智能电网学习材料报告.docx
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智能电网学习材料报告
智能电网概述
概念性内容：
1.电网是电力网的简称，通常是指联系发电与用电，由输电、变电、配电设备及相应的二次系统等组成的统一整体。
现代电网是目前世界上结构最复杂、规模最大的人造系统和能量输送网络。
2．随着世界经济的的发展，能源需求量的持续增长，环境保护问题的日益严峻，调整和优化能源结构，应对全球气候变化，实现可持续发展成为人类社会普遍关注的焦点，更成为电力工业实现转型发展的核心驱动力。
再次背景下，只能电网成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。
第一节
1．电网的建设历程，始终是求进步、谋发展的探索过程，始终是依靠科技进步和技术创新迎接挑战、实现超越的实践过程。
2.电气化成为社会现代化水平和文明进步的重要标志
3.三大发明1866年西门子自励式直流发电机
1876贝尔电话
1879爱迪生点灯
开创了电气化新纪元
4.2009年底：
额定容量5000MW的±800kV云南-广东特高压直流输电工程成功实现单极投产；额定容量6400MW的±800kV四川向家坝-上海特高压直流输电示范工程带电调试成功；中国成为当今世界直流输电电压等级最高的国家。
5.人们开始重新审视电网的功能定位：
除电力输送等传统功能外，电网更是资源优化配置的载体，是现代综合运输体系和网络经济的重要组成部分，电网的发展也因此面临前所未有的机遇与挑战。
6.（安全可靠和经济高效）：
电网规模日益扩大，一方面有利于提高资源优化配置能力，有利于大规模可再生能源的接入和输出；另一方面，电网运行与控制的复杂程度越来越高，发生大面积停电的风险也日益加大，对实现电能的安全传输和可靠供应提出重大挑战，电网的坚强可靠成为普遍关注的焦点。
7.促进电力清洁生产，降低电力输送损耗，全面优化电力生产、输送和消费全过程，成为电网发展的必然选择。
经济高效的电网必将极大的推动低碳电力、低碳能源、乃至低碳经济的发展。
第二节
1.智能电网，是将先进的传感器技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。
2.智能电网的智能化主要体现在：
①可观测
②可控制
③实时分析与决策
④自适应和自愈
3.一般认为智能电网的特征：
坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化。
4.发展智能电网的驱动力：
解决能源安全与环保问题，应对气候变化。
5.中国发展智能电网的驱动力：
①充分满足经济社会快速发展和电力负荷高速持续增长的需求②确保电力供应的安全性和可靠性③提高电力供应的经济型④大力发展可再生能源，调整优化电源结构，提高电网接入可再生能源的能力和能源供应的安全性⑤提高电能质量，为用户提供优质电力和增值服务。
⑥适应电力市场化的要求，玉华资源配置，提高电力企业的运作、管理水平和效益，增强电力企业的竞争力。
6.国网公司建设坚强智能电网理念：
立足自主创新，建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网。
按照“统一规划、统一标准、统一建设”的原则和“统筹规划、统一标准”
7.坚强智能电网：
是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。
8.“坚强”与“智能”是现代电网的两个基本发展要求。
“坚强”是基础，“智能”是关键。
强调坚强网架与电网智能化的有机统一，是以整体性、系统性的方法来客观描述现代电网发展的基本特征。
9.坚强智能电网是安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动的电网：
1，安全可靠是指具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；经济高效是指提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用；清洁环保是至促进清洁能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重；透明开放是指电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放；宇豪互动是指实现电网运行方式的灵活调整，友好兼容各类电源盒用户接入，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节
