坚强智能电网综合研究报告.doc
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1、自主创新、国际领先坚强智能电网综合研究报告 坚强智能电网研究工作组目 录前 言11建设坚强智能电网的重要意义32智能电网研究现状52.1国外智能电网发展概况52.2我国已具备建设坚强智能电网的坚实基础53总体发展目标和基本架构83.1总体发展目标83.2特征与内涵83.3基本构架93.4总体发展阶段104发展路线134.1发展思路和原则134.2发电环节134.2.1发展基础134.2.2发展目标144.2.3技术路线154.2.4重点工程154.3线路环节164.3.1发展基础164.3.2发展目标174.3.3技术路线184.3.4重点工程194.4变电环节204.4.1发展基础204.4
2、.2发展目标204.4.3技术路线224.4.4重点工程224.5配电环节234.5.1发展基础234.5.2发展目标244.5.3技术路线254.5.4重点工程254.6用电服务环节264.6.1发展基础264.6.2发展目标274.6.3技术路线284.6.4重点工程284.7调度环节294.7.1发展基础294.7.2发展目标304.7.3技术路线314.7.4重点工程324.8通信信息平台324.8.1发展基础324.8.2发展目标334.8.3技术路线354.8.4重点工程365社会效益与公司效益分析385.1节能效益395.2减排效益405.3社会效益405.4公司效益416建议4
3、3II前 言电网是经济社会发展的重要基础设施,是能源战略布局的重要内容,是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。实现电网的安全稳定运行、提供高效优质清洁的电力供应是全面建设小康社会和构建社会主义和谐社会的重要保障。为实现未来能源和经济社会可持续发展,近年来,许多国家的政府部门、企业、研究和咨询机构积极开展“智能电网”研究与实践工作。作为全球最大的公用事业企业,近年来,国家电网公司以高度的社会责任感,积极致力于推动电网技术的创新与发展,推动能源开发和利用方式的变革。为适应未来经济社会发展的需要,保障安全、经济、高效、可持续的电力供应,在特高压输电取得重大突破和以往研究实践的基础
4、上,结合世界电网发展新趋势以及我国电网发展的实际,国家电网公司开展了坚强智能电网研究工作,组织有关部门、单位形成工作组编写完成了国内、外智能电网调研报告和坚强智能电网体系研究报告,并在此基础上,编写完成了智能电网综合研究报告,提出了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,利用先进的通信、信息和控制技术,构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网的战略发展目标,形成了“一个目标、两条主线、三个阶段、四个体系、五项内涵、六个应用环节”的发展战略框架,制定了从发电到用户各应用环节和通信信息平台的发展路线,明确了总体发展目标、分阶段建设目标和重点
5、工程,并对社会综合经济效益进行了初步分析评估。1建设坚强智能电网的重要意义建设坚强智能电网,充分发挥电网在资源优化配置、服务国民经济发展中的作用,对我国经济社会全面、协调、可持续发展具有十分重要的现实意义。一是满足经济社会可持续发展需要。我国经济持续快速发展,对电力发展提出了新的更高要求和挑战。要求电网以发展为主线,加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的国家电网,构筑坚强的网架结构,满足国民经济快速发展的电力需求。同时,依靠科技进步和自主创新,提升电网管理水平、供电安全可靠性和电能质量,提供更加完善的服务,更好地服务经济社会发展。二是实现大范围能源资源优化配置。我国能源资源分布与生产力
6、布局呈逆向分布。电网网架结构不断加强和完善,特高压试验示范工程成功投运并稳定运行,为加快发展坚强电网奠定了坚实基础。通过坚强智能电网建设,以特高压和跨区输电为重点,构建电力“高速公路”,实施“一特四大”发展战略,实现能源资源在全国范围的统一高效配置。三是促进可再生能源的集约化开发。我国风能、太阳能发电的主要发展方式是在沙漠、戈壁滩等偏远地区大容量集中开发,当地电网无法适应可再生能源集中开发和利用。通过坚强智能电网建设,有效解决风能、太阳能等可再生能源大规模开发的间歇性、不确定性问题,保证电力的大规模接入和远距离送出。四是保障我国能源安全。我国一次能源以煤为主,能源资源相对贫乏,石油和天然气探明
