智能电网与电能质量课件.ppt

1、P02019-6-29智能电网与电能质量智能电网与电能质量P11.1.智能电网技术体系智能电网技术体系2.2.智能电网技术发展与电能质量智能电网技术发展与电能质量提纲提纲P2发电发电输电输电配电配电用户用户广域监测和控制技术广域监测和控制技术信息和通信（信息和通信（ICT）技术应用）技术应用新能源和储能及其并网技术新能源和储能及其并网技术 先进的输电技术先进的输电技术 配电管理配电管理/配电自动化配电自动化电动汽车充（放）电基础设施电动汽车充（放）电基础设施 高级量测体系（高级量测体系（AMI）用电用电 侧系统侧系统实现智能电网的主要技术实现智能电网的主要技术(IEA)P3技术领域硬件设施软件

2、和系统广域监控PMU和其他传感设备S C A D A,W A M S,WAAPCA,WASA ICT 通信设备（电力线载波、WIMAX，LTE，RF mesh network,cellular）,路由器，中继转播器、开关、网关、计算机（服务器）ERP，用户信息系统（CIS）可再生能源和分布式发电接入系统动力设备，用于机组和储能设备通信和控制的硬件，EMS,DMS,SCADA,GIS先进输电技术FACTS VSC-HVDC 超导输电电网稳定性分析，自动恢复系统配电网管理自动重合闸，开关和电容器，远方控制的分布式发电和储能，变压器传感器，线路和电缆传感器GIS,DMS,停电管理系统（OMS),员工

3、管理系统（WMS)主要技术内容主要技术内容(IEA)P4技术领域硬件设施软件和系统AMI Smart meter,in-home displays,servers,relays智能表计，家庭显示板，服务器和中继转播器 表 计 数 据 管 理 系 统（M e t e r d a t a management system，MDMS)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-vehiclecharging，G2V)和电动汽车对电网放电（vehicle-to-grid，V2G)方法用户侧系统智能电器，路由器，家庭用电显示板，楼宇自动化系统，聚热装置，

4、智能恒温器电能仪表，能量管理系统，智能电话主要技术内容主要技术内容(IEA)P5发电发电输电输电配电配电用电用电通用技术和规划通用技术和规划信息与通信技术信息与通信技术大规模可再生能源、大容量储能并网大规模可再生能源、大容量储能并网先进的输电技术先进的输电技术高级配电技术高级配电技术智能用电技术智能用电技术智能变电站技术智能变电站技术智能电网调度技术智能电网调度技术 智能电网包括的技术领域智能电网包括的技术领域（中国）（中国）P6领域领域关键技术关键技术大规模可再生能源、大大规模可再生能源、大容量储能并网容量储能并网风电、光伏预测和检测风电、光伏预测和检测大容量储能系统的测试和研发大容量储能系

5、统的测试和研发包含新能源的优化调度包含新能源的优化调度 实现智能电网的主要技术实现智能电网的主要技术（中国）（中国）领域领域关键技术关键技术先进的输电技术先进的输电技术FACTSVSC-HVDC超导输电超导输电输电线路状态监测和状态检修输电线路状态监测和状态检修智能变电智能变电智能变电站智能变电站P7 实现智能电网的主要技术实现智能电网的主要技术（中国）（中国）领域领域关键技术关键技术高级配电技术高级配电技术配电自动化配电自动化分布式能源并网分布式能源并网微电网微电网领域领域关键技术关键技术智能用电智能用电互动服务互动服务用电信息采集系统（中国的用电信息采集系统（中国的AMI)电动汽车充放电技

6、术电动汽车充放电技术智能用能服务（智能家居智能用能服务（智能家居/楼宇楼宇/园区）园区）能效和需求侧响应能效和需求侧响应P8 实现智能电网的主要技术实现智能电网的主要技术（中国）（中国）领域领域关键技术关键技术信息与通信信息与通信通信传输网通信传输网配用电侧的通信网配用电侧的通信网业务网业务网通信支撑网通信支撑网智能电网信息基础平台和应用平台智能电网信息基础平台和应用平台通信和信息安全通信和信息安全通用技术和智能电网通用技术和智能电网规划规划方法论和用户接口方法论和用户接口智能电网规划智能电网规划智能电网建模和仿真智能电网建模和仿真P91.1.智能电网技术体系智能电网技术体系2.2.智能电网技

7、术发展与电能质量智能电网技术发展与电能质量提纲提纲P101.1.大规模可再生能源并网技术大规模可再生能源并网技术2.2.智能配用电技术智能配用电技术 DG DG并网并网 分布式储能并网（微网）分布式储能并网（微网）电动汽车充放电电动汽车充放电 P11大规模风电并网技术大规模风电并网技术 据统计：据统计：2011年底，中国风机累计吊装容量为年底，中国风机累计吊装容量为5649万千瓦，万千瓦，光伏安装容量累计为光伏安装容量累计为295万千瓦万千瓦 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，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

