智能电网与电能质量

家庭网关
P16
从AMR到AMI
国外80年代中期开始远方抄表技术应用 AMR
2006年逐渐开始推行AMI，利用现代通信技术，实现双向通 信和实时抄收，为配用电侧分布式电源接入、电动汽车的充电 及监控提供了条件，并为优化能源管理提供了基础信息。
AMR:远程自动抄表 从远程读一个累积的电能
读数 单向通信 以天或月为计量周期
AMI:高级量测体系
完整的体系可远程读取多个 间隔计量值
双向通信
提供详细的数据以能支持分 时电价
远程软件升级 支持用户户内网络
P17
美国AMI分项效果
• AMI投资回收周期，在美国通常为 为10-20 年 • 运行效益可能不能补偿AMI投资的费用 • 增加需求响应等应用，有助于提高AMI的经济性
器，线路和电缆传感器
员工管理系统（WMS)
P3
主要技术内容 (IEA)
技术领域
硬件设施
软件和系统
Smart meter, in-home displays, 表计数据管理系统（Meter
AMI
servers, relays
data management system ，
智能表计，家庭显示板，服务器和 MDMS)
包含新能源的优化调度
领域 先进的输电技术
关键技术
FACTS VSC-HVDC 超导输电 输电线路状态监测和状态检修智能变电智能变电站P6
实现智能电网的主要技术 （中国）
领域 高级配电技术
领域
智能用电
配电自动化
分布式能源并网 微电网
关键技术
关键技术 互动服务 用电信息采集系统（中国的AMI) 电动汽车充放电技术 智能用能服务（智能家居/楼宇/园区） 能效和需求侧响应
P23
分布式电源并网
分布式能源包括分布式发电机以及储能装置。它们通过配电 系统连接到电网。除了分布式能源的拥有者，它们还向其他 用户供电。
分布式发电是分布式能源的一部分，通常指将能源（包括燃 料，风能，太阳能等）转化为电力的技术。
储能
燃气内燃机
光伏发电
燃料电池
风力发电
小型燃气轮机
P24
分布式电源对配电网的影响
众的支持
P15
智能配用电技术
欧美等国的智能电网研究实践从推广应用智能电表及智能配用电技术开始
用户
服务提供商
运行部门
配电网
市场
外部通信信息流 内部通信信息流
电力流
储热 表计
商用楼宇 太阳能
楼宇自动化
园区
分布式风电
公寓 太阳能
网关 电动汽车
自动化 表计 工业园区
照明
恒温器
表计
家庭
自动化
用电器
网关
分表计
P18
AMI的应用-需求响应
需求侧响应涉及到三个层面：电网层、用户层和通信层。用户和电网的通信 采取两种方式，一种是用电设备直接和需求侧管理系统通信，另一种方式是 用电设备通过用户侧能量管理系统与需求侧管理系统通信
M需an求aDgee响m mea应nntd管SRyes理stepmo系n(sDe统RMS)
Solar
用(D户R) 设备 End-Use
Device
E(EVVSE) C充ha电rging
Station
P19
AMI的应用-需求响应
电力公司
Head End MDMS
DR 管理系统
通信
用户
(WAN) 有线通信
无线通信
互联网
AMI
(HAN) 用能显示器 或门户网站
EMS
控制/继电保 护/开关
来自GE公司
P7
实现智能电网的主要技术 （中国）
领域
关键技术
通信传输网 配用电侧的通信网
信息与通信
业务网 通信支撑网
智能电网信息基础平台和应用平台
通信和信息安全
方法论和用户接口
通用技术和智能电网
规划
智能电网规划
智能电网建模和仿真
P8
提纲 1. 智能电网技术体系 2. 智能电网技术发展与电能质量
P9
1. 大规模可再生能源并网技术 2. 智能配用电技术
➢ 电压闪变
➢ 电压不平衡
➢ 谐波畸变和直流注入
P25
电力系统中应用的主要储能技术
抽水蓄能电站 压缩空气储能
钠硫电池蓄能
超导储能（SMES）
超级电容器储能
飞轮储能
电池储能
压缩空气蓄能
电动汽车储能
液流电池蓄能
主要储能技术
抽水蓄能电站（浙江天荒坪）
P26
储能技术的应用
电能质量、UPS、系统稳定 (毫秒至秒级 ，保证电能质量、 系统稳定和防止供电中断 )
抽
水
可再生燃料电池
能量蓄电
管
电
理
转源
备
P27
削峰填谷
