1、智能电网智能电网孙宏斌孙宏斌清华大学电机系清华大学电机系精选版2内容提纲一、智能电网基础一、智能电网基础二、二、2个问题个问题智能变电站与智能调度的互动智能变电站与智能调度的互动智能配电智能配电(电动汽车对电网的影响电动汽车对电网的影响)精选版3一、智能电网基础一、智能电网基础精选版4背景背景近几年欧美提出智能电网（近几年欧美提出智能电网（Smart Grid）概念概念期望现代电网变得更加智能，以满足电能期望现代电网变得更加智能，以满足电能供应的可靠、高效、优质和可持续发展。供应的可靠、高效、优质和可持续发展。无论在学术界还是工业界，都掀起了研发无论在学术界还是工业界，都掀起了研发热潮。热潮。
2、其直接驱动力是其直接驱动力是3个需求：（个需求：（1）新能源接）新能源接入的需求：分布式新电源；（入的需求：分布式新电源；（2）用户需求：）用户需求：电力市场下电网与用户的互动；（电力市场下电网与用户的互动；（3）老化）老化电力设施的更新等。需要一张电力设施的更新等。需要一张“新网新网”精选版5国外历史电力创新协会（电力创新协会（Electricity Innovation Institute (E2I) 2002年提出年提出Smart Grid概念概念聪慧电网体系结构联合会聪慧电网体系结构联合会GWAC（GridWise Architecture Council）用了）用了GridWise这
3、个词这个词 2003年美国能源部提出年美国能源部提出Grid 2030 Vision计划，强调计划，强调自愈电网、用户参与、保证电能质量等。自愈电网、用户参与、保证电能质量等。2005年欧洲提出年欧洲提出Smart Grid计划，侧重电网灵活、计划，侧重电网灵活、可靠、经济，并可以接入可再生能源。可靠、经济，并可以接入可再生能源。6精选版7国内历史2007年华东电网智能电网可行性研究，启动了高年华东电网智能电网可行性研究，启动了高级调度中心的研究和开发。（参与了高调中心的级调度中心的研究和开发。（参与了高调中心的研究和专著编写）三步走，研究和专著编写）三步走，2010年初步建成高调年初步建成高
4、调中心，中心，2020年建成初具智能特征的数字化电网，年建成初具智能特征的数字化电网，2030年争取建成具有自愈能力的智能电网。标志年争取建成具有自愈能力的智能电网。标志着中国开始进入该领域。着中国开始进入该领域。2009年年5月，国家电网公司提出建设中国坚强智月，国家电网公司提出建设中国坚强智能电网的愿景，四个基本特征：信息化、数字化、能电网的愿景，四个基本特征：信息化、数字化、自动化和互动化，六大环节：发、输、变、配、自动化和互动化，六大环节：发、输、变、配、用、调度用、调度南方电网同步开展了智能电网的研究和建设南方电网同步开展了智能电网的研究和建设2010年智能电网列入政府工作报告年智能
5、电网列入政府工作报告精选版8概念智能电网还没有统一定义，概念本身在不断丰智能电网还没有统一定义，概念本身在不断丰富之中。个人认为，智能电网概念以目标需求富之中。个人认为，智能电网概念以目标需求为指向，其笼统和不明确的特点反倒成了优点，为指向，其笼统和不明确的特点反倒成了优点，使现代电网所涉及的种类繁多且不断发展的技使现代电网所涉及的种类繁多且不断发展的技术得到了一个统一、全面和高层次的表述，因术得到了一个统一、全面和高层次的表述，因此是有生命力的。此是有生命力的。 一场革命，就像一场革命，就像IT、纳米技术、互联网以及电、纳米技术、互联网以及电网最初产生一样。已有很多新装置、技术在电网最初产生
6、一样。已有很多新装置、技术在电网得到利用，但未系统组织。就像网得到利用，但未系统组织。就像PC在被互联在被互联网连在一起之前，并没有发挥出其潜力一样。网连在一起之前，并没有发挥出其潜力一样。当这些智能装置和技术被有机集成到一个体系当这些智能装置和技术被有机集成到一个体系中协同工作时，就将发挥其最大价值，中协同工作时，就将发挥其最大价值，精选版9概念关键词其一是关键词其一是Smart，可译为聪慧、灵巧、智能；，可译为聪慧、灵巧、智能；其二是其二是Grid，可指配电网、输电网。，可指配电网、输电网。Smart Grid目前还没有一个被大家普遍接受的译法。目前还没有一个被大家普遍接受的译法。目前翻译
7、成智能电网或智能化电网。目前翻译成智能电网或智能化电网。国际上通常认为国际上通常认为Smart Grid是指这样的电网，通过是指这样的电网，通过现代信息、控制和材料等技术，使电网更积极、主现代信息、控制和材料等技术，使电网更积极、主动和灵活，使其运行更加可靠、高效、优质和环保。动和灵活，使其运行更加可靠、高效、优质和环保。这和通常我们所说的电网运行的安全、经济、电能这和通常我们所说的电网运行的安全、经济、电能质量和环保四大目标是一致的。质量和环保四大目标是一致的。精选版10smart grid的的7个目标个目标 (U.S. DOE) 1. 用户能主动参与电网运行用户能主动参与电网运行 2. 适
