智能电网论文.doc

智能电网论文.doc

《智能电网论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能电网论文.doc（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计（论文）

智能电网技术及应用现状

题目

系别

电力工程系

专业班级

学生姓名

指导教师

##年#月

II

华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）

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，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

STUDYONTHEDEVELOPMENTANDTECHNOLOGYOFSMARTGRID

Abstract

Forthecurrentsituationsthatelectricalpoweroperationenvironmentismorecomplex,thepowerorganizationreformconstantly,theelectricitymarketisformedstepbystep,thecurrentelectricalequipmentisoutdate,andforthesomanyproblemsthatlowenergyefficiency,poorpowerquality,lessinteractionbetweencustomersandpowergridcompany,thispaperdefinesthesmartgridthatissuitedtoChina'spowergridsituation,thepresentresearchstatusofsmartgridhomeandabroadaswellasthepracticalsignificanceofdevelopingsmartgridinChinaaresummarized.

Itsummarizesfivefeaturesforthesmartgridsuchasself-healing,interactive,optimization,compatibility,integrationandthedifferencesbetweensmartgridandtraditionalgrid,andthenintroducesthefoursystemsofsmartgridandtwofoundationsbeforebuildingthesmartgrid.Itispointedoutthattoimplementsmartgriditisnecessarytostrengthentheresearchanddevelopmentintworespects,i.e.,thebasictechnologiesandrealizationoffunctions.Basictechnologiesforsmartgridmainlycontainfourissues,namelypowerequipments,measurementandcommunicationdevices,informationmanagementsystem,decision-makingandcontroltheory;therealizationoffunctionsmainlycontainfiveissues,namelysmartcontrolcentre,smartsubstations,smarttransmissionanddistributionlines,smartrelayprotectionsystemandsmartdemandsidemanagement;theexistingenergystoragetechnologieswereplottedouttothethreedifferentmainapplicationoccasionswithutilityside,usersideandrenewableenergygeneration.Theapplicationplanningandbenefitassessmentmethodswerestudiedandsummarized.

Keywords:

smartgrid;distributedgeneration;smartmeter;energystorage

II

目录

智能电网技术及应用现状 I

摘要 I

ABSTRACT II

1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 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 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

结论 24

参考文献 25

致谢 27

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，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。

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”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&E）的测试合作项目。

2008年9月，谷歌与通用电气对外宣布共同开发清洁能源业务，核心是为美国打造国家智能电网，同时强调，21世纪的电力系统必须结合先进的能源和信息技术，而这正是通用电气和谷歌的优势领域。

2009年2月10日，谷歌表示已开始测试名为谷歌电表（PowerMeter）的用电监测软件。

该公司还向美国议会进言，要求在建设智能电网时采用非垄断性标准。

2009年1月25日，美国白宫最新发布的《复苏计划尺度报告》宣布：

将铺设或更新3000英里输电线路，并为4000万美国家庭安装智能电表。

美国还将集中对落后的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网，逐步实现太阳能、风能、地热能的统一入网管。

美国能源部西北太平洋国家实验室正在协助建立电网智能化联盟并进行实地示范，如近期完成的高级需求响应网络太平洋西北电网智能化试验台。

在该项目中，通过英维思控制器（InvestsControls）将家庭网关设备连接到装有IBM软件的新型高级仪表和可编程恒温器上，将112个家庭与实时电力价格信息联系起来。

最终结果表明，参与者节约了约10%的能源费用，并且需求响应良好。

加州已完成第一阶段试验性200万户小区先进电表系统（advancedmeteringinfrastructure，AMI）的安装，初步分析显示，节省电力可达16%~30%。

2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向[9]。

目前英、法、意等都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利的有关电网2001年已经率先实现了智能化。

文献[10]提到，法国电力公司日前正在美国诺福克试验一种特动态能源储存系统，它有助于电网协调来自北海的间歇性风电，法国电力公司同意与瑞士ABB公司之间的交易，即使用ABB公司SVCLight的“聪明电网”技术。

