智能電網(wǎng)導(dǎo)論

序

前言

1 智能電網(wǎng)概述

1.1 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵

1.2 智能電網(wǎng)的發(fā)展

1.2.1 美國(guó)智能電網(wǎng)

1.2.2 歐洲智能電網(wǎng)

1.2.3 亞洲智能電網(wǎng)

1.3 智能電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)因素

1.3.1 能源需求不斷增加

1.3.2 地球環(huán)境不斷惡化

1.3.3 電網(wǎng)復(fù)雜度越來(lái)越高

1.3.4 電力安全

1.3.5 市場(chǎng)開(kāi)放

2 智能電網(wǎng)藍(lán)圖

2.1 EPRI智能電網(wǎng)藍(lán)圖

2.1.1 IntelliGrid

2.1.2 IECSA

2.2 DOE現(xiàn)代電網(wǎng)藍(lán)圖

2.2.1 現(xiàn)代電網(wǎng)概述

2.2.2 現(xiàn)代電網(wǎng)藍(lán)圖

2.2.3 現(xiàn)代電網(wǎng)視圖

3 智熊電網(wǎng)的主要特征

3.1 自愈

3.2 互動(dòng)

3.3 堅(jiān)強(qiáng)

3.4 優(yōu)質(zhì)電能供應(yīng)

3.5 兼容各種發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)

3.6 活躍市場(chǎng)

3.7 優(yōu)化資產(chǎn)和高效運(yùn)行

4 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 集成通信

4.2 傳感與測(cè)量

4.3 高級(jí)電力設(shè)施

4.3.1 電力電子學(xué)

4.3.2 超導(dǎo)裝置

4.3.3 分布式發(fā)電及儲(chǔ)能

4.3.4 復(fù)雜系統(tǒng)

4.3.5 復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)

4.3.6 電網(wǎng)友好裝置

4.4 高級(jí)控制方法

4.4.1 發(fā)展現(xiàn)狀

4.4.2 發(fā)展方向

4.5 決策支持

4.5.1 發(fā)展現(xiàn)狀

4.5.2 發(fā)展方向

5 高級(jí)量測(cè)體系

5.1 高級(jí)量測(cè)體系的概念

5.2 AMI的作用

5.3 AMI的技術(shù)需求

5.3.1 智能表計(jì)

5.3.2 通信設(shè)施

5.3.3 家庭網(wǎng)絡(luò)

5.3.4 表計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

5.3.5 運(yùn)行網(wǎng)關(guān)

5.4 用戶(hù)入口

5.4.1 用戶(hù)入口的概念

5.4.2 用戶(hù)入口的使用

5.4.3 用戶(hù)入口的功能

5.4.4 用戶(hù)入口的形態(tài)

6 高級(jí)配電體系

6.1 高級(jí)配電自動(dòng)化

6.1.1 傳統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化

6.1.2 ADA概述

6.1.3 ADA功能

6.1.4 ADA的新技術(shù)需求

6.1.5 ADA優(yōu)點(diǎn)

6.2 智能通用變壓器

6.2.1 IUT的基本結(jié)構(gòu)與原理

6.2.2 IUT的研究狀況

6.2.3 IUT的特點(diǎn)

6.2.4 IUT的發(fā)展方向

6.3 DER運(yùn)行

6.3.1 分布式能源及主要特征

6.3.2 幾種分布式發(fā)電簡(jiǎn)介

6.3.3 分布式能源發(fā)展的主要障礙

6.3.4 分布式能源的主要技術(shù)發(fā)展方向

6.4 微網(wǎng)

6.4.1 微網(wǎng)的發(fā)展

6.4.2 微網(wǎng)的特點(diǎn)

6.4.3 微網(wǎng)的保護(hù)和控制

6.5 需求響應(yīng)

6.5.1 DR的分類(lèi)

6.5.2 DR的發(fā)展方向

6.5.3 OpenADR需求響應(yīng)通信規(guī)范草案

7 高級(jí)輸電運(yùn)行

7.1 輸電網(wǎng)增容技術(shù)

7.1.1 特高壓輸電網(wǎng)

7.1.2 超導(dǎo)輸電網(wǎng)

7.1.3 輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)定額技術(shù)

7.2 輸電網(wǎng)高級(jí)監(jiān)測(cè)技術(shù)

7.2.1 廣域測(cè)量系統(tǒng)