8、力系统产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生越来越多的影响 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变速风电机组的电力电子设备会向电网注入谐波P12风机试验和检测风机试验和检测张北风电试验检测中心张北风电试验检测中心在研项目情况性能测试性能测试电能质量测试电能质量测试元件试验元件试验载荷试验载荷试验 低电压试验低电压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。并网标准符合性测试并网标准符合性测试P13风电机组试验检测风

9、电机组试验检测截止截止2012年年5月，酒泉风电基地风电场累计发生各类事故月，酒泉风电基地风电场累计发生各类事故53次，次，2月月24日以来发生的三次严重事故分别甩风电出力日以来发生的三次严重事故分别甩风电出力84万千万千瓦、瓦、100万千瓦和万千瓦和153万千瓦，导致电网电压短时间在万千瓦，导致电网电压短时间在0.67和和1.15间波动，间波动，主网频率最低为主网频率最低为49.854Hz，导致电力系统短时，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间电能质量不合格，从而影响用户的电能质量从从2012年初起，计划安排年初起，计划安排21家风电场家风电场1170台风机，总容量台风

10、机，总容量达达188万千瓦的风电机组低电压穿越能力检测，预计万千瓦的风电机组低电压穿越能力检测，预计6月月30日日前完成前完成P14发电发电输电输电配电配电用户用户广域监测和控制技术广域监测和控制技术信息和通信（信息和通信（ICT）技术应用）技术应用新能源和储能及其并网技术新能源和储能及其并网技术 先进的输电技术先进的输电技术 配电管理配电管理/配电自动化配电自动化电动汽车充（放）电基础设施电动汽车充（放）电基础设施 高级量测体系（高级量测体系（AMI）用电用电 侧系统侧系统来自来自IEA以以AMI为核心的智能配用电系统为核心的智能配用电系统P15 发达国家智能电网实践多从用电侧（特别是居民用

11、户）开始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，约占居民用电比例很高，约占30%左右左右可再生能源多以分布式方式接入可再生能源多以分布式方式接入电动汽车的发展电动汽车的发展用户侧系统和民众生活密切相关，可以争取议员和民用户侧系统和民众生活密切相关，可以争取议员和民众的支持众的支持P16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储热商用楼宇楼宇自动化太阳能园区分布式风电网关照明分表计工业园区自动

12、化表计电动汽车恒温器自动化用电器表计家庭网关家庭网关表计太阳能公寓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智能配用电技术智能配用电技术P17q 国外国外80年代中期开始远方抄表技术应用年代中期开始远方抄表技术应用 AMRq 2006年逐渐开始推行年逐渐开始推行AMI，利用现代通信技术，实现双向通，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。及监控提供了条件，并为优化能源管理提供了基础信息。AMR:远程自动抄表远程自动抄表 q 从远程

13、读一个累积的电能从远程读一个累积的电能读数读数 q 单向通信单向通信q 以天或月为计量周期以天或月为计量周期 AMI:高级量测体系高级量测体系q 完整的体系可远程读取多个完整的体系可远程读取多个间隔计量值间隔计量值 q 双向通信双向通信 q 提供详细的数据以能支持分提供详细的数据以能支持分时电价时电价 q 远程软件升级远程软件升级 q 支持用户户内网络支持用户户内网络 从从AMR到到AMIP18AMI投资回收周期，在美国通常为投资回收周期，在美国通常为 为为10-20 年年运行效益可能不能补偿运行效益可能不能补偿AMI投资的费用投资的费用增加需求响应等应用，有助于提高增加需求响应等应用，有助于

14、提高AMI的经济性的经济性美国美国AMI分项效果分项效果P19来自来自GE公司公司需求响应管理系统调度运行部门通信通信用户用户用户设备设备EV充电充电DR光伏光伏用户用户设备设备EV充电充电DR光伏光伏 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 AMI的应用的应用-需求响应需

15、求响应P20来自来自GE公司公司电力公司Head EndMDMSDR 管理系统通信用户AMI(HAN)用能显示器或门户网站 EMS控制/继电保护/开关(DR)终端设备电动汽车充电站(DG)屋顶光伏(WAN)有线通信 无线通信互联网AMI的应用的应用-需求响应需求响应P21削峰削峰提高能效提高能效移峰移峰AMI的应用的应用-需求响应需求响应P22来自来自GE公司公司 依靠用户报告停电情况依靠用户报告停电情况 约约30%求助电话与电网停电无关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用户求助电话需检修人员核实没有没有AMI有有AMI

