智能配電網(wǎng)技術(shù)資料

1、上午(shngw)好！GOOD MORNING！1共六十一頁智能(zh nn)配電網(wǎng)技術(shù)徐丙垠山東理工大學(xué)電氣電子(dinz)工程學(xué)院科匯電力自動化公司2013-05-102共六十一頁內(nèi)容(nirng)智能(zh nn)配電網(wǎng)概述智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)3共六十一頁智能(zh nn)配電網(wǎng)概述4共六十一頁什么(shn me)是智能電網(wǎng)？一個集成了通信、計算機、電子新技術(shù)，滿足未來能源需求的電力輸配系統(tǒng)。2004年，美國電科院“IntelliGird”報告應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，提高從大型(dxng)發(fā)電廠，經(jīng)過輸配環(huán)節(jié)，再到電力用戶與不斷增長的分布式發(fā)電和儲能裝置的整個電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和效率。2008

2、年，美國能源部“智能電網(wǎng)入門”5共六十一頁堅強(jinqing)智能電網(wǎng)堅強智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，具有信息化、自動化、互動化特征，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有(suyu)電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。2009年5月，中國國家電網(wǎng)“堅強智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略框架”6共六十一頁“十二五”規(guī)劃對“智能電網(wǎng)(dinwng)”的解釋將現(xiàn)代信息、通信和控制技術(shù)等深度集成應(yīng)用于電網(wǎng)各個領(lǐng)域，涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、儲能和調(diào)動環(huán)節(jié)，各參與主體之間信息共享、全面

3、互動、智能響應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)安全高效運行和效率最大化的現(xiàn)代電網(wǎng)。2011年3月，中國(zhn u)“十二五”規(guī)劃。7共六十一頁智能電網(wǎng)(dinwng)的含義代表現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展模式、一種電網(wǎng)建設(shè)理念，是人們對未來電網(wǎng)的愿景。不是具體的技術(shù)，是對因特網(wǎng)（IP）通信、信號傳感、自動控制、計算機、電力電子、超導(dǎo)材料等領(lǐng)域新技術(shù)在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用的一種總稱。這些(zhxi)新技術(shù)的應(yīng)用不是孤立的、單方面的，不僅僅是對傳統(tǒng)輸配電系統(tǒng)進行簡單地改進、提高。從提高電網(wǎng)整體性能、節(jié)省總體成本出發(fā)，將各種新技術(shù)與傳統(tǒng)的輸配電技術(shù)有機結(jié)合。滿足當今社會經(jīng)濟發(fā)展對電力系統(tǒng)的新要求8共六十一頁智能電網(wǎng)(dinwng)

4、是已有新技術(shù)應(yīng)用的綜合與升華智能(zh nn)電網(wǎng)是個筐？智能電網(wǎng) 現(xiàn)代電力技術(shù) 現(xiàn)代測控技術(shù)計算機技術(shù) 電力電子技術(shù)通信技術(shù) 傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)1+129共六十一頁智能電網(wǎng)(dinwng)新內(nèi)容新負荷：滿足電動車充電需求新能源：解決(jiju)可再生能源、分布式電源大量接入問題新要求：提高供電可靠性、提高資產(chǎn)利用、率、降低線損10共六十一頁新能源發(fā)電并網(wǎng)(bn wn)問題新能源發(fā)電帶來的問題新能源發(fā)電指還沒有大規(guī)模開發(fā)利用的新型能演形式，包括風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)、大水電等。風(fēng)電、太陽能發(fā)電的間歇性、隨機性特點給電力系統(tǒng)功率平衡、電壓無功控制帶來了困難可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電大量接入配電網(wǎng)使其成為

