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1、电工技术电气与信息工程学院智能电网智能电网 Smart Grid问题：什么是智能电网？怎样理解智能电网？实际上，“智能电网不是一个全新概念，美国最早在2001年就已经提出来了，自美国发生了“814”大停电之后，政府才重视起来，并且于2009年之后成为美国的国家概念。”智能电网雏形 2005年，加拿大的马克.坎贝尔发明了一种技术，利用的是（Swarm群体行为）原理，让大楼里的电器互相协调，减少大楼在用电高峰期的用电量。坎贝尔发明了一种无线控制器，与大楼的各个电器相连，并实现有效控制。比如，一台空调运转15分钟，以把室内温度维持在24；而另外两台空调可能会在保证室内温度的前提下，停运15分钟。这样
2、，在不牺牲每个个体的前提下，整个大楼的节能目标便可以实现。这个技术赋予电器于智能，提高能源的利用效率。迄今为止，仍然没有人对“智能电网”给出一个准确的定义 通用电气认为，智能电网是电力和通信架构的集合，并将自动化和信息技术结构结合到我们现有的电力网络中。“智能电网本质上是为21世纪的社会改进20世纪的电力网络，使之更加现代化。”相对于通用电气的看法，思科似乎将其概念更延伸了一层：“智能电网是一种智能化的未来电力系统，通过智能通信系统来连接所有电力供应、电力网络和电力需求等组成要素，同时为电力供应单位和电力消费者带来巨大的效益。”IBM把智能电网称为“电网2.0”，认为与传统的电网相比，智能电网
3、看起来更像因特网，可以接入大量的分布式的清洁能源，比如风能、太阳能，并整合利用电网的各种信息，进行深入分析和优化，对电网进行更完整和深入的洞察，实现整个智能电网“生态系统”更好地实时决策。基于这种的模式，IBM勾勒了一幅美好的蓝图：对于电力用户，可以自己选择和决定更有效的用电方式;对于电力公司，可以决定如何更好地管理电力和均衡负载;对于政府和社会，可以决定如何保护我们的环境。最终，提高整个电网系统的效率、可靠性、灵活性，达到更高的智能化程度。2008年，美国人在科罗拉多州的波尔得(Boulder)展示了一幅智能电网的美好场景，每户家庭都安装智能电表，人们可以很直观地了解每个时刻的电价，从而把一
4、些要使用大功率电器的事情如洗、烫衣服，用电暖气等安排在电价低的时间段。智能电网一个重要的特征：用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节电，并通过选择用电时间达到减少电费支出的目的。我国智能电网的 研究与建设情况怎样？v1、背景v2、中国坚强智能电网基本概念v3、坚强智能电网实质v1、背景v电网是国家能源产业链的重要环节，是国家综合运输体系的重要组成部分。v各行业对电力的依赖增强，对供电可靠性及电能质量的要求日益提高。v世界各国都对电网的发展
5、模式进行思考和探索，以期提高电网运行水平。v提出电网应该具备：高效、清洁、安全、可靠、交互的特征。v2008 年11 月11 日到13 日，中美清洁能源合作组织特别会议召开，在会上开始使用“Smart Grid”，中国将之翻译为“智能电网”，并在国内统一推广这一概念，以指导相关研究的开展。2007年年10月，华东电网正式启动了智月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，并规划了从能电网可行性研究项目，并规划了从2008年至年至 2030年的年的“三步走三步走”战略，即：战略，即：在在2010年初步建成电网高级调度中心，年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字年全
6、面建成具有初步智能特性的数字化电网，化电网，2030年真正建成具有自愈能力的年真正建成具有自愈能力的智能电网。智能电网。该项目的启动标志着中国开始进入智能该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。电网领域。三 v在在2009 年年5 月召开的月召开的“2009 特高压输电特高压输电技术国际会议技术国际会议”上，中国国家电网公司正上，中国国家电网公司正式提出式提出“坚强智能电网坚强智能电网”的概念，并计划的概念，并计划于于2020 年基本建成中国的坚强智能电网，年基本建成中国的坚强智能电网，正式拉开了中国坚强智能电网的研究与建正式拉开了中国坚强智能电网的研究与建设序幕。设序幕。三 “十二五”期
