智能電網(wǎng)技術專題三

智能電網(wǎng)技術專題三第一頁，共九十四頁，2022年，8月28日1智能電網(wǎng)相關技術和進展第二頁，共九十四頁，2022年，8月28日2智能電網(wǎng)相關技術先進發(fā)電與儲能技術先進輸配電技術先進二次側技術智能電網(wǎng)管理和控制新技術第三頁，共九十四頁，2022年，8月28日3先進發(fā)電與儲能技術可再生能源發(fā)電技術風力發(fā)電太陽能發(fā)電生物質能發(fā)電技術潮汐能發(fā)電清潔煤發(fā)電整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)增壓硫化床聯(lián)合循環(huán)機組（PFBC-CC）第四頁，共九十四頁，2022年，8月28日4我國風能資源分布

我國10m高度層的風能資源總儲量為32.26億kW，其中實際可開發(fā)利用的風能資源儲量為2.53億kW如果年滿功率發(fā)電按2000~2500h計，風電的年發(fā)量可達5060~6325億kWh風能資源的分布主要集中在東南沿海及其島嶼以及內蒙、甘肅、新疆一帶區(qū)域第五頁，共九十四頁，2022年，8月28日5第六頁，共九十四頁，2022年，8月28日6風力發(fā)電技術鼠籠式異步發(fā)電機通過變速箱和電網(wǎng)相聯(lián)發(fā)電時需要吸收較多無功，需加裝無功補償雙饋異步發(fā)電機定子繞組直接連接與電網(wǎng)相聯(lián)，轉子繞組通過整流逆變器和電網(wǎng)相聯(lián)有功、無功可以解耦控制、風能利用效率高、出力波動較小直驅型同步風力發(fā)電機不需要變速箱對整流逆變器容量要求大第七頁，共九十四頁，2022年，8月28日7太陽能資源分布

全國太陽輻射年總量大致在3.35×103～8.40×103MJ/m2之間，其平均值約為5.86×103MJ/m2

全國太陽輻射總量平均為1630kWh/(m2·a)，年日照小時數(shù)>2000h青藏高原大部分地區(qū)年輻射量>2000kWh/(m2·a)，年日照小時數(shù)超過3000h，是世界上的高值區(qū)之一

第八頁，共九十四頁，2022年，8月28日8太陽能發(fā)電技術目前太陽能電池產(chǎn)品主要分為晶體硅電池、薄膜電池兩類。其中前者又可分為單晶硅、多晶硅電池兩種，其轉化效率較高，約15%左右，高者已能達25%以上，但成本也相對較高，目前占據(jù)大多數(shù)的市場份額；后者雖然在轉化效率尚不如前者，穩(wěn)定光電轉換效率約為5%～8%，但成本相對較為低廉，近年來在轉化效率方面已有突破性進展，主要包括非晶硅電池、銅銦鎵硒電池和碲化鎘電池等第九頁，共九十四頁，2022年，8月28日9太陽能發(fā)電技術我國太陽能光電累計用量已達13100千瓦，其中通信占50%，農村與邊遠無電地區(qū)占30%，民用與工業(yè)用各占10%已建成15座光伏電站，最大的是1998年投入運行的西藏安多100千瓦光伏電站

提高轉換效率和降低造價是太陽能發(fā)電的發(fā)展方向盡管太陽能發(fā)電成本在過去25年里已下降了10倍，但目前成本仍是入網(wǎng)電價的3～5倍，業(yè)界認為接近電網(wǎng)等價點(GridParity)才是光伏產(chǎn)業(yè)真正爆發(fā)性增長的開始第十頁，共九十四頁，2022年，8月28日10生物質能

林業(yè)加工廢棄物2.1億噸農作物秸稈2.86億噸大中型養(yǎng)殖場禽畜糞便1100萬噸標煤生活垃圾工業(yè)有機廢棄物250億立方米沼氣第十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日11生物質能發(fā)電

