智能电网和微网技术

微网——单相原理图
微网——三相原理图
微网——直流并接+储能馈电
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
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
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
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
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
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
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
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——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
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
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——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——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
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
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”