8、应所有形式的发电和储能接入适应所有形式的发电和储能接入 3. 适应新设备、新服务和市场的引入适应新设备、新服务和市场的引入 4. 提供适应满足提供适应满足21世纪经济发展需求的电能质量世纪经济发展需求的电能质量 5. 改善资产利用和运行效率改善资产利用和运行效率 6. 通过自动的预防控制、紧急控制和恢复控制抵御系统故障扰动通过自动的预防控制、紧急控制和恢复控制抵御系统故障扰动 7. 对于各种灾害事故系统能持续运行对于各种灾害事故系统能持续运行 智智 能能 电电 网网 精选版11争论的重大问题为何智能电网提得如此高？是否炒作？为何智能电网提得如此高？是否炒作？不是，未来视图：不是，未来视图：10
9、0%能源通过电形式，解决能能源通过电形式，解决能源环保、低碳等问题。源环保、低碳等问题。什么才是真正的智能电网技术？容易被炒作！什么才是真正的智能电网技术？容易被炒作！一次能量网络：特高压和配电哪个是智能电网？互一次能量网络：特高压和配电哪个是智能电网？互联电网和微电网哪个是智能电网？联电网和微电网哪个是智能电网？二次信息网络：调度中心集中控制和分布式控制哪二次信息网络：调度中心集中控制和分布式控制哪个是智能电网？个是智能电网？智能电网的哲学基础智能电网的哲学基础一对矛盾：集中协调一对矛盾：集中协调分散自治分散自治精选版12智能电网指标评价体系智能电网指标评价体系美国2007年能源独立与安全法
10、案要求：美国能源部每两年向国会汇报智能电网最新的部署进展以及未来部署中可能遇到的政策、政府的障碍。美国能源部第一次汇报报告2009年7月精选版13智能电网指标评价体系1 1、地区、区域以及国地区、区域以及国家电网间的协调政策家电网间的协调政策 2 2、分布式能源技术、分布式能源技术 3 3、输配电基础设施、输配电基础设施 4 4、信息网络和金融、信息网络和金融 四大类、二十项评价内容四大类、二十项评价内容 精选版141、地区、区域以及国家电网间的协调政策、地区、区域以及国家电网间的协调政策（1）动态定价 实行实时电价、尖峰电价和分时电价的用户比例（工业、商业、居民） 实行实时电价、尖峰电价和分
11、时电价的负荷比例（工业、商业、居民）（2）实时系统运行数据共享 单位变电站SCADA量测点数据共享率 输电网同步向量测量（PMU）点数据共享率渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 较低较低发展趋势发展趋势 中等中等渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 中等中等发展趋势发展趋势 中等中等精选版151、地区、区域以及国家电网间的协调政策（3）分布式能源入网政策 具备标准的分布式能源入网政策的电力公司比例及政策的共享率（4）智能电网投资的政策回报 通过政策优惠收回的智能电网投资加权平均百分比渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 中等中等发展趋势发展趋势 中等中等渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 较低较低发展趋势发展趋势
12、 中等中等精选版162、分布式能源技术（5）负荷参与 可中断电价、直接负荷控制和在激励措施下消费者自行控制的负荷部分百分比（占夏季峰荷）（6）微电网供应的负荷 在运行中的微电网数量 微电网容量（单位：MW） 微电网容量占整个电网夏季容量的百分比渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 较低较低发展趋势发展趋势 较低较低渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 较低较低精选版172、分布式能源技术（7）与电网相连接的分布式发电与储能设备 火、水、生物燃料的分布式发电百分比 蓄电池和飞轮储能百分比 不可调度可再生能源百分比 以上百分比包括以上百分比包括MW, MWh两种两种, 占所有分占