储能的作用
利用储能削峰填谷
P28
储能的作用
改善电能质量 越来越多的电子型负荷，它们对电压很敏感，电压骤降或 供电短时的中断会影响产品质量，造成经济损失。 采用一些储能设备 (如蓄电池、超级电容器、飞轮等），并 与无功补偿设备相结合，供电质量就可得到改善
(DR) 终端设备 电动汽车
充电站 (DG)屋 顶光伏
P20
AMI的应用-需求响应
削峰
提高能效
移峰 P21
AMI的应用-与OMS集成
没有AMI
• 依靠用户报告停电情况 • 约30%求助电话与电网停电无关 • 停电可能长达几小时无用户通报 • 用户求助电话需检修人员核实
有AMI
• 及时通知停电情况 • 随时联通电表检验 • 过滤重复信息避免OMS应接不暇 • 停电记录更加精确
P13
以AMI为核心的智能配用电系统
发电
输电
广域监测和控制技术
配电
用户
信息和通信（ICT）技术应用 新能源和储能及其并网技术 先进的输电技术
配电管理/配电自动化
来自IEA
高级量测体系（AMI） 电动汽车充（放）电基础设施
用电 侧系统
P14
发达国家智能电网实践多从用电侧（特别是居民用户）开始
▪ 负荷增长趋于饱和，输电网基本成熟、发展缓慢 ▪ 居民用电比例很高，约占30%左右 ▪ 可再生能源多以分布式方式接入 ▪ 电动汽车的发展 ▪ 用户侧系统和民众生活密切相关，可以争取议员和民
智能电网与电能质量
2019-6-29
P0
提纲 1. 智能电网技术体系 2. 智能电网技术发展与电能质量
P1
实现智能电网的主要技术 (IEA)
发电
输电
广域监测和控制技术
配电
用户
信息和通信（ICT）技术应用 新能源和储能及其并网技术 先进的输电技术
配电管理/配电自动化
高级量测体系（AMI） 电动汽车充（放）电基础设施
快速充电
➢ 充电时间短（20min～2h内），以较大电流为其提供短时快速充电服务， 一般充电电流为150～400A，因此电池发热严重，对电池寿命也有较 大影响。
➢ 输出电流会发生剧烈变化，对电网造成的冲击和给电网增加的负荷明 显，尤其是大量电动汽车在相近时段内密集进行快速充电时，负荷总 量将给电网的稳定性和承载力带来考验。
用电 侧系统
P2
主要技术内容 (IEA)
技术领域 广域监控
ICT
硬件设施
软件和系统
SCADA, WAMS, WAAPCA,
PMU和其他传感设备
WASA
通信设备（电力线载波、WIMAX，
LTE，RF mesh network, cellular）,路 ERP ， 用户信息系统（CIS） 由器，中继转播器、开关、网关、计
✓ 风速波动、湍流和塔影效应会引起风电机组电压波动及闪变 ✓ 变速风电机组的电力电子设备会向电网注入谐波
P11
性能测试
风机试验和检测
张北风电试验检测中心
在研项目情况
电能质量测试
元件试验
全球最大的风电试验基地，可进行风机试验检测，并可结合光伏和储能进行 试验检测。
载荷试验
低电压试验
并网标准符合性测试 P12
➢ 快速充电功率要求大，小型电动汽车需要的快速充电机功率通常也达 到几十千瓦，甚至上百千瓦。大型电动汽车的电池组容量更大，功率 要求将达到几百千瓦，成本非常高，因此快速充电不适用于大中型电 动汽车。
P34
电动汽车的充电方式
电池更换
➢ 动力电池在较短的时间得到更换(约10分钟左右) ➢ 用户可租用蓄电池，降低了电动汽车的初次购置成本。 ➢ 电能补充速度快，比起常规充电和快速充电，直接更换电池是耗时最短的，解
P29
平滑可再生能源功率输出
储能的作用
3MW 风电输出，1MW电池储能系统
日本TEPCO公司采用400kW钠 硫电池补偿500kW风力发电机， 可得到稳定的总输出功率
P30
微网技术
P31
电动汽车的充电模式
➢ 单向无序电能供给：电动汽车接入电网立即充电 ➢ 单向有序电能供给：即时间控制方式-电动汽车在给定的时
智能电话
智能恒温器
P4
智能电网包括的技术领域 （中国）
发电
输电
配电
用电
大规模可再生能源、大容量储能并网
先进的输电技术
智能变电站技术 高级配电技术
智能电网调度技术 信息与通信技术 通用技术和规划
智能用电技术 P5
实现智能电网的主要技术 （中国）
领域
关键技术 风电、光伏预测和检测