7、间（2011-2015年），我国智能电网建设进入全面建设期 国家电网公司规划未来45年投资460亿元用于智能电表的采购，未来三年年均招标量将达到6000万只左右。2015年以前，国家电网公司计划建成6条特高压UHC输电骨干网架，新建电动汽车充换电站2950多座和充电桩54万个。在此期间，还将建成6100个智能变电站和布署大约亿只智能电表。电力技术不是孤立的技术，现代电力系统中不仅仅涉及我们通常认为的电气工程类的技术，还需要通信、信息、环境等各种技术支持，与国外进行技术交流是必不可少的。现在我国主干输电线路电压等级在750kV，国网运行公司正在进行1000kV以上交直流输电试验。v智能电网主要内
8、涵是：v坚强可靠：是指拥有坚强的网架、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应，从而实现资源的优化调配、减小大范围停电事故的发生概率。在故障发生时，能够快速检测、定位和隔离故障，并指导作业人员快速确定停电原因恢复供电，缩短停电时间。坚强可靠是中国坚强智能电网发展的物理基础；2、中国坚强智能电网基本概念v经济高效：是指提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源的高效利用，是对中国坚强智能电网发展的基本要求；v清洁环保：在于促进可再生能源发展与利用，提高清洁电能在终端能源消费中的比重，降低能源消耗和污染物排放；是对中国坚强智能电网的基本诉求；v透明开放：意指为电力市场化建设提供透明、开放的实
9、施平台，提供高品质的附加增值服务，是中国坚强智能电网的基本理念；v友好互动：即灵活调整电网运行的方式，友好兼容各类电源和用户的接入与退出，激励电源和用户主动参与电网调节，是中国坚强智能电网的主要运行特性。3、坚强智能电网实质v各国对智能电网的根本要求是一致的，即电网应该“更坚强、更智能”。v坚强是智能电网的基础，智能是坚强电网充分发挥作用的关键，两者相辅相成、协调统一。中国未来智能电网的发展趋势：以坚强网架为基础、以信息平台为支撑，构建高度一体化的智能电网结构体系。三智能电网与可靠供电 的关系？v1、电网可靠供电v2、智能电网-可靠供电的保护神v3、智能变电站1、电网可靠供电v电网是电能输送的
10、承载者，从电网可靠供电角度，用户的需求主要体现在两个方面：一是持续供电；二是电能质量。v（一）持续供电v持续供电是电力企业向用户提供优质服务的目标之一。电力系统网络一旦出现故障，破坏了供电的持续性，造成电力中断，小则给人们生活带来不便，大则会造成严重的经济损失。v如：2003 年 北美“814”大停电事故；2003 年“828”英国伦敦大停电事故；2007 年“723”西班牙巴塞罗那大停电事故；2009 年“1110”巴西大停电事故等.v（二）电能质量v电能是供电企业供给用户的特殊商品，也是一种最为广泛使用的能源。v电能质量的指标若偏离正常水平过大，一方面会给电力系统发电、输变电和用电带来不同
11、程度的危害，另一方面这些电能质量问题能够中断生产过程，影响敏感的设备，进而造成停工、废料与产量损失，给用户带来一定的经济损失v电力供应的持续性和电能质量等可靠供电问题虽然最终体现在用户侧，但是受到从发电、输电、变电、配电、用电等各环节的影响，任何一个环节出现问题都有可能影响用户的供电可靠性。v根据统计，雷击跳闸、严重履冰引起的线路倒塌、断线等恶劣天气，偷盗线路塔材等人为破坏等为影响供电可靠性的主要因素。另外，电网网架薄弱、设备老化等也有一定的影响。2、智能电网-可靠供电的保护神v建设智能电网符合我国国情，是电力系统发展的方向。“坚强坚强”和“智能智能”是中国坚强智能电网的基本内涵，只有形成“坚
12、强”网架结构，构建“智能”的基础，实现信息化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用，才能充分发挥保护神“魔法”的威力，同时也为提高电网的可靠性提供了很好的方法。v（一）强壮的“体魄”坚强电网网架v智能电网的建设首先应该是坚强基础网坚强基础网架的建设架的建设，坚强的网架是提高供电可靠性的前提，也是坚强智能电网建设的基础，在建设智能电网过程中坚强与智能需要相辅相成、协调统一。v（二）智慧的“大脑”智能电网调度v调度是智能电网的“大脑”，是电力系统的神经中枢，是智能电网得以正常运行的基础之一，同时也是电力系统运行和控制自动化程度最高的部分。v智能电网调度能够有效地提
13、高调度人员进行决策分析的能力，提升电网运行的可靠性。v（三）发达的“感官”装备的智能化v在智能电网中,一次与二次、装备与电网、装置与系统将更加融合,复合技术应用日益广泛。专业界限的模糊将使得智能电网中智能系统的外延大大拓宽。v智能电网的装备不仅涵盖传统二次系统的测控、保护、安全稳定控制等装置,还将包括传统一次系统的智能电器、静止补偿装置、固态开关、优质低价和高容量的储能装置等v可以预期的是,各种智能设备和智能系统在智能电网中将呈现日益整合、相互交融、灵活组态的发展趋势3、智能变电站v（一）变电站介绍v（1）.变电站的产生v（2）变电站的组成v2.1 电气主接线v电气主接线又称电气一次接线图。电