7.2.2 輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

8 美國(guó)與智能電網(wǎng)相關(guān)的政策和法案

8.1 美國(guó)《能源獨(dú)立和安全法案》

8.1.1 建立智能電網(wǎng)的政策聲明

8.1.2 智能電網(wǎng)技術(shù)研究、發(fā)展和示范

8.1.3 智能電網(wǎng)互操作框架

8.2 FERC智能電網(wǎng)政策

8.2.1 實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)某些功能的緊迫性

8.2.2 關(guān)鍵互操作標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

8.3 GWAC互操作框架

8.3.1 技術(shù)方面

8.3.2 信息方面

8.3.3 組織方面

8.3.4 交叉問(wèn)題

9 智能電網(wǎng)的應(yīng)用

9.1 美國(guó)加州智能電網(wǎng)規(guī)劃

9.2 PNNL GridWise項(xiàng)目

9.3 Xcel智能電網(wǎng)規(guī)劃

9.4 San Diego智能電網(wǎng)城市規(guī)劃

9.5 PJM智能電網(wǎng)

附錄 常見(jiàn)縮寫(xiě)對(duì)照

參考文獻(xiàn)

智能電網(wǎng)是當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，是新時(shí)期電網(wǎng)發(fā)展的要求?！吨悄茈娋W(wǎng)導(dǎo)論》在借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究和發(fā)展成果的基礎(chǔ)上，對(duì)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵、發(fā)展及驅(qū)動(dòng)因素，主要特征，技術(shù)及體系，以及在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用研究進(jìn)行了較為全面的介紹。

《智能電網(wǎng)導(dǎo)論》內(nèi)容新穎，資料豐富，是一本智能電網(wǎng)知識(shí)的普及讀物，可供從事智能電網(wǎng)研究和應(yīng)用的人員參考閱讀，也可供高等院校電力專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)參考。

我國(guó)已經(jīng)建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，編制相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)19項(xiàng)，特高壓交流電壓已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓。

國(guó)際電工委員會(huì)主席克勞斯·武赫雷爾表示，中國(guó)的特高壓輸電技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先水平，這種能夠減少長(zhǎng)距離輸電損耗的技術(shù)，在世界其他地區(qū)也將有廣泛的應(yīng)用前景。

智能電網(wǎng)新型配電技術(shù)的應(yīng)用

未來(lái)的配電技術(shù)必須具有如下特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)快速自愈、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)、提供優(yōu)質(zhì)電力、與用戶(hù)互動(dòng)等。這些智能電網(wǎng)配電技術(shù)都會(huì)促進(jìn)云計(jì)算數(shù)據(jù)機(jī)房的供電系統(tǒng)更加安全可靠。

1、同步開(kāi)斷技術(shù)

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，由于電力需求量大，常涉及到高壓供電。高壓開(kāi)關(guān)大都是機(jī)械開(kāi)關(guān)，開(kāi)斷時(shí)間長(zhǎng)、分散性大。這種慢過(guò)程的機(jī)械開(kāi)斷容易引起操作過(guò)電壓，加速設(shè)備老化或者直接損害設(shè)備。同步開(kāi)斷，又稱(chēng)智能開(kāi)關(guān)，是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開(kāi)或閉合。采用電子開(kāi)關(guān)取代機(jī)械開(kāi)關(guān)，在理論上應(yīng)用同步開(kāi)斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過(guò)電壓。這樣，由操作過(guò)電壓決定的電力設(shè)備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設(shè)備（包括斷路器本身）的損壞也可大大減少。

2、故障電流限制技術(shù)

由于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的規(guī)模，數(shù)據(jù)中心的用電電流是很大的，短路電流也呈日益增大的趨勢(shì)，如果不采取有效的抑制短路電流的措施，一旦發(fā)生短路故障，開(kāi)關(guān)及用戶(hù)設(shè)備將是無(wú)法承受的。隨著電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)等的發(fā)展，限制短路電流已成為可能，這就依賴(lài)于故障電流限制器（FaultCurrentLimiter,FCL）的研制和開(kāi)發(fā)。國(guó)外對(duì)超導(dǎo)FCL和電力電子FLC研究較多，這可以在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心中借鑒和應(yīng)用。

3、主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)

