第一章智能电网与智能变电站.ppt
智能变电站技术及应用,电气工程及其自动化,第一章 智能电网与智能变电站,问题的提出,什么是智能电网？为什么要发展智能电网？你心中的智能电网是什么样？,第一节 智能电网,什么是智能电网？感性认识,通过视频，让我们感性认识智能电网（上海世博智能城市）全球首个Smart Grid City 科罗拉多州（美国西部）波尔德市（2008年8月完成了其智能电网的第一期工程）。,智能电网的美好图景,电价不再一成不变，它会根据一天中不同时段来自动定价。（用电高峰，电价自动上扬。不在高峰期熨衣服。）以前只是电力系统读取用户的电表，现在用户也可看到整个城市的用电情况，从而为自己的用电进行规划。互动性再也不用担心停电怎么办了，因为智能电网可以在最短的时间内实现自动恢复，在公用事业人员修理之前，保证供电的连续性。自愈性,用户可以控制调温器的设置，在离开家时命令提高空调的温度，回到家时再恢复到一个比较舒适的低温。可以发电，卖给国家电网。分布式能源,电网为什么要智能？通过两个关键词解析,新能源 风能和太阳能为主的清洁能源也有其弱点，那就是稳定性差，不如燃煤和燃油机组似的可以保证稳发和饱发。如在夜晚和阴天太阳能就不能保证供发电能，而风能更是转速时有时无，时快时慢。现在智能电网概念中就提出了解决的办法来，这就意味着太阳能和风能的大发展的时期的到来。,电网为什么要智能？通过两个关键词解析,节约2008年全国社会用电总量近35000亿千瓦时，如果实现智能电网的转型，相当于每年可以节省其中5%10%左右的电力资源。折合2000亿元人民币。,背景：电网是国家能源产业链的重要环节，是国家综合运输体系的重要组成部分。各行业对电力的依赖增强，对供电可靠性及电能质量的要求日益提高。世界各国都对电网的发展模式进行思考和探索，以期提高电网运行水平。提出电网应该具备：高效、清洁、安全、可靠、交互的特征。,一、智能电网概述,由于经济发展状况、电网建设水平、内外部发展环境不同，世界各国在智能电网建设的远景和侧重点上有些差异，对智能电网概念的描述也不尽相同。,欧洲为解决风能等可再生能源的接入问题。,美国为解决现有电网设备升级换代、绿色能源解决以及为经济复苏寻求支柱产业的问题。,2008 年11 月11 日到13 日，中美清洁能源合作组织特别会议召开，在会上开始使用“Smart Grid”，中国将之翻译为“智能电网”，并在国内统一推广这一概念，以指导相关研究的开展。在2009 年5 月召开的“2009 特高压输电技术国际会议”上，中国国家电网公司正式提出“坚强智能电网”的概念，并计划于2020 年基本建成中国的坚强智能电网，正式拉开了中国坚强智能电网的研究与建设序幕。,（一）智能电网的理念,智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术、能源电力技术与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。,智能电网与传统电网的区别,传统电网：单向潮流简单交互,智能电网：双向潮流分布式电源分布式储能主动交互,坚强Robust,兼容compatible,优化Optimized,经济Economical,集成Integrated,自愈Self-healing,防范极端天气抵御人为外力破坏防护信息安全,支持可再生能源接入适应分散发电实现负荷侧的交互,提高资产利用效率降低运维成本和投资成本,支持电力市场提供优质电力,流程优化信息整合管理规范化和精细化,连续的在线评估预防控制自动隔离故障，自我恢复,智能电网的主要特征,（二）坚强智能电网,坚强,智能,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。,坚强智能电网的技术体系,坚强智能电网发展战略框架,电网基础体系 技术支撑体系智能应用体系 标准规范体系,一个目标,三个阶段,两条主线,四个体系,五个内涵,坚强智能电网,技术主线管理主线,2009-2010年：规划试点阶段2011-2015年：全面建设阶段2016-2020年：引领提升阶段,坚强可靠 经济高效清洁环保 透明开放 友好互动,六个环节,发电 输电 变电 配电 用电 调度,2016年2020年引领提升阶段，基本建成坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。,2011年2015年全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。