该系统将使用高技术的锂离子电池和超导体电力晶体管均衡连接风电场的配电网络负荷。

ABB称该系统将储存风电多余电力在高峰时期使用。

该项目是个协作研究、发展和示范项目。

2国内研究现状

虽然我国还没有从国家层面制定智能电网的发展战略，但在很多方面的研究成果已经为发展智能电网奠定了一定的基础。

华东电网公司于2007年在国内率先开展了智能电网可行性研究，并设计了2008—2030年“三步走”的行动计划，在2008年全面启动了以高级调度中心项目群为突破的第一阶段工作，以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网规划体系、建设企业统一信息平台为4条主线，力争到2010年全面建成华东电网高级调度中心，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。

2009年2月28日，作为华北公司智能化电网建设的一部分——华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组验收。

这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。

此外，该系统通过搭建并网电厂管理考核和辅助服务市场品质分析平台，能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。

在输电网建设方面，2006年底交流特高压示范工程奠基，2008年8月正式建成投运。

在控制系统新技术方面，由中国电力科学研究院等单位承担、周孝信院士担任首席科学家的国家973计划项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”研究人员开展了基于智能和专家系统的电力系统故障诊断和恢复控制技术研究，为智能型的电力系统动态调度与控制提供了基本的分析工具，开发成功电网在线运行可靠性评估、预警和决策支持系统平台，为新的智能化电网运行控制开发提供了系统的研发平台。

国家电网公司推行了SG186一体化平台建设，山东、浙江、江苏、上海等各省（市）电力公司都在积极推动用电信息采集系统、营销业务系统信息化建设等项目，并取得了突出成果。

在可再生能源发电方面，国家也启动了多项863高技术研究发展计划项目，在“十一五”期间，在三大先进能源技术领域设立重大项目和重点项目，包括：

以煤气化为基础的多联产示范工程，MW级并网光伏电站系统，太阳能热发电技术及系统示范等项目[11]。

1.4智能电网与目前电网的区别

从宏观上看，与传统电网管理运行模式相比，智能电网是一个完整的企业级信息框架和基础设施体系，它可以实现对电力客户、资产及运营的持续监视，提高管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平。

传统的电力分配方式，类似于经济学上的计划经济，电力资源没有被合理配置，造成能源和财富的损失，而智能电网将基本杜绝此类的浪费，它会把暂时不用的电卖给其他需要电力的人，供或需都由电力资源市场决定。

从微观上看，与传统电网相比，智能电网进一步优化各级电网控制，构建结构扁平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系结构，通过集中与分散相结合，灵活变换网络结构、智能重组系统结构、最佳配置系统效能、优化电网服务质量，实现与传统电网截然不同的电网构成理念和体系。

智能电网的和目前电网的具体区别如表1所示：

表1-1：

智能电网与目前电网区别

特征

目前

将来

激励/包括电力用户

电价不透明，缺少实时定价，选择很少。

充分的电价信息，实时定价，有许多方案和电价可供选择

提供发电/储能

集中发电占优，少量DG，DR，储能或可再生能源。

大量“即插即用”的分布式电源补助集中发电。

使市场化成为可能

有限的趸售市场，未很好的集成。

成熟，健壮，很好的趸售市场。

满足电能质量

需要

关注停运，不关心电能质量。

电能质量需保证，有各种各样的质量/价格方案可供选择。

优化

很少计及资产管理。

电网的智能化同资产管理软件深度集成。

自愈

扰动发生时保护资产。

防止断电，减少影响。

抵御攻击

对恐怖袭击和自然灾害脆弱

具有快速恢复能力。

2智能电网的体系及功能实现

2.1智能电网的体系

智能电网主要由四大体系构成，分别是高级计量体系、高级配电运行体系、高级输电运行体系和高级资产管理体系。

要形成上述四大体系，智能电网还必须具备两大基础，分别是灵活的网络结构和集成的通讯系统[12]。

2.1.1高级计量体系

高级计量体系AMI（AdvancedMeteringInfrastructure）是一个使用智能电表通过多种通信介质，按需或以设定的方式测量、收集并分析用户用电数据、能够提供开放式双向通信的系统，是智能电网的基础信息平台。