大规模可再生能源、大 大容量储能系统的测试和研发 容量储能并网
常规充电 ➢ 充电时间较长（几小时，如6~8小时），充电电流和充 电功率都比较低，对电池寿命影响较小，对电网冲击也 比较小； ➢ 可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本； ➢ 主要缺点是充电时间较长，需要长时间占用一个停车位 进行充电； ➢ 当车辆有紧急电能补充需求时难以满足。
P33
电动汽车的充电方式
风电机组试验检测
•截止2012年5月，酒泉风电基地风电场累计发生各类事故53 次，2月24日以来发生的三次严重事故分别甩风电出力84万千 瓦、100万千瓦和153万千瓦，导致电网电压短时间在0.67和 1.15间波动，主网频率最低为49.854Hz，导致电力系统短时 间电能质量不合格，从而影响用户的电能质量 •从2012年初起，计划安排21家风电场1170台风机，总容量 达188万千瓦的风电机组低电压穿越能力检测，预计6月30日 前完成
算机（服务器）
可再生能源和分布 动力设备，用于机组和储能设备通信 EMS, DMS, SCADA, GIS
式发电接入系统
和控制的硬件，
先进输电技术 配电网管理
FACTS VSC-HVDC 超导输电
电网稳定性分析，自动恢
复系统
自动重合闸，开关和电容器，远方控 GIS,DMS, 停 电 管 理 系 统
制的分布式发电和储能，变压器传感 （OMS),
DG并网 分布式储能并网（微网） 电动汽车充放电
P10
大规模风电并网技术
✓ 据统计：2011年底，中国风机累计吊装容量为5649万千瓦， 光伏安装容量累计为295万千瓦
✓ 快速发展的可再生能源，特别是风力发电和太阳能光伏发电， 其间歇性和随机性的特点，将对现有正常运行的电力系统产 生越来越多的影响
刻开始充电 ➢ 充电受电网控制方式：电动汽车与电网进行实时通信，可
在电网允许时刻充电，可优化充电安排，提高电网效率， 但不能向电网反馈送电。 ➢ 双向有序电能供给模式： （V2G模式）：电动汽车与电网 的能量管理系统通信，并受其控制，实现电动汽车与电网 间的能量转换（充、放电）。
P32
电动汽车的充电方式
备供电力 (秒级至分钟级，当供电转移时保证供电不间断)
能量管理(分钟至小时级，适应负荷的需要，如负荷调整）
主要性能指标
能量密度 (kWh or MWh) 功率密度 (kW or MW) 响应时间(-ms, -s, -minute) 储能效率 (充放电效率) 设备寿命 或最大充放电次数 经济因素 安全和环境方面的考虑
电能质量问题
➢ 负荷潮流变化大，电压常常发生波动，使电压调节变 得困难
（负荷潮流变化大，使馈线上的电压幅值发生变化，调 整和维持困难，可能导致电压不合格；DG频繁启动使 配电网电压常常发生波动，在不作变化的情况下，配 电馈线上能装多少DG，主要取决于电压调节性能；在 分布式电源为风电的情况下，电源需要从电网吸收无 功，且随时波动，使电压调节变得困难）
来自GE公司
P22
配电自动化
故障检测 遥控 隔离 故障消除 恢复供电电压优化 转供 和定位
网络自动 化
在智能电网中的作用
CVR：均衡线路压降；在允许范围率降低电压，减少 电力需求和能源消耗
综合电压/无功控制（IVVC）
故障检测、隔离、恢复（FDIR）：尽快恢复供电； 扩大恢复用户总数；降低对正常供电线路的影响。
Utility or
调度运行部门 Electricity System Operator
Commu通ni信cation
Cu用sto户mer
用(D户R) 设备 End-Use
Device
(EEVVSE) 充电 Charging
Station
来自GE公司 D(DRG) 光伏 Rooftop
Solar
D(DRG) 光伏 Rooftop
中继转播器
电动汽车充电设施
充电设施，电池，逆变器
电能付费系统，智能电网 对电动汽车充电（grid-to-
vehicle
charging ，G2V)和电动汽车 对电网放电（vehicle-togrid ，V2G)方法
用户侧系统
智能电器，路由器，家庭用电显示 电能仪表，能量管理系统，
板，楼宇自动化系统，聚热装置，