英国智能电网研究综述

第33卷第20期电网技术V ol. 33 No. 20 2009年12月Power System Technology Dec. 2009 文章编号：1000-3673（2009）20-0009-04 中图分类号：TM7 文献标志码：A 学科代码：470·4054

英国智能电网研究综述

杜文娟1，王海风2，陈中1

（1．东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096；

2．Queen’s University of Belfast，Belfast，BT7 5AH，UK）

Research on Smart Grid in UK

DU Wen-juan1，WANG Hai-feng2，CHEN Zhong1

（1．School of Electrical Engineering，Southeast University，Nanjing 210096，Jiangsu Province，China；

2．Queen’s University of Belfast，Belfast，BT7 5AH，UK）

ABSTRACT: Sustainable power generation and supply (SUPERGEN for short) is the flagship project sponsored by the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) in the UK. Since 2003, the EPSRC has supported large-scale research on the smart grid in the UK, which was called future network technology and now is updated as flexible network. This paper presents the background, objectives, some example research and future work of smart grid research in the UK carried out under the title of future network technology and flexible network.

KEY WORDS: smart grid；future network technology；flexible network

摘要：自2003年起，英国工程和自然科学研究委员会(EPSRC)资助的旗舰项目——可持续电力生产和供给(sustainable power generation and supply，SUPERGEN)对智能电网(smart grid)展开了大规模、集团式研究。这一研究在英国先期被称作“未来网络技术”，现在则被称作“柔性网络”。作者基于所参加的未来网络技术和柔性网络研究团队的工作经历，主要综合介绍英国智能电网研究的背景、目的、内容，以及所取得的阶段性成果和未来的研究方向。

关键词：智能电网；未来网络技术；柔性网络

0 引言

可持续电力生产和供给(sustainable power generation and supply，SUPERGEN)是英国国家基金会(Research Council UK)能源研究计划中的旗舰项目，它由英国工程和自然科学研究委员会(the Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC)牵头资助和管理[1-2]。至今，SUPERGEN这一旗舰项目已经资助成立了15个SUPERGEN研究团队，投入的研究经费已高达1亿多英镑。2007年，EPSRC资助成立了英中清洁能源合作研究网络(UK-China Network of Clean Energy Research，http:// )，致力于推动SUPERGEN与中国的合作研究和交流。

对智能电网的研究是SUPERGEN旗舰项目中的一项极其重要的内容。在2003年首先启动的第1期SUPERGEN中，EPSRC就资助成立了未来网络技术研究团队(2003—2007年)，投入研究经费342万英镑。2007年，EPSRC再次投入近700万英镑资助未来网络技术研究团队的第2期——柔性网络研究团队(2007—2011年)，在先期取得的研究成果基础上，对智能电网进行更深入的理论研究和向应用产品转化[3]。

本文主要综合介绍未来网络技术和柔性网络研究团队对智能电网展开研究的背景、目的、内容，以及所取得的阶段成果和未来的研究方向。

1 已开展的研究——未来网络技术

与欧洲一样，英国对未来网络技术展开大规模研究的动力主要来自于对未来低CO2排放的社会经济可持续发展的展望。在较短的时间内(2020年前)，现有的电力网络可能必须支撑10%~20%的可再生能源发电量。而展望中长期的未来(2040年前和以后)，电力电子技术的突破、高宽信息技术的广泛应用和计算机技术的阶跃性发展，都将为电力网络大规模地向千家万户输送可再生能源发电提供极大的可能性。这将使未来电力网络与现有电力网络在规划、运行、控制和保护各个方面可能完全不同。未来网络技术研究团队的研究对未来电力系统的预见是：大规模可再生能源发电接入电力系统，

10 杜文娟等：英国智能电网研究综述V ol. 33 No. 20

将给电力系统的规划、运行、控制和保护带来沉重的负担和挑战。对未来网络技术的研究就是为电力工业应对这一未来的挑战进行技术研究储备，为未来电力网络承担起大规模传输可再生能源发电提供可靠和可行的技术方案。未来网络技术研究团队的研究主要在如下7个方向上进行：