10.信息化、自动化、互动化是坚强智能电网的基本技术特征：
信息化是坚强智能电网的基本途径，体现为对实时和非实时信息的高度集成和挖掘能力；自动化是坚强电网发展水平的直观体现，依靠高效的信息采集传输和集成应用，实现电网自动运行控制与管理水平提升；互动化是坚强智能电网的内在要求，通过信息的实时沟通与分析，实现电力系统各个环节的良性互动和高效协调，提升用户体验，促进电能的安全、高效、环保应用
11.坚强智能电网的技术体系包括电网基础体系、技术支撑体系、智能应用体系和标准规范体系。
电网基础体系是电网系统的物质载体，是实现“坚强”的重要基础；技术支撑体系是指先进的通信、信息、控制等应用技术，是实现“智能的基础”；智能应用体系是保障电网安全、经济、高效运行，最大效率地利用能源和社会资源，为用户提供增值服务的具体体现；标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规范，以及试验、认证、评估体系，是建设坚强智能电网的制度保障。
12.国家电网公司坚强智能电网建设分为3个阶段，按照“统一规划、分步实施、试点先行、整体推进”的原则建设实施。
第一阶段：
试点阶段；第二阶段：
全面建设阶段；第三阶段：
引领提升阶段。
13.坚强智能电网的重要意义和主要作用概括为：
（1）具备强大的资源优化配置能力；
（2）具备良好的安全稳定运行水平；
（3）适应并促进清洁能源发展；
（4）实现高度智能化的电网调度；
（5）满足电动汽车等新型电力用户的服务要求；
（6）实现电网资产高效利用和全寿命周期管理；
（7）实现电力用户与电网之间的便捷互动；
（8）实现电网管理信息化和精益化；
（9）发挥电网基础设施的增值服务潜力。
第二章智能电网基础技术
1.智能电网基础技术主要包括：
传感与测量技术、电力电子技术、超导技术、电网仿真技术、可视化技术、控制决策技术以及信息通信技术。
2.传感与量测技术将在智能电网中得到广泛的应用。
传感器：
是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。
光纤传感器一般分为3类：
（1）功能型光纤传感器
（2）非功能型光纤传感器（3）拾光型光纤传感器；与传统传感器相比优点为：
以光学测量为基础，更稳定、更可靠、更准确，不受电磁干扰、体积小、重量轻、可挠曲、灵敏度高、动态范围大、电绝缘性能好、在易燃易爆、强腐蚀、强电磁场等恶劣环境中能够稳定工作。
智能传感器技术的特点：
（1）通过软件技术可实现高精度的信息采集
（2）具有一定的自动编程能力（3）功能多样化
3.传感器网络的基本要素：
传感器、感知对象和观察者。
4.RFID射频识别：
从20世纪90年代开始走向成熟的一种非接触式自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。
5.实时通信技术：
通信系统的技术要求主要包括：
（1）支持保护和控制的高速、实时通信；
（2）支持电力系统应用的宽带网；
（3）能够处理应用发展所需的最高速率
（4）能够访问所有的地点，以支持监控和保护功能；
（5）在部分网络出现故障的情况下仍能连续工作。
6.广域测量系统由：
PMU（相量测量装置）、主站（控制中心）和通信系统组成。
其中PMU分为集中式（用于测量集中于单个集控室的厂站）和分布式（用于测量分布较为分散厂站）两种，具有同步相量测量、时钟同步、运行参数监视、实时记录数据及暂态过程监录等功能
主站接收、存储、转发、处理各子站的同步相量数据，根据子站的相量数据得到各子站对于参考站的功角差。
在此基础上，主站进行系统状态的动态监测，在系统出现异常扰动时能及时报警，并启动各子站的录波；另外，检测系统可以通过实时通信接口与EMS交换信息。
主站分为3个层结构：
下层的数据通信主要功能是与PMU通信以及实时接收相量数据；中间层是实时数据库，主要功能室存储和管理测量数据；上层为动态信息应用层，提供量测数据与其他系统的接口。
通信系统
广域测量系统是按照分层分区原则进行信息传递的。
7.基于WAMS量测的电网动态测量及决策支持功能包括：
（1）电网安全报警；
（2）电网功角稳定分析；
（3）电网电压稳定性分析；
（4）电网扰动识别
（5）风电厂运行监视；
（6）电网运行支持。
8.混合状态估计
状态估计为调度运行员提供了系统运行的实时状态，其准确性在很大程度上决定了电网调度的可靠性。
传统的状态估计是在RTU采集量上进行计算，鱼鱼PMU在数据测量的同步性及精度上的优点，基于SCADA和WAMS的混合状态估计性能得到了进一步提高。
目前混合状态估计主要包括以下两种方法：
（1）以SCADA数据为主的状态估计;
（2）以WAMS为主的状态估计.
