第一章 智能电网与智能变电站

（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。
❖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。
（三）发达的“感官”― ― 装备的智能化
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。
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。
❖ 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。
❖ 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。
❖ 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；
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、
❖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。
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
❖ 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；
❖ 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。
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பைடு நூலகம்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
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；
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 ）。
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。
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
❖ 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。
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。
（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。
（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）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。
（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 。
❖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
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