,2009年2010年规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。,第一阶段,第二阶段,第三阶段,国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网的建设：,坚强智能电网发展的三个阶段,智能电网内涵,坚强可靠：是指拥有坚强的网架、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应，从而实现资源的优化调配、减小大范围停电事故的发生概率。在故障发生时，能够快速检测、定位和隔离故障，并指导作业人员快速确定停电原因恢复供电，缩短停电时间。坚强可靠是中国坚强智能电网发展的物理基础；经济高效：是指提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源的高效利用，是对中国坚强智能电网发展的基本要求；,清洁环保：在于促进可再生能源发展与利用，提高清洁电能在终端能源消费中的比重，降低能源消耗和污染物排放；是对中国坚强智能电网的基本诉求；透明开放：意指为电力市场化建设提供透明、开放的实施平台，提供高品质的附加增值服务，是中国坚强智能电网的基本理念；友好互动：即灵活调整电网运行方式，友好兼容各类电源和用户的接入与退出，激励电源和用户主动参与电网调节，是中国坚强智能电网的主要运行特性。,坚强智能电网基本技术特征,中国坚强智能电网的基本技术特征：信息化：能采用数字化的方式清晰表述电网对象、结构、特性及状态，实现各类信息的精确高效采集与传输，从而实现电网信息的高度集成、分析和利用；自动化：提高电网自动运行控制与管理水平提升互动化：通过信息的实时沟通及分析，使整个系统可以良性互动与高效协调。,各国对智能电网的根本要求是一致的，即电网应该“更坚强、更智能”。坚强是智能电网的基础，智能是坚强电网充分发挥作用的关键，两者相辅相成、协调统一。,二、智能电网与新能源发电,新能源是在新技术基础上系统地开发利用的一次能源，如太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等。它们都属于可再生清洁能源。无论从世界还是从中国来看，一次化石能源都是有限的，中国的一次化石能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10。从长远来看，新能源将是未来人类的主要能源来源。,光伏发电并网,并网型光伏发电系统是指与电网相连的光伏发电系统。根据其是否含有储能装置可以分为两类：含有储能装置的又称“可调度式光伏并网发电系统”；不含储能装置的又称“不可调度式光伏并网发电系统”。,目前，新能源的开发利用主要以生产电能的形式进行，由新能源转换而来的电能必须在电网调度系统的指挥与控制下，经过电网的输、变、配、用等环节，才能最终给用户带来光明。而现在传统的电网结构并不能满足大规模新能源接入的要求，从全国各地纷至沓来的新能源在接入电网的时候陷入了“车多路少、拥堵不畅”的尴尬局面。因此，必须加强电网建设，满足大规模新能源接入的需要。此时，智能电网这一接纳新能源的高速公路也就应运而生。,（一）智能电网让新能源发电“发得稳”,电网是连接电源和用户的桥梁，负责将各种不同类型的电源发出的电力输送到最终用户。同时，电源又必须严格满足电网安全可靠运行的要求，服务大局，根据电网调度的指令实施发电调节与控制。因此，在智能电网这一接纳新能源的高速公路上，尽管新能源一个个秉性各异，对电网的影响也是各不相同，但定位却要一样。即新能源发电接入电网后必须具备接近常规水火电机组的优良性能、能够支撑电网的安全稳定运行，与电网实现良性互动。,（二）智能电网让新能源发电“送得出”,由于新能源发电大多地处偏远地区、荒漠地带，在电网结构上也是位于电网线路的末端，距离负荷中心较远，因此需要通过远距离输电线路输送。智能电网输电新技术的研究与应用满足了大规模新电力输送的要求。,（三）智能电网让新能源发电“调得准”,新能源大多与当地的气候条件紧密相连，风电离不开风、太阳能发电更是离不开晴空万里。而天气变化、风云莫测，阴晴不定的气候条件使得新能源发电大多具有间歇性、周期性、波动性等特点。智能电网的调度系统作为电网运行的神经中枢在为大规模间歇式新能源输送保驾护航的同时，保证了电网的安全稳定运行。