13、所有分布式设备以及所有发电机组布式设备以及所有发电机组渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 较低较低发展趋势发展趋势 较高较高精选版182、分布式能源技术（8）电动汽车和即插式混合动力汽车的市场渗透率 上路的轻型汽车（包括电动汽车和即插式混合动力汽车）的总数和百分比（9）电网响应的、非发电的需求侧设备 按工业、商业、居民分类，具有智能响应能力的全国负荷总容量 每年全国用于购买智能的、电网响应设备的零售额渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 较低较低渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 较低较低精选版193、输配电基础设施（10）输配电可靠性 SAIDI
14、-人均年停电时间（min） SAIFI-人均年停电人次（次） CAIDI-停电者人均年停电时间（min）=SAIDI/SAIFI，等效于平均恢复供电时间 MAIFI-人均小于5min年停电次数（次）（11）输配电自动化 具备自动控制功能变电站的百分比渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 成熟期成熟期发展趋势发展趋势 降低降低渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 中等中等发展趋势发展趋势 较高较高精选版203、输配电基础设施（12）高级计量表计（AMI） 已经计划或安装的高级计量表计数量 采用高级计量表计的负荷百分比（13）高级量测系统（WAMS,IEDs） 高级量测系统的总数 具备高级量测系统的变电站百分
15、比 由这些各类量测技术支撑的应用数量渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 较低较低发展趋势发展趋势 较高较高渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 较低较低发展趋势发展趋势 中等中等精选版213、输配电基础设施（14）容量因子 年平均发电机负载率（%） 年平均单位英里长度输电线路负载率（%/英里） 年平均配电变压器负载率（%）（15）发电、输电和配电效率 电力发电和输配电的能源效率 其中，发电效率细分为煤炭、石油、天然气，其中，发电效率细分为煤炭、石油、天然气，非化石燃料不在考虑之列。输配电的效率主要非化石燃料不在考虑之列。输配电的效率主要指网络损耗。指网络损耗。渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 成熟期成熟期
16、发展趋势发展趋势 平稳平稳渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 成熟期成熟期发展趋势发展趋势 改进改进精选版223、输配电基础设施（16）线路动态增容技术 应用动态线路定容技术的输电线路条数 应用动态线路定容技术的输电线路英里百分比 因使用动态线路定容技术而获得的年均输电能力增量（MW-mile）（17）电能质量 消费者抱怨电能质量问题的百分比（不包括停电）渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 较低较低渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 成熟期成熟期发展趋势发展趋势 降低降低精选版234、信息网络和金融（18）网络安全）网络安全 电力企业遵守电力工业安全性标准的程度电力企业遵守电
17、力工业安全性标准的程度（19）开放的架构和标准）开放的架构和标准 互用性成熟度等级互用性成熟度等级在电力系统利益相关在电力系统利益相关者间实现的互用性成熟度等级的加权平均者间实现的互用性成熟度等级的加权平均（20）智能电网初创企业的风险投资）智能电网初创企业的风险投资 在国内每年用于智能电网初创企业的风险在国内每年用于智能电网初创企业的风险投资资金总额投资资金总额 渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 初生期初生期渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 初生期初生期渗透率渗透率/ /成熟度成熟度 初生期初生期发展趋势发展趋势 较高较高精选版24精选