7、可采储量只占世界的1.3%,煤炭探明可采储量占世界总量的12.6%,人均资源拥有量远远低于世界平均水平。能源可持续发展的任务艰巨。通过建设坚强智能电网,推动大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源基地的集约化开发和高效利用,促进可再生能源和用户侧新型用电模式的发展,提高电能在终端能源消费中的比重,实现我国能源可持续发展。五是积极应对全球气候变化。气候变化是国际社会普遍关注的焦点问题,我国在经济快速发展,工业化、城市化快速推进的过程中面临越来越大的节能减排压力。通过建设坚强智能电网,推动建立适应可持续发展要求的能源生产方式和消费方式,优化能源结构,提高清洁能源比重,推进产业升级,发展低碳经济,努力
8、建设资源节约型、环境友好型社会,有效应对全球气候变化带来的挑战。2智能电网研究现状2.1国外智能电网发展概况目前,美国、欧洲等国家正在结合各国经济社会发展特点,积极开展智能电网研究和实践工作。在国家战略方面,智能电网建设已成为国家经济和能源政策的重要组成部分,加大基础产业投资,拉动国内需求,推动劳动就业,积极应对国际金融危机。在电网发展基础方面,发达国家的电力需求趋于饱和,电网经过多年的快速发展,网架结构稳定、成熟,具备较为充裕的输配电供应能力,电网新增建设规模有限。在研究驱动力方面,美国主要是对陈旧老化的电力设施进行更新改造或依靠技术手段提高利用效率,欧洲国家主要是促进并满足风能、太阳能和生
9、物质能等可再生能源快速发展的需要。在功能目标方面,是利用先进的信息化、数字化技术提升电力工业技术装备水平,提高资源利用效率,积极应对环境挑战,提高供电可靠性和电能质量,完善社会用户的增值服务。在研究重点方面,主要关注可再生能源、分布式电源发展和用户服务,提升用户服务水平和节约用电。2.2我国已具备建设坚强智能电网的坚实基础近年来,公司深入开展了现代化电网建设运行管理的相关研究和实践工作,部分项目已进入试点阶段,大量科研成果已转化并广泛应用到实际工程中,部分电网技术和装备已处于国际领先水平,为建设坚强智能电网提供了坚实的技术支撑和设备保障,积累了丰富的工程实践经验。在电网网架方面,我国电网网架结
10、构不断加强和完善,特高压交流试验示范工程成功投运并稳定运行,全面掌握了特高压输变电核心技术,后续交直流特高压工程全面推进,为加快发展坚强电网奠定了坚实基础。在大电网运行控制方面,我国具有“统一调度”的体制优势和深厚的运行技术积累,调度技术装备水平国际一流,自主研发的调度自动化系统和继电保护装置广泛应用;广域相量测量、在线安全稳定分析等新技术开发应用居世界领先地位。在信息平台建设方面,我国建成“三纵四横”的电力通信主干网络,形成了以光纤通信为主,微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局;以“SG186”工程为代表的国家电网信息系统集成开发整合工作已取得阶段性成果,ERP、营销、生产等业务应用系
11、统已完成建设试点并大规模推广。在研究体系方面,我国形成了目前世界上实验能力最强、技术水平最高的特高压试验研究体系,具备了世界上最高参数的高电压、强电流试验条件,实验研究能力达到国际领先水平。在发展智能电网方面,我国坚强智能电网试点工作已逐步开展,一体化的智能调度技术支持系统已完成基础平台开发;大用户负荷管理和低压集中抄表系统已安装使用约900万户,用电信息采集系统研究全面开展;启动了高级调度中心、统一信息平台和用户侧智能电网试点建设工作。在大规模可再生能源并网及分散式储能方面,公司深入开展了光伏发电监控及并网控制等关键技术研究,建立了风电接入电网仿真分析平台,制订了风电场接入电力系统技术规定等
12、相关标准,开展了电化学储能等前沿课题基础性研究工作。在体制方面,国家电网公司业务范围涵盖从线路、变电、配电到用电服务的各个环节,在统一规划、统一标准、快速推进等方面存在明显的体制优势。3总体发展目标和基本架构3.1总体发展目标坚强智能电网总体发展目标是:建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。坚强智能电网应具备坚强的网架结构,各类电源接入、送出的适应能力,大范围资源优化配置能力和用户多样化服务能力,以实现安全、可靠、优质、清洁、高效、互动的电力供应,推动电力行业及相关产业的技术升级,满足我国经济社会