5、功率雙向流動的有源網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的保護控制、運行管理方式(fngsh)需要做出根本性地改變。11共六十一頁新能源發(fā)電(fdin)并網(wǎng)問題 大量的分布式電源（風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能設(shè)備(shbi)、熱電聯(lián)產(chǎn)等）將接入配電網(wǎng)，帶來一系列新問題。12共六十一頁電動車負荷(fh)問題據(jù)報道2020年電動車比例將達10%電動汽車百公里耗電約15度2015年，電動車充電負荷將達300億度。假如汽車全部電動化后，充電負荷將占總用電負荷的5%左右。電動車對充電時間要求不嚴格，屬于可平移負荷，是寶貴的功率平衡調(diào)度資源。電動車可在電網(wǎng)需要(xyo)時向其送電13共六十一頁對供電質(zhì)量提出(t ch)了新要求高科技數(shù)字設(shè)備

6、的廣泛應(yīng)用對供電可靠性提出了更高的要求重合閘、倒閘操作、拉路選線引起的短時停電會導(dǎo)致停工停產(chǎn)，引起嚴重后果。停電給社會帶來的經(jīng)濟損失十分可觀據(jù)報道(bodo)，美國每年的停電損失超過1500億美元。我國電科院專家對某沿海城市研究結(jié)果表明：停電每少供一度電帶來的經(jīng)濟損失近50元。粗略估計，我國每年的停電損失在2000億元以上。14共六十一頁供電(n din)可靠性監(jiān)管與DA 一些國家（地區(qū)）采取與停電時間、停電次數(shù)掛鉤(gugu)的獎罰措施國家（地區(qū)）停電時間（mins)停電次數(shù)年度目標盲區(qū)區(qū)間目標盲區(qū)區(qū)間英國倫敦46.10 30%0.3620 25%2008/09美國加州PG&E161 10

7、25.81.330.1 0.25200615共六十一頁對供電質(zhì)量提出(t ch)了新要求我國城市用戶年平均停電時間與國際(guj)水平的對比，2005年。16共六十一頁需進一步提高資產(chǎn)(zchn)利用效率世界發(fā)達國家的線損率在4%6%2008年中國電網(wǎng)(dinwng)線損率為6.79%.2002年美國的供電設(shè)備平均載荷率不足50%，載荷率在90%以上時段不足5%。中國供電設(shè)備的平均利用率不足35%我國東南某省年負荷分布曲線17共六十一頁新挑戰(zhàn)、新技術(shù)(jsh)、新電網(wǎng)新負荷新能源新要求 新電網(wǎng)（智能電網(wǎng)）新技術(shù)18共六十一頁建設(shè)智能(zh nn)電網(wǎng)，配電網(wǎng)是重點/1直接(zhji)面向用戶，

8、作用舉足輕重。對供電質(zhì)量有著決定性的影響損耗、投資（合理情況下）、運營成本遠大于輸電網(wǎng)停電時間損耗 投資比例（發(fā)達國家)運營成本（美國）19共六十一頁建設(shè)智能(zh nn)電網(wǎng)，配電網(wǎng)是重點我國配電網(wǎng)投資相對不足(bz)，自動化、智能化程度遠低于輸電網(wǎng)，已成為制約電力系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。國際上發(fā)電、輸電、配電投資比例一般在1：0.45：0.7左右，中國在2000年前的投資比例是1：0.21：0.12。 智能電網(wǎng)的“新意”主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)上可再生能源發(fā)電（分布式電源)主要在配電網(wǎng)接入。支持需求側(cè)響應(yīng)，實現(xiàn)與用戶互動，創(chuàng)新用戶服務(wù)的著眼點在配電網(wǎng)。20共六十一頁智能(zh nn)配電網(wǎng)特征安全能夠(n

9、nggu)很好地抵御戰(zhàn)爭攻擊、恐怖襲擊與自然災(zāi)害的破壞，避免出現(xiàn)大面積停電?？煽抗╇娍煽柯蔬_到4個9，重點區(qū)域6個9。最大可能地減少短時供電中斷21共六十一頁智能(zh nn)配電網(wǎng)特征優(yōu)質(zhì)供電電壓合格率超過99%諧波含量低于國家標準最大程度地減少(jinsho)電壓驟降高效提高供電設(shè)備平均載荷率，不低于50%。減低線損率，不超過4%。22共六十一頁智能(zh nn)配電網(wǎng)特征兼容解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問題(wnt)、支持分布式電源大量接入允許的可再生能源發(fā)電、分布式電源滲透率大于50%互動能量互動用電信息互動23共六十一頁分布式電源(dinyun)在丹麥丹麥(dn mi)1980年代的集中發(fā)電系