1）广域系统可靠性和安全性。

未来电力系统在运行可靠性和安全性上的威胁主要来自于微网供电(micro-generation)和大规模远距离可再生能源输电。这2种发电模式接入电力系统的动力来自于环境保护。在电力市场的推动下，电力系统在技术上接纳它们的可靠性和安全性，将被视为是电力系统本身的问题。微网和可再生能源供电的最大特点是其发电的可变性和不确定性。在大部分情况下，供电本身不具备可控性。广域系统可靠性和安全性就是从全系统的角度，研究电力系统在接入较高比例的可变和不确定发电情况下的系统运行的可靠性和稳定性。未来网络技术研究团队选择了2个研究课题：①低CO2排放电力系统的电力供应和消耗的平衡；②可再生和新能源发电接入对电力系统安全性和稳定性的影响。

2）电力系统的分散运行和控制。

未来网络技术研究团队在这一方向上的研究课题是：①分布式电源和系统建模；②分布式网络的交互协调控制；③未来电力系统紧急控制的多代理系统；④分散鲁棒稳定器；⑤分散运行的经济性；

⑥电力市场结构和规则的有效设计；⑦储能系统运用于分散紧急控制。

3）电力需求参与的分布式电力系统控制。

现有的电力系统控制主要是通过发电侧的调节控制应对系统中的负荷变化，以保证电力供应的持续性、经济性和高质量。在电力系统中接入可变的电源(如风能发电)后，引入电力需求参与的分布式电力系统控制，可以提高电力系统控制的有效性。这一方向上，未来网络技术研究团队的研究课题有：①电力需求参与控制的电力系统运行与控制；②电力需求分布式控制系统的建模与设计。

4）微网(micro-grids)。

微网是指小规模的配电网，其供电具有一定的协调和控制功能。在大部分情况下能够满足本身的电力需求；如果有需要，还可以脱离主电网独立运行。在这一方向上，未来网络技术研究团队的研究课题有：①微网的运行模态和同步问题；②保护与设计；③微网的运行和所有权问题。

5）未来电网场景预见。

这是未来网络技术研究团队设计的研究方向，主要是研究未来电网发展的几种可能的场景及其评估。这包括设计、运行和管理的场景预见。这一预见将考虑对未来网络技术研究所取得的最新成果。在这一研究方向上的研究课题有：①场景辨识；

②场景仿真框架和方法；③场景评估和解释。

6）系统演变及其动力。

未来电网场景预见主要研究未来几个时间点上电力网络的结构、设计、运行和管理。而在系统演变及其动力这一方向上，研究重点是未来电网向其预见场景演变的过程，及如何通过经济动力和政治手段，使得未来电网朝着预见的场景发展。在这一研究方向上，未来网络技术研究团队中的经济学、政治学和社会学专家发挥着重要作用，其研究课题有：①创新、投资和动力；②能源–环境一般化计算平衡模型；③演变中的社会和心理学问题。

7）未来网络技术研究的扩展。

在这一方向上，未来网络技术研究团队选择了如下与其它SUPERGEN研究团队合作交叉的研究课题：①海洋能发电接入电力系统——发电到岸连接和多端口直流输电(与海洋能研究团队合作)；

②输电的地点和堵塞问题(与海洋能研究团队和氢能研究团队合作)；③利用氢能储能和发电解决可再生能源发电的间歇性问题(与氢能研究团队合作合作)；④电能和氢能的演化(与氢能研究团队合作)；

⑤能源技术的经济分析(与氢能研究团队和生物能研究团队合作)。

2 研究举例——未来网络控制的基本框架

上节介绍的未来网络技术研究是在2003— 2007年完成的，取得了丰硕的成果。研究团队共发表专著1部，论文320篇(其中杂志论文120余篇)，其代表作见文献[4-13]。研究结果已提交其工业俱乐部所属电力公司。本节将简要介绍其中有关智能电网紧急控制的重要结果——未来网络控制的基本框架[14]。

无论是从控制理论还是电力系统实践来看，目前电力系统的控制方式可分为2大类：集中控制和分散控制。这2类控制的基本框架如图1所示。分散控制的功能由仅和本地装置相连的本地控制器完成，其根据本地装置的反馈信号，依照控制判据，发送控制信号到本地装置，形成分散控制的一个闭环回路。集中控制的功能由位于控制中心的集中控