电能质量和智能电网
2024版智慧电力解决方案(智能电网解决方案)
平台层技术及应用场景
平台层技术包括云计算、大数据、 人工智能等，用于对感知层采集 的数据进行处理、分析和挖掘。
应用场景包括电网规划、调度控 制、故障诊断等。
通过平台层技术，实现对电网的 智能化管理和优化运行，提高电
网的经济效益和社会效益。
应用层技术及应用场景
1
应用层技术包括电力市场交易、需求侧管理、综 合能源服务等，用于实现电网与用户之间的互动 和增值服务。
通信信道
采用230MHz无线专网、GPRS/CDMA无线公网、光纤专网等多种 通信方式，确保用电信息采集的实时性和准确性。
分布式能源接入设备与系统
分布式电源接入设备
包括光伏逆变器、风电变流器、储能变流器等，实现分布式电源 的灵活接入和高效利用。
微电网控制系统
实现微电网的并网运行、孤岛运行以及两种模式间的平滑切换， 提高供电可靠性和电能质量。
深化产学研合作，促进成果转化
通过深化产学研合作，促进科技创新成果的转化和应用，为智慧电力的发展提供有力支持。
培育新兴产业，拓展应用领域
通过培育新兴产业，拓展智慧电力的应用领域，推动电力行业的转型升级和可持续发展。
THANKS
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结合新能源发电特性和市场需 求，开发新能源发电与传统能 源发电的联合调度和优化运行
模式。
05
智慧电力解决方案价值体现
提高供电可靠性和安全性
01
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03
通过实时监测和预警系统， 及时发现并处理电网故障，
减少停电时间和范围。
利用先进的信息技术和通 信技术，实现对电网设备 的远程监控和操作，提高
运维效率。
通过智能用电设备和家庭能源管理系统，实现用户侧能源消费的可视化、可控制和 可优化。
能源行业智能电网监测
能源行业智能电网监测智能电网监测作为能源行业的重要组成部分，具有重要意义。
本文将从智能电网监测的定义、应用场景、技术特点等方面进行探讨，以期为读者提供一定的了解和参考。
一、智能电网监测的定义智能电网监测，顾名思义，就是利用先进的传感器、通信、计算、控制等技术手段对电网进行实时监测和智能化管理。
通过精确获取电网数据，实现电网运行状态的实时掌握和异常情况的及时预警，能够提高电网运行的安全性、可靠性和效率，为电力系统运维提供有力支持。
二、智能电网监测的应用场景智能电网监测广泛应用于能源行业的各个环节，如发电、输变电和用户侧等。
具体应用场景如下：1. 发电侧监测：通过对发电机组、变压器、开关设备等的监测，可以实时获取发电设备的状态信息，保障发电系统的稳定运行。
同时，还可以对发电设备进行预测性维护和故障诊断，提高设备的可用性和运行效率。
2. 输变电侧监测：智能电网监测可对输变电设备进行全面监测，包括线路、变电站等。
通过实时获取设备的运行数据和状态信息，可以预测电网负荷变化、电压波动等情况，提供及时的调度决策，确保电网的运行安全和稳定。
3. 用户侧监测：智能电网监测在用户侧的应用主要包括电能质量监测和智能能源管理。
通过监测用户的用电行为和用电负荷情况，可以对用户的用电习惯进行分析和优化，并进行需求响应和用电平衡，提高用电效率和节能减排。
三、智能电网监测的技术特点智能电网监测的技术特点主要体现在以下几个方面：1. 多样化的数据采集：智能电网监测通过各种传感器和仪器设备对电网数据进行多层次、多角度的采集，包括电流、电压、功率、频率等参数，实时获取电网状态信息。
2. 高效的数据传输：智能电网监测利用现代通信技术，实现数据的快速、稳定传输。
通过高速宽带网络、物联网等手段，将分散的监测点数据集中管理，以保证数据的实时性和准确性。
3. 强大的数据处理能力：智能电网监测借助计算和控制技术，对海量的电网数据进行处理和分析。
电力系统中电能质量监测技术的标准化与应用
