电气工程及其自动化毕业设计-智能电网关键技术综述(含外文翻译).doc

1、本科毕业论文（20 届）智能电网关键技术综述所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -智能电网关键技术综述摘要智能电网是电网现代化的一种体现，智能电网把电源以及用户通过现代科学技术联系到一起，通过信息技术实现自动化。智能电网发展的基础就是有灵活的电网结构以及网络拓扑结构。当前我国的国情就是能源的分布与生产力的分布不成正比。随着科学技术、计算机网络的快速发展，电网的安全隐患也越来越多，而且也越来越严重，需要更加灵活的电网结构，这样才能够降低电网的风险，减少社会和自然的灾害。智能电网要实现的是自动化控制，不但需要高

2、度的网络安全，还要能够具有监控以及分析的能力，不仅要能够预测事故的发生，还要能够发现已经发生的扰动，智能电网的监测要具有广泛性，要实现全部覆盖的功能，为电网的管理提供根据。本文首先对国内外智能电网的发展情况进行了一番探寻，而后介绍了目前应用在智能电网中的一些新型器件，并简单探讨了在智能电网环境下的在线监测和用电量预测等问题。智能电网的关键技术主要涉及 5 个技术领域:(1) 建立高速、双向、实时、集成的通信系统。(2) 先进的参数量测系统。(3) 高级电力电子设备、超导和储能技术。(4) 先进的控制技术。(5) 先进的运行人员决策辅助系统。关键词 智能电网 在线监测 关键技术 哈尔滨理工大学学

3、士学位论文- II -Summary of key technologies of the smart gridAbstractThe smart grid is a reflection of the power grid modernization, smart grid power as well as user contact through modern science and technology together, through IT automation. The basis for the development of smart grid is a flexible ne

4、twork structure and network topology. Chinas national energy distribution and the distribution of productive forces are not directly proportional. With the rapid development of science and technology, computer networks, grid security risks, but also more serious, the need for more flexible network s

5、tructure, so as to reduce the risk of the grid, reducing the social and natural disasters. Smart Grid to achieve automation and control, not only requires a high level of network security monitoring and analysis capabilities, but also can have, not only to be able to predict the occurrence of the ac

6、cident, but also found that the disturbance has occurred, with extensive monitoring of smart grid to achieve full coverage of functions, provide the basis for the management of the grid.Firstly, the development of the smart grid at home and abroad a lot to explore, and then introduced the current ap

7、plication of new devices in the smart grid, and briefly discusses the problem of online monitoring in smart grid environment and electricity demand forecasting.The smart grid of the key technologies involved in the five technical areas:(1)To establish high-speed, bi-directional, real-time, integrate

8、d communications systems.(2) Advanced parameter measurement system.(3)High-power electronic devices, superconducting energy storage technology.(4) Advanced control technology.(5) Advanced operating personnel decision support systems.Keywords Smart Grid Line monitoring key technologies 哈尔滨理工大学学士学位论文-

9、 III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.1.1 国外智能电网发展情况 .11.1.2 国内智能电网发展情况 .3第 2 章 智能电网关键技术 .52.1 智能电网的概念 .52.2 通信 技术 .52.3 量测技术 .62.4 设备技术 .62.5 控制技术 .72.6 支持技术 .7第 3 章 智能电网设备技术 .83.1 智能继电保护装置 .83.1.1 智能继电保护装置与传统继电保护装置的区别 .83.1.2 智能继电保护装置原理 .83.1.3 信号处理 .93.1.4 软件设计 .123.2 电子式互感器 .123.2.1 电子

10、式互感器工作原理 .123.2.2 电子式互感器特点与接口 MU .133.2.3 合并单元的定义 .133.2.4 电子式互感器在小坨子的应用 .143.2.5 对电子互感器的数字化要求 .153.2.6 电子互感器应用实际情况和存的问题： .153.3 智能变压器 .163.3.1 智能高压设备的基本定义 .163.3.2 智能变压器 .163.3.3 智能变压器组成 .163.3.4 变压器智能化单元 .163.3.5 智能变压器信号检测技术要求 .173.3.6 智能变压器的保护 .21哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -3.3.7 功能集成 .213.3.8 设备或部件的控制 .2

