未來的電力系統(tǒng)“一網(wǎng)三流”與技術(shù)對(duì)策

未來的電力系統(tǒng)——“一網(wǎng)三流”西安交通大學(xué)2004年7月21日張保會(huì)一、一網(wǎng)三流的概念一網(wǎng)：電力網(wǎng)功率流：電力網(wǎng)的根本任務(wù)是傳送電能，電功率流信息流：為保證功率流的安全可靠經(jīng)濟(jì)流動(dòng)需要利用信息流進(jìn)行功率流的調(diào)節(jié)和控制電子貨幣流：為保證電能的商品化交易，需要實(shí)時(shí)的電價(jià)和交易信息

電能尚難于取代電能是最優(yōu)質(zhì)的能源,具有以下特點(diǎn):清潔無污染

高效、使用便捷

在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，尚未發(fā)現(xiàn)可取代電能的能量形式，電能仍是推動(dòng)社會(huì)文明進(jìn)步的最重要能量形式。能源結(jié)構(gòu)與可利用年限

煤炭石油天然氣水電和核電世界平均水平27%40%23%10%世界可采年限2304868

中國78.31%17.64%2.1%1.95%中國可采年限902295

環(huán)境制約以煤煙型為主的大氣污染導(dǎo)致的酸雨覆蓋區(qū)已占國土面積的30%1995年全國燃煤排放的煙塵總量為1478萬噸，其中火電廠和工業(yè)鍋爐排放量占70%以上1995年全國二氧化硫排放總量達(dá)到2370萬噸，其中電廠和工業(yè)鍋爐排放量占到69%

大氣污染的主要來源是燃煤不可再生能源：不可補(bǔ)充或復(fù)原化石燃料核能可再生能源：可補(bǔ)充或復(fù)原地?zé)崴Ｑ竽芴柲茱L(fēng)力能生物質(zhì)能生物質(zhì)能生物質(zhì)發(fā)電序號(hào)生物分類適合發(fā)電程度1林木類非常適合2甘蔗渣適合3谷殼適合4其余的副業(yè)植物比較適合5田野植物比較適合6垃圾，椰殼纖維，樹皮等不太適合歐盟生物質(zhì)能利用情況海洋能其應(yīng)用至今仍在試驗(yàn)中，并不普遍三種:波浪能潮汐能：和水力發(fā)電廠相似潮漲時(shí)水壩會(huì)將潮水困住潮退時(shí)，海水便會(huì)流過渦輪以推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電海洋熱能：利用海水的溫差風(fēng)能全球可開發(fā)的風(fēng)能資源為53,000TWh，是目前全球發(fā)電量的兩倍.全世界安裝容量：10,000MW風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量風(fēng)電價(jià)格與傳統(tǒng)火電價(jià)格比較小水電的幾種類型大壩式引水式混合式抽水蓄能式歐盟小水電裝機(jī)容量太陽能

太陽能是地球上分布最廣泛的可再生能源，每年到達(dá)地球陸地上的太陽輻射能量約27萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是目前世界能源消費(fèi)總量的2000多倍.太陽能的利用光伏系統(tǒng)發(fā)電（PV）通過太陽能電池直接將太陽的放射能轉(zhuǎn)換為電能光熱發(fā)電利用太陽的熱能來燒水水蒸汽會(huì)推動(dòng)渦輪太陽能的其它應(yīng)用太陽能電池

e-獨(dú)立光伏系統(tǒng)發(fā)電并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可再生能源發(fā)電的貢獻(xiàn)我國可再生能源發(fā)展總目標(biāo)2020年可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到1億KW的目標(biāo)（一）小水電6000-7000萬KW