未來(lái)“主動(dòng)配電網(wǎng)”可能采取類(lèi)似英特網(wǎng)的形式，即分布式?jīng)Q策和雙向潮流。在遍布全系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)上都將有控制設(shè)備。主動(dòng)配電網(wǎng)的功能是將電源和用戶(hù)需求有效連接起來(lái)，允許雙方共同決定如何最好地實(shí)時(shí)運(yùn)行。要達(dá)到這一要求，控制水平要遠(yuǎn)高于配電網(wǎng)的水平。這包括潮流評(píng)估、有競(jìng)爭(zhēng)力的電壓控制和保護(hù)技術(shù)，以及比配電網(wǎng)擁有更多的傳感器和自動(dòng)裝置的新型通信控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的主動(dòng)預(yù)警，負(fù)載均衡和三相平衡等。

4、儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)已被視為電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的重要組成部分。系統(tǒng)中引入儲(chǔ)能環(huán)節(jié)后，可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負(fù)荷，不僅可以更有效地利用電力設(shè)備，降低供電成本，也可作為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的一種手段。

儲(chǔ)能技術(shù)可用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)急供電狀況，以及充分利用當(dāng)?shù)氐姆骞入妰r(jià)差?，F(xiàn)有的電能存儲(chǔ)方式主要可分為機(jī)械儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能等。超導(dǎo)儲(chǔ)能由于超導(dǎo)體電流大，能量密度高，存取快速，可作為理想的電磁能儲(chǔ)藏器，超導(dǎo)材料臨界溫度低一直是超導(dǎo)儲(chǔ)能應(yīng)用的限制因素，直接冷卻超導(dǎo)儲(chǔ)能（HTc-SMES）的研究受到了美日等國(guó)的高度重視，但絕大部分超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置為低溫超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

智能電網(wǎng)新型用電技術(shù)的應(yīng)用

在智能電網(wǎng)的框架下，需要新型用電技術(shù)提高電力需求彈性，提升電力需求側(cè)管理的智能化水平，幫助電力用戶(hù)與智能電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心更加方便、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的管理用電。

1、先進(jìn)傳感器技術(shù)

未來(lái)的數(shù)據(jù)中心傳感器將更加智能化，功能將逐步融合。風(fēng)、火、水、電、氣、溫度、濕度、煙霧、二氧化碳等都是傳感器的采集對(duì)象。傳感器不僅可以分析和提取數(shù)據(jù)中心環(huán)境的特征數(shù)據(jù)，而且可以和特定的數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，可以對(duì)數(shù)據(jù)中心的日常數(shù)據(jù)、整體效能和環(huán)境指數(shù)提供整體分析和科學(xué)評(píng)估。

2、先進(jìn)用電監(jiān)控技術(shù)

用電監(jiān)控技術(shù)分為兩個(gè)層面：用電監(jiān)測(cè)技術(shù)和用電控制技術(shù)。新型用電監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)用戶(hù)的電力消費(fèi)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，幫助用戶(hù)了解自身的詳細(xì)用電信息，以指導(dǎo)用戶(hù)優(yōu)化系統(tǒng)的用電行為。新型用電控制技術(shù)在信息獲取的基礎(chǔ)上，結(jié)合用戶(hù)的用電需要，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心用電系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)電能更合理的分配。

智能電網(wǎng)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

目前，物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)都有應(yīng)用，協(xié)助實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)的智能控制和優(yōu)化配置，提高電力規(guī)劃的管理能力。

第一：發(fā)電環(huán)節(jié)。對(duì)常規(guī)能源發(fā)電的機(jī)組的運(yùn)行情況、設(shè)備之間的互動(dòng)以及各種參數(shù)指標(biāo)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電進(jìn)行電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行穩(wěn)定性分析預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電環(huán)節(jié)的自動(dòng)、穩(wěn)定和高效。

第二：輸送環(huán)節(jié)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的監(jiān)控能力，對(duì)整個(gè)輸送線(xiàn)路上的導(dǎo)線(xiàn)溫度、線(xiàn)路電容、絕緣子污穢以及線(xiàn)路風(fēng)振進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，并作出評(píng)估和診斷。由于智能電網(wǎng)具有自愈的特性，對(duì)發(fā)現(xiàn)破壞或者不正常的情況進(jìn)行自我治愈，對(duì)用戶(hù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電。

第三：變電環(huán)節(jié)。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到智能電網(wǎng)后，可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器對(duì)重要變電設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送到管理終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的實(shí)時(shí)檢修，對(duì)周?chē)陌踩M(jìn)行防護(hù)，更好地提高變電環(huán)節(jié)的可靠性和智能化水平。