9.广域保护
分为；
（1）基于广域测量技术的继电保护；
（2）一种智能紧急控制系统，它不是针对个别元件的故障，主要解决电力系统大范围稳定破坏、连锁反应事故。
第二类广域保护主要分为：
（1）基于电网事件监测的广域保护
（2）基于电网动态响应的广域保护。
10.根据任务环境、时间跨度及空间范围等特点，广域保护系统工作流程可以分为4个层次：
（1）任务和子任务：
任务是控制系统接受的来自调度人员的最宏观的命令，其内容包括保证电力系统的稳定性；子任务是对任务的分解，通常包括保证电力系统的暂态稳定、动态稳定、热稳定、电压稳定、频率稳定等。
（2）行为：
是广域保护系统为了应付不断变化的电网状态而采取的一种控制序列，每个控制序列都需要完成一定的工作目标。
常见的行为如提高某区域电网的频率、电压等；
（3）轨迹：
是电力系统在广域保护控制后的运动轨迹。
规划轨迹是电力系统在未来一点时间所期望经过的轨迹。
规划轨迹的时间长度一般为几百毫秒到几秒钟。
（4）控制：
是由广域保护系统产生的，由各个控制执行机构执行的最底层控制指令，如解列线路、控制机组出力等。
11.大电网失步保护的难点主要体现在以下方面：
（1）大电网失步保护需要互相配合；
（2）基于局部测量的失步保护原理在大电网失步协调控制方面很困难
12.电力电子技术：
是使用电力电子期间对电能进行变换和控制的技术，是电力技术、电子技术和控制技术的融合。
优点：
更快的响应速度、更好的可控性和更强的控制功能，为智能电网的快速、连续、灵活控制提供了有效的技术手段。
13.FACTS装置:
主要应用于超高压输电系统中，容量大多为百兆伏安级，因此其主电路设计对电力电子期间选型有如下要求：
（1）容量大
（2）开关频率较低
（3）损耗较低
（4）可方便的串并联使用
14.功率器件串联技术
为了提高半导体开关的阻断电压，功率器件可以串联使用。
只有在串联器件处于理想的静态和动态均压时，才能最大程度地利用其耐压能力。
影响串联器件电压均衡分配的主要因素包括：
（1）串联器件的开关特性不一致
（2）串联器件的开关漏电流不一致
（3）串联器件的回路杂散电感不一致
（4）串联器件驱动电路的延时特性不一致
15.功率器件并联技术
功率器件并联使用时的电流分配不均主要包括静态（稳态）电流不均和动态（瞬态）电流不均。
静态电流不均主要由器件的饱和压降不一致引起，而动态电流不均则由并联器件的开关特性不一致引起。
电流不均将导致并联器件发热不均，甚至损坏器件。
该技术要活的理想的均流效果，可以从以下方面着手：
（1）尽量选取特性一致的器件进行并联
（2）使用独立的栅极电阻消除寄生振荡
（3）选用同样的驱动电路，尽可能降低驱动电路的输出阻抗和贿赂寄生电感
（4）设计和安装时尽可能使用电路布局对称和引线最短，以减少寄生参数的影响
（5）将并联器件置于相同散热条件下，尽量减少模块工作坏境温度的差异。
16.冷却散热技术
散热性能的好坏是影响大功率电力电子装置可靠性的重要因素。
大功率电力电子装置的散热设计包括散热器的结构设计和冷却介质的选择。
冷却介质的选择则应考虑体积、重量、可靠性以及辅助设备的能耗等。
冷却介质的选择则应考虑电气绝缘性、化学稳定性、对材料的腐蚀性、对环境的影响和易燃性。
目前大功率电力电子装置常用的冷却介质包括空气、油和水。
17空气冷却方式：
常用的空气冷却方式包括自然冷却和强迫风冷两种。
自然冷却通过空气的自然对流及辐射作用将热量带走；强迫风冷式依靠流动空气来散热。
优缺点
冷却方式
优点
缺点
自然冷却
结构简单、无噪声、维护方便、可靠性高，非常实用于额定电路在20A以下的器件或简单装置中的大电流器件
散热效率较低