16、 及时通知停电情况及时通知停电情况 随时联通电表检验随时联通电表检验 过滤重复信息避免过滤重复信息避免OMS应接不暇应接不暇 停电记录更加精确停电记录更加精确AMI的应用的应用-与与OMS集成集成P23故障检测和定位隔离遥控故障消除 恢复供电 电压优化转供网络自动化q 在智能电网中的作用在智能电网中的作用uCVR：均衡线路压降；在允许范围率降低电压，减：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少电力需求和能源消耗u综合电压综合电压/无功控制（无功控制（IVVC）u故障检测、隔离、恢复（故障检测、隔离、恢复（FDIR）：尽快恢复供电；）：尽快恢复供电；扩大恢复用户总数；降低对正

17、常供电线路的影响。扩大恢复用户总数；降低对正常供电线路的影响。配电自动化配电自动化P24 储能储能燃气内燃机燃气内燃机光伏发电光伏发电 燃料电池燃料电池 风力发电风力发电 小型燃气轮机小型燃气轮机n分布式能源包括分布式能源包括分布式发电机分布式发电机以及以及储能装置储能装置。它们通过配电。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。用户供电。n分布式发电是分布式能源的一部分，通常指将能源（包括燃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。料，风能，太阳能等）转化为电力

18、的技术。分布式电源并网分布式电源并网P25分布式电源对配电网的影响分布式电源对配电网的影响u电能质量问题电能质量问题负荷潮流变化大，电压常常发生波动，使电压调节变负荷潮流变化大，电压常常发生波动，使电压调节变得困难得困难（负荷潮流变化大，使馈线上的电压幅值发生变化，调负荷潮流变化大，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；整和维持困难，可能导致电压不合格；DG频繁启动使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电馈线上能装多少DG，主要取决于电压调节性能；在，主要取决于电压调节性能；在分布式电源

19、为风电的情况下，电源需要从电网吸收无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）功，且随时波动，使电压调节变得困难）电压闪变电压闪变电压不平衡电压不平衡谐波畸变和直流注入谐波畸变和直流注入P26q 电力系统中应用的主要储能技术电力系统中应用的主要储能技术u抽水蓄能电站抽水蓄能电站u压缩空气储能压缩空气储能u超导储能（超导储能（SMES）u超级电容器储能超级电容器储能u飞轮储能飞轮储能u电池储能电池储能u电动汽车储能电动汽车储能抽水蓄能电站（浙江天荒坪）压缩空气蓄能钠硫电池蓄能液流电池蓄能主要储能技术主要储能技术P27能量管理能量管理q电能质量、电能质量、U

20、PS、系统稳定、系统稳定(毫秒至秒级毫秒至秒级，保证电能质量、，保证电能质量、系统稳定和防止供电中断系统稳定和防止供电中断)q备供电力备供电力(秒级至分钟级，当供电转移时保证供电不间断秒级至分钟级，当供电转移时保证供电不间断)q能量管理能量管理(分钟至小时级，适应负荷的需要，如负荷调整）分钟至小时级，适应负荷的需要，如负荷调整）q 主要性能指标主要性能指标u能量密度能量密度(kWh or MWh)u功率密度功率密度(kW or MW)u响应时间响应时间(-ms,-s,-minute)u储能效率储能效率(充放电效率充放电效率)u设备寿命设备寿命 或最大充放电次数或最大充放电次数 u经济因素经济因

21、素 u安全和环境方面的考虑安全和环境方面的考虑储能技术的应用储能技术的应用P28q削峰填谷削峰填谷利用储能削峰填谷储能的作用储能的作用P29q改善电能质量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。供电短时的中断会影响产品质量，造成经济损失。采用一些储能设备采用一些储能设备(如蓄电池、超级电容器、飞轮等），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并与无功补偿设备相结合，供电质量就可得到改善储能的作用储能的作用P30q平滑可再生能源功率输出平滑可再生

22、能源功率输出日本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储能的作用储能的作用 3MW 风电输出，风电输出，1MW电池储能系统电池储能系统P31微网技术微网技术P32电动汽车的充电模式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

23、）。P33电动汽车的充电方式电动汽车的充电方式n 常规充电常规充电充电时间较长（几小时，如充电时间较长（几小时，如68小时），充电电流和充小时），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；比较小；可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本；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；进行充电；当车辆有紧急电能补充需求时难以满足。当车辆有紧急电能补充需求时难以满足。P34电动汽车的充电方式电动汽车的充电方式n 快速

24、充电快速充电 充电时间短（充电时间短（20min2h内），以较大电流为其提供短时快速充电服内），以较大电流为其提供短时快速充电服务，一般充电电流为务，一般充电电流为150400A，因此电池发热严重，对电池寿命也，因此电池发热严重，对电池寿命也有较大影响。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。量将给电网的稳定性和承载力带来考验。快速充电功率要求大，小