电力系统中电能质量监测技术的标准化与应用在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定运行和电能质量的优劣至关重要。
电能质量监测技术作为保障电力系统可靠运行的重要手段，其标准化和应用具有重要的意义。
电能质量问题多种多样，包括电压波动与闪变、谐波、三相不平衡、频率偏差等。
这些问题可能由电力系统内部的设备故障、非线性负载的接入，也可能由外部的雷电、短路等因素引起。
它们不仅会影响电力设备的正常运行，降低设备的使用寿命，还可能导致生产过程中断、数据丢失，甚至造成严重的安全事故。
电能质量监测技术的标准化是确保监测数据准确、可比和有效的关键。
标准化的过程涉及到监测设备的性能指标、测量方法、数据格式、通信协议等多个方面。
通过制定统一的标准，可以使得不同厂家生产的监测设备能够在同一电力系统中协同工作，监测数据能够在不同的系统和平台之间进行共享和分析。
在监测设备的性能指标方面，标准化规定了设备的测量精度、频率响应、动态范围等关键参数。
例如，对于电压和电流的测量精度，标准明确了在不同的量程范围内允许的误差范围，以保证测量结果的准确性。
同时，对于设备的频率响应，也规定了其能够准确测量的频率范围，以适应电力系统中可能出现的各种频率变化。
测量方法的标准化则确保了不同地点、不同时间进行的电能质量测量具有相同的基准和方法。
例如，对于谐波的测量，标准规定了采用快速傅里叶变换（FFT）等算法，并明确了采样频率、窗口函数等参数的选择，以保证谐波测量结果的一致性。
数据格式的标准化使得监测数据能够方便地在不同的系统之间进行传输和存储。
常见的数据格式如 COMTRADE 格式，规定了数据文件中包含的时间戳、电压、电流等信息的排列方式和存储格式，便于数据的交换和处理。
通信协议的标准化则解决了监测设备与上位机、数据中心之间的通信问题。
常用的通信协议如 Modbus、IEC 61850 等，规定了数据的传输方式、帧格式、命令码等内容，确保了通信的可靠性和高效性。
智能电网
1、美国IBM提出“智能电网”解决方案 2、奥巴马上任后的能源计划 3、中国能源专家武建东提出的“互动电网”
IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性的问题，解 决方案主要包括以下几个方面：
1、通过传感器连接资产和设备提高数字化程度； 2、数据的整合体系和数据的收集体系； 3、进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运 行和管理。 该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个
登录历史数据库；
●按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心； ●接收调度或控制中心有关控制命令并转给间隔层、过程层执行；具有在线
可编程的全站操作闭锁控制功能；
●具有站内当地监控，人机联系功能，如显示：操作、打印、报警、图像、
声音等多媒体功能；
●具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功
Interactive Smart Grid，互动电网定义为：
●开放和互联的信息模式基础上 ●加载系统数字设备和升级电网网络管理系统 ●实现发电输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服
务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理
●集合了产业革命、技术革命和管理革命
●实现电力数据读取的实时、高速、双向的总体效果 ●实现电力、电讯、电视、智能家电控制和电池集成充电
数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构 建，建立在IEC61850通信规范基础之上，能够实现变电站内智能 电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