强迫风冷
散热效率较高、传热系数是自冷方式的2-4倍
噪声大、容易吸入灰尘、可靠性相对降低、维护相对困难
18.热管式散热方式：
热管是一种新型高效的传热元件，具有优异的传热性能，传热效率高，沿轴向的等温特性好，20世纪70年代得到重视，但由于用氟利昂作为冷却介质，易对环境造成污染，尽在早期用于牵引变流器。
19.液态冷却方式：
可将导热系数较之气体冷却提高2个数量级，所以一直被公认为是大功率电力电子装置散热的有效方法。
通常采用的冷却液介质为油和纯水，冷却系统需要利用循环泵来保证冷却液在热源和冷源之间循环，以交换热量。
具体分为：
（1）油冷式散热器：
比空气冷却性能好，却从冷却效果和环境影响方面劣于水冷。
（2）水冷式散热器：
散热效率高，但绝缘性较差，普通水易导致电腐蚀和漏电，只能在低压下使用。
（3）循环式水冷系统：
经历了直流式、敞开式和密闭式的发展阶段，如今由于密闭式循环水冷系统的冷却效率高、体积小、没有污染和节约水资源等优点，在国际上得到了广泛的应用。
但也有系统相对复杂的缺点。
20.电力电子技术在智能电网中的应用
电力电子技术能够提高电网安全经济运行水平，增强电网灵活性和可靠性，是智能电网的先进控制和调节手段。
电力电子技术在智能电网中的应用主要体现在以下方面：
（1）提升电网资源优化配置能力
（2）提高电网安全稳定运行水平
（3）提高清洁能源并网运行控制能力
（4）提高电网服务能力
（5）代替本地发电装置，向偏远地区、岛屿等小容量负荷供电。
（6）城市配电网增容改造
21.超导技术：
超导产品：
（1）超导电缆
（2）超导故障电流限制器
（3）超导磁储能系统
（4）超导变压器
（5）超导电机
（6）超导无功补偿装置
22.仿真分析及控制决策技术
电网仿真分析及控制决策主要任务是对电网状态进行分析、决策、控制，保障电网安全、可靠、经济运行，它相当于智能电网的“大脑”功能。
数字仿真技术：
将电力系统的全部元件均采用数字模型进行模拟。
可分为：
（1））频域仿真与时域仿真
频域仿真
着重分析电力系统在频域下的响应情况，用于低频振荡、次同步振荡等
时域仿真
着重分析电力系统在时域下的动态过程，通过建立系统模型、分析系统变化曲线，来分析系统的稳定性
（2）机电暂态仿真、电磁暂态仿真和中长期动态仿真
（3）实时仿真与非实时仿真
（4）离线仿真与在线仿真
23.数字仿真技术进展：
（1）机电暂态-电磁暂态混合仿真技术
（2）分网并行计算技术
23.智能电网对数字仿真技术的需求：
1.预测和决策支持能力
2.能够即时跟踪系统状态
智能电网需要电力系统仿真提供：
3.对电力系统运行趋势进行预测
4.对决策措施进行模拟
于是，数字仿真所应具有的功能也应运而生：
1.实时在线安全分析、评估及预警
2.运行方式在线优化
3.基于超时仿真的安全分析，为电网自愈控制提供基础分析计算的支撑手段
数字仿真所应具有的功能：
4.从运行和规划的观点对电网进行分析，并为运行人员推荐方案
5.计及市场、政策等因素，定量分析其对系统安全性和可靠性的影响
24.发展趋势
（1）快速仿真算法研究
（2）仿真基础数据研究
（3）仿真模型研究
（4）大规模电力系统数字实时仿真技术研究
25.可视化技术：
是指将抽象的事物或过程变成图形图像的表示方法。
通过可视化图形展示，可以直接得到揭示电网运行趋势和本层的高层次信息，及时洞察已存在的一场和潜在的事故隐患，加强对电网宏观信息的把握，为电力调度、运行以及管理人员提供直观高效的分析工具。
智能电网对可视化技术的要求：
必须提供可视化的图形展示手段，为电力系统的监视控制、智能电网调度、分析、规划等提供保证。
26.可视化技术在智能电网中的应用展望：