10、統(tǒng)丹麥今天的分布式發(fā)電系統(tǒng)分布式發(fā)電比例超過60%24共六十一頁德國配電網(wǎng)分布式電源(dinyun)已高度滲透2000年頒布可再生能源法可再生能源發(fā)電強制、立即并網(wǎng)并優(yōu)先全額收購給予可再生能源發(fā)電固定上網(wǎng)電價補貼費用由所有(suyu)電力用戶分攤可再生能源發(fā)電2012年5月25日中午德國光伏發(fā)電功率22GW，提供了40%的負荷功率。個別配電網(wǎng)光伏裝機超過其平均負荷的三倍配電網(wǎng)已出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象系統(tǒng)擾動時，分布式電源反孤島保護動作，已帶來穩(wěn)定問題。配電網(wǎng)功率雙向流動，有源配電網(wǎng)已成為現(xiàn)實。25共六十一頁德國坎斯坦茨屋頂(w dn)光伏照片26共六十一頁意大利、奧地利屋頂(w dn)光伏照片27共六十

11、一頁德國光伏裝機容量分布(fnb)28共六十一頁德國光伏上網(wǎng)(shn wn)電價與零售電價29共六十一頁智能(zh nn)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)30共六十一頁配電(pi din)自動化配電網(wǎng)自愈有源配電網(wǎng)微電網(wǎng)柔性交流配電（DFACTS）高級量測體系（AMI）用戶互動技術(shù)31共六十一頁為什么要搞配電(pi din)自動化？傳統(tǒng)的管理方式依賴人工看圖、巡視、電話(dinhu)調(diào)度這種“盲管”方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代配電網(wǎng)控制管理的需要美國阿拉巴馬電力公司配電調(diào)度圖板（2007年前）32共六十一頁配電(pi din)自動化(DA)的內(nèi)容指中壓配電網(wǎng)的自動化與信息化，包括：配電網(wǎng)實時運行監(jiān)控自動化，一般(ybn)

12、稱配網(wǎng)自動化。配電網(wǎng)生產(chǎn)管理的自動化、信息化饋線自動化用戶自動化WAN變電所自動化AMR配電GIS/DPMS供電企業(yè)信息集成DSCADA/FA調(diào)度自動化/EMSCISTCM33共六十一頁配網(wǎng)自動化系統(tǒng)(xtng)的構(gòu)成Data serverswitch100Mwork stationcablecableDTUTTUDTUFTUE1/10M switchE1/10M switchopticalS D H配電子(dinz)站 1配電子站 2配電子站 334共六十一頁配電(pi din)自動化的作用提高供電可靠性DA供電可靠率達到4個9的重要技術(shù)手段及時發(fā)現(xiàn)并消除故障隱患故障定位、隔離與自動恢復(fù)供電

13、提高容量利用率減少或延緩擴容投資，經(jīng)濟效益顯著(xinzh)提高電壓質(zhì)量降低損耗提高管理效率35共六十一頁國內(nèi)外配電(pi din)自動化應(yīng)用情況中國香港、新加坡電網(wǎng)公司、東京電力公司等全面實現(xiàn)了配電自動化法國DEF、意大利ENEL基本實現(xiàn)了全覆蓋中國配電自動化發(fā)展情況研究(ynji)與應(yīng)用始于上世紀90年代大城市、中心城市基本都建設(shè)了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)實用化程度有待提高36共六十一頁即插即用通信(tng xn)技術(shù)目前DA通信規(guī)約存在的問題只解決了數(shù)據(jù)傳輸問題，實現(xiàn)互聯(lián)互通還需要“數(shù)據(jù)規(guī)約”說明數(shù)據(jù)“是什么”。數(shù)據(jù)按模擬量、狀態(tài)量、控制量等類型打包傳輸，數(shù)據(jù)含義(hny)（來源）不明，無法直接

