智能配电网技术徐丙垠

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,智能配电网技术徐丙垠,智能配电网技术,徐丙垠,山东理工大学电气电子工程学院,科汇电力自动化公司,2021-05-10,2,内容,智能配电网概述,智能配电网关键技术,3,智能配电网概述,4,什么是智能电网？,一个集成了通信、计算机、电子新技术，满足未来能源需求的电力输配系统。,2004年，美国电科院“IntelliGird报告,应用数字技术，提高从大型发电厂，经过输配环节，再到电力用户与不断增长的分布式发电和储能装置的整个电力系统的可靠性、平安性和效率。,2021年，美国能源部“智能电网入门,5,坚强智能电网,坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调开展的坚强网架为根底，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流的高度一体化融合的现代电网。,2021年5月，中国国家电网“坚强智能电网建立开展战略框架,6,“十二五规划对“智能电网的解释,将现代信息、通信和控制技术等深度集成应用于电网各个领域，涵盖发电、输电、变电、配电、用电、储能和调动环节，各参与主体之间信息共享、全面互动、智能响应，能够实现电力系统平安高效运行和效率最大化的现代电网。,2021年3月，中国“十二五规划。,7,智能电网的含义,代表现代电网开展模式、一种电网建立理念，是人们对未来电网的愿景。,不是具体的技术，是对因特网IP通信、信号传感、自动控制、计算机、电力电子、超导材料等领域新技术在输配电系统中应用的一种总称。,这些新技术的应用不是孤立的、单方面的，不仅仅是对传统输配电系统进展简单地改进、提高。,从提高电网整体性能、节省总体本钱出发，将各种新技术与传统的输配电技术有机结合。,满足当今社会经济开展对电力系统的新要求,8,智能电网是已有新技术应用的综合与升华,智能电网是个筐,？,智,能,电,网,现代电力技术,现代测控技术,计算机技术,电力电子技术,通信技术,传统输配电网,1+12,9,智能电网新内容,新负荷：满足电动车充电需求,新能源：解决可再生能源、分布式电源大量接入问题,新要求：提高供电可靠性、提高资产利用、率、降低线损,10,新能源发电并网问题,新能源发电带来的问题,新能源发电指还没有大规模开发利用的新型能演形式，包括风电、太阳能、生物质、大水电等。,风电、太阳能发电的间歇性、随机性特点给电力系统功率平衡、电压无功控制带来了困难,可再生能源发电、分布式发电大量接入配电网使其成为功率双向流动的有源网络，传统的保护控制、运行管理方式需要做出根本性地改变。,11,新能源发电并网问题,大量的分布式电源风电、光伏发电、储能设备、热电联产等将接入配电网，带来一系列新问题。,12,电动车负荷问题,据报道2021年电动车比例将达10%,电动汽车百公里耗电约15度,2021 年，电动车充电负荷将达300亿度。,假设汽车全部电动化后，充电负荷将占总用电负荷的5%左右。,电动车对充电时间要求不严格，属于可平移负荷，是珍贵的功率平衡调度资源。,电动车可在电网需要时向其送电,13,对供电质量提出了新要求,高科技数字设备的广泛应用对供电可靠性提出了更高的要求,重合闸、倒闸操作、拉路选线引起的短时停电会导致停工停产，引起严重后果。,停电给社会带来的经济损失十分可观,据报道，美国每年的停电损失超过1500亿美元。,我国电科院专家对某沿海城市研究结果说明：停电每少供一度电带来的经济损失近50元。,粗略估计，我国每年的停电损失在2000亿元以上。,14,供电可靠性监管与,DA,一些国家地区采取与停电时间、停电次数挂钩的奖罚措施,国家（地区）,停电时间（,mins),停电次数,年度,目标,盲区,区间,目标,盲区,区间,英国伦敦,46.1,0, 30%,0.362,0, 25%,2008/09,美国加州,PG&E,161, 10, 25.8,1.33,0.1, 0.25,2006,15,对供电质量提出了新要求,我国城市用户年平均停电时间与国际水平的比照，2005年。,16,需进一步提高资产利用效率,世界兴旺国家的线损率在4%6%,2021年中国电网线损率为6.79%.,2002年美国的供电设备平均载荷率缺乏50%，载荷率在90%以上时段缺乏5%。,中国供电设备的平均利用率缺乏35%,我国东南某省年负荷分布曲线,17,新挑战、新技术、新电网,新负荷,新能源,新要求,新电网,（智能电网）,新技术,18,建立智能电网，配电网是重点/1,直接面向用户，作用举足轻重。,对供电质量有着决定性的影响,损耗、投资合理情况下、运营本钱远大于输电网,停电时间,损耗,投资比例,兴旺国家),运营本钱,美国,19,建立智能电网，配电网是重点,我国配电网投资相对缺乏，自动化、智能化程度远低于输电网，已成为制约电力系统开展的瓶颈。