（1）与电力系统应用相结合，进行数据挖掘
（2）提高可视化展示的效率，丰富展示手段，扩大可视化的应用范围
（3）提高可视化展现方式对智能辅助决策的作用。
27.控制决策技术：
分为
（1）预防控制决策技术和
（2）紧急控制决策技术
28.信息与通信技术：
将先进的通信技术、信息技术、传感测量技术、自动控制技术与电网技术密切结合，利用先进的智能设备，构建实时智能、高速管带的信息通信系统，支出多业务的灵活接入，为智能电网提供“即插即用”的技术保障，是电力信息与通信技术的发展方向。
信息技术：
分为
（1）空间信息技术；
（2）流媒体技术；
（3）信息的智能处理技术；
数据挖掘具有以下功能：
①描述②关联分析③分类④预测⑤聚类分析⑥偏差分析
（4）网络计算技术；
（5）云计算技术；
（6）信息安全技术；
29.通信技术：
（1）光纤通信技术
（2）无线通信技术
（3）电力线载波通信技术
（4）电力特种光缆
（5）IP接入网技术
30.物联网技术：
物联网的基本架构：
物联网是“物物相连的互联网”，通过射频识别、传感器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把物品与网络连接起来，进行信息交换的通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
物联网关键技术可分为三大类：
感知、网络和应用技术
。
大规模新能源发电
大规模储能
大规模新能源发电集中并网
第三章大规模新能源发电及并网技术
1.新能源发电：
主要是指利用风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等各种新型可再生能源进行发电。
我国由于资源状况与经济发展区域的逆向分布，决定了新能源发电具有大规模集中接入的特点。
新能源发电方式特点：
显著的间歇性和随机波动性，当并网规模较大时，将对电网的安全稳定运行带来影响
2.风力发电：
叶片共同组成风轮，它是把风的动能转变为机械能的重要部件
风电机组结构轮毂
并网大型风电机组可分为：
机舱由传动系统、偏航系统、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统组成
塔筒（塔架）用于支撑机舱和风轮
基础常采用钢筋混凝土结构，根据当地地质情况设计成不同的形式，周围还需设置防雷和接地系统
3.目前应用最多的并网型风电机组是三叶片、上风向、水平轴的风电机组，其中具有代表性的机组主要由以下4中：
（1）基于普通异步发电机的恒速风电机组
（2）基于异步发电机的最优滑差风电机组
（3）基于双馈感应发电机的变速风电机组
（4）基于同步发电机的变速风电机组
当前的主流机型：
基于双馈感应发电机的变速风电机组与基于同步发电机的变速风电机组（都属于变速恒频的风电机组）
4.并网风力发电系统：
并网风力发电系统是指风电机组与电网相联，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电场/机组、线路、变压器等。
5.光伏发电
光伏发电也称太阳能光伏发电。
光伏发电是利用半导体“光生伏打效应”将太阳辐射能直接转换为电能的发电方式。
将若干光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置等配套，构成光伏发电系统。
6.光伏阵列
光伏电池组：
单体光伏电池是光伏电池的基本单元，其容量较小，一般不能满足负载用电需求。
将几片、几十片或几百片单体光伏电池串、并联构成组合体，再讲组合体封装，引出正负极引线，成为光伏电池组
光伏阵列：