我國生物質能發(fā)電得到實際應用的有燃燒蔗渣或稻殼的發(fā)電站、稻殼氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電蔗渣與稻殼燃燒電站主要在兩廣地區(qū)，裝機約80萬千瓦稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)，容量為60-240千瓦小型沼氣發(fā)電裝置，共約80處，總裝機2560千瓦第十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日12海洋能

我國沿岸和海島附近的可開發(fā)潮汐能資源理論裝機容量達2179萬kW，理論年發(fā)電量約624億kWh波浪能理論平均功率約1285萬kW，潮流能理論平均功率1394萬kW這些資源的90%以上分布在常規(guī)能源嚴重缺乏的華東滬浙閩沿岸

第十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日13潮汐發(fā)電技術潮汐能發(fā)電可分為兩種形式，一種是利用海灣、河口等有利地形,建筑水堤,形成水庫，并在壩中或壩旁建造水力發(fā)電廠房發(fā)電，另一種則是利用洋流發(fā)電，無需建造水壩。目前投運的潮汐能電站多為前一種。目前，我國正在運行發(fā)電的潮汐電站共有8座，均為水壩型，總裝機容量為6000kW,每年發(fā)電量1000萬余度目前世界上單機容量最大的潮汐能發(fā)電機單機容量已達1.2MW，裝設于英國斯特蘭福德灣第十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日14英國斯特蘭福德灣安裝的SeaGen潮汐能發(fā)電機無壩型此處海水流速超過13km/h需觀察對海豹等海洋哺乳生物的影響英國希望能夠成為“海洋能中的沙特阿拉伯”第十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日15潔凈煤發(fā)電技術

在90年代，世界總發(fā)電量中煤電比重一直保持在63%左右在21世紀我國的發(fā)電量構成中，火電仍將占到70%～75%21世紀大力發(fā)展清潔煤發(fā)電技術，是我國避免成為“公害”大國的必由之路

第十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日16整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)機組(IGCC)

IGCC技術是一種最新的清潔煤發(fā)電技術，是21世紀初燃煤發(fā)電技術中最具優(yōu)勢的一種工作原理是先將煤氣化，再以凈化后的清潔煤氣作為燃料，驅動燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電。燃氣輪機的排氣送入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，用蒸汽驅動汽輪發(fā)電機組發(fā)電

第十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日17IGCC裝置的主要優(yōu)點

SOx、NOx排放量少，NOx排放量將減少90%，CO2排放量可減少35%聯(lián)合循環(huán)熱效率可高達52%，隨著技術的發(fā)展，達到58%的熱效率亦已實現(xiàn)

燃料適應性好，可燃用各種不同的煤

用水量少，IGCC電廠用水不到同容量常規(guī)燃煤電廠的70%可分期建設，及早發(fā)展

第十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日18荷蘭布格農電廠253MWIGCC機組簡圖

第十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日19增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)機組(PFBC-CC)

21世紀初極具發(fā)展?jié)摿Φ牧硪环N先進的清潔煤發(fā)電技術就是增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)技術

增壓硫化床是在常壓硫化床(CFBC)鍋爐的基礎上發(fā)展起來的在較高壓力下進行燃燒的一種燃煤發(fā)電技術，它具有熱效率高、污染排放低、能組成蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)等特點

第二十頁，共九十四頁，2022年，8月28日20PFBC-CC的主要優(yōu)點燃燒效率高，可達99%發(fā)電循環(huán)效率高，其聯(lián)合循環(huán)效率達40%～42%SOx、NOx和粉塵的排放量低

設備結構緊湊，PFBC鍋爐的體積只有同容量常規(guī)鍋爐的1/4可模塊化，造價低，可用于新老電廠的改造

第二十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日21增壓硫化床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)簡圖