第四：配電環(huán)節(jié)。由于我國(guó)國(guó)土廣闊，所以配電規(guī)模和配電設(shè)備數(shù)量都十分巨大。物聯(lián)網(wǎng)可靠傳遞特性恰好可以針對(duì)這一情況實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)中的配電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及運(yùn)行狀態(tài)信息的有效傳遞并進(jìn)行安全防護(hù)，避免大規(guī)模人力、物力的投入。

第五：用電環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與門(mén)禁系統(tǒng)、防盜防火系統(tǒng)以及有情境控制的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向互動(dòng)。革新電力服務(wù)的傳統(tǒng)模式為用戶(hù)提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的服務(wù)，提高了人民生活質(zhì)量。2100433B

前言

第一部分 智能電網(wǎng)發(fā)展概況

1-1 什么是智能電網(wǎng)？

1-2 智能電網(wǎng)具備哪些主要特征？

1-3 智能電網(wǎng)的先進(jìn)性主要體現(xiàn)在哪些方面？

1-4 為什么說(shuō)智能電網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)？

1-5 智能電網(wǎng)將對(duì)世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生哪些促進(jìn)作用？

1-6 建設(shè)智能電網(wǎng)對(duì)我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展具有哪些重要意義？

1-7 我國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)具有哪些有利條件？

1-8 我國(guó)何時(shí)正式提出建設(shè)智能電網(wǎng)？

1-9 美國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展主要關(guān)注哪些領(lǐng)域？

1-10 美國(guó)在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開(kāi)展了哪些工作？

1-11 歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展主要關(guān)注哪些領(lǐng)域？

1-12 歐盟在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開(kāi)展了哪些工作？

1-13 日本在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開(kāi)展了哪些工作？

1-14 韓國(guó)在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開(kāi)展了哪些工作？

1-15 丹麥在風(fēng)力發(fā)電方面開(kāi)展了哪些工作？

1-16 西班牙在太陽(yáng)能發(fā)電方面開(kāi)展了哪些工作？

1-17 意大利在自動(dòng)抄表方面開(kāi)展了哪些工作？

1-18 以色列在推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用方面開(kāi)展了哪些工作？

1-19 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在智能電網(wǎng)方面主要開(kāi)展了哪些工作？

1-20 國(guó)外研究智能電網(wǎng)的主要組織有哪些？

第二部分 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃

2-1 什么是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)？

2-2 為什么必須以堅(jiān)強(qiáng)為基礎(chǔ)來(lái)發(fā)展智能電網(wǎng)？

2-3 為什么要建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)？

2-4 建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)在哪些方面？

2-5 建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)于節(jié)能減排有何重要意義？

2-6 建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)于清潔能源發(fā)展有何重要作用？

2-7 建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)于提升能源資源的優(yōu)化配置能力有何重要意義？

2-8 建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)的發(fā)展有何重大意義？

2-9 智能電網(wǎng)將給人們的生活帶來(lái)哪些好處？

2-10 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的指導(dǎo)思想是什么？

2-11 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的基本原則是什么？

2-12 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略框架是什么？

2-13 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總體發(fā)展目標(biāo)是什么？

2-14 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的兩條主線(xiàn)是什么？

2-15 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)分為哪三個(gè)階段？

2-16 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)體系架構(gòu)包括哪四個(gè)部分？

2-17 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵包括哪五個(gè)方面？

2-18 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)包括哪些環(huán)節(jié)？

2-19 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)第一階段主要開(kāi)展了哪些重點(diǎn)工作？

2-20 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的框架體系如何組成？

2-21 電網(wǎng)智能化規(guī)劃包括哪些內(nèi)容？

……

第三部分 智能發(fā)電

第四部分 智能輸電

第五部分 智能變電

第六部分 智能配電

第七部分 智能用電

第八部分 智能調(diào)度

第九部分 通信信息

第十部分 智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用展望

附錄A 名詞術(shù)語(yǔ)中英文對(duì)照

參考文獻(xiàn)2100433B

《智能電網(wǎng)基礎(chǔ)》內(nèi)容涉及面廣，語(yǔ)言通俗易懂，介紹深入淺出，便于讀者學(xué)習(xí)、掌握。

《智能電網(wǎng)基礎(chǔ)》一方面是對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有智能電網(wǎng)研究的較全面的總結(jié)，具有內(nèi)容新、資料全的特點(diǎn)；另一方面，也是作者在此方面研究與實(shí)踐的初步總結(jié)?！吨悄茈娋W(wǎng)基礎(chǔ)》可供從事智能電網(wǎng)研究和應(yīng)用的人員參考，也可供高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生學(xué)習(xí)參考。