。多年來我國小水電裝機(jī)平均每年以100~150萬KW的速度增長，到2002年底全國裝機(jī)容量已達(dá)2840萬KW。（二）風(fēng)力發(fā)電2000萬KW。（三）生物質(zhì)能發(fā)電1000萬KW。2050年太陽能發(fā)電占總發(fā)電量的10%風(fēng)力發(fā)電占總發(fā)電量的10%與電力系統(tǒng)的接口技術(shù)直接與系統(tǒng)相聯(lián)（機(jī)電式），即使用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)直接發(fā)出基頻交流電則屬于第一類，像小型燃?xì)廨啓C(jī)、地?zé)岚l(fā)電、水電、太陽熱等。通過逆變器與系統(tǒng)相聯(lián)，逆變器型通常指的是發(fā)出直流電的DG（如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池及各種電能存儲(chǔ)技術(shù)）或發(fā)出高頻交流電的DG（微透平）。

含有分布式電源的系統(tǒng)分布式能源發(fā)電的國際發(fā)展趨勢(shì)2010年部分歐盟成員國

可再生能源發(fā)電比例（％）可再生能源發(fā)電量（億KWh）

奧地利21.186.43 比利時(shí) 5.845.99 德國 10.3489.37 丹麥29 122.03 西班牙 17.5 376.23 法國 8.9 545.282010年其它國家可再生能源發(fā)電目標(biāo)日本在2010年達(dá)到3％發(fā)電目標(biāo)美國在2000年已達(dá)到7%，多數(shù)州已制訂了發(fā)展可再生能源的有關(guān)法律。印度制定了可再生能源發(fā)電的商業(yè)化計(jì)劃，2012年可再生能源發(fā)電比例占10％。2010年中國新能源與可再生能量發(fā)電量占總發(fā)電量的5.5％，目前只占0.22%。分布式能源發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)燃煤發(fā)電：環(huán)境污染，治理費(fèi)用逐年增高；核能發(fā)電：防泄漏，核廢料污染；

太陽能、風(fēng)能：無污染、不枯竭；

生物質(zhì)能：處理廢物，保護(hù)環(huán)境，不枯竭。

分布式能源的特點(diǎn)風(fēng)能：隨機(jī)性強(qiáng)，不能儲(chǔ)存，時(shí)空分布不均勻，局部區(qū)域風(fēng)能豐富；太陽能：隨機(jī)性強(qiáng)，日夜功率變化大，難于直接大量儲(chǔ)存；生物質(zhì)能：能量密度小，難儲(chǔ)運(yùn)，適合近距離轉(zhuǎn)化。

以上特點(diǎn)與煤、水、核等常規(guī)能源相比，有極大的差異。帶有分布式電源的電力系統(tǒng)含有分布式電源的電力系統(tǒng)示意圖核能DLS水能風(fēng)能燃?xì)饽苋济汗SDS燃?xì)饽芴柲茱L(fēng)能小水能

新的科學(xué)問題對(duì)于兩組不相關(guān)的隨機(jī)變量（發(fā)電量和用電量）約束的非線性電能系統(tǒng)，如何保證該系統(tǒng)在正常及事故狀態(tài)下的實(shí)時(shí)平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，面臨一系列重大科學(xué)問題.電網(wǎng)及其控制更為復(fù)雜研究現(xiàn)有的配電網(wǎng)各處能夠承載隨機(jī)電能的能力；如何改進(jìn)和提高承載隨機(jī)電能的能力；當(dāng)分布式電源網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立和接入大電力系統(tǒng)時(shí)，如何協(xié)調(diào)常規(guī)電源與分布式電源的隨機(jī)發(fā)電功率，都能保持額定頻率和電壓運(yùn)行。二、智能化的電氣設(shè)備需要更多的信息交流1.智能化電氣設(shè)備的三個(gè)發(fā)展階段掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視電氣設(shè)備的工作狀態(tài)決定電氣設(shè)備的運(yùn)行性能與檢修二、智能化的電氣設(shè)備需要更多的信息交流2.用大功率電力電子裝備提高控制的柔性柔性輸電與緊急控制無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化二、智能化的電氣設(shè)備需要更多的信息交流3.發(fā)、變電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制AGC電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電力系統(tǒng)的自動(dòng)化三、電氣主設(shè)備的預(yù)知維修1.預(yù)知維修數(shù)據(jù)庫的建立高頻率、大容量的數(shù)據(jù)采集高速率的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)大容量的數(shù)據(jù)分析與處理三、電氣主設(shè)備的預(yù)知維修2.預(yù)知維修專家系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析故障診斷故障保護(hù)四、互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制1.安全控制預(yù)防控制緊急控制恢復(fù)控制四、互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制2.自適應(yīng)繼電保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)綜合自動(dòng)化無人值守變電站四、互聯(lián)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制3.配電自動(dòng)化故障隔離網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)五、電力市場(chǎng)化運(yùn)營的信息支持1.競價(jià)上網(wǎng)報(bào)價(jià)系統(tǒng)交易系統(tǒng)結(jié)算系統(tǒng)五、電力市場(chǎng)化運(yùn)營的信息支持2.用戶側(cè)交易實(shí)時(shí)電價(jià)后電費(fèi)與電量一戶一表購電契約的實(shí)現(xiàn)電費(fèi)結(jié)算與校核電費(fèi)的收繳—銀行六、未來的系統(tǒng)及面臨的問題