14、气主接线又称电气一次接线图。是按照电能汇聚、分配和交换的需求，表示主要电气设备和母线之间形成的相互连接关系，以及本变电站与电网的电气连接关系。v2.2 主要设备v变电站的主要电气设备有电力变压器、高压开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、相关设备的保护装置、自动装置以及各种无功补偿装置等v2.2.1 电力变压器v作用:将不同电压等级的输电线路和设备连接成为一个整体，以实现传输和分配电能的目的。v2.2.2 高压开关（电器）设备。v作用:关合及开断高压正常电力线路，以输送及倒换电力负荷；从系统中退出故障设备及故障线路，保证电力系统安全、正常运行；将已退出运行的设备或线路进行可靠接地，以保证
15、电力线路、设备和运行维护人员的安全。v主要有断路器、隔离开关和接地开关等。v 互感器设备v作用:将电网高电压、大电流的信息变换为标准的低电压、标准小电流的一种特殊变换器，是一次系统和二次系统的联络元件.v 避雷器。v作用:在一定的范围内保护建筑物或设备免受雷电破坏的金属物。v2.2.5 母线设备。v作用：汇集、分配和传送电能。v由于母线在运行中，有巨大的电能通过，短路时，承受着很大的发热和电动力效应，因此，必须合理的选用母线材料、截面形状和截面积以符合安全经济运行的要求。v2.2.6 各种补偿设备v作用是补偿传输过程中各种功率的损耗，以保持电网中电压、频率的稳定。v各种补偿设备是保持电网稳定的
16、基础，对大电网的稳定起着重要作用，2003 年北美“814”大停电事故事发的主要原因之一就是由于系统无功功率不足。v2.2.7 电力系统继电保护装置v作用是当电力系统发生故障或异常工作情况时，在可能实现的最短时间和最小区域内自动将故障设备从系统中切除，或者给出信号由值班人员消除异常情况的根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响，提高了供电可靠性，减少不必要的经济损失。智能电网和目前电网功能的比较智能电网和目前电网功能的比较特征特征目前目前将来将来激励激励/包括电力用包括电力用户户电价不透明，缺少电价不透明，缺少实时定价，选择很实时定价，选择很少少充分的电价信息，实充分的电价信息，实时
17、定价，有许多方案时定价，有许多方案和电价可供选择和电价可供选择提供发电提供发电/储能储能中央发电占优，少中央发电占优，少量量DG,DR,DG,DR,储能或储能或可再生能源可再生能源大量大量“即插即用即插即用”的的分布式电源补助中央分布式电源补助中央发电（节能、环保）发电（节能、环保）使市场化成为可能使市场化成为可能有限的趸售市场，有限的趸售市场，未很好的集成未很好的集成成熟、健壮、很好集成熟、健壮、很好集成的趸售市场成的趸售市场满足电能质量需要满足电能质量需要关注停运，不关心关注停运，不关心电能质量电能质量电能质量需保证，有电能质量需保证，有各种各样的质量各种各样的质量/价价格方案可供选择格方
18、案可供选择智能电网和目前电网功能的比较智能电网和目前电网功能的比较特征特征目前目前将来将来优化优化很少计及资产很少计及资产管理管理电网的智能化同电网的智能化同资产管理软件深资产管理软件深度集成度集成自愈自愈扰动发生时保扰动发生时保护资产（保护护资产（保护跳闸）跳闸）防止断电，减少防止断电，减少影响影响抵御攻击抵御攻击对恐怖袭击和对恐怖袭击和自然灾害脆弱自然灾害脆弱具有快速恢复能具有快速恢复能力力从整个过程看智能电网火力风力水力 发电变电输电变 电 配电用电太阳能 智能电网就是对这一过程实现自动、可视、互动、智能化自动、可视、互动、智能化第章电路的基本概念和定律作业：作业：作业讲评作业讲评P26
19、 1.2 求如图所示各电路中各电源的功率，并指出是吸收功率还是放出功率。解解 标出各待求元件电流和电压的参考方向，如图所示。放出功率恒流源：放出恒压源：吸收20V恒压源：放出10V恒流源：吸收P26 1.3 在下图中，5个元件电流和电压的参考方向如图中所示，今通过实验测量，得知（1）试标出各电流的实际方向和各电压的实际极性（可另画一图）；（2）判断哪些元件是电源？哪些是负载？（3）计算各元件的功率，电源发出的功率和负载取用的功率是否平衡？解：先求得:U4=-80V,U5=30V（2）根据电流和电压的实际方向可知元件1、2为电源，元件3、4、5为负载。（3）根据参考方向计算各元件的功率，分别为：所有元件的功率之和为零，功率平衡。求如图所示电路,求a、b两点之间的电压Uab。P28 1.13 计算如图所示电路各电源的功率。6V电源的功率为：18V电源的功率为：3A电源的功率为：解：先分别求出I2 I1 U