第二十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日22儲能技術機械儲能電磁儲能電化學儲能相變儲能第二十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日23機械儲能抽水蓄能釋放時間可以從幾個小時到幾天，綜合效率在70%～85%之間儲存能量非常大，用于調峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用必須同時具備下池水庫和上池水庫，對地理條件要求較高全世界共有超過90GW的抽水儲能機組投入運行，約占全球總裝機容量的3％第二十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日24機械儲能飛輪儲能利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成機械能儲存起來，并在需要時飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電，是一個電能和機械能互相轉化的儲能元件能量密度比較低，費用較高幾乎不需要運行維護，設備壽命長，儲能效率高，清潔無污染，無噪聲，負荷跟蹤能力強，對環(huán)境沒有不良的影響壓縮空氣儲能常規(guī)燃氣輪機在發(fā)電時大約需要消耗輸入燃料的2/3進行空氣壓縮，因此可在電網(wǎng)負荷低谷時預先壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在負荷高峰時釋放出來加上一些燃氣進行發(fā)電。對于同樣的電力輸出，采用CAES的機組所消耗的燃氣要比常規(guī)燃氣輪機少40％建設受地形制約較大，對地質結構有特殊要求第二十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日25CTModuleExhaustAirCompressorCombustionTurbineMotorStorageAirIntercoolersRecuperatorFuelExpanderStorage壓縮空氣儲能基本原理EstimatedCap.Cost(2008$)~$600/kWto$750/kW+Substation,Permits&ContingenciesConstantOutputPressureRegulationValve(ForSaltGeology)TheCAESplantdesignandtechnologypresentedaboveisdescribedinU.S.PatentNumbers7389644and4872307,inventedbyDr.MichaelNakhamkin,ChiefTechnologyOfficer,EnergyStorageandPowerLLC.Useofthistechnologymayrequirealicense.

HeatRateEnergyRatio38100.70第二十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日26壓縮空氣儲能美國第一座壓縮空氣儲能電廠AlabamaElectricCooperativeMcIntoshPlant(110MW–26Hr)于1991年5月31日午夜開始商業(yè)運行主要用于調峰、旋轉備用等AECMcIntoshSite:CAESPlantOnRightandTwoCombustionTurbinesOnLeft第二十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日27電磁儲能——超導儲能（SEMS）概念誕生于70年代初石油危機時期，目的是調節(jié)日負荷曲線,節(jié)約能源。>5000MWh超導儲能線圈,螺線管結構d約為1千米90年代后，電力工業(yè)市場化的發(fā)展＋用戶對電能質量要求的提高,迫切需要有效管理高度互聯(lián)網(wǎng)的電力傳輸及分配系統(tǒng)的新技術。既可用于提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，又可用于改善用戶的電能質量。第二十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日28可控AC/DC變流器交流電網(wǎng)低溫容器超導線圈電流引線

SMES系統(tǒng)的基本結構圖SMES基本原理第二十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日29SMES的基本原理第三十頁，共九十四頁，2022年，8月28日30150kVA/0.5MJ動態(tài)電壓補償系統(tǒng)掛網(wǎng)實驗現(xiàn)場0.5MJ/150kVA超導儲能DVR系統(tǒng)第三十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日31SEMS優(yōu)缺點