匯集多種能源產(chǎn)生的電能，由智能化電氣設(shè)備互連支撐，具有柔性調(diào)控能力，滿足市場(chǎng)化交易原則，全國聯(lián)網(wǎng)的，功率流、信息流和貨幣流同時(shí)流動(dòng)的、高度自動(dòng)化了的人造非線性物理網(wǎng)絡(luò)。面臨的問題為維持功率流的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地流動(dòng)，及有效交易，電力系統(tǒng)需要：

1.大容量的實(shí)時(shí)信息2.信息源自整個(gè)電網(wǎng)及用戶3.信息網(wǎng)與電網(wǎng)具有大致相同的結(jié)構(gòu)可能的解決方案

充分利用電力網(wǎng)絡(luò)資源，開發(fā)電力線高速載波新技術(shù)，構(gòu)造電腦、電話和電力的“三網(wǎng)合一”網(wǎng)絡(luò)，主營電力兼營電信。利用電力網(wǎng)高速載波的“三網(wǎng)合一”系統(tǒng)PLC子站示意圖英國PLC設(shè)備韓國的PLC接入方案韓國KeyinTelecom提出的利用現(xiàn)存的低壓電力線路作為高速數(shù)據(jù)鏈路接入用戶的方案：該方案可支持連接在由同一臺(tái)三相變壓器供電的本地環(huán)網(wǎng)（PL2）上的200個(gè)用戶，其速率為3Mb/s，用戶通過該網(wǎng)享有電力線電話、IP及電視等通信服務(wù)。我校的PLC試驗(yàn)系統(tǒng)DPLCModem的構(gòu)成器件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)----文件傳輸試驗(yàn)傳遞西安交通大學(xué)電氣學(xué)院主頁構(gòu)成配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信平臺(tái)電能、電費(fèi)采集與管理系統(tǒng)電力市場(chǎng)用電側(cè)交易、管理的技術(shù)支持系統(tǒng)謝謝大家！謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH內(nèi)容總結(jié)未來的電力系統(tǒng)——“一網(wǎng)三流”。未來的電力系統(tǒng)——“一網(wǎng)三流”。信息流：為保證功率流的安全可靠經(jīng)濟(jì)流動(dòng)需要利用信息流進(jìn)行功率流的調(diào)節(jié)和控制。電子貨幣流：為保證電能的商品化交易，需要實(shí)時(shí)的電價(jià)和交易信息。以煤煙型為主的大氣污染導(dǎo)致的酸雨覆蓋區(qū)已占國土面積的30%?？稍偕茉矗嚎裳a(bǔ)充或復(fù)原。多年來我國小水電裝機(jī)平均每年以100~150萬KW的速度增長，到2002年底全國裝機(jī)容量