18、版25智能变电技术智能变电技术精选版26p设备信息和运行维护策略与电力调度全面互动，设备信息和运行维护策略与电力调度全面互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理；实现基于状态的全寿命周期综合优化管理；p枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能变电枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能变电站；站；p实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障各级电网安全稳定运行各级电网安全稳定运行 归结为：智能变电站技术（最关心）归结为：智能变电站技术（最关心）目标和关键技术精选版27智能
19、输电技术智能输电技术精选版28p建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网；展的坚强电网；p全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理；全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理；（基于航测和卫星定位等线路（基于航测和卫星定位等线路数字化、可视化设数字化、可视化设计计。集成应用新技术、新材料、新工艺，实现线。集成应用新技术、新材料、新工艺，实现线路路功能可靠、节约环保、状态可见、运行灵活功能可靠、节约环保、状态可见、运行灵活。节约占地和投资，全寿命周期性能和指标达到最节约占地和投资，全寿命周期性能和指标达到最优优）p广泛采用灵活交流输电技术，提
20、高线路输送能力广泛采用灵活交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性。（特高压串补、可和电压、潮流控制的灵活性。（特高压串补、可控电抗器、短路电流限制器、百兆乏级控电抗器、短路电流限制器、百兆乏级STATCOM、SVC，FACTS、统一潮流控制器等）、统一潮流控制器等）目标和关键技术精选版29p建立线路综合防灾和安全保障信息共享机制和技建立线路综合防灾和安全保障信息共享机制和技术平台。（实现对线路影响较大的冰冻雨雪、地术平台。（实现对线路影响较大的冰冻雨雪、地震、台风、洪水、山体滑坡、雷暴等自然灾害信震、台风、洪水、山体滑坡、雷暴等自然灾害信息的监测、分析、预报，实现线路仿真、灾害
21、预息的监测、分析、预报，实现线路仿真、灾害预警和应急演练分析，提高线路综合防灾和安全保警和应急演练分析，提高线路综合防灾和安全保障能力。）障能力。）目标和关键技术精选版30输电线路的实时动态增容技术动态传输容动态传输容量量实际负荷实际负荷 静态传输容静态传输容量量（3 3）线路张力监测）线路张力监测（2 2）线路表面温度监测）线路表面温度监测（1 1）基于）基于天气的动态天气的动态传输容量设传输容量设置置（4 4）直接监测线路弧垂）直接监测线路弧垂95%95%的时间能增加的时间能增加10%15%10%15%传输容量传输容量 85%85%的时间能增加的时间能增加20%25%20%25%传输容量传
22、输容量 精选版31智能调度技术智能调度技术精选版32调度在智能电网中的定位 全面提高调度在资源优化配置中的作用全面提高调度在资源优化配置中的作用 增强容纳大可增强容纳大可再生能源的能力再生能源的能力 提升电网运行调度提升电网运行调度的智能化水平的智能化水平提高利用分布提高利用分布式能源的能力式能源的能力 发挥负荷参与调发挥负荷参与调度运行的能力度运行的能力运用市场机制引运用市场机制引导供需平衡导供需平衡 全面提高电网运行安全经济水平全面提高电网运行安全经济水平 全面提高调度驾驭复杂大电网的能力全面提高调度驾驭复杂大电网的能力 精选版33调度员调度员运行方式运行方式电网智能调度电网智能调度辅助决
23、策：由辅助决策：由人工分析型人工分析型自动决策型自动决策型电力系统电力系统精选版34安全正常状态安全正常状态不安全正常状态不安全正常状态待恢复待恢复状态状态故障状态故障状态2 2、预防性控制、预防性控制4 4、快速恢复控制、快速恢复控制3 3、智能报警和、智能报警和快速故障隔离快速故障隔离最优运行点最优运行点1 1、快速优化控制、快速优化控制四种状态，四道防线四种状态，四道防线精选版35p大停电往往是由偶然事故引发的连锁故障。大停电往往是由偶然事故引发的连锁故障。而这种而这种“偶然偶然”往往涉及到往往涉及到检修计划考虑检修计划考虑不周不周、运行方式不合理运行方式不合理、调度处置不当调度处置不当等等多方面组合。多方面组合。p因此，电网调度运行中的不同时间尺度的因此，电网调度运行中的不同时间尺度的各个环节都需要有科学、量化的评估手段各个环节都需要有科学、量化的评估手段和决策工具，包括：和决策工具，包括：日前校核、事前预警、日前校核、事前预警、事中诊断、事后恢复事中诊断、事后恢复精选版36
