供电概述

电网是电能输送的承载者，从电网可靠供电角度，用户的需求主要体现在两个方面：

一是持续供电；

二是电能质量。

持续供电是电力企业向用户提供优质服务的目标之一。

电力系统网络一旦出现故障，破坏了供电的持续性，造成电力中断，小则给人们生活带来不便，大则会造成严重的经济损失。

电力供应的持续性和电能质量等可靠供电问题虽然最终体现在用户侧，但是受到从发电、输电、变电、配电、用电等各环节的影响，任何一个环节出现问题都有可能影响用户的供电可靠性。

根据统计，雷击跳闸、严重履冰引起的线路倒塌、断线等恶劣天气，偷盗线路塔材等人为破坏等为影响供电可靠性的主要因素。

另外，电网网架薄弱、设备老化等也有一定的影响。

建设智能电网符合我国国情，是电力系统发展的方向。

“坚强”和“智能”是中国坚强智能电网的基本内涵，只有形成“坚强”网架结构，构建“智能”的基础，实现信息化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用，才能充分发挥保护神“魔法”的威力，同时也为提高电网的可靠性提供了很好的方法。

2.2智能电网环境下发电系统的特征

智能电网既促进了发电系统的理性化发展，又对发电系统的发展提出了新的要求，主要体现在数字化、信息化和智能化等各个方面。

1.生产调度智能化

智能电网的一个重要特征就是为市场交易者构建更加成熟的电力市场，在这个成熟的电力市场中，交易更加灵活，交易种类也更加多样化，现货交易的比例将有所提高，这意味着，需求的变化将更加复杂，这就要求发电的生产和调度都要更加灵活，智能，随时应变变化的需求。

2.交易更加透明化

智能电网的另外一个特征就是为用户提供多种供选择的用电方案，电价的变化是透明的。

这就是说，在智能电网环境下，作为市场供需调节的一个重要工具电价的交易信息将更加透明化，这不仅是指用户的购电电价，也指发电商的售电电价，这种制度下，发电商能够进一步根据市场的交易信息调整自己的生产。

3.清洁化生产

智能电网的另一个重要特征就是为清洁能源提供电网接口。

这将大大提高清洁能源的生产能力，同时也将激励更多的投资商向可再生能源发电。

除此之外，伴随着技术的进步，可再生能源发电的低生产成本优势将逐渐明显，为获得利润，非可再生能源发电将会进一步研究生产成木的降低，而实现这一日标的主要途径就是引入高效发电机组，通过节能降耗降低生产成本，这将进一步推进发电系统的清洁化生产。

4.电源结构合理

当前我国电源结构不合理的一个重要体现就是火电装机容量比重太高，而火电发电量占总发电量的比例则更高。

这说明，尽管我国的可再生能源发展取得了显著的成绩，但是可再生能源装机容量比例还不是很高，由于发电量不稳定，可再生能源发电设备的利用效率一也非常低。

智能电网环境卜，这些发展瓶颈将不复存在，可再生能源发电将得到近一步发展，其装机容量比重和发电量比重将逐渐提高。

此外，低容量小火电机组将不能满足智能电网的调度要求，将逐渐退出市场，火电发电也将以大容量、清洁、高效机组为主，电源结构进一步趋于合理化。

5.安全化生产

为用户提供安全可靠性高的电能是智能电网的一个重要发展目标。

这不仅是要靠电网的建设来实现的，也要靠发电机组的安全可靠运行来实现。

由于市场交易主体的多样化和输电系统的畅通性，购电商可以选择向多个发电商购电，这样一来，那些高可靠性的发电机组将被优先选择，这将极大促进发电商的提高发电机组的发电可靠性，从而促进整个发电系统的安全化生产。

6.实时信息

智能电网要求机组的生产信息和环保数据都是实时可获得的，这样就有助于电网实现实时调度，因此发电机组的实时煤耗、实时环保数据都必须能够与调度中心实时可交流的。

7.与电网规划的协调性更高

智能电网带来的一系列变革使得发电的投资风险更高，因此发电商在进行投资前必须要充分考虑到电网的发展规划，评估当地电网的优势和劣势，只有这样才能保证日后获利，否则一旦与电网出现不协调的情况，那么就可能出现发出的电无法输送出去等情况。

8.信息化和数字化高度集成

数字化和信息化是智能电网发展的重要目标。

为顺应智能电网的要求，发电系统也亦如此，在将来，信息系统将遍布发电商的每个角落，包括办公信息系统、交易信息系统、仓储信息系统和生产信息系统等等。

未来的发电系统各项决策不再单纯由人决策，数字信息将为决策者提供更多的参考信息。

9.购电商多样化

智能电网为用户提供了更多的选择机会，用户不再只是向电网公司购电，它也可以选择直接与发电商购电，这样电网公司的单一购电垄断局面将被打破，购电市场将日益呈现出竞争的状态，购电价格将不再是单一的，这对发电商是有利的。

10.竞争激烈化

在以往的发电系统中，火电机组占绝对的主力，上网电价也以火电机组的生产成本为基准制定。

智能电网环境下，火电机组的成本优势将逐渐消失，发电市场将呈现出多种类型发电商进行竞争的局面，随着可再生能源发电比例的不断提升，市场的竞争也日趋激烈。

2.2.1智能电网环境下发电系统协调发展的涵义

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。

可持续发展是“协调一发展一持续”的综合反映和内在统一，其关键是系统间的协调、合作、互补和同步。

协调和发展是持续发展的“因”;

可持续发展是协调和发展的“果”因此，协调是可持续发展的基础和前提，是可持续发展的保证和制约，是可持续发展的关键和具体工作。

协调是