,国际上发电、输电、配电投资比例一般在1：左右，中国在2000年前的投资比例是1：。,智能电网的“新意主要表达在配电网上,可再生能源发电分布式电源)主要在配电网接入。,支持需求侧响应，实现与用户互动，创新用户效劳的着眼点在配电网。,20,智能配电网特征,平安,能够很好地抵御战争攻击、恐惧袭击与自然灾害的破坏，防止出现大面积停电。,可靠,供电可靠率到达4个9，重点区域6个9。,最大可能地减少短时供电中断,21,智能配电网特征,优质,供电电压合格率超过,99%,谐波含量低于国家标准,最大程度地减少电压骤降,高效,提高供电设备平均载荷率，不低于,50%,。,减低线损率，不超过,4%,。,22,智能配电网特征,兼容,解决新能源发电并网问题、支持分布式电源大量接入,允许的可再生能源发电、分布式电源渗透率大于,50%,互动,能量互动,用电信息互动,23,分布式电源在丹麦,丹麦,1980,年代的集中发电系统,丹麦今天的分布式发电系统,分布式发电比例超过,60%,24,德国配电网分布式电源已高度渗透,2000年公布?可再生能源法?,可再生能源发电强制、立即并网并优先全额收购,给予可再生能源发电固定上网电价,补贴费用由所有电力用户分摊可再生能源发电,2021年5月25日中午德国光伏发电功率22GW，提供了40%的负荷功率。,个别配电网光伏装机超过其平均负荷的三倍,配电网已出现阻塞现象,系统扰动时，分布式电源反孤岛保护动作，已带来稳定问题。,配电网功率双向流动，有源配电网已成为现实。,25,德国坎斯坦茨屋顶光伏照片,26,意大利、奥地利屋顶光伏照片,27,德国光伏装机容量分布,28,德国光伏上网电价与零售电价,29,智能配电网关键技术,30,配电自动化,配电网自愈,有源配电网,微电网,柔性交流配电DFACTS,高级量测体系AMI,用户互动技术,31,为什么要搞配电自动化？,传统的管理方式依赖人工看图、巡视、 调度,这种“盲管方式已不能适应现代配电网控制管理的需要,美国阿拉巴马电力公司配电调度图板2007年前,32,配电自动化,(DA),的内容,指中压配电网的自动化与信息化，包括：,配电网实时运行监控自动化，一般称配网自动化。,配电网生产管理的自动化、信息化,馈线自动化,用户自动化,WAN,变电所自动化,AMR,配电,GIS/DPMS,供电企业信息集成,DSCADA/FA,调度自动化,/EMS,CIS,TCM,33,配网自动化系统的构成,Data server,switch,100M,work station,cable,cable,DTU,TTU,DTU,FTU,E1/10M switch,E1/10M switch,optical,S D H,配电子站,1,配电子站,2,配电子站,3,34,配电自动化的作用,提高供电可靠性,DA供电可靠率到达4个9的重要技术手段,与时发现并消除故障隐患,故障定位、隔离与自动恢复供电,提高容量利用率,减少或延缓扩容投资，经济效益显著,提高电压质量,降低损耗,提高管理效率,35,国内外配电自动化应用情况,中国香港、新加坡电网公司、东京电力公司等全面实现了配电自动化,法国DEF、意大利ENEL根本实现了全覆盖,中国配电自动化开展情况,研究与应用始于上世纪90年代,大城市、中心城市根本都建立了配电网自动化系统,实用化程度有待提高,36,即插即用通信技术,目前DA通信规约存在的问题,只解决了数据传输问题，实现互联互通还需要“数据规约说明数据“是什么。,数据按模拟量、状态量、控制量等类型打包传输，数据含义来源不明，无法直接对号入座。,终端与主站之间需要人工通过书面文件的交流说明数据的具体来源、含义,终端设备没有自描述功能，不能用标准的文件格式描述自身包含的数据与效劳。,37,即插即用通信技术,解决问题的途径：应用IEC61850标准,数据模型、通信效劳接口标准化,IEC TC57 成立了WG17工作组负责制定IEC61850在分布式电源与配电自动化中应用的标准,IEC61850逻辑节点覆盖了绝大局部配电自动化应用,个别应用，如故障指示等需要重新定义逻辑节点,通信协议采用WebService,需要增加注册/发现功能,38,基于IEC61850的DA通信体系构造,主站与终端通信,采用,IP,网络通信,通信规约可选用,MMS,IEC 60870-5-104,WebService,39,配电网自愈根本概念,自愈含义,故障预防：在线监视与诊断电网运行状态，与时发现并消除事故隐患。,故障恢复：故障发生后，快速切除并隔离故障，防止影响电网的平安运行与供电质量，或将故障的影响降至最小。,自愈的衡量标准,不影响配电网平安运行，防止或减少用户的故障损失。