SMES向電網(wǎng)吸收和釋放能量都是直接的，它不僅具有很高的效率，而且還能非常迅速地與電網(wǎng)進行能量交換，其轉換效率超過90％、響應速度一般為ms數(shù)量級。SMES裝置還具有重復率高、無環(huán)境污染以及安全可靠等特點。制約超導儲能大規(guī)模應用的主要因素仍是超導材料的性能和價格第三十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日32電化學儲能技術超級電容儲能容量大、功率密度高、充放電速度快、使用壽命長、受環(huán)境溫度影響小等特點，耐壓能力仍有待進一步提高，造價高鈉硫電池以金屬鈉和多硫化鈉為負極和正極的二次電池,其理論比能量高達760Wh/Kg，且沒有自放電現(xiàn)象,放電效率幾乎可達100%，系統(tǒng)效率可達80%。鈉硫電池的基本單元為單體電池,將數(shù)百個單體電池組合后形成模塊，功率可達到數(shù)十千瓦，同時也有利于制造、運輸和安裝。目前在日本及北美已有100余座鈉硫電池儲能電站在運行中，是各種二次電池中最成熟也是最具潛力的技術。液流電池液流電池電化學極化小，能夠100%深度放電，儲存壽命長，可以通過增加電解液的量或提高電解質的濃度達到增加電池容量的目的。由于液流電池電池組和電解液儲液罐可以分開放置,因而可以因地制宜安排相對位置，并可根據(jù)設置場所的情況自由設計儲藏形式及隨意選擇形狀。第三十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日33相變儲能相變儲能是利用某些物質在其物相變化過程中，可以與外界環(huán)境進行能量交換的性質達到能量轉換與控制的目的。相變儲能的使用可作為電力調峰的重要手段之一，使用相變材料的蓄能空調技術已經(jīng)成為國際上普遍使用的調峰填谷的技術?；诒嘧儍δ艿恼{峰手段每千瓦投資僅為1200元，遠小于抽水蓄能、安裝燃氣輪機等調峰手段。通過相變儲能進行調峰僅需一次性投資，運行費用極低，且不受地形地勢的限制，具備大規(guī)模應用的潛力。第三十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日34儲能技術特點及其適用范圍第三十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日35

儲能技術

FlowBatteries:Zn/ClZn-AirZrBrVRBPSBNovelSystemsNaSBatteryLi-IonBatteryNiCdNiMHHighPowerFlyWheelsSMESHighPowerSuperCaps1kW10kW100kW1MW10MW100MW1GWLeadAcidBatteryHighEnergySuperCapsZEBRABattery功率大小DischargeTimeatRatedPowerSecondsMinutesHours

UPSGridSupportEnergyManagementPowerQualityLoadShiftingBridgingPowerBulkPowerMgtPumpedHydroCAESAdvancedLeadAcidBatteryMetal-AirBatteries

Nano-caphybrids?第三十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日36先進輸配電技術特高壓輸電輸電容量大、送電距離長、線路損耗低、工程投資省、土地利用效率高和聯(lián)網(wǎng)能力強2009年1月16日，晉東南到湖北荊門的1000千伏交流特高壓輸電線路建成投入運行目前尚有不同聲音第三十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日37高溫超導輸電技術美國2001年美國底特律市3相/130m/24kV/2.4kA的超導電纜掛網(wǎng)運行丹麥2001年5月30m/30kV/2kA高溫超導電纜掛網(wǎng)運行中國2004年4月昆明普吉變電站（世界第三條高溫超導電纜）2004年底,75m/10.5kV/1.5kA三相交流高溫超導電纜在甘肅掛網(wǎng)運行與常規(guī)電纜相比,超導電纜單位長度的電阻要小4～5個數(shù)量級。實際運行的超導電纜電阻主要來自于電纜終端和接頭。整個超導電纜系統(tǒng)的損耗中,漏熱性質的損耗所占的比重較大,其中,制冷系統(tǒng)和終端的損耗又占了很大的一部分。第三十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日38NbTi超導線截面圖第三十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日39超導體的冷卻方式低溫超導體液氦（LiquidHelium,4.2K）超流氦（Super-liquidHelium,1.8K）高溫超導體液氮（LiquidNitrogen,77K）制冷機直接傳導冷卻 （ConductionCoolingbyCryocoolers)G-Mcryocooler第四十頁，共九十四頁，2022年，8月28日40液氦冷卻的超導磁體傳熱方式：對流傳導輻射第四十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日41制冷機直接傳導冷卻的超導磁體