四大要素：
1、电子式互感器
3、网络化二次设备
2、智能化开关设备
4、IEC61850应用
与传统变电站的概要比较
1、数字化变电站的技术特征
什么是智能电网
关于智能电网的基本认识1．智能电网研究的原动力及目标电气化技术被认为是人类在20世纪取得的最伟大的科技成就之-，它推进了人类社会的文明发展史。
随着以数字化和网络化为特征的信息时代的来临，电力工业的发展正面临着新的挑战。
智能电网是现代电网的发展方向和目标。
它将成为可充分利用广泛分布的可再生能源的基础设施，可实现节能减排、减缓(或维持)气候变暖的有希望的一种途径。
智能电网将能满足信息时代高电能质量、高供电安全和可靠性的迫切要求；与用户互动，提高电力部门与用户双方的电能和资产利用率。
因此，智能电网以超越传统模拟式电网的发展概念，愈来愈成为政府、政治家、企业家、金融家以及电力行业关注的热点和焦点。
(1)能耗和CO2排放导致全球变暖，已是一个不争的事实，而且在一段时期内还将变得更加严峻。
中国已进入以重化工为主要特征的工业化时代，经济发展迅速。
但是高能耗、高污染排放所带来的负面影响也越来越严重。
中国已成为世界CO2排放第二大国，不久即将成为第一排放大国。
CO2的排放是使地球气候变暖的主要原因之-，因而正在引起各国政府的严重关注。
我国传统的以75％煤电为主要特征的电力工业发展模式已不被全社会所认可，因此如何在我国满足持续快速增长的能源需求和清洁高效利用能源，对能源科技发展提出了重大挑战。
基于环境保护、节能减排和可持续发展的要求，越来越多的分布式电源将渗透进配电网基础设施。
传统的只适合于单向潮流的配电网，由于有数以万计的分布式电源并网运行而面临双向潮流、难于预测和控制等问题。
(2)进入21世纪以来，以美加"8.14大停电"为代表的大规模停电事故频频发生，中、小电网事故引起用户停电更是屡见不鲜，造成的社会影响和巨大的经济损失已难以计算。
由于目前电网用于紧急控制的保护和自动装置不具备对事态发展的实时监视、评估和控制能力，并且还可能发生因保护动作过慢或误动而导致电网震荡或不必要的解列等问题，发生电网的停电事故已难以避免。
智能电网与电能质量技术发展趋势及产业机会
ｃ ｓ Ｇ产品市场十 ＝ ｖ
年均增长率
实际情况是 ：００年 荣信 一家的销 售额 在 ３ 以上 ２１ 亿
结语
１ 智能电 网是世界 电力 系统发展 的新走 向， ） 具有强烈 行业和社会的 内因驱动 ， 带来 了系列新概念 、 新思路 、 新平 台、 新前景 、 新需求 ；
２ 智 能 电 网 条 件 背 景 下 电能 质 量 面 临 众 多 挑 战 和 新 ）
２ ｌ ２ 毫燕枉； Ｉ ： ． 虚阑 ・ ０ ２ 第４ ２１年 期
＿
家讲坛 专
Ｅ ｐ ｒ ｓＲ ｓ ｒ ｍ ｘ ｅ ｔ ｏ ｔ ｕ
壹颇 罔 ｗｗｗ．ｈ ｎ ｂ ａ ｐ ｎ ｃ ｍ ｃ ｉ ａ ｉｎ ｉ ．ｏ
五 讲 智 能 电 网及 电能 质 量 发 展 带 来 电力 电子 产 业 发 展 机 会
到２ ２ 年 投 脊２ ｏ 亿 箕 无 ０ ５ ３ｏ 数量 ： 可 连６ ８ ，８ ２ 亿 ｊ 无 ３０哇００ ｌ ‘ 各 种 属 性 效 益 的 集 成
２ Ｑ ０ ６ ２ ０ ０ ７ ２ ｏ ０ ８ ２ Ｑ ０ ９ ２ １ Ｅ ０ Ｏ ２ １ Ｅ ０ １ ２ ２Ｅ ０１
正常运行时 Ｖ Ｃ可 以同时且 独立 控制有功和无功 ， Ｓ 控
电能 质 量
制更加灵活方便 可发 出无功功率 ， 提高系统 电压 和功 角稳定性 潮流反转容易 ， 不用改变电压极性
不 增 加 系 统 短 路 容 量
基 于电力 电子 技术 的动态 电压补偿 、 有源滤 波技 术等
电能 质 量 控 制 技 术 分 布 式 发 电 孤 立 运 行 时 的 电 能 质 量 问 题
一
可 向不含旋转 电机或小规模交流系统供 电 换流器产生 的谐波大为减弱 不会 出现换相失败故 障（ ０ Ｋ ５０６ ０万千瓦） ±８ ０ Ｖ，０ ／０ 采用模块化设计 ， 占地面积小 ， 安装调试方便