,（四）智能电网让新能源发电“落得下、用的好”,目前我国的新能源发电呈现出“大规模集中开发、中高压接入”与“分散开发、低电压就地接入”并举的发展趋势。表现在电站形式上一种是大型电站，另一种则是分布式电源，而大规模新能源的分布式接入对传统的配用电系统提出了严峻的挑战。智能电网配用电技术根据新能源分布式接入对配电网在规划、运行、控制等方面的影响，研制了智能化的配用电设备和系统，为新能源的分布式接入提供了保障。这些设备将使得新能源分布式发电具备一定的功率调节能力和对电网的支撑能力，保证了新能源分布式接入配网后用户的安全可靠用电。,（五）新能源接入智能电网的主要关键技术,重点研究先进的新能源发电核心控制技术，如自动电压控制、自动发电控制等，使新能源电站在向电网提供优质电能的同时，具备支撑电网运行的能力，实现与电网的灵活互动。另外，储能技术是改善新能源电站输出功率稳定性的有效措施，在电网中增加储能电源，通过合理控制储能电源的运行，对于抑制新能源的功率波动，提高电网接纳新能源能力，降低电网运行风险具有重要作用。,为了规范新能源电站必须具备的性能指标，引导新能源发电先进技术与先进装备的开发与应用，保证电网的安全与稳定，实现新能源与电网的灵活互动，必须制定新能源发电接入智能电网的技术标准。,三、智能电网-可靠供电的保护神,建设智能电网符合我国国情，是电力系统发展的方向。“坚强”和“智能”是中国坚强智能电网的基本内涵，只有形成“坚强”网架结构，构建“智能”的基础，实现信息化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用，才能充分发挥保护神“魔法”的威力，同时也为提高电网的可靠性提供了很好的方法。,（一）强壮的“体魄”坚强电网网架,智能电网的建设首先应该是坚强基础网架的建设，坚强的网架是提高供电可靠性的前提，也是坚强智能电网建设的基础，在建设智能电网过程中坚强与智能需要相辅相成、协调统一。坚强电网网架首先要求统一规划，各电压等级电网定位明确，在各自功能范围内发挥作用，实现各级电网协调发展。再者，就是电网合理“分层分区”，主电源直接接入特高压电网，避免电源过于集中，防止因负荷转移引起连锁反应。,（二）智慧的“大脑”智能电网调度,调度是智能电网的“大脑”，是电力系统的神经中枢，是智能电网得以正常运行的基础之一，同时也是电力系统运行和控制自动化程度最高的部分。智能电网调度能够有效地提高调度人员进行决策分析的能力，提升电网运行的可靠性。,要求“大脑”能够从汇集的海量动态量测数据中抽取最关键的信息，进行分析、决策。从电网计划、调度和实时运行的不同时间阶段，对电网静态、暂态和动态安全性进行分析和实时预警。,（三）发达的“感官”装备的智能化,在智能电网中,一次与二次、装备与电网、装置与系统将更加融合,复合技术应用日益广泛。专业界限的模糊将使得智能电网中智能系统的外延大大拓宽。智能电网的装备不仅涵盖传统二次系统的测控、保护、安全稳定控制等装置,还将包括传统一次系统的智能电气、静止补偿装置、固态开关、优质低价和高容量的储能装置等。可以预期的是,各种智能设备和智能系统在智能电网中将呈现日益整合、相互交融、灵活组态的发展趋势。,发电输电变电配电,坚强智能电网以坚强网架为基础，以集成的、高速双向通信网络为支撑，以先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。,智能电网小结,第二节 智能变电站,1.服务于电网发展，满足电网智能化的需求；2.面向变电站运维实现自我监视、自我诊断、自动调控，减轻运维工作压力；3.简化变电站二次系统接线，提高系统可靠性，降低维护难度。,智能变电站“智能”在那些方面？,（一）智能变电站的发展,传统变电站,综自变电站,IEC61850变电站,数字变电站,智能变电站,常规变电站,通信规约统一,高级应用,智能一次设备,数字化和网络化,智能电网,一、智能变电站介绍,常规变电站,站控层站控层设备由带数据库的计算机、操作员工作站、远方通信接口等组成。,间隔层间隔层主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备。,特点网络 监控系统由站控层、间隔层两层网络构成。未统一建模，采用多种规约，变电站存在监控、保护、PMU等多个网络。设备 互感器、一次设备通过常规控制电缆硬接线方式，实现与间隔层设备互感器模拟量、开关量的信息交换。,智能变电站,光缆,工作站1,工作站2,远动站,1、信息模型统一。IEC61850使得各智能装置按照统一数据模型实现设备之间的互连互通。