13、全面、协调、可持续发展要求。3.2特征与内涵坚强智能电网的基本特征是技术上体现信息化、数字化、自动化、互动化,管理上体现集团化、集约化、精益化、标准化。信息化、数字化、自动化、互动化是坚强智能电网的基本技术特征。信息化是坚强智能电网的实施基础,实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用;数字化是坚强智能电网的主要实现形式,定量描述电网对象、结构、特性及状态,实现各类信息的精确高效采集与传输;自动化是坚强智能电网的重要实现手段,依靠先进的自动控制策略,实现电网运行控制自动化水平的全面提高与管理水平的全面提升;互动化是坚强智能电网的内在要求,实现电源、电网和用户资源的友好互动和相互协调。坚强可靠、
14、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动是坚强智能电网的基本内涵。坚强可靠,具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应;经济高效,提高电网运行和输送效率,降低运营成本,促进能源资源和电力资产的高效利用;清洁环保,促进可再生能源发展与利用,降低能源消耗和污染物排放,提高清洁电能在终端能源消费中的比重;透明开放,电网、电源和用户的信息透明共享,电网无歧视开放;友好互动,实现电网运行方式的灵活调整,友好兼容各类电源和用户接入与退出,促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。3.3基本构架电网基础体系、技术支撑体系、智能应用体系、标准规范体系是坚强智能电网的四大体系。电网基础体系是坚强智能
15、电网的物质载体,是实现“坚强”的重要基础;技术支撑体系是指先进的通信、信息、控制等应用技术,是实现“智能”的基础;智能应用体系是保障电网安全、经济、高效运行,充分利用能源和社会资源,提供用户增值服务的具体体现;标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规范,以及试验、认证、评估体系,是建设坚强智能电网的制度保障。3.4总体发展阶段坚强智能电网分为三个发展阶段:20092011年为第一阶段,即研究试点阶段。完成坚强智能电网的整体规划,形成顶层设计;制定坚强智能电网建设标准;加强各级电网建设,开展关键性、基础性、共用性技术研究工作,进行技术和应用试点。到2011年,坚强智能电网关键技术设备研究和建设试
16、点全面开展。“两纵两横”特高压网络架构基本形成;可再生能源发电运行控制和功率预测技术取得突破,电网接入风电规模达3500万千瓦、光伏发电200万千瓦、抽水蓄能1900万千瓦;110千伏及以上线路超过70万公里、变电容量28亿千伏安,其中特高压交流线路1.1万公里、变电容量1.2亿千伏安;特高压直流输电核心技术达到国际领先水平;电网优化配置资源能力超过1.2亿千瓦,其中特高压电网超过4000万千瓦;制定数字化/智能化变电站、智能设备技术标准规范体系,完成智能变电站建设及改造试点;完成智能配电网示范性工程建设,电动汽车充电站达到千座规模;建设双向互动服务及分布式电源接入试点,在北京、上海等中心城市
17、建设12个智能用电示范小区或工业园区,智能电表覆盖率超过30%,用户超过6000万户,智能电表全面覆盖10千伏电压等级的大用户、工商业用户;完成智能调度技术支持系统开发,在国调、“三华”网调和部分省调投入运行,500千伏及以上厂站的相量测量装置覆盖率达到95以上;建设四个通信枢纽中心,建成“SG186”工程。20122015年为第二阶段,即全面建设阶段。跟踪发展需要、技术进步并进行建设评估,滚动完善修订坚强智能电网发展规划和建设标准,坚强智能电网建设全面铺开。到2015年,基本建成坚强智能电网,关键技术和装备达到国际领先水平。基本建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的国家电网;风电、太
18、阳能等可再生能源发电运行控制和功率预测技术全面推广,电网接入风电规模超过6000万千瓦、光伏发电480万千瓦、抽水蓄能2900万千瓦;110千伏及以上线路超过100万公里、变电容量47亿千伏安,其中特高压交流线路3.9万公里、变电容量3亿千伏安;电网优化配置资源能力超过2.4亿千瓦,其中特高压电网超过1.5亿千瓦;灵活输电技术全面推广应用,关键技术和装备达到国际领先水平;开展枢纽变电站智能化建设和改造,加强智能化设备对电网优化调度和运行管理的信息支撑功能;完成省会城市实用型配电自动化系统建设,电动汽车充电站超过4000座;双向互动服务在部分城市得到应用,基本建成用电信息采集系统,智能电表覆盖率