第四十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日42先進二次側技術先進數(shù)據(jù)采集技術AMI集成通信網(wǎng)絡第四十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日43當前狀態(tài)2-4秒掃描速率功率、電壓、電流、斷路器狀態(tài)數(shù)據(jù)主要來源于變電站電網(wǎng)僅部分可見第四十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日44智能電網(wǎng)狀態(tài)750+282j250+84j100+62j20+8j276+120j130+8j300+100j750+262j440+200j120+11j350+150j227+420j704+308j2345761891011121314151617176+88j高速數(shù)據(jù)獲取觀測量更多，包括相角、用戶狀態(tài)等增強的電網(wǎng)可觀性第四十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日45先進數(shù)據(jù)采集技術信號傳感技術電磁互感器電子式互感器模擬數(shù)字變換技術∑-Δ型模數(shù)轉換方式鎖相跟蹤技術模擬鎖相數(shù)字鎖相

時標同步技術GPS同步對時（2套以上）數(shù)據(jù)濾波處理技術靜態(tài)濾波動態(tài)濾波高速數(shù)據(jù)運算處理技術傅立葉分析法高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信傳輸技術IEC系列協(xié)議第四十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日46OnlineStabilityMonitoring&AnalysisWideAreaVisualizationModelValidation&AdjustmentControlledSeparation&RestorationImprovesituationalawarenessIncreasetransfercapabilitiesPreventcascadingfailures&reducewide-areablackoutsReducesystemrestorationtimeandoutagedurationsImproveaccuracyofmodelsResearchDevelopmentApplicationDemonstration先進數(shù)據(jù)采集技術第四十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日47利用WAMS數(shù)據(jù)及EMS數(shù)據(jù)實現(xiàn)全網(wǎng)可視化IndustryIssuesHowtousePMUstoimprovesystemoperatorssituationalawareness?HowtohandlelargevolumeofPMUdata?EPRISolutions:DevelopedwideareavisualizationtoolusingPMUandEMSdataDevelopedevent-replayfunctiontoassistpost-eventanalysisDevelopedreal-timesecuritymonitoringfunctionDevelopeddisturbancelocationdeterminationfunction第四十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日48基于量測的電壓穩(wěn)定性分析IndustryIssuesNeedonlinevoltagestabilitymonitoringandanalysiscapabilitiesSimulation-basedvoltagestabilityanalysisapproachhaslimitations.EPRISolutions:Developedthree-levelvoltagestabilitymonitoringandanalysisframeworkDevelopedVoltageInstabilityLoadSheddingtocalculatevoltagestabilitymarginatsubstationlevelDevelopedMeasurement-basedVoltageStabilityMonitoringandControlalgorithmtocalculatevoltagestabilitymarginatVoltageControlArealevelDevelopingvisualizationtooltohelpsystemoperatorsmonitorsystem-widevoltagestabilitycondition第四十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日49基于PMU的解列控制方案IndustryIssuesWheretoseparate?Whentoseparate?Howtoseparate?EPRISolutions:DevelopedPMU-basedControlledSeparationFrameworkStudycascadingscenariosofflineanddeterminepotentialseparationinterfacesUsePMUtomonitoroscillationanddevelopedalgorithmtoquicklyidentifythedominateoscillationmode.DevelopedPMU-basedOut-of-StepRelayschemetodeterminetheseparationtiming第五十頁，共九十四頁，2022年，8月28日50用于驗證系統(tǒng)模型的準確程度IndustryIssuesHavingaccuratemodelsisimportantforsystemplanningstudiesValidationofmodelsischallengingEPRISolutions:Developedmeasurement-basedloadmodelingmethodsandtoolsthatcanusemeasureddisturbancedatatovalidateloadmodels.Developedmethodsandtoolsthatcanusemeasureddisturbancedatatovalidategeneratordyanmicmodels第五十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日51AMI電網(wǎng)的智能化需要電力供應機構精確得知用戶的用電規(guī)律，從而對需求和供應有一個更好的平衡。目前我國的電表只是達到了自動讀取，是單方面的交流，不是雙方的、互動的交流。由智能電表以及連接它們的通信系統(tǒng)組成的先進計量系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對諸如遠程監(jiān)測、分時電價和用戶側管理等的更快和準確的系統(tǒng)響應。AMI是一個用來測量、收集、儲存、分析和運用用戶用電信息的完整的網(wǎng)絡處理系統(tǒng)，由安裝在用戶端的智能電表，位于電力公司內的量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和連接它們的通信系統(tǒng)組成第五十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日52AMI先進電表網(wǎng)絡基礎設施