智能电网定义
智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。
中国的智能电网的基本特征是在技术上要实现信息化、自动化、互动化。
编辑本段基本简介智能电网概念的发展有3个里程碑：美国IBM公司第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。
IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。
该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。
是IBM一个市场推广策略。
第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现太阳能风能地热能美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。
智能电网与电能质量技术发展趋势及产业机会 记白小青董事长在“中国西部地区第五届电源学术年会”上的
异 步风 力发 电机 一功率 因数低 ２ ｌ ０ 意艇拭怯 阐 ・ ０２ 第３ ２ １年 期
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电流超标 即三相 电流不 平衡 故障。
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变频网Ｗ Ｗ． ｉａ ｉｎ ｉ ｃｒ Ｉ Ｗ ｃ ｎ ｂａ ｐｎ ｏ ｈ ｎ
三相 电流不 平衡 故障在 神池风 电场是 普遍 发生 的故 障 ， 台机 组都 发生过 ， 每 而且 几乎 每 天都 发生 ， 统计 ６月
新 能源 发 电相 关 电能质 量 治理 技术
１） 功率因数 、 电压波动与闪变治理技术
２） 谐波治理技术 ～ Ｐ 、 Ａ Ｆ逆变器内嵌滤波功能
３） 风机低 电压穿越技术
ＤＳ Ａ Ｃ Ｔ Ｔ ＯＭ 的突 出特 点
１ 不会改变 系统特性 ， ） 不会引起 谐波 电流放 大 ， 不会
功率 因数 、 电压 波 动与 闪变 治理 技 术
电能质 量对 风 力发 电 的影 响
１ 电压跌落可能导致风 电机组跳 闸 ）
各 种风 力 发 电机 的 电能质 量 问题
２ 电压跌落引起风 电场停运 事故实例 ） ３ 负序与 电压不对称 问题 的影 响 ）
负序 与 电压 不对 称 问题 的 影 响
系统 三相 电压不对称 会导 致风 电机组频 繁 出现负序
用户对动态无功补偿设备 的新 要求
引起 谐 振
２ 无功 容量 与节 点电压大小无关 ， 压特性好 ） 低
３ 动态响应 速度 快 ， ） 响应 时间 ５ １ ｓ特别适合抑 制 — ０ｍ ，
１ 响应 速度快 ） 有效抑 制电压 波动与闪变
２ 适 应 能 力 强 ）
电压波动与闪变， 节能效果更 明显
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电力科学研究院电能质量和智能电网
欧盟-亚洲电能质量项目（APQI）
地区电能质量会议
2009年9月25日，上海国际会议中心。
Bill Howe, PE
美国电力科学研究院电能质量项目经理
美国电力科学研究院的研发 支持行业的挑战和期望
智能电网可能带来的积极影响
z实现高级分布自动化，稳定性进一步提高
z加强对分布式发电和其它资产的部署
z支持整合家用光伏发电
z支持插电式混合动力车
z加强监控，获取更多的数据源
2009电力科学研究院。
版权所有。
通过智能电网，我们能……
提高能量效率
—能量利用反馈
—持续运行
—精确的测量和验证
—高效的分布
让需求响应更：
—自动化
一种可靠资源
—随时随地
—符合成本效益
2009电力科学研究院。
版权所有。
美国电力科学研究院正在测试多局域网需求响应架构
先进仪表
·能源管理
·安全性太阳能发电
显示设备
·反馈效应
恒温器
家
仪表
家庭网关（ESI）设备
自动化
灾难恢复（DR）准备设备