14、對號入座。終端與主站之間需要人工通過書面文件的交流說明數(shù)據(jù)的具體來源、含義終端設(shè)備沒有自描述功能，不能用標準的文件格式描述自身包含的數(shù)據(jù)與服務(wù)。37共六十一頁即插即用通信(tng xn)技術(shù)解決問題的途徑：應(yīng)用IEC61850標準數(shù)據(jù)模型、通信服務(wù)接口標準化IEC TC57 成立了WG17工作組負責(zé)制定(zhdng)IEC61850在分布式電源與配電自動化中應(yīng)用的標準IEC61850邏輯節(jié)點覆蓋了絕大部分配電自動化應(yīng)用個別應(yīng)用，如故障指示等需要重新定義邏輯節(jié)點通信協(xié)議采用WebService需要增加注冊/發(fā)現(xiàn)功能38共六十一頁基于(jy)IEC61850的DA通信體系結(jié)構(gòu)主站與終端通信采用(c

15、iyng)IP網(wǎng)絡(luò)通信通信規(guī)約可選用MMS IEC 60870-5-104WebService39共六十一頁配電網(wǎng)自愈(z y)基本概念自愈含義故障預(yù)防：在線監(jiān)視與診斷電網(wǎng)運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并消除事故隱患。故障恢復(fù)：故障發(fā)生后，快速切除(qich)并隔離故障，避免影響電網(wǎng)的安全運行與供電質(zhì)量，或?qū)⒐收系挠绊懡抵磷钚?。自愈的衡量標準不影響配電網(wǎng)安全運行，避免或減少用戶的故障損失。40共六十一頁配電網(wǎng)故障(gzhng)自愈的作用提高供電質(zhì)量減少停電(tn din)次數(shù)（包括短時停電(tn din)次數(shù))減少停電時間減少電壓驟降影響90%以上的用戶停電時間是由配電網(wǎng)原因引起的，其中相當一部分是由故障

16、引起的。不同電壓等級停電比例中國城市故障停電比例（2010）發(fā)達國家故障停電比例41共六十一頁配電網(wǎng)故障自愈(z y)控制研究內(nèi)容在線監(jiān)測故障預(yù)警小電流接地故障自愈控制(kngzh)接地電流自動補償故障選線與定位短路故障自愈控制繼電保護：切除故障元件饋線自動化：故障定位、故障隔離與自動恢復(fù)供電計劃孤島/微網(wǎng)供電42共六十一頁什么(shn me)是有源配電網(wǎng)?分布式電源高速滲透的配電網(wǎng)功率與故障電流雙向流動給配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、保護控制與運行管理提成了新的課題是一個(y )電能交換與分配網(wǎng)絡(luò)是配電網(wǎng)的發(fā)展方向，在丹麥、德國等國家已經(jīng)成為現(xiàn)實。43共六十一頁分布式電源并網(wǎng)(bn wn)三個發(fā)展階段

17、即接即忘階段Fix and Forget 或Connect and Forget用于分布式電源發(fā)展早期將分布式電源看作“負功率”負荷而忽略其影響不需要對現(xiàn)有配電網(wǎng)進行調(diào)整和改造。嚴格限制分布式電源的接入容量美國(mi u)電網(wǎng)企業(yè)曾要求一條饋線上接入的分布式電源的容量不大于其最小負荷功率的10%。44共六十一頁分布式電源并網(wǎng)(bn wn)三個發(fā)展階段 寬限接入階段不再對接入容量(rngling)進行硬性限制保證配電網(wǎng)安全與電能質(zhì)量合格的前提下，允許最大程度地接入分布式電源。對配電網(wǎng)進行適當?shù)募夹g(shù)改造，提高接納能力。45共六十一頁分布式電源(dinyun)并網(wǎng)三個發(fā)展階段 主動網(wǎng)絡(luò)管理階段允許(