AMI是一種用于先進電表，能夠提供近乎實時的雙向通信設施，是智能電網(wǎng)的基礎信息平臺。AMI方便電力公司實時優(yōu)化供電計劃和網(wǎng)絡，支持“五遙”運行中的電網(wǎng)的每一個設備（包括電表），成為電力公司與消費者的之間的增值業(yè)務平臺。第五十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日53AMIAMI中的智能電表能按照預先設定的時間間隔（分鐘，小時等）記錄用戶的多種用電信息，把這些信息通過通信網(wǎng)絡傳到數(shù)據(jù)中心，并在那里根據(jù)不同的要求和目的，如用戶計費、故障響應和需求側管理等進行處理和分析；還能向電表發(fā)送信息，如要求更多的數(shù)據(jù)或對電表進行軟件在線升級等第五十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日54當前電網(wǎng)RSystemObservability發(fā)電和送電SCADA用于監(jiān)測、控制秒級掃描速率饋線和用戶信息僅能得到部分信息配電SCADA通常裝設于配電站用于監(jiān)測控制秒級傳輸速率第五十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日55基于AMI的智能電網(wǎng)RSystemObservability發(fā)電和送電SCADA用于監(jiān)測、控制秒級掃描速率配電SCADA通常裝設于配電站用于監(jiān)測控制秒級傳輸速率饋線和用戶監(jiān)控裝置利用AMI裝置分布式發(fā)電量測饋線/變壓器監(jiān)測，用于狀態(tài)估計/故障恢復停電/黑啟動支援用戶量測電壓量測和控制裝置第五十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日56集成通信網(wǎng)絡建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎，只有在集成通信系統(tǒng)的基礎上，智能電網(wǎng)才能進一步完成智能分析和控制功能，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的各項基本功能。智能電網(wǎng)集成通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)原有通信系統(tǒng)區(qū)別集成通信系統(tǒng)是和智能電網(wǎng)緊密結合在一起的，即有設備的地方就有通信系統(tǒng)，智能電網(wǎng)的集成通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到用戶的終端，最終可實現(xiàn)電能流和信息流的深入融合智能電網(wǎng)集成通信系統(tǒng)要支持信息的雙向流動，用戶不但提供數(shù)據(jù)，同時可分享電網(wǎng)側的各類信息，從而根據(jù)自身要求調整用電計劃，在降低用電費用的同時也提高了電網(wǎng)的運行效率。第五十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日57集成通信網(wǎng)絡硬件方面最后一公里軟件方面——需要重新設計和構建構建統(tǒng)一的通信平臺和數(shù)據(jù)共享平臺自適應的帶寬控制體系，保證不同應用的通信需求標準化的接口安全性方面的考慮第五十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日58家庭能量管理系統(tǒng)智能家庭能量管理技術空調 熱水器\水泵 冰箱計算機 平板電視 洗衣機 電動汽車 小型風電 太陽能電池板 ZigbeeHomePlugWi-Fi第五十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日59智能電網(wǎng)控制和管理新技術智能電網(wǎng)管理新技術虛擬發(fā)電廠需求側管理微電網(wǎng)智能電網(wǎng)控制新技術多指標自趨優(yōu)控制策略第六十頁，共九十四頁，2022年，8月28日60虛擬發(fā)電廠大多數(shù)可再生能源發(fā)電的容量較小，且由于能源類型的限制，其出力各有特點。