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1、智能电力系统智能电力系统与智能电网与智能电网（Smarter Power Systems and Smart Grid）清华大学电机系卢强卢强20102010年年1111月月1一一、国外如何理解、国外如何理解“智能电网智能电网”（Smart grid，Mr.Obama）美国电科院（美国电科院（EPRIEPRI）的）的“定义定义”“A power system made up of numerous automated transmission and reliable manner.A power system that handles emergency conditions with se
2、lf-healing actions and is responsive to energy-market and utility businessenterprise needs.A Power system that serves millions of customers and has an intelligent communications infrastructure enabling the timely,secure and adaptable information flow needed to provide reliable and economic power to
3、the evolving digital economy.from EPRI:http:/intelligrid.info智能电力系统可靠高效自愈信息通畅用户互动归结归结:有愿望，没有解决思路有愿望，没有解决思路!2 欧洲技术论坛的定义欧洲技术论坛的定义 A Smart Grid is an electricity network that can intelligently integrate the actions of all users connected to it generators,consumers and those that do both in order to eff
4、iciently deliver sustainable,economic and secure electricity supplies 一、一、国外如何理解国外如何理解“智能电网智能电网”（Smart grid，Mr.Obama）归结：一个能把用户与分布式发电厂聪明地整合在一起的，提供归结：一个能把用户与分布式发电厂聪明地整合在一起的，提供 经济和安全电力的电网称为经济和安全电力的电网称为Smart Grid 用智能（用智能（intelligent）去定义智能（）去定义智能（Smart），同意语的），同意语的 重复，违反了定义的基本原则，说明没搞懂。重复，违反了定义的基本原则，说明没搞懂。
5、3综述美欧观点可见综述美欧观点可见Smart grid 重点放在用户侧监控，重在配、供电网，将分布式发电加以集成，向用户提供安全、经济电能有目标-经济、安全，但无总体解决思路似乎信息畅达，用户与分布式发电站互动，就是智能电网无人敢于直接提出：实施电力系统智能调度这个核心问题（Smarter EMS，SEMS），看成是遥远未来。4二、究竟什么是智能电力系统和智能电网二、究竟什么是智能电力系统和智能电网2.1“智能”问题是一个“优化”问题2.2 智能电力系统问题是一个多指标多指标优化问题（A multi-index optimization subject）三大类指标：安全、优质、经济标准优化指标
6、集合（SOIS）：安全稳定、品质优良、经济节能 好更好最好 goodbetter the best52.3 智能电力系统和智能电网定义智能电力系统和智能电网定义一个具有多指标自趋优运行能力的电力系一个具有多指标自趋优运行能力的电力系统称之为统称之为智能电力系统智能电力系统。110kV及以下电压等级的智能电力系统称之为及以下电压等级的智能电力系统称之为智能电网智能电网。6三、三、多指标优化问题的解析数学一般表达式多指标优化问题的解析数学一般表达式综合指标：综合指标：电压质量、频率质量、电压安全稳定性、频率电压质量、频率质量、电压安全稳定性、频率 （功角）安全稳定性、网损最小化、（功角）安全稳定性
7、、网损最小化、How?No Way！巨型条件变分问题！巨型条件变分问题！如何解决？唯有如何解决？唯有HCS!minLagranges method:7理念：由事件理念：由事件 E 激发控制激发控制 由控制由控制 C 消除事件消除事件Time base and Event driven四、清华学派的理论和方法论四、清华学派的理论和方法论无科学的理念和方法论，实施电力系统多指标趋无科学的理念和方法论，实施电力系统多指标趋优就无从下手优就无从下手用控制手段使 E 0则 趋优化矣目的：消除事件集合目的：消除事件集合E84.2 智能电网标准优化指标体系的制定智能电网标准优化指标体系的制定 1）动态和静态
8、安全稳定裕度 2）网耗的降低率 3)f,V 品质的改善度 4）投入资金的节约度清华初步将三大类指标细化为3类200多条标准优化指标体系，定稿后上报国家发改委能源局。极大化94.3 实现多指标优化运行技术途径实现多指标优化运行技术途径 4.3-1 任意标准指标不满足 (事件i)4.3-2 自动调度机 （控制指令）4.3-3 自动调度机 （一组操作指令）4.3-4 去操作受控对象直调的水、火电厂(AVC，AGC协同作业)220KV、110KV、35KV及10kV变电站变压器分头STATCOM、SVC、分相补偿电容器等无功补偿设备 微电网管理 电动车合理充放电。大中型用户（包括智能小区、大宾馆协约管