18、ynx)分布式電源主動參與有功功率和無功功率調(diào)整具備低電壓穿越能力對配電網(wǎng)、分布式電源以及負荷進行協(xié)調(diào)控制與調(diào)度管理充分發(fā)揮配電網(wǎng)與分布式電梯潛力，實現(xiàn)有源配電網(wǎng)的優(yōu)化運行。是分布式電源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向46共六十一頁有源配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)有源配電網(wǎng)規(guī)劃潮流與故障分析分布式電網(wǎng)并網(wǎng)繼電保護電壓無功(w n)控制分布式電源調(diào)度管理虛擬發(fā)電廠（Virtual Power Plant）47共六十一頁分布式電源并網(wǎng)(bn wn)標準對滲透率的規(guī)定國家電網(wǎng)：小于25%意大利：小于60%西班牙：小于50%美國、德國：沒有硬性限制，在保證不過(bgu)載、短路電流不超標、電能質(zhì)量合格、保護控制有效的前提下，允許

19、最大程度地進入。48共六十一頁什么(shn me)微電網(wǎng)微網(wǎng)（Micro Grid）：指接有分布式電源的配電子系統(tǒng)獨立型并網(wǎng)型：即可并網(wǎng)運行亦可獨立運行微網(wǎng)是一個預(yù)先設(shè)計好的孤島，能夠(nnggu)在主網(wǎng)脫離后正常運行。49共六十一頁典型微電網(wǎng)(dinwng)結(jié)構(gòu)主網(wǎng)側(cè)微網(wǎng)示例(shl)50共六十一頁微電網(wǎng)(dinwng)作用微網(wǎng)較好地解決了DER大量接入與不改變配電網(wǎng)現(xiàn)有保護控制方式之間的矛盾。僅在PCC點與大電網(wǎng)連接，避免了多個DER與大電網(wǎng)直接連接。微網(wǎng)中DER主要用于區(qū)域內(nèi)部負荷的供電，不向外輸送或輸送很小的功率，使得大電網(wǎng)可以不考慮其功率輸出的影響，繼續(xù)采用(ciyng)“既接既忘”

20、的并網(wǎng)方法。微網(wǎng)的作用提高供電可靠性更好地發(fā)揮分布式電源（分布式發(fā)電與儲能裝置）的作用更好地進行需求側(cè)管理51共六十一頁柔性(ru xn)交流配電技術(shù)簡稱DFACTS，是電力(dinl)電子裝置在配電網(wǎng)中應(yīng)用的技術(shù)。DFACTS設(shè)備靜態(tài)無功補償裝置（TSC/TSR)：連續(xù)調(diào)節(jié)電感、電容值靜態(tài)同步無功發(fā)生器(SVG/STATECOM)動態(tài)不間斷電源(DUPS)固態(tài)開關(guān)(SSCB)動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)快速負荷轉(zhuǎn)移開關(guān)52共六十一頁應(yīng)用(yngyng)DFACTS設(shè)備實現(xiàn)不間斷供電STATCOM在系統(tǒng)供電中斷時將儲能(ch nn)裝置儲存的能量轉(zhuǎn)化為交流電，維持一段時間的正常供電。53共六十一頁高級(goj)量測體系（AMI）是一個使用智能電表通過多種通信介質(zhì)，按需或以設(shè)定的方式測量、收集并分析用戶用電數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。使用戶由被動的電力消費者變?yōu)榕潆娋W(wǎng)運行控制的積極參與者根據(jù)電價變化選擇用電時間用戶利用其分布式發(fā)電與儲能裝置參與削峰填谷是傳統(tǒng)AMR技術(shù)的新發(fā)展，屬于用戶自動化的內(nèi)容。國外許多供電(n din)企業(yè)把實施AMI作為建設(shè)智能電網(wǎng)的第一步54共六十一頁集成分布式發(fā)電/儲能(ch nn)系統(tǒng)55共六十一頁智能(zh nn)電表/1摘自：美國(mi u)南加州愛迪生電力公司報告56共六十一頁智能(zh nn)電