智能配电网技术--徐丙垠(山东理工大学)优质PPT.ppt

1、2009年5月，中国国家电网“坚强智能电网建设发展战略框架”6“十二五十二五”规划对规划对“智能电网智能电网”的解释的解释将现代信息、通信和控制技术等深度集成应用于电网各个领域，涵盖发电、输电、变电、配电、用电、储能和调动环节，各参与主体之间信息共享、全面互动、智能响应，能够实现电力系统安全高效运行和效率最大化的现代电网。2011年3月，中国“十二五”规划。7智能电网的含义智能电网的含义代表现代电网发展模式、一种电网建设理念，是人们对未来电网的愿景。不是具体的技术，是对因特网（IP）通信、信号传感、自动控制、计算机、电力电子、超导材料等领域新技术在输配电系统中应用的一种总称。这些新技术的应用不

2、是孤立的、单方面的，不仅仅是对传统输配电系统进行简单地改进、提高。从提高电网整体性能、节省总体成本出发，将各种新技术与传统的输配电技术有机结合。满足当今社会经济发展对电力系统的新要求8智能电网是已有新技术应用的综合与升华智能电网是已有新技术应用的综合与升华智能电网是个筐？智智能能电电网网 现代电力技术现代电力技术 现代测控技术现代测控技术计算机技术计算机技术 电力电子技术电力电子技术通信技术通信技术 传统输配电网传统输配电网1+129智能电网新内容智能电网新内容新新新新负负荷：荷：满满足足足足电动车电动车充充充充电电需求需求需求需求新能源：解决可再生能源、分布式新能源：解决可再生能源、分布式电

3、电源大量接入源大量接入源大量接入源大量接入问题问题新要求：提高供新要求：提高供电电可靠性、提高可靠性、提高可靠性、提高可靠性、提高资产资产利用、率、降低利用、率、降低利用、率、降低利用、率、降低线损线损10新能源发电并网问题新能源发电并网问题新能源发电带来的问题新能源发电指还没有大规模开发利用的新型能演形式，包括风电、太阳能、生物质、大水电等。风电、太阳能发电的间歇性、随机性特点给电力系统功率平衡、电压无功控制带来了困难可再生能源发电、分布式发电大量接入配电网使其成为功率双向流动的有源网络，传统的保护控制、运行管理方式需要做出根本性地改变。11新能源发电并网问题新能源发电并网问题 大量的分布式

4、电源（风电、光伏发电、储能设备、热电联产等）将接入配电网，带来一系列新问题。12电动车负荷问题电动车负荷问题据报道2020年电动车比例将达10%电动汽车百公里耗电约15度2015年，电动车充电负荷将达300亿度。假如汽车全部电动化后，充电负荷将占总用电负荷的5%左右。电动车对充电时间要求不严格，属于可平移负荷，是宝贵的功率平衡调度资源。电动车可在电网需要时向其送电13对供电质量提出了新要求对供电质量提出了新要求高科技数字设备的广泛应用对供电可靠性提出了更高的要求重合闸、倒闸操作、拉路选线引起的短时停电会导致停工停产，引起严重后果。停电给社会带来的经济损失十分可观据报道，美国每年的停电损失超过1

5、500亿美元。我国电科院专家对某沿海城市研究结果表明：停电每少供一度电带来的经济损失近50元。粗略估计，我国每年的停电损失在2000亿元以上。14供电可靠性监管与供电可靠性监管与DA 一些国家（地区）采取与停电时间、停电次数挂钩的奖罚措施国家（地区）停电时间（mins）停电次数年度目标盲区区间目标盲区区间英国伦敦46.10 30%0.3620 25%2008/09美国加州PG&E161 10 25.81.330.1 0.25200615对供电质量提出了新要求对供电质量提出了新要求我国城市用户年平均停电时间与国际水平的对比，2005年。16需进一步提高资产利用效率需进一步提高资产利用效率世界发达

6、国家的线损率在4%6%2008年中国电网线损率为6.79%.2002年美国的供电设备平均载荷率不足50%，载荷率在90%以上时段不足5%。中国供电设备的平均利用率不足35%我国东南某省年负荷分布曲线17新挑战、新技术、新电网新挑战、新技术、新电网新新新新负负荷荷荷荷新能源新能源新能源新能源新要求新要求新要求新要求 新新电网网（智能（智能电网）网）新技新技新技新技术术18建设智能电网，配电网是重点建设智能电网，配电网是重点/1直接面向用户，作用举足轻重。对供电质量有着决定性的影响损耗、投资（合理情况下）、运营成本远大于输电网停电时间损耗 投资比例（发达国家）运营成本（美国）19建设智能电网，配电

7、网是重点建设智能电网，配电网是重点我国配电网投资相对不足，自动化、智能化程度远低于输电网，已成为制约电力系统发展的瓶颈。国际上发电、输电、配电投资比例一般在1：0.45：0.7左右，中国在2000年前的投资比例是1：0.21：0.12。智能电网的“新意”主要体现在配电网上可再生能源发电（分布式电源）主要在配电网接入。支持需求侧响应，实现与用户互动，创新用户服务的着眼点在配电网。20智能配电网特征智能配电网特征安全能够很好地抵御战争攻击、恐怖袭击与自然灾害的破坏，避免出现大面积停电。可靠供电可靠率达到4个9，重点区域6个9。最大可能地减少短时供电中断21智能配电网特征智能配电网特征优质供电电压合

