智能电网和微网技术

20世纪九十年代，高 级计量体系（AMI） 2005年坎贝尔基 于群体行为原理 发明无线控制器

2006年，IBM与全球电 力科研机构和电力企业 合作提出“中枢神经系 统”的智能电网方案

2008年，Google与GE 2009年2月，华北电网公司的智能 联合宣布开发新能源 电网项目——华北电网稳态、动 业务，目的是为美国 态、暂态三位一体安全防御及全过 打造智能电网 程发电控制系统通过专案组验收

微网技术
 微网是一种在能量供应系统中增加可再生能源和分布式能 源渗透率的新兴能量传输模式  微网包括不同各类的分布式能源（DER)、各种电负荷和/ 或热负荷的用户终端以及相关的监控、保护装置  DER单元为具有不同容量和特性的分布式发电单元（DG) 或分布式储能单元 （DS)；而负荷则分为敏感性和非敏感 性负荷  微网体系架构：单个设施级，负荷量小于2MW；多个设 施级，负荷量在2-5MW；馈线 级，容量 5-10MW；变电 站级，容量5-10MW

智能电网——技术内容和功能
 配电数据通信网络：覆盖配电网中所以节点的IP通信网， 采用光纤、无线与载波等组网技术，支持各种配电终端与 系统“上网”  先进的传感测量技术：光学或电子互感器、架空线路与电 缆温度测量、电力设备状态在线监测、电能质量测量技术  先进的保护控制技术：广域保护、自适应保护、配电系统 快速模拟仿真、网络重构等  高级配电自动化（ADA)：配电运行自动化（SCADA、变 电所自动化、馈线自动化）、配电管理自动化（配电GIS 、设备管理、检修管理等）  高级计量体系（AMI）：使用智能电表通过多种通信介质 ，按需或以设定的方式测量、收集并分析用户用电数据的 系统

微网——单相原理图

微网——三相原理图

微网——直流并接+储能馈电



微网技术
 由各种分布式电源/微电源、储能单元、负荷以及监控、保护装置组成 的集合  可在并网运行和孤岛（自主）运行2种模式间切换  通过相关控制装置间的协调配合，可以同时向用户提供电能和热能  根据实际情况，系统容量一般为数千瓦至数兆瓦  通常接在低压或中压配电网络中  目前主要应用 单一种类可再生能源发电场、（冷）热电联供系统
智能电网&微网
——基本技术和发展概况

智能电网技术

微网技术

智能电网——定义  美国：统一智能电网，强调“全国统一、可靠、降损、高 效、投资拉动、可再生能源接入”，GridWise项目和 Intelligrid项目  欧洲：超能智能电网，强调“供电安全、跨区电力交易和 输送、可再生能源接入、分布式能源、环境保护”， SmartGrid项目  国内，坚强智能电网，强调“特高压为骨干网架，各级电 网为分区的具有中国特色的电网”

微网——建模与仿真
 微网单元级：对各种供热、供电、储能单元及相关单元级 控制器进行单元级建模，包括系统各组成单元的数学模型 ，以可再生能源为初始能源的DER单元出力 的随机模型 、储能单元的充放电模型  微网系统级：各DER单元间的协调、系统的集成运行相应 的能量管理软件（短期、超短期的能量预测和负荷需求预 测、机组调度、组合、经济调度、实时管理）、系统稳态 和动态仿真（潮流分析、动态电压控制、系统不平衡、不 对称的预测和评估、不同组成单元的动态交互及对系统稳 定性的影响）  实例：美国CERTS提出了分布式电源用户侧模型DERCAM，开发微网分析工具μGrid；GE开发和检验微型电网 的能量管理系统；日本Hachinohe微网示范工程相关的能 量系统

微网——发展历程

美国电气可靠性技术措 施解决方案联合会 （CERTs）提出微网概念

美国电力公司 Walnut微网测试 基地验证CERTs微 网理论和方法

美国北部电力 系统Mad River 微网示范工程
Biblioteka Baidu
美国能源部制定“Grid 加拿大BC和Quebec开 2030”发展战略 建微网示范工程

2005，欧洲提出“智能电网计 划，2006年出台技术实现方案

智能电网——技术内容和功能

智能电网——高级计量体系（AMI）
 AMI可实现电力供应商与用户间的互动交流，支持实时电 价，利用分布式发电与储能设备参与削峰填谷  AMI授权给用户，使系统同负荷建立联系，并让用户能够 支持电网的运行，同时与电网友好的电器（GFAs) 可帮助 电网提高设备利用率和防止停电事故的发生

自愈：稳定可靠 安全：抵御攻击 兼容：发电资源 交互：电力用户 协调：电力 市场 高效：资产优化 优质：电能质量 集成：信息系统

智能电网——与目前电网对比
目前电网状况 电价不透明，缺 激励/包括电力用户 少实时定价，选 择很少 集中的发电占 优，少量DG， 提供发电/储能 DR，储能或可再 生能源 有限的趸售市 使市场化成为可能 场，未很好的集 成 关注停运，不关 满足电能质量要求 心电能质量 很少计及资产管 优化 理 扰动发生时保护 自愈 资产（保护跳 闸） 对恐怖袭击和自 抵御攻击 然灾害脆弱 智能电网特征 将来智能电网状况 充分的电价信息，实时定价， 有许多方案和电价可供选择 大量“即插即用”的分布式电 源补助集中发电 成熟、健壮、很好集成的趸售 市场 电能质量需保证，有各种各样 的质量/价格方案可供选择 电网的智能化同资产管理软件 深度集成 防止断电，减少影响 具有快速恢复能力

