第一章 智能电网与智能变电站

（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。
2009年～2010年
压电网和城乡配电网建设， 运行效率，以及电网与电
规划试点阶段，重点开展 初步形成智能电网运行控 坚强智能电网发展规划工 制和互动服务体系，关键
源、用户之间的互动性显 著提高。
作，制定技术和管理标准， 技术和装备实现重大突破
开展关键技术研发和设备 和广泛应用。
研制，开展各环节的试点
❖ 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。
工作。
智能电网内涵
❖ ①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；
❖②自动化：提高电网自动运行控制与管理水平提 升
❖③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
（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。
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。
一、智能电网概述
❖ 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。
❖ ②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；
❖ ③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；
❖ ④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；
（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 。
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
智能电网的主要特征
连续的在线评估 预防控制
防范极端天气
流程优化 信息整合 管理规范化和精细化
自动隔离故障，自我恢复
抵御人为外力破坏 防护信息安全
自愈
Selfhealing
坚强
Robust
集成
Integrated
经济
Economical
优化
Optimized
支持电力市场 提供优质电力
提高资产利用效率 降低运维成本和投 资成本
兼容
compatible
支持可再生能源接入 适应分散发电 实现负荷侧的交互
（二）坚强智能电网
❖ 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。
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。
（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。
❖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。
❖ 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。
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
第一节 智能电网
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？
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 ）。
（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。
❖ 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。
❖ 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。
❖ ⑤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：
❖①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；
❖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。
❖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。
坚强
智能
坚强智能电网的技术体系
坚强智能电网发展战略框架
坚强智能电网
一个目标
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
两条主线 三个阶段 四个体系 五个内涵 六个环节
技术主线 管理主线
电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系
发电 输电 变电 配电 用电 调度
坚强智能电网发展的三个阶段
国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网的建设：

第三阶段
2016年～2020年
第二阶段
引领提升阶段，基本建成
2011年～2015年
坚强智能电网，使电网的
第一阶段
全面建设阶段，加快特高 资源配置能力、安全水平、
❖ 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。
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
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。
（三）发达的“感官”― ― 装备的智能化