8、格率超过99%谐波含量低于国家标准最大程度地减少电压骤降高效提高供电设备平均载荷率，不低于50%。减低线损率，不超过4%。22智能配电网特征智能配电网特征兼容解决新能源发电并网问题、支持分布式电源大量接入允许的可再生能源发电、分布式电源渗透率大于50%互动能量互动用电信息互动23分布式电源在丹麦分布式电源在丹麦丹麦丹麦1980年代的集中发电系统年代的集中发电系统丹麦今天的分布式发电系统丹麦今天的分布式发电系统分布式发电比例超过分布式发电比例超过60%24德国配电网分布式电源已高度渗透德国配电网分布式电源已高度渗透2000年颁布可再生能源法可再生能源发电强制、立即并网并优先全额收购给予可再生能源

9、发电固定上网电价补贴费用由所有电力用户分摊可再生能源发电2012年5月25日中午德国光伏发电功率22GW，提供了40%的负荷功率。个别配电网光伏装机超过其平均负荷的三倍配电网已出现阻塞现象系统扰动时，分布式电源反孤岛保护动作，已带来稳定问题。配电网功率双向流动，有源配电网已成为现实。25德国坎斯坦茨屋顶光伏照片德国坎斯坦茨屋顶光伏照片26意大利、奥地利屋顶光伏照片意大利、奥地利屋顶光伏照片27德国光伏装机容量分布德国光伏装机容量分布28德国光伏上网电价与零售电价德国光伏上网电价与零售电价29智能配电网关键技术智能配电网关键技术30配电自动化配电网自愈有源配电网微电网柔性交流配电（DFACTS）

10、高级量测体系（AMI）用户互动技术31为什么要搞配电自动化？为什么要搞配电自动化？传统的管理方式依赖人工看图、巡视、电话调度这种“盲管”方式已不能适应现代配电网控制管理的需要美国阿拉巴马电力公司配电调度图板（2007年前）32配电自动化配电自动化（DA）的内容的内容指中压配电网的自动化与信息化，包括：配电网实时运行监控自动化，一般称配网自动化。配电网生产管理的自动化、信息化馈线自动化馈线自动化用户自动化用户自动化WAN变电所自动化变电所自动化AMR配电GIS/DPMS供电企业信息集成DSCADA/FA调度自动化/EMSCISTCM33配网自动化系统的构成配网自动化系统的构成Data serve

11、rswitch100Mwork stationcablecableDTUTTUDTUFTUE1/10M switchE1/10M switchopticalS D H配电子站配电子站 1配电子站配电子站 2配电子站配电子站 334配电自动化的作用配电自动化的作用提高供电可靠性DA供电可靠率达到4个9的重要技术手段及时发现并消除故障隐患故障定位、隔离与自动恢复供电提高容量利用率减少或延缓扩容投资，经济效益显著提高电压质量降低损耗提高管理效率35国内外配电自动化应用情况国内外配电自动化应用情况中国香港、新加坡电网公司、东京电力公司等全面实现了配电自动化法国DEF、意大利ENEL基本实现了全覆盖中国

12、配电自动化发展情况研究与应用始于上世纪90年代大城市、中心城市基本都建设了配电网自动化系统实用化程度有待提高36即插即用通信技术即插即用通信技术目前DA通信规约存在的问题只解决了数据传输问题，实现互联互通还需要“数据规约”说明数据“是什么”。数据按模拟量、状态量、控制量等类型打包传输，数据含义（来源）不明，无法直接对号入座。终端与主站之间需要人工通过书面文件的交流说明数据的具体来源、含义终端设备没有自描述功能，不能用标准的文件格式描述自身包含的数据与服务。37即插即用通信技术即插即用通信技术解决问题的途径：应用IEC61850标准数据模型、通信服务接口标准化IEC TC57 成立了WG17工作

13、组负责制定IEC61850在分布式电源与配电自动化中应用的标准IEC61850逻辑节点覆盖了绝大部分配电自动化应用个别应用，如故障指示等需要重新定义逻辑节点通信协议采用WebService需要增加注册/发现功能38基于基于IEC61850的的DA通信体系结构通信体系结构主站与终端通信采用IP网络通信通信规约可选用MMS IEC 60870-5-104WebService39配电网自愈基本概念配电网自愈基本概念自愈含义故障预防：在线监视与诊断电网运行状态，及时发现并消除事故隐患。故障恢复：故障发生后，快速切除并隔离故障，避免影响电网的安全运行与供电质量，或将故障的影响降至最小。自愈的衡量标准不影

14、响配电网安全运行，避免或减少用户的故障损失。40配电网故障自愈的作用配电网故障自愈的作用提高供电质量减少停电次数（包括短时停电次数）减少停电时间减少电压骤降影响90%以上的用户停电时间是由配电网原因引起的，其中相当一部分是由故障引起的。不同电压等级停电比例中国城市故障停电比例（2010）发达国家故障停电比例41配电网故障自愈控制研究内容配电网故障自愈控制研究内容在线监测故障预警小电流接地故障自愈控制接地电流自动补偿故障选线与定位短路故障自愈控制继电保护：切除故障元件馈线自动化：故障定位、故障隔离与自动恢复供电计划孤岛/微网供电42什么是有源配电网什么是有源配电网?分布式电源高速渗透的配电网功率与故障电流双向流动给配电网的规划设计、保护控制与运行管理提成了新的课题是一个电能交换与分配网络是配电网的发展方向，在丹麦、德国等国家已经成为现实。43分布式电源并网三个发展阶段分布式电源并网三个发展阶段 即接即忘阶段即接即忘阶段Fix and Forget 或Connect and Forget用于分布式电源发展早期将分布式电源看作“负功率”负荷而忽略其影响不需要对现有配电网进行调整和改造。严格限制分布式电源的接入容量美国电网企业曾要求一条馈线上接入的分布式电源的容量不大于其最小负荷功率的10%。44分布式电源并网三个发展阶段分布式电源并网三个发展阶段 宽限接入阶段宽限接入阶段不