AMI可以实现电力供应商和用户的互动交流，电力供应商能精确地知道用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡，并且支持实时电价，用户可根据电价变化，选择用电时间，利用其分布式发电与储能设备参与削峰填谷，使用户由被动的电力消费者变为配电网运行控制的积极参与者。

由于AMI能够提供更多更精确的用户侧数据，文献利用AMI数据来提高对配电网状态评估的准确性。

文献介绍了AMI系统的结构、通信介质和协议，以及其主要特色，并给出了应用实例。

文献[13]针对AMI系统的网络安全进行分析，并给出了解决方案。

文献提出将AMI系统和配电网管理系统（DMS）相互整合，以提高电力企业的供电效率和可靠性。

总而言之，AMI授权给用户，使系统同负荷建立起联系，并让用户能够支持电网的运行，同时与电网友好的电器（GFAs）也可以帮助电网提高设备利用率和防止停电事故的发生。

AMI与智能电网其它组成部分的关系如图2.1所示。

图2.1AMI的功能结构关系图

2.1.2高级配电运行体系

高级配电运行体系ADOI（AdvancedDistributionOperationInfrastructure）主要的作用是使“自愈”功能得以实现。

主要包括高级配电自动化、配电快速仿真与模拟、分布式电源运行、AC/DC微网运行、新兴电力电子装置、配电SCADA、配电地理系统（GIS）七个部分。

各部分之间的关系高级配电运行体系ADOI（带有高级传感的）运行管理系统停运管理系统、高级配电自动化高级保护与控制、分布式电源运行、配电快速仿真与模拟、微网运行、新型电力电子装置、配电SCADA、配电GIS。

图2.2ADOI的功能结构关系图

配电快速仿真模块是含风险评估、自愈控制和优化的高级软件系统（包括EMS、DMS等功能）。

它为智能电网提供数学支持和预测能力。

主要能够实现电网运行状态估计、连续优化系统性能、提供比实时快速的预测仿真、把市场和政策对系统安全性和可靠性的影响定量化等功能。

在智能电网中，改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统更容易接入。

各种不同容量的分布式发电（如光伏发电、风电）和储能系统（如先进的电池系统、蓄能式混合动力交通工具和燃料电池）在所有的电压等级上都可以互联。

多台分布式发电机组间通过通信系统连接起来可形成一个可调度的“虚拟电厂”（VirtualPowerPlant）。

微网指接有分布式电源的配电子系统，是一个预先设计好的孤岛，主网脱离后可孤立正常运行，维持所有或部分重要用电设备的供电。

微电网与大电网是有机整体,可以灵活连接、断开,既可与大电网联网运行,也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。

微电网采用了大量先进的现代电力技术,如快速的电力电子开关与先进的变流技术、高效的新型电源及多样化的储能装置等，可以提高重要负荷的供电可靠性，满足用户定制的多种电能质量需求，更好地发挥分布式电源的作用[14]。

2.1.3高级输电运行体系

高级输电运行体系ATOI（AdvancedTransportationOperationInfrastructure）主要实现输电智能化，强调的是阻塞管理和降低大规模停运风险。

主要包括输电阻塞管理、输电SCADA、WAMS、输电GIS技术、EMS高级报警可视化、输电系统仿真与模拟等。

各部分之间的关系如图所示。

其中阻塞管理、输电SCADA、WAMS和输电GIS技术是核心。

图2.3ATOI功能关系结构图

输电阻塞管理的方法就是通过消减或者调整，重新进行电力分配。

传统的阻塞管理方法主要分为两类：

1）在考虑各种约束的基础上，直接利用最优潮流来计算最优发电计划；2）采用分布计算方法，首先得到无约束中标计划，随后根据约束条件调整不同节点处的机组出力，以满足电网运行的安全性要求。

输电WAMS/SCADA是随着GPS技术民用化而迅速发展起来的一项新技术,同步对