如風力發(fā)電就有夜大日小的特點，而太陽能發(fā)電則受氣象和日照的影響很大。有鑒于此，研究者提出了虛擬發(fā)電廠的概念。虛擬發(fā)電廠就是一系列分布式發(fā)電的集合，該集合由一個中央控制中心統(tǒng)一調控。一個虛擬發(fā)電廠可以由不同類型發(fā)電機組成，如風力渦輪機發(fā)電機、太陽能電池、水力發(fā)電站以及生物量供能的熱電混合站等。合理地選擇組合發(fā)電機，可以彌補不同類型可再生能源發(fā)電本身的不穩(wěn)定性缺陷。可以通過虛擬發(fā)電廠調度中心對一個區(qū)域甚至不同區(qū)域內的大量可再生能源發(fā)電進行統(tǒng)一調度，提高其可控性和可用性第六十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日61什么是需求側管理？負荷的時間不均衡性：是指各類負荷往往在相同的時段出現(xiàn)高峰和低谷，造成系統(tǒng)在臨晨負荷低谷時期和傍晚負荷高峰時期的負荷差極大。負荷的時間分布不均衡，導致了高峰時段供電緊張。負荷空間不均衡性：電源和負荷的分布在空間上的不均衡性。這種不均衡性導致了加大了輸配電投資，并可能出現(xiàn)部分輸配電設備負荷緊張，部分不能被充分利用第六十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日62負荷在時間上的不均衡性第六十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日63需求側管理的內涵與目的 電力需求側管理實質上是電力企業(yè)通過發(fā)現(xiàn)不同時段、不同地點電能的真實價值，并以此為依據(jù)，制定電能的價格，以此引導消費者的采購決策，達到引導用戶消費目的。DSM的目的在于：通過售電價格機制，引導用戶的用電行為，更加高效的利用電能，高效地利用發(fā)電、輸電和配電設備，全面提高電力行業(yè)的投資效率，降低成本，提升發(fā)電、輸配電和用戶之間的資源優(yōu)化配置的水平。第六十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日64實施需求側管理的必要性負荷分布的不均衡決定了實施DSM的必要性產(chǎn)生“電量供需平衡，電力供不應求”這一矛盾的主要原因，是電源和負荷的分布的空間不均衡性與負荷分布的時間不均衡性共同作用的結果。第六十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日65需求側管理的任務削峰、填谷、移峰填谷負荷的合理分布戰(zhàn)略性節(jié)電、戰(zhàn)略性負荷增長柔性負荷第六十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日66需求側管理需求側管理的三種基本形式直接負荷控制電價響應可中斷負荷本質上還是對用戶用電行為的管理需要自動化技術的幫助受到用戶思想行為的制約第六十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日67EfficientBuildingSystemsUtilityCommunicationsDynamicSystemsControlDataManagementDistributionOperationsDistributedGenerationandStoragePlug-InHybridsSmartEnd-UseDevicesControlInterfaceAdvancedMeteringConsumerPortalandBuildingEMSInternetRenewablesPV實時電價Thermostatreceives