目前，欧盟主要资助 “Microgrids”和“More Microgrids”微网项目

希腊、德国、西班牙等建立 不同规模的微网实验室

日本已经建立了 多个微网工程

微网——并网、保护和通信技术
 电力电子技术：并网逆变器（整流器）、静态开关、电能 质量控制装置  故障检测与保护：过压和欠压保护、反孤岛和低频保护  通信技术：在采集不同特性的DER单元信息的基础上，通 过配网级、微网级、单元级各控制器间的通信来实现

智能电网——发展历程
20世纪八十年 代，大型工业用 2001年，意大 户自动读表系统 利电力公司智 能化计量网络 2006年，欧盟理 事会发表《可持 续的、竞争的、 安全的欧洲能源 策略》绿皮书 2008年美国科 罗拉多波尔德 建成美国第一 个智能电网城 2009年1月，美国白宫发布《复 苏计划尺度报告》，计划铺设 可更新3000英里输电线路，并 安装4000万只家用智能电表

智能电网——高级配电运行体系（ADOI）
 ADOI主要作用是使“自愈”功能得以实现  ADOI主要包括高级配电自动化、配电快速仿真与模拟、 分布式电源运行、AC/DC微网运行、新兴电力电子装置、 配电SCADA、配电地理系统（GIS)

智能电网——高级输电运行体系（ATOI）
 ATOI主要实现输电智能化，强调的是阻塞管理和降低大 规模停运风险  ATOI主要包括阻塞管理、输电SCADA、WAMS、输电 GIS技术、EMS高级报警可视化、输电系统仿真与模拟等

智能电网——技术内容和功能
 并网技术（DER)：包括DER在配电网的即插即用以及微 网技术。即插即用包括：DER高度渗透的配电网的规划建 设、DER并网保护 控制与调度管理、系统与设备接口的 标准化等；微网指接有分布式电源的配电子系统。DER并 网研究还包括有源网络技术，即分布式电源大量应用、深 度渗透、潮流双向流动的网络  DFACTS：柔性交流输电（FACTS）技术在配电网的延 伸。包括电能质量与动态 潮流控制。设备包括：静止无 功发生器（SVC)、静止同步补偿器（STATCOM)、有源 电力滤波器（APF）、动态不停电电源（UPS）、动态电 压恢复器（DVR）、固态断路器（SSCB）、统一潮流控 制器（UPFC) 等  故障电流限制技术：利用电力电子、高温超导技术限制短 路电流

智能电网——高级资产管理体系（AAMI）
 AAMI主要实现电力资产管理，改进电网的运行和效率  AAMI主要分为四个层次：用户层、业务逻辑层、应用服 务层、系统服务层  AAMI管理分为：设备资产管理、缺陷管理、发电计划及 项目管理、检修管理、备品备件及工器具管理等

智能电网——关键技术
 集成通信技术：无线、电力线宽带（BPL）等，主要用于变电站自动 化（SA）、配电自动化（DA)、监控与数据采集系统（SCADA)和需 求侧管理（DSM)  传感器和计量技术：高级传感器、智能电表、AMI、PMU、广域测量 系统（WAMS)，用于监视设备运行情况，估计电网 阻塞及稳定性， 为控制策略的选择提供依据  高级交互界面和决策技术：可视化技术、加密技术、为系统运行提供 多重选择的软件系统、用于运行测试和假设分析的仿真系统  高级控制技术：分布式智能代理、高级分析软件、高速计算工具和用 于调度运行、SCADA、SA、DSM等高级控制技术  其他高级应用技术：输电线路建设的超导技术、柔性交流输电（ FACTS)和高压直流输电（HVDC)技术、支持分布式电源并网的储能 技术  相关标准和规约

智能电网——定义

优化电力用户峰荷时段用电量 实现分布式电源“即插即用”的并网运行 方式，进而达到节能减排的目的 在传统电力网络中应用最新的信息化和数 字化技术，是现有输配电网的智能化升级 目的在于进一步优化系统运行，提高 系统 的安全稳定性，并解决分布式电源并购我 运行产生的问题

智能电网——特征

微网——规划设计
 网络结构的优化设计以及DER单元类型、容量、位置的选 择和确定  设计原则：根据微网系统安置处的负荷和可利用能源的情 况，考虑设备的响应特性、效率、安装费用和控制方法等 ，优化确定相关DER单元的信息，提高整个系统的可靠性 、安全性和经济性

微网——运行控制和能量管理
 监控体系：配网级（配电网控制器，DNO和市场控制器，MO)、微网 级（微风中央处理器，MCC)和单元级（DER单元和负荷的就地控制 器，LCs)3个层次的协调合作，控制方式分为集中式和分散式  运行管理：综合当地的热电需求情况、气候状况、电价、燃料消耗、 电能质量要求、泵售及零售服务需求、需求侧管理要求以及拥塞水平 来进行决策  孤岛控制：纯下垂控制、逆变器模式控制、基本能源控制、反向下垂 控制、单元功率和馈线潮流相结合控制、多代理控制  辅助服务：一是不允许微网向主网提供能量时，微网以一个可控的负 荷形式运行，能够控制负荷量和功率因数；一是允许微网向主网提供 能量，参与电力市场时的控制（实时频率稳定调节、功率平衡、电压 稳定调节、长短期各种备用能力、黑启动、网络稳定性  运行标准：完善中