·功能说明
·通信
网关
·用户箱
·小型电路
盘用断路器
·个人计算机/
路由器
2009电力科学研究院。
版权所有。
作为集线器的智能仪表 公用设施
消费者所有第三方 访问提供者 单程无线通信网络第三方访问提供者
调制解调器/DSL/电缆/卫星
广域网
单程双向
双向 协议专用接口
恒温器 扩展端口能源管理系统家用网络
协议 Zigbee 混合通信技术 Z –wave HomePlug 等等 双向
双向 双向 双向 池泵 热水器等 电压表 风轮机等 插电式电
动车无线
和/或
电源线
载波 公共设施数据 获取点
双向 2009电力科学研究院。
版权所有。
·用于电网通信的PEV
-SAE J2293/J2836:交通工具和电网之间的通信。
-Zigbee/Homeplug 联盟智能能源
2.0：
PEV 通信常用通信
·充电接头 -SAE J1772:北美和日本充电接头于
2009年年中到期 ·电能质量和能源效益 -SAE J2894：车载充电器新标准 ·国家智能电网标准
-美国国家标准技术研究所（NIST）正研究与智能电网技术有关的主流
标准
PEV 标准开发
驻地仪表 分表
中间时期
在同一车库中的两辆交通工具 分表 分表 分表
仪表 变压器
主流
仪表 驻地 宅域
网
2009电力科学研究院。
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智能充电—
多种解决方案
AMI
互联网
设备
EMS * 公共设施
系统
操作中心
公共设施负载
控制系统
远程信息
处理服务
器
通用汽车
卫星导航系统
AMI 兼容
*EMS 为能源管理系统 **驻地仪表的上游系统，比如，配电自动化或者其它等效系统 关键码是一种与可选桥式
通信传送一起操作的标准语言 系统范围 能源管理
局部能源管理2009电力科学研究院。
版权所有。
美国电力科学研究院的插电式混合动力车的配电系统影响—— 建模/模拟需要
调节器
电容器 变电站
住宅小区用变压器是第一个明显
受影响的资产 ●模式发展的灵活性
√高保真分配机模式
√电路负荷和PHEV 负荷的时空变化
√供插电式混合动力车使用的全电模式的动态模拟
小时月份
2009电力科学研究院。
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超出最终用途效率和配电损耗 高峰需求减少和用户能源效率
Progress Carolinas 公司配电系统 需求响应（DSDR ）计划申请 减少高峰需求——247MV
计划方案成本
运营和维护：3060万美元
资本：22940万美元，共计5年
Dominion Virginia 电力公司
节能计划申请 通过AMI ，为80%的用户节约电压， 且每小时节省110万兆瓦。
需投资60000万美元
馈路电压的优化可促进高峰需求减少并减少用户损失
对终端用户敏感度的影响是什么？
高级分布优化
通信网络 变电站调节器 分段器电容器组实时测量分布式调节器 2009电力科学研究院。
版权所有。
重要的客户敏感度事项 ● 来自大规模配置开关电容所增加的瞬变电流与共振
高级分布
优化
通信网络
变电站调节器 分布式调
节器
分段器 电容器组
实时测量
2009电力科学研究院。
版权所有。
重要的客户敏感度事项（接上页）
● 在低于铭牌额定电压操作时发动机的失速（例如，230V vs.＜208V ）
电动机相位-电流（安培）时间（秒）
电动机速度（转/分）
电动机扭矩（Nm ）
2009电力科学研究院。
版权所有。
重要的客户敏感度事项
● 骤降过程中减少的标称电压导致用户程序中断的增加
●
2009电力科学研究院。
版权所有。
更多信息请联系： Bill Howe, PE
美国电力科学研究院（EPRI）PQ项目（P1），项目经理
电话：720-565-6888（美国）邮箱：bhowe@
2009电力科学研究院。
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