智能电网全方位介绍

智能电网目录1 智能电网的概念和特点 (1)1.1 概念 (1)1.2 特点 (1)2 智能电网的结构与特征 (3)2.1 智能电网结构 (3)2.2 智能电网特征 (4)3 智能电网系统组成 (6)3.1 发电系统 (6)3.2 输电系统 (9)3.3 配电系统 (12)3.4 用电系统 (13)4 智能电网的关键技术 (17)4.1 通信技术 (17)4.2 量测技术 (18)4.3 设备技术 (19)4.4 控制技术 (20)4.5 支持技术 (22)5 重视领域 (24)5.1 智能规划 (24)5.2 智能操作 (24)5.3 智能管理 (24)6 总结 (25)1智能电网的概念和特点1.1概念智能电网是指一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。

智能电网通过广泛的应用分布式智能和宽带通信，以及自动控制系统的集成，保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。

美国电力科学研究院对智能电网的定义为：利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行全面的实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，实现对整个电力系统运行的优化管理。

1.2特点1．安全：更好地对人为或自然发生的扰动作出辨识与反应。

在遭遇自然灾害、人为破坏等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。

2．经济：支持电力市场竞争的要求，优化资源配置；提高设备传输容量和利用率，有效控制成本，实现电网经济运行。

3．清洁：既能适应大电源的集中接入，也能对分布式发电方式友好接入，做到“即插即用”。

支持风电、太阳能等可再生能源的大规模应用。

4．优质：实现与客户的智能互动，以友好的方式、最佳的电能质量和供电可靠性满足客户的需求，向客户提供优质服务。

2智能电网的结构与特征2.1智能电网结构从广义上来说，智能电网包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量系统以及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统。

未来智能电网的基本结构，电能不仅从集中式发电厂流向输电网、配电网直至用户，同时电网中还遍布各种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、燃料电池、电动汽车等等；此外，高速、双向的通信系统实现了控制中心与电网设备之间的信息交互，高级的分析工具和决策体系保证了智能电网的安全、稳定和优化运行。

图2.1中国特色智能电网总体示意图2.2智能电网特征智能电网包括八个方面的主要特征，这些特征从功能上描述了电网的特性，而不是最终应用的具体技术，它们形成了智能电网完整的景象。

智能电网是自愈电网：“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。

智能电网激励和包括用户：在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。

鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。

智能电网将抵御攻击：智能电网的设计和运行都将阻止攻击，最大限度地降低其后果和快速恢复供电服务。

智能电网也能同时承受对电力系统的几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。

智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量：智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。

智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件：通过其先进的控制方法监测电网的基本元件，从而快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。

智能电网将容许各种不同类型发电和储能系统的接入：从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。

智能电网将使电力市场蓬勃发展：智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场，汇集更多的买家和卖家。

智能电网优化其资产应用，使运行更加高效：智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。

3智能电网系统组成3.1发电系统光伏发电光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。

不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。

理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和铜铟镓硒薄膜电池等。

一、太阳能光伏发电系统的设计原理图3.1独立发电系统独立发电系统由太阳能电池组件方阵、蓄电池组、控制器组成，可为直流负载供电。

如负载为交流型的，发电系统还包括逆变器。

图3.2并网发电系统网发电系统由太阳能电池组件方阵、并网逆变器及连接器组成，可发电并把电能送上电网。

并网发电系统还可以为负载供电。

二、系统各部分功能（一）太阳能电池组件方针：由若干太阳能电池组件串联或并联而成，主要功能为利用太阳能进行发电。

（二）蓄电池组：一般采用免维护铅酸蓄电池作为储能装置，用来储蓄太阳能光伏组件发出的电能。

（三）控制器：用来充、放电和其他方面的自动控制。

（四）逆变器：是将直流和交流相互转换的设备。

三、光伏系统监控光伏系统数据检测、远传是采用太阳能专用工控机、环境监测仪、数据采集器和显示装置及与其配套的太阳能专用监控软件来检测、远传太阳辐射量、温度、光伏组件直流输入电压、电流、逆变器输入/输出电压及电流及输出计量等。

由于采集参数的多样性和分散性，系统可分布式数据采集的结构模式。

所谓分布式数据采集，就是利用电量隔离变送器、温度传感器、太阳辐射测量仪等设备就近分散采集现场数据，通过智能数据采集模块的串行数据总线技术将采集到的数据传送至监测计算机进行集中的数据统计和处理。