,40,配电网故障自愈的作用,提高供电质量,减少停电次数包括短时停电次数),减少停电时间,减少电压骤降影响,90%以上的用户停电时间是由配电网原因引起的，其中相当一局部是由故障引起的。,不同电压等级停电比例,中国城市故障停电比例2021,兴旺国家故障停电比例,41,配电网故障自愈控制研究内容,在线监测,故障预警,小电流接地故障自愈控制,接地电流自动补偿,故障选线与定位,短路故障自愈控制,继电保护：切除故障元件,馈线自动化：故障定位、故障隔离与自动恢复供电,方案孤岛/微网供电,42,什么是有源配电网,?,分布式电源高速渗透的配电网,功率与故障电流双向流动,给配电网的规划设计、保护控制与运行管理提成了新的课题,是一个电能交换与分配网络,是配电网的开展方向，在丹麦、德国等国家已经成为现实。,43,分布式电源并网三个开展阶段,即接即忘阶段,Fix and Forget 或Connect and Forget,用于分布式电源开展早期,将分布式电源看作“负功率负荷而忽略其影响,不需要对现有配电网进展调整和改造。,严格限制分布式电源的接入容量,美国电网企业曾要求一条馈线上接入的分布式电源的容量不大于其最小负荷功率的10%。,44,分布式电源并网三个开展阶段,宽限接入阶段,不再对接入容量进展硬性限制,保证配电网平安与电能质量合格的前提下，允许最大程度地接入分布式电源。,对配电网进展适当的技术改造，提高接纳能力。,45,分布式电源并网三个开展阶段,主动网络管理阶段,允许分布式电源主动参与有功功率和无功功率调整,具备低电压穿越能力,对配电网、分布式电源以与负荷进展协调控制与调度管理,充分发挥配电网与分布式电梯潜力，实现有源配电网的优化运行。,是分布式电源并网技术的开展方向,46,有源配电网关键技术,有源配电网规划,潮流与故障分析,分布式电网并网,继电保护,电压无功控制,分布式电源调度管理,虚拟发电厂Virtual Power Plant,47,分布式电源并网标准对渗透率的规定,国家电网：小于,25%,意大利：小于,60%,西班牙：小于,50%,美国、德国：没有硬性限制，在保证不过载、短路电流不超标、电能质量合格、保护控制有效的前提下，允许最大程度地进入。,48,什么微电网,微网Micro Grid：指接有分布式电源的配电子系统,独立型,并网型：即可并网运行亦可独立运行,微网是一个预先设计好的孤岛，能够在主网脱离后正常运行。,49,典型微电网构造,主网侧,微网例如,50,微电网作用,微网较好地解决了DER大量接入与不改变配电网现有保护控制方式之间的矛盾。,仅在PCC点与大电网连接，防止了多个DER与大电网直接连接。,微网中DER主要用于区域内部负荷的供电，不向外输送或输送很小的功率，使得大电网可以不考虑其功率输出的影响，继续采用“既接既忘的并网方法。,微网的作用,提高供电可靠性,更好地发挥分布式电源分布式发电与储能装置的作用,更好地进展需求侧管理,51,柔性交流配电技术,简称DFACTS，是电力电子装置在配电网中应用的技术。,DFACTS设备,静态无功补偿装置TSC/TSR)：连续调节电感、电容值,静态同步无功发生器(SVG/STATECOM),动态不连续电源(DUPS),固态开关(SSCB),动态电压恢复器(DVR),快速负荷转移开关,52,应用DFACTS设备实现不连续供电,STATCOM,在系统供电中断时将储能装置储存的能量转化为交流电，维持一段时间的正常供电。,53,高级量测体系AMI,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。,使用户由被动的电力消费者变为配电网运行控制的积极参与者,根据电价变化选择用电时间,用户利用其分布式发电与储能装置参与削峰填谷,是传统AMR技术的新开展，属于用户自动化的内容。,国外许多供电企业把实施AMI作为建立智能电网的第一步,54,集成分布式发电,/,储能系统,55,智能电表,/1,摘自：美国南加州爱迪生电力公司报告,56,智能电表,/2,是用户自动化智能终端,功能,数据采集,开放式双向通信,停电检测,窃电检测,家电控制,与家庭用电自动化系统接口,远程维护、升级,57,通信系统,由非标专有通信系统向开放式的IP网络开展,支持多种应用,支持规模化应用，降低造价。,混合广域通信系统WAN,电力通信网+公共通信设施,通信介质,光纤复合低压电缆,无线：无线宽带局域网WiFi，局域低速无线网络ZigBee。,配电线路载波DLC,58,用户互动技术,互动内容,用电信息互动：用电信息双向即时交换,需求侧响应Demand Response)：利用市场价格机制调整用户用电方式,互动作用,改善效劳，提高用户满意度。,削峰填谷，提高资产利用率，减少固定资产投资。,适应可再生能源发电、电动车的开展要求,59,谢谢,!,60,谢谢！,61,Thank You !,不尽之处，恳请指正！,