11、23.3.9 智能变压器的状态检测 .22第 4 章 超导电力设备 .264.1 超导限流器 .264.1.1 技术背景 .264.1.2 性能特点 .264.2 超导电缆 .294.3 超导储能 .31第 5 章 智能电网控制技术 .325.1 控制技术的概念 .325.2 智能输配电线路在线监测与故障诊断系统 .335.2.1 系统构成 .335.2.2 系统功能 .335.2.3 导线风偏舞动在线监测技术 .345.2.4 绝缘子处理单元 .365.2.5 视频处理单元 .375.2.6 现场运行数据 .385.3 关联分析和多变量灰色模型的用电量预测 .385.3.1 灰色关联分析法

12、.385.3.2 MGM(1，n)模型 .395.4 预测流程 .435.5 实例分析 .435.5.1 应用灰色关联分析确定主因素变量 .435.5.2 建立 MGM(1,2)模型 .445.5.3 预测结果分析 .44第 6 章 智能变电站 .466.1 智能变电站体系结构 .466.2 智能一次设备 .476.3 智能设备与顺序控制 .476.4 智能变电站应实现的高级功能 .476.4.1 设备状态监测 .476.4.2 防误功能扩展应用 .486.4.3 智能告警及事故信息综合分析决策 .496.4.4 智能操作票系统 .496.4.5 电压无功自动分析控制 .506.5 智能变电站

13、运行管理的几点思考 .51第 7 章 国内智能电网发展展望 .52哈尔滨理工大学学士学位论文- V -结论 .54致谢 .55参考文献 .56附录 .59哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景电力系统在不断发展壮大的同时，面临着许多问题和矛盾，例如，经济发展与电力建设之间的矛盾，能源分布与负荷分布之间的矛盾，电网复杂度增加与控制技术之间的矛盾，电能质量与用户要求之间的矛盾，电力发展与环境恶化之间的矛盾，建设投资大与已有资源利用不充分之间的矛盾等等。这些矛盾在全球范围内具有普遍性。从近年来国内外大停电事故来看，现有的技术手段和应对策略不足以解决所有问题，电力工业急需

14、一种突破。在此背景下，智能电网被确定为电力工业下一阶段的建设目标。智能电网以安全可靠、经济高效、节能环保为运行目标，有自愈、兼容、坚强、开放，以及支持电力市场和互动化等特征( 如图 1-1 所示) ，能够有效地解决当前电力工业发展遇到的问题 1。在 2010 年 3 月召开的全国“两会”上，温家宝总理在政府工作报告中强调:“大力发展低碳经济，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设” 。这标志着智能电网建设已成为国家的基本发展战略。图 1-1 具有监测和自愈功能的智能电网1.1.1 国外智能电网发展情况1.1.1.1 美国智能电网发展情况2007 年 12 月，美国国会颁

15、布了“能源独立与安全法案” ，其中的第哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -13 号法令为智能电网法令，该法案用法律形式确立了智能电网的国策地位，并就定期报告、组织形式、技术研究、示范工程、政府资助、协调合作框架、各州职责、私有线路法案影响、以及智能电网安全性等问题进行了详细和明确的规定。2009 年 2 月，美国国会颁布了“复苏与再投资法案” ，确定投资 45 亿美元用于智能电网项目资助、标准制定、人员培养、能源资源评估、需求预测与电网分析等，并将智能电网项目配套资金的资助力度由 2007 年的 20% 提高到 50%。2009 年 7 月，美国能源部向国会递交了第一部“智能电网系统报告” ，