智能数据采集模块中设有独立的中央处理模块，可以在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理，然后通过数据总线将处理后的数据传送至监测计算机，监测计算机负责将各个现场的数据进行汇总和处理。

图3.3光伏系统监控示意图3.2输电系统智能柔性交流输电系统智能电网中的智能柔性交流输电系统( f le xible AC tra nsmissio n system, FACTS) 面临装置平台相关性强和装置间差异性很大的问题, 为此, 建立智能FACTS 装置的分层参考模型, 如功率层、驱动层、实时层和应用层, 通过层与层间的电气隔离和应用隔离, 使具体的智能FACTS 装置功能抽象成为软、硬件相结合的服务元并具有标准定义的服务; 把智能FACTS 中众多服务元进行组织, 建立面向服务的智能FACTS 构架, 即具有统一服务接口的非层次结构, 并定义响应服务时服务元与服务接口间、服务元与服务元间关系, 大大提高整个系统对服务进行组织、管理和调用的效率。

面向服务的智能FACTS 构架智能电网中的智能FACTS 不再是众多实体FACTS 装置, 而是一个虚拟的服务元集合。

此时系统中还需要一个服务接口, 用于连接上层调度控制系统和FACTS 装置应用层。

面向服务的智能FACTS 构架结构如图3.4 所示。

图3.4面向服务的智能FACTS构架结构图3.4中, 指向服务接口的实线箭头表示把智能FACTS 中所有服务元的服务状态( 包括提供服务种类、服务是否可用等) 注册到服务接口。

上层调度控制系统可以通过服务接口查询服务元的服务状态, 合理选择、组合一个或多个服务元提供服务。

指向服务元的实线箭头表示服务请求由上层调度控制系统发出, 服务接口程序接收到服务请求后, 将相应的系统调用命令转发至相应的服务元。

服务元间的虚线箭头表示在上层调度控制系统授权允许的情况下, 服务元间可以进行协作请求, 如果此时被请求服务元能够提供协作服务,则可以返回一个允许的协作响应, 反之则为一个拒绝的协作响应。

设立服务元间的协作关系, 可以优化智能FACTS 装置的服务, 在非正常运行时进行紧急协调控制。

对于一些混合FACTS 装置, 可以将其划分为多个服务元, 服务元间的协调控制通过服务元间的协作关系实现, 这种实现方式如4.5所示。

图3.5智能FACTS 中的服务元在图3.5中, 流经服务元的信息流要求其对电力流进行控制和协作请求, 也包括对服务状态进行反馈和协作响应。

在这一系统中, 构成最小单位的服务元具有层次结构, 是服务的载体, 通过面向服务的体系结构进行组织、管理和调用。

基于服务元和面向服务体系结构的智能FACTS 构架, 具有服务执行效率高、可靠性高的优点。

智能配电网（Smart Distribution Automation）是智能电网(Smart Grid) 中配电网部分的内容。

功能特征与传统的配电网相比,SDG具有以下功能特征。

1) 自愈能力；2) 具有更高的安全性；3) 提供更高的电能质量；4) 支持DER 的大量接入；5) 支持与用户互动；6) 对配电网及其设备进行可视化管理；7) 更高的资产利用率；8) 配电管理与用电管理的信息化。

智能配电网的主要技术内容：1) 配电数据通信网络；2) 先进的传感测量技术,如光学或电子互感器、架空线路与电缆温度测量、电力设备状态在线监测、电能质量测量等技术；3) 先进的保护控制技术,包括广域保护、自适应保护、配电系统快速模拟仿真、网络重构等技术；4) 高级配电自动化；5) 高级量测体系( Advanced MeteringArchitecture ,AMA)是一个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；6) DER 并网技术,包括DER 在配电网的“即插即用”以及微网(Micro Grid)两部分技术内容；7) DFACTS是柔性交流输电(FACTS)技术在配电网的延伸,包括电能质量与动态潮流控制两部分内容；8) 故障电流限制技术,指利用电力电子、高温超导技术限制短路电流的技术。

智能用电系统由组成1.系统主站；2.远程信道；3.智能电表；4.本地信道；5.互动终端；6.智能开关组成。

图3.6智能用电系统组成主站系统包括：用电信息采集子系统；营销服务支持子系统；电力负荷预测子系统；电价策略制定、发布子系统组成。

电力企业通过对用户用电信息的全面自动采集、实时监视，及时掌握用户用电信息，全面提升市场分析能力；大量用户用电信息的采集和存储，为营销服务支持子系统和负荷预测子系统的正常运行提供了数据基础。