将若干个港服电池组根据负载容量大小要求，再串、并联组成较大的实际供电装置，称之为光伏阵列。
7.并网光伏发电系统：
并网光伏发电系统是指光伏发电系统与电网连接在一起，可以向电网输送有功功率和无功功率的发电系统，一般包括光伏阵列、控制器、逆变器、储能控制器、储能装置等。
并网光伏发电系统又可分为与建筑物结合的光伏发电系统和大规模荒漠/开阔地光伏电站两类。
8.太阳能热发电
太阳能热发电是利用聚光装置把手机到的太阳辐射能发送至接收器产生热空气或热蒸汽，推动汽轮机，带动与之相联的发电机进行发电。
类型：
可分为槽式、塔式、碟式系统3种基本类型。
优点
缺点
槽式
容量可大可小、安装维护方便、控制成本低
输热管路复杂、输热损失和阻力损失较大
塔式
聚光倍数高、方法简捷、具有较高的光热转换效率
所需要跟踪定位技术复杂且价格昂贵
碟式
光热转换效率高
规模小、技术还不成熟、高温吸收器较复杂且成本高、材料费用可观
9.与光伏相比，太阳能发电的特点：
（1）太阳能热发电能够进行热能储存，有利于系统调度，存储时间长，成本低，在没有阳光时能够产生电力。
（2）由于热电站具有热存储，而且热能容易存储，因此，与光伏发电相比，太阳能热发电的出力更为平滑。
（3）太阳能热发电要求太阳直射辐射，太阳跟踪控制比较困难。
10.太阳能热发电面临的问题和解决途径：
问题：
（1）太阳能能量密度低
（2）太阳能热发电系统的发电效率低
（3）太阳能供应不连续、不稳定，需要在系统中增加蓄热装置从而提高了成本。
解决途径：
（1）提高系统中关键部件的性能，大幅度降低太阳能热发电的投资成本
（2）研究开发新型太阳能热发电系统，对系统进行有机集成，提高转换效率
（3）将太阳能热发电系统和化石燃料发电系统互补，通过太阳能的利用来减少化石燃料热力发电系统中的燃料消耗量，同时也可以省略太阳能热发电系统中的储热装置，从而降低太阳能热发电的一次投资成本和运行成本。
11.大规模储能
目前的电能存储方式主要可分为：
抽水储能（目前相对成熟）
机械储能压缩空气储能
飞轮储能
超导磁储能
电磁储能
超级电容器储能
铅酸蓄电池
电化学储能钠硫电池
液流电池
冰蓄冷储能
相变储能
热电相变热储能
12抽水蓄能
抽水蓄能技术是目前应用较为广泛的一种蓄能技术。
抽水蓄能电站运行具有两大特性：
（1）既是发电厂，又是用户，其削峰填谷功能是任何类型发电厂所不具备的；
（2）机组启动迅速，运行灵活、可靠，对负荷的急剧变化可以做出快速反应。
抽水蓄能电站作为电力系统很重要的组成部分，可以起到以下作用：
（1）削峰填谷
（2）调频和快速跟踪负荷
（3）调相
（4）紧急事故备用
（5）系统特殊负荷
（6）保证特殊用电要求
（7）黑启动
13.压缩空气储能
优点：
便于储存，储能安全系数高、寿命长，可以冷启动、黑启动，响应速度快，主要用于峰谷调节、负荷平衡、频率调整、分布式储能和发电系统备用等。
14.飞轮储能
优点：
没有摩擦损耗、风阻小、效率高、寿命长、对环境没有影响，几乎不需要维护。
缺点：
能量密度较低、系统复杂，对转子、轴承要求较高。
15.电磁储能
超导磁储能优点：
（1）除了真空和制冷系统外，没有旋转机械部分和动密封问题，装置使用寿命较长；
（2）能量密度较高，可建成大容量系统；
（3）转换效率高，可达95%；
（4）通过变流器实现与电网的连接，响应速度快，约几毫秒至几十毫秒，能快速地对电网的电压和频率进行调节；
（5）装置建造不受地点限制，且维护简单、污染小；
高温超导材料的研发近年来取得了很大的进展，性能已基
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