19、超过80%,用户超过1.4亿户;公司系统省级以上调度机构建成智能调度技术支持系统,500千伏及以上厂站的相量测量覆盖率达到100;建成规范、统一、全覆盖的输配电通信传输网、接入网、管理网、同步网,基本建成国家电网资源计划系统(SG-ERP)。20162020年为第三阶段,即完善提升阶段。在全面建设的基础上,评估建设绩效,结合应用需求和技术发展,进一步完善和提升坚强智能电网的综合水平,引领国际智能电网的技术发展。到2020年,全面建成坚强智能电网,技术和装备全面达到国际领先水平。全面建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网;新能源有序并网发电,并与电力系统协调经济运行,电网接入
20、风电规模超过1亿千瓦、光伏发电1000万千瓦、抽水蓄能3200万千瓦;110千伏及以上线路超过130万公里、变电容量79亿千伏安,其中特高压交流线路超过4.7万公里、变电容量5.7亿千伏安;电网优化配置资源能力超过4亿千瓦,其中特高压电网超过3亿千瓦;特高压及FACTS技术和装备全面达到国际领先水平;枢纽及中心变电站完成智能化建设和改造;建立面向智能电网和智能化设备的设备运行管理体系;在重点城市建成具有自愈、灵活、可调能力的智能配电网,电动汽车充电站达到万座规模;双向互动服务得到推广,全面建成并完善用户用电信息采集系统,智能电表覆盖率达100%;全面建成公司系统省级以上一体化智能调度体系;进一
21、步强化和优化通信网络,全面建成SG-ERP系统,信息化平台整体达到国际领先水平。4发展路线4.1发展思路和原则坚强智能电网发展思路是,从中国国情出发,以社会用户服务需求为导向,以先进信息、通信和控制技术为手段,以满足经济社会可持续发展为目标,以坚强网架为基础,以信息平台为支撑,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,构建贯穿发电、线路、变电、配电、用电服务和调度全部环节和全电压等级的电网可持续发展体系。建设坚强智能电网,必须把握以下基本原则:一是坚持统筹规划、统一标准、分步实施、试点先行、整体推进;二是坚持以发展为主线,加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网;三是坚持突
22、出体系建设,以通信信息为平台,以调度为协调运作中心,各环节相互衔接、整体推进。4.2发电环节4.2.1发展基础近年来,我国发电装机规模快速增长,发电设备装备水平明显改善,新能源发电发展迅速。国家电网公司深入开展机网协调技术研究,并对大规模可再生能源发电运行控制、发电出力预测、电网接纳能力、对电网安全稳定影响等关键技术开展了研究。制订了风电等新能源并网技术标准,研究开发了风电功率预测示范系统。 我国电源结构以火电为主,水电、抽水蓄能、燃气发电等快速调节电源不足。随着可再生能源的加快发展,电网调峰调频的矛盾愈加突出;抑制电力系统低频振荡、发电机次同步振荡及谐振的技术需要进一步研究;风电运行控制技术
23、尚不能满足大规模接入电网要求;光伏发电控制及并网技术处于起步阶段;抽水蓄能规模总量偏小。4.2.2发展目标以“一特四大”发展战略为导向,引导电源集约化发展,协调推进大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地的开发;强化机网协调,提高电力系统安全运行水平;实施节能发电调度,提高常规电源的利用效率;优化电源结构和电网结构,促进大规模风电、光伏等新能源的科学合理利用。20092011年,适应大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地的开发稳步推进的需要,广泛开展机组励磁、调速、PSS等参数实测工作,实现基于实测参数的统一模型管理;风电、太阳能等新能源发电运行控制和功率预测技术取得突破;电网接入风电规模达
24、3500万千瓦、光伏发电200万千瓦、抽水蓄能1900万千瓦;实现抑制发电机次同步振荡(谐振)技术的推广应用;开展节能发电调度试点。20122015年,实现大型常规机组主要设备工况在线监测,实施并网机组旋转备用的分区动态管理,提高机组运行的可控性和经济性;风电、太阳能等新能源发电功率预测和运行控制技术全面推广;电网接入风电规模超过6000万千瓦、光伏发电480万千瓦、抽水蓄能2900万千瓦;推广节能发电调度。20162020年,常规机组快速调节和深度调峰等灵活运行技术得到广泛应用,运行灵活性显著提升;新能源有序并网发电,大容量储能技术推广应用并与电力系统协调经济运行;电网接入风电规模超过1亿千
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