,2、互操作性。智能变电站不同厂家的智能装置（IED）之间具有互操作性。,智能变电站自动化系统为站控层、间隔层和过程层三层结构。,站控层、间隔层,站控层、间隔层设备构成与常规监控系统基本一致。从外延看与现有非IEC61850技术变电站差别不大，都采用以太网，能够实现“四遥”功能。但从内涵看，差异很大，主要体现在：,站控层,间隔层,过程层,电子式互感器,智能一次设备,以太网、IEC61850规约,光缆,保护、测控装置,智能变电站,过程层（设备层）,由电子互感器、智能单元、合并单元等远方I/O、智能传感器和执行器等构成。采用GOOSE网络跳合闸机制。完成一次设备开关量、模拟量的采集以及控制命令的执行等。,常规变电站中无过程层。,新增设备主要有：电子互感器、合并单元、交换机等。,光缆,工作站1,工作站2,远动站,站控层,间隔层,过程层,电子式互感器,智能一次设备,以太网、IEC61850规约,光缆,保护、测控装置,常规、智能变电站 对比,传统变电站结构图,智能变电站结构图,（二）数字化变电站,指以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现站内外信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、保护控制、信息管理等自动化功能的变电站。主要特征是“全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化”，即变电站内的信息全部做到数字化，网络通信体系基于IEC61850 标准，信息模型达到标准化。与传统变电站相比，数字化变电站注重的是信息的标准化和传输的网络化，而传统变电站主要注重的是信息化的传输。,（三）智能变电站,对智能变电站的定义：智能变电站以数字化变电站作为技术基础，采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。,（四）数字化变电站与智能变电站的比较,（五）智能电网的需求,对于变电站来讲，站内设备本身的可靠性固然重要，更重要的是这个整体所体现出来的是可靠的。换句话说，设备不一定是最好的、最先进的，但是一定要具有“团队精神”，这些设备组合在一起一定是最合适的，能够“拧成一股绳”，劲往一处使，配合默契最大程度地发挥团体优势。变电站需在以下几个方面进行相应的完善，以满足智能电网对变电的需求。,坚强可靠的变电站信息化的变电站自动化的变电站互动化的变电站,3.自动化的变电站变电站自动化是实现电网自动化最直接的窗口，智能变电站应最大可能地实现自动化功能为智能电网提供服务。实现根据工程配置文件生成系统工程数据、二次设备在线/自动校验、变电站状态检修、变电站系统和设备系统模型的自动重构等功能，进一步提高变电站自动化水平。,二、智能变电站关键设备/系统,（一）智能化一次设备1、智能变压器和断路器智能设备首先是一台数字化的设备，并不意味着设备的基本原理一定要发生改变，而是指设备及其附属部件的状态可视化和测控数字化。传感器、控制器及其接口成为高压设备不可或缺的一部分，原来在主控室内实现的功能，在智能设备时代设备本身已经具有。,例如智能变压器，运行中除了与高压电网相连接的母线外，变压器与控制系统仅靠通信光纤相连。值班人员轻点鼠标，变压器状态参数和运行数据一目了然，如：变压器寿命曲线图、是否应该检修、变压器损耗等。当运行方式发生改变时，根据系统的电压、功率情况，决定是否调节分接头（调节变比）；当自身所带负荷超过额定容量时，请求相邻变压器或者相邻站“伸出援手”；当自身健康状况出现问题时，发出预警并提供状态参数等等。,（二）变电站统一信息平台在建设智能变电站的同时，随着信息量的剧增,信息化作为智能变电站的基础，必须整合站内各种业务系统,加强数据深层挖掘研究和应用，结合先进的信息存取机制和数据挖掘技术，实现信息双向传输,各种应用的数据共享，形成综合信息系统，建立统一信息平台。统一信息平台下，将全站的数据按照统一个格式、统一编号存放在一起，应用时按照统一检索方式、统一存取机制进行，避免了不同功能应用时对相同信息的重复建设。,三、智能变电站技术展望,组网技术将进一步发展可视化设计技术模块化与可装配式变电站海量信息与高度集成的自动化系统分布式变电站与变电站集群电网层面的在线监测与评估智能化诊断与一键式修检的管理,思考题,1简述智能变电站涵义2智能变电站与常规变电站的区别？3.谈谈大家感受到的身边的智能电网。,