9、控机制）最好再增加一定容量的燃气轮机群作为响应备用（电源充足时 作动态无功备用）切勿走入依赖“高能”蓄电池误区，拒绝日本商家“忽悠”104.4 紧急控制、防止灾变紧急控制、防止灾变2003年，美国8.14教训不可不引以为训类似美国8.14，若超高压或特高压线路突然中断一切皆由在线的智能调度系统（一切皆由在线的智能调度系统（Smarter EMS，SEMS）自动完成！）自动完成！进入紧急控制状态进入紧急控制状态11五、大网调中心层面智能调度自动化系统五、大网调中心层面智能调度自动化系统 （SEMS）结构图）结构图跨跨D-5000、OPEN-3000及及CC-2000平台平台采用采用IEC6197
10、0及及IEC61850标准的标准的Smarter EMS结构结构例：126.1 动态数据共享平台 （dynamic data sharing platform,DDSP）DRTU(Dynamic Remote Terminal Units)由2秒 0.2秒，带时标（满足实时控制要求）PMU（Phasor Measurement Units）0.02秒级直传可视化服务单元 “swing curves”0.2秒级与DRTU时间尺度一致六、对结构图的简单剖析六、对结构图的简单剖析上与大网调，下与省调共享上与大网调，下与省调共享tx(t)013六、对结构图的简单剖析六、对结构图的简单剖析 6.2 动态
11、SCADA（Dynamic Supervisory Control And Data Acquisition）由现在2秒一个 周期 0.2秒一个周期一个飞跃式的进步14六、对结构图的简单剖析六、对结构图的简单剖析 6.3 先进状态估计系统与平台（ASEU）上从大网调下至每个省级调，都有提高SE 计算 收敛率，合格率的迫切需求。在国网科技部和南网支持下，定于2011年研发成功 达到达到 收敛率收敛率100%计算速度小于计算速度小于 次次/1秒秒合格率远超过现有国内外所有状态估计方法合格率远超过现有国内外所有状态估计方法可指明坏数据的来源，便于测量系统维护可指明坏数据的来源，便于测量系统维护 状态
12、估计结果可形成真状态数据共享平台状态估计结果可形成真状态数据共享平台15六、对结构图的简单剖析六、对结构图的简单剖析基于超实时仿真的控制策略测试平台Control Strategy Testing PlatformData from ASEU控制效果不理想控制效果好 Operating orders 6.4 两级变换单元与控制策略测试平台指令下发D（先进状态估计单元）（先进状态估计单元）16六、对结构图的简单剖析六、对结构图的简单剖析6.5 发电厂与变电站的通信与受控器直调燃煤电厂，装备一台采用国际通信规约的受控机水电站宜采用国际标准建立数字化水电站对220KV枢纽变宜构建以IEC61850通
13、信规约的通信机+受控机对微小型风电、太阳能、生物能微电网采用IEC TC57 WG17开发受控机17七、网、省、地三级调度皆需建立七、网、省、地三级调度皆需建立SEMS 南方电网总调广东电力调通中心NO.10供电片区片调用户群、微电网、用户群、微电网、NO.n供电片区片调NO.1供电片区片调地区调度优化指标体系用户群、微电网、用户年均断电率用户年均断电率电压质量不合格率电压质量不合格率电压不平衡及谐波电压不平衡及谐波电压失稳可能性（机率）电压失稳可能性（机率）网损网损建设投资额建设投资额 极小化极小化 南方电网总调更需建立自己的SEMS！例：18如此一来：IT 计算机科学 电力系统知识、经验
14、创新方法论 创新控制理论 基层受控器 智能广域机器人智能广域机器人（Smart Wide Area Robot,S-WAR），），在本质上，而不是体势上。政、产、学、研多结合，有望“十二五”建成真正意义上的智能广域机器人（S-WAR）示范工程。八、电力广域智能机器人（八、电力广域智能机器人（S-WAR）19九、若干重要问题探讨与建言九、若干重要问题探讨与建言9.1 用户管理第一，以分时电价为杠杆引导合理用电，移峰填谷作用巨大（试点分小时电价）第二，通过配网智能调度（D-SEMS）及用户智能调度（User-SEMS），移峰填谷 建议：成立智能电网办公室下设“智能用户服务部”，与大宾馆、大中企业、
15、智能小区、可再生能源与用户组合的微电网、农灌大中型泵站，电动车充放电管理站签约节约归您节约归您，接受调度，接受调度彻底消除煤电机组调峰现象彻底消除煤电机组调峰现象20九、若干重要问题探讨与建言九、若干重要问题探讨与建言9.2 电动车蓄能充放电站2020年全国3千万辆。2kW/辆，2个三峡！21九、若干重要问题探讨与建言九、若干重要问题探讨与建言9.2-1“钞票回收车”（Cash-back car）集控站无线公网国际互联网（车主可视图形及用电优化选择）22九、若干重要问题探讨与建言九、若干重要问题探讨与建言 9.2-2“充”电站双功率接口(Two Power interfaces)一开始规划设计
16、就考虑，不要建成后再改建一接口充电（车主买电）另一接口放电（车主卖电）车内有智能仪表，电价向车主透明，车主自控；或大型停车场、居民区停车场由U-SEMS集控 应超前考虑该专项技术应超前考虑该专项技术23实现方式：GE EMS（XA/21）系统+清华大学SEMS系统清华SEMS和GE EMS已经实现了“无缝连接”具备了建设一体化SEMS条件遗憾的是：无动态数据平台和 动态SCADA单元十、上海市调十、上海市调SEMSSEMS主站概览主站概览10.1 系统概览图系统概览图2410.2 上海SEMS的一幅主人机界面图十、上海市调十、上海市调SEMSSEMS主站概览主站概览25Thank You!Thank You!26