1、智能配电网概述和关键技术12内容n智能配电网概述n智能配电网关键技术智能配电网概述34什么是智能电网？n一个集成了通信、计算机、电子新技术，满足未来能源需求的电力输配系统。n2004年，美国电科院“IntelliGird”报告n应用数字技术，提高从大型发电厂，经过输配环节，再到电力用户与不断增长的分布式发电和储能装置的整个电力系统的可靠性、安全性和效率。n2008年，美国能源部“智能电网入门”5坚强智能电网n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，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖
2、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。n2009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”规划对“智能电网”的解释n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。n2011年3月，中国“十二五”规划。7智能电网的含义n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。n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
3、电系统中应用的一种总称。n这些新技术的应用不是孤立的、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。n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。n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10新能源发电并网问题n新能源发电带来的问题n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。n风电
4、、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n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 大量的分布式电源（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n据报道2020年电动车比例将达10%n电动汽车百公里耗电约15度n2015年，电动车充电负荷将达300亿度。n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。n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。n电动车可在电网需要时向其送电1
5、3对供电质量提出了新要求n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n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。n停电给社会带来的经济损失十分可观n据报道，美国每年的停电损失超过1500亿美元。n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。n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
6、 25.81.330.1 0.25200615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n世界发达国家的线损率在4%6%n2008年中国电网线损率为6.79%.n2002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%。n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 新电网新电网（智能电网）（智能电网）18建设智能电网，配电网是重点/1n直接面向用户，作用举足轻重。n对供电质量有着决定性的影响n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
7、家)运营成本（美国）19建设智能电网，配电网是重点n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。n国际上发电、输电、配电投资比例一般在1：左右，中国在2000年前的投资比例是1：。n智能电网的“新意”主要体现在配电网上n可再生能源发电（分布式电源)主要在配电网接入。n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n安全n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。n可靠n供电可靠率达到4个9，重点区域6个9。n最大可能地减少短时供电中断21智能配电网特征n优质n供电电压合格率超过99%n谐波含
8、量低于国家标准n最大程度地减少电压骤降n高效n提高供电设备平均载荷率，不低于50%。n减低线损率，不超过4%。22智能配电网特征n兼容n解决新能源发电并网问题、支持分布式电源大量接入n允许的可再生能源发电、分布式电源渗透率大于50%n互动n能量互动n用电信息互动23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n2000年颁布可再生能源法n可再生能源发电强制、立即并网并优先全额收购n给予可再生能源发电固定上网电价n补贴费用由所有电力用户分摊可再生能源
9、发电n2012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。n个别配电网光伏装机超过其平均负荷的三倍n配电网已出现阻塞现象n系统扰动时，分布式电源反孤岛保护动作，已带来稳定问题。n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26意大利、奥地利屋顶光伏照片27德国光伏装机容量分布28德国光伏上网电价与零售电价智能配电网关键技术2930n配电自动化n配电网自愈n有源配电网n微电网n柔性交流配电（DFACTS）n高级量测体系（AMI）n用户互动技术31为什么要搞配电自动化？n传统的管理方式依赖人工看图、巡视、调度n这种“盲管”方式已不能适应现代配电网控制
10、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(DA)的内容n指中压配电网的自动化与信息化，包括：n配电网实时运行监控自动化，一般称配网自动化。n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Data serverswitch100Mwork stationcablecableDTUTTUDTUFTUE1/10M switchE1/10M switchopticalS D H配电子站配电子站 1配电子站