day-aheadhourly

pricesConsumersetsupper

andlowerlimitsThermostat“l(fā)earns”

thermal,consumer

andweatherimpacts第六十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日68微電網(wǎng)微電網(wǎng)定義能量來源主要為可再生能源；發(fā)電系統(tǒng)類型可為微型燃氣輪機(Micro—Turbine)、內燃機(GasEngine)、燃料電池(FuelCel1)、太陽能電池(PVPane1)、風力發(fā)電機(WindGenerator)、生物質能(BiomassEnergy)等；系統(tǒng)容量為20kw～10MW；網(wǎng)內的用戶配電電壓等級為380V，或者包括10．5kV；如與外部電網(wǎng)進行能量交換，電壓等級由微電網(wǎng)的具體應用等情況而定第六十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日69微電網(wǎng)微電網(wǎng)將發(fā)電機、負荷、儲能裝置及控制裝置等結合，形成一個單一可控的單元，同時向用戶供給電能和熱能。微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，也可在電網(wǎng)故障或需要時與主網(wǎng)斷開單獨運行。微電網(wǎng)被稱之為電力系統(tǒng)的“好市民”和“模范市民”。微電網(wǎng)的入網(wǎng)標準只針對微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點，而不針對各個具體的微電源。第七十頁，共九十四頁，2022年，8月28日70智能電網(wǎng)調度所面臨的新問題可再生能源的大量接入提高了調度難度用戶響應減輕了電網(wǎng)調整負擔第七十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日71風力發(fā)電的變化曲線第七十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日72太陽能發(fā)熱和太陽能發(fā)電出力對比Source:LarryStoddard,Black&VeatchSunnyDayCloudyDay第七十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日73負荷、風電、太陽能發(fā)電的出力變化曲線TimeofDayMWLoadSolarWind第七十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日74凈負荷TimeofDayMWNetLoadLoadFasterRampSuddenV-turn第七十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日75PUCTProject37339Workshop08/20/2009TypicalSpringWeekGenerationbyFuelType[ACTUAL]第七十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日76智能調度中心技術——多指標自趨優(yōu)的控制策略分布式發(fā)電，用戶、電網(wǎng)、發(fā)電商之間的深度互動等都使得智能電網(wǎng)的控制不再是一個單一目標的控制問題，而是復雜的、相互耦合的多目標控制問題。傳統(tǒng)控制策略難于解決這一復雜問題，因此，智能電網(wǎng)控制中心的控制策略必須具備多指標自趨優(yōu)的特征，這也是智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)的最重要的特征。第七十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日77一切電力系統(tǒng)的調度皆以安全穩(wěn)定、高電能質量和經(jīng)濟運行多重指標優(yōu)化為其追求目標！

安全目標：改善電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定、大干擾穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定性質量目標：提高系統(tǒng)頻率質量、電壓質量經(jīng)濟目標：網(wǎng)損最小化電力系統(tǒng)運行多指標第七十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日78How?巨型條件變分問題！目前世界各國皆未能找到解決此問題的方法。唯有求助于基于HCS的SEMS如何實現(xiàn)多指標自趨優(yōu)？第七十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日79HCS：多目標趨優(yōu)化控制原理控制目標：全狀態(tài)=滿意狀態(tài)∪不滿意狀態(tài)（即事件態(tài)）混成控制原理第八十頁，共九十四頁，2022年，8月28日80底層（連續(xù)動態(tài)電力系統(tǒng)）電廠、變電站&FACTS設備可視化輸出系統(tǒng)中間處理與操作層Processing&Operating

最高決策與指揮層Decision–making&Commanding時間離散的控制命令數(shù)據(jù)信息時間離散的操作指令控制命令

調度員控制

數(shù)據(jù)信息高速光纖通訊安全性事件的處理具有最高的優(yōu)先級以事件驅動為核心的的混成控制架構第八十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日81構成最高決策指揮層的主要

功能單元ClusterofWorkstation超大規(guī)模系統(tǒng)超實時仿真（控制決策支持）綜合安全穩(wěn)定域在線可視化系統(tǒng)大電網(wǎng)運行鏡面系統(tǒng)（實時仿真）快速狀態(tài)估計改進的Kalman濾波方法全狀態(tài)實測及顯示系統(tǒng)SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition有無事件E？哪一類事件？互相對照WAMSPMUs(GPS)有滿足調度員要求特點：事件驅動數(shù)據(jù)（來自基層）至動態(tài)電力系統(tǒng)（受控層）操作層第八十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日82目錄智能電網(wǎng)是什么？是什么推動了智能電網(wǎng)的發(fā)展？智能電網(wǎng)相關技術智能電網(wǎng)研究進展第八十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日83IBM智能電網(wǎng)IBM是最早提出智能電網(wǎng)概念的商業(yè)公司之一利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)進行收集、整合通過對數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理智能電網(wǎng)提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。在這個框架之下，包含了許多具體的解決方案，如ERP、CRM、EAM（企業(yè)資產(chǎn)管