25、型电动汽车需要的快速充电机功率通常也达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。动汽车。P35电动汽车的充电方式电动汽车的充电方式n 电池更换电池更换 动力电池在较短的时间得到更换动力电池在较短的时间得到更换(约约10分钟左右分钟左右)用户可租用蓄电池，降低了电动汽车的初次购置成本。用户可租用蓄电池，降低了电动汽车的初次购置成本。电

26、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，解决了电动汽车充电时间长、续驶里程短等难题。决了电动汽车充电时间长、续驶里程短等难题。对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本（利用低谷对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本（利用低谷电价），而且不占用停车位，提高了车辆运行经济性。电价），而且不占用停车位，提高了车辆运行经济性。便于及时发现电池组中单体电池的问题，进行维护和更换，有利于提高电池的便于及时发现电池组中单体电池的问题，进行维护和更换，有利于提高电池的寿命。寿命。电

27、池需标准化，更换需简易化、专业化，车辆设计需紧凑化电池需标准化，更换需简易化、专业化，车辆设计需紧凑化 运营模式、利益分配运营模式、利益分配 可能会有些问题可能会有些问题 更适用于集团用户（如公交车、出租车、邮政车辆等）更适用于集团用户（如公交车、出租车、邮政车辆等）P36电动汽车充电对负荷水平的影响电动汽车充电对负荷水平的影响 如果如果20062006年北京市所年北京市所有燃油车有燃油车全全部更换部更换为电为电动汽车，其动汽车，其电耗将占北电耗将占北京市总用电京市总用电量的量的22.6%22.6%。1414万kW692万kW2009年北京某日负荷曲线以北京现有发输配电能力，谷电可利用电能量为

28、2694万kWh，按照日行90km耗电量18kWh计，夜间低谷时段可为约150万辆电动轿车充满电。1125万kW电动汽车可以在电网负荷低谷时段充电，发挥电动汽车可以在电网负荷低谷时段充电，发挥“填谷填谷”作用。作用。P37电动汽车对输配电设施的影响电动汽车对输配电设施的影响北京市夏季某日负荷曲线n100万辆车，日耗电917万度，占原负荷耗电量的3.28%n未经引导（集中充电）未经引导（集中充电）电网最大负荷增长31.83%n加以引导（分散充电加以引导（分散充电+功率限制）功率限制）电网最大负荷变化很小0123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

29、22 23 24600700800900100011001200130014001500加 以 引 导 的 充 电一 日 中 各 时 刻原 负 荷10万 辆30万 辆50万 辆100万 辆0123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24600800100012001400160018002000未 经 引 导 的 充 电原 负 荷10万 辆30万 辆50万 辆100万 辆P38电动汽车对输配电设施的影响电动汽车对输配电设施的影响u目前我国汽车保有量约为1亿辆，假设到2030年时我国汽车保有量为3亿辆，假设其中电动汽车占五分之一，为6

30、000万辆u每辆电动汽车充电功率为10千瓦，极端情况下同时充电,则总充电功率将达到6亿千瓦，将占2030年时电网装机总容量24亿千瓦的1/4（2010年预计总装机容量为9.5亿千瓦，2020年预计总装机容量为16亿千瓦）u如果协调不好，无序充电得不到有效控制，将会出现“峰上加峰”，增大电网调峰难度，加大了输配电网建设的压力，降低发电机组和电网的运行效率。P39对奥运公交车充电站测试，当对奥运公交车充电站测试，当8484台台充电机同时投入运行时，其电压谐充电机同时投入运行时，其电压谐波畸变率达到波畸变率达到6%6%以上，电流谐波畸以上，电流谐波畸变率达到变率达到30%30%以上。以上。设备过载设

31、备过载压降增大压降增大可靠性下降可靠性下降电能质量恶化电能质量恶化一个拥有一个拥有172户居民的小户居民的小区，区，30辆电动汽车，变压辆电动汽车，变压器发生过载。器发生过载。电动汽车对电网的影响电动汽车对电网的影响P40对配网变压器负载的影响对配网变压器负载的影响n无序充电可能会使居民用电峰荷加倍无序充电可能会使居民用电峰荷加倍n电动汽车聚集效应将是很大的挑战电动汽车聚集效应将是很大的挑战n单相充电使负载不平衡单相充电使负载不平衡n解决方案解决方案:动态电价鼓励非峰荷时段充电；动态电价鼓励非峰荷时段充电；集中有序充电，换电集中有序充电，换电V2G 潜在地可为电网提供辅助服务潜在地可为电网提供辅助服务V2G应用的简例应用的简例电动汽车充电对配电网的影响电动汽车充电对配电网的影响P41 谢谢谢谢 !