11、配电子站 2配电子站配电子站 334配电自动化的作用n提高供电可靠性nDA供电可靠率达到4个9的重要技术手段n及时发现并消除故障隐患n故障定位、隔离与自动恢复供电n提高容量利用率n减少或延缓扩容投资，经济效益显著n提高电压质量n降低损耗n提高管理效率35国内外配电自动化应用情况n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n法国DEF、意大利ENEL基本实现了全覆盖n中国配电自动化发展情况n研究与应用始于上世纪90年代n大城市、中心城市基本都建设了配电网自动化系统n实用化程度有待提高36即插即用通信技术n目前DA通信规约存在的问题n只解决了数据传输问题，实现互联互通还需要“数据
12、规约”说明数据“是什么”。n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。n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n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n解决问题的途径：应用IEC61850标准n数据模型、通信服务接口标准化nIEC TC57 成立了WG17工作组负责制定IEC61850在分布式电源与配电自动化中应用的标准nIEC61850逻辑节点覆盖了绝大部分配电自动化应用n个别应用，如故障指示等需要重新定义逻辑节点n通信协议采用WebServicen需要增加注册/发现功能3
13、8基于IEC61850的DA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n自愈含义n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。n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。n自愈的衡量标准n不影响配电网安全运行，避免或减少用户的故障损失。40配电网故障自愈的作用n提高供电质量n减少停电次数（包括短时停电次数)n减少停电时间n减少电压骤降影响n90%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
14、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n在线监测n故障预警n小电流接地故障自愈控制n接地电流自动补偿n故障选线与定位n短路故障自愈控制n继电保护：切除故障元件n馈线自动化：故障定位、故障隔离与自动恢复供电n计划孤岛/微网供电42什么是有源配电网?n分布式电源高速渗透的配电网n功率与故障电流双向流动n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n是一个电能交换与分配网络n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 即接即忘阶段即接即忘阶段nFix and Forget 或Connect and F
15、orgetn用于分布式电源发展早期n将分布式电源看作“负功率”负荷而忽略其影响n不需要对现有配电网进行调整和改造。n严格限制分布式电源的接入容量n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 宽限接入阶段宽限接入阶段n不再对接入容量进行硬性限制n保证配电网安全与电能质量合格的前提下，允许最大程度地接入分布式电源。n对配电网进行适当的技术改造，提高接纳能力。45分布式电源并网三个发展阶段 主动网络管理阶段主动网络管理阶段n允许分布式电源主动参与有功功率和无功功率调整n具备低电压穿越能力n对配电网、分布式电源以及负荷进行协调控制与调
16、度管理n充分发挥配电网与分布式电梯潜力，实现有源配电网的优化运行。n是分布式电源并网技术的发展方向46有源配电网关键技术n有源配电网规划n潮流与故障分析n分布式电网并网n继电保护n电压无功控制n分布式电源调度管理n虚拟发电厂（Virtual Power Plant）47分布式电源并网标准对渗透率的规定n国家电网：小于25%n意大利：小于60%n西班牙：小于50%n美国、德国：没有硬性限制，在保证不过载、短路电流不超标、电能质量合格、保护控制有效的前提下，允许最大程度地进入。48什么微电网n微网（Micro Grid）：指接有分布式电源的配电子系统n独立型n并网型：即可并网运行亦可独立运行n微网
17、是一个预先设计好的孤岛，能够在主网脱离后正常运行。49典型微电网结构主网侧微网示例50微电网作用n微网较好地解决了DER大量接入与不改变配电网现有保护控制方式之间的矛盾。n仅在PCC点与大电网连接，避免了多个DER与大电网直接连接。n微网中DER主要用于区域内部负荷的供电，不向外输送或输送很小的功率，使得大电网可以不考虑其功率输出的影响，继续采用“既接既忘”的并网方法。n微网的作用n提高供电可靠性n更好地发挥分布式电源（分布式发电与储能装置）的作用n更好地进行需求侧管理51柔性交流配电技术n简称DFACTS，是电力电子装置在配电网中应用的技术。nDFACTS设备n静态无功补偿装置（TSC/TS
18、R)：连续调节电感、电容值n静态同步无功发生器(SVG/STATECOM)n动态不间断电源(DUPS)n固态开关(SSCB)n动态电压恢复器(DVR)n快速负荷转移开关52应用DFACTS设备实现不间断供电STATCOM在系统供电中断时将储能装置储存的能量转化为交流电，维持一段时间的正常供电。53高级量测体系（AMI）n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的系统。n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n根据电价变化选择用电时间n用户利用其分布式发电与储能装置参与削峰填谷n是传统AMR技术的新发展，属于用户自动化的内容。n国外许多供
19、电企业把实施AMI作为建设智能电网的第一步54集成分布式发电/储能系统55智能电表/1摘自：美国南加州爱迪生电力公司报告56智能电表/2n是用户自动化智能终端n功能n数据采集n开放式双向通信n停电检测n窃电检测n家电控制n与家庭用电自动化系统接口n远程维护、升级57通信系统n由非标专有通信系统向开放式的IP网络发展n支持多种应用n支持规模化应用，降低造价。n混合广域通信系统（WAN）n电力通信网+公共通信设施n通信介质n光纤复合低压电缆n无线：无线宽带局域网WiFi，局域低速无线网络ZigBee。n配电线路载波DLC58用户互动技术n互动内容n用电信息互动：用电信息双向即时交换n需求侧响应（Demand Response)：利用市场价格机制调整用户用电方式n互动作用n改善服务，提高用户满意度。n削峰填谷，提高资产利用率，减少固定资产投资。n适应可再生能源发电、电动车的发展要求