16、制定了由 20 项指标组成的评价指标体系，对美国智能电网的发展现状进行了评价，并总结了发展过程中遇到的技术、商业以及财政等方面的挑战 2 。根据美国“复苏与再投资法案” ，美国政府将在未来两三年向电力传输部门投资 110 亿美元，其中能源部所属电力传输与能源可靠性办公室( OE) 获得 45 亿美元，主要用于推动智能电网发展; 能源部的 BPA 电力局和 WAPA 电力局各获得 32. 5 亿美元的国库借款权，主要用于加强电网基础设施，尤其是新建线路，以适应清洁能源并网的要求。OE 的 45 亿美元中，有 34 亿美元用于智能电网项目资助计划， 6. 15 亿美元用于示范工程建设。奥巴马总统于

17、 2009 年 10 月底正式批准了获得资助的项目，共有 100 个机构将获得政府资助，带动的私有机构投资将超过 47 亿美元。示范工程方面，共有 32 项示范工程入选，带动的私有机构投资超过 10 亿美元。总体上来看，美国政府的投资有效地带动了相关行业的参与和投资，已经确立了一大批智能电网待建项目，预计总投资将超过 100 亿美元。美国能源部还多次组织由政府、产业界和科研院所广泛参与的研讨会，就智能电网的特征和评价指标体系达成了共识。众多风险投资公司也纷纷支持智能电网项目建设， 20022007 年美国与智能电网产业相关的风险投资金额年均增长率为 27%，2007 年达到近 2 亿美元。1.

18、1.1.2 欧洲智能电网发展情况20062008 年，欧盟依次发布了“欧洲未来电网的愿景与战略” 、 “战略性研究计划” 、 “战略部署文件”等三份战略性文件，构成了欧盟的智能电网发展战略框架。就其主要成员国来看，英国 2009 年依次发布了“英国可再生能源发展战略”和“英国低碳转型计划”两份战略性文件。德国2009 年发布了名为“新思路、新能源2020 年能源政策路线图”的战略性文件。英国监管机构 Ofgem 在 2009 年 8 月宣布了新的智能电网建设计划，将在 5 年内投资 5 亿英镑建设 4 个“智能城市” 。德国政府由环境、自然保护与核安全部( BMU) 和经济与技术部( BMWI

19、) 在 2008 年联合启动了“E Energy”示范工程计划，目前已确定 6 个“灯塔示范项目” ，分别由 6 个技术联盟负责实施，政府投入 6 千万欧元，另外 8 千万欧元由技术联盟自筹。丹麦启动了 EDISON 示范项目，主要研究集成大规模分布式风电和电动汽车的智能电网，丹麦电网公司 Energinet 对项目哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -进行了资助， IBM 与西门子公司也参与了项目建设。欧洲其他国家，如荷兰、意大利、法国、西班牙等国也在智能电表，风电与太阳能并网等方面开展了大量工作。1.1.1.3 日韩智能电网发展情况日本于 2009 年 4 月公布了“日本发展战略与经济增长计

20、划” ，其中包括了太阳能发电并网、未来日本智能电网实证试验、电动汽车快速充电装置等与智能电网密切相关的内容。日本电气事业联合会在 2009 年 7 月表示，将全面开发“日本版智能电网” 。韩国在 2008 年发布了“绿色能源工业策略” ，推出了“韩国版智能电网”设想。日本经济产业省( METI) 积极引导日本企业参与国内外的智能电网建设。METI 与美国新墨西哥州签订了合作协议，日方将参与该州智能电网示范工程的投资与建设; 对内启动了日本国内的智能电网工程，由九州电力公司和冲绳电力公司在十个独立的岛屿上建设示范项目，项目整体预算为 90 亿日元，其中政府将资助60 亿日元。韩国知识经济部决定在

21、 2009 2012 年间，投入 2547 亿韩元推进智能电网技术的商用化。韩国电力公司计划花费 6500 万美元在 2011 年完成济州岛智能电网示范项目，并在其承担的菲律宾电力项目中采用了智能电网技术。1.1.2 国内智能电网发展情况1.1.2.1 国家电网公司智能电网发展现状2009 年 5 月，在北京召开的“2009 特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司正式发布了“坚强智能电网”发展战略。2009 年 8 月，国家电网公司启动了智能化规划编制、标准体系研究与制定、研究检测中心建设、重大专项研究和试点工程等一系列工作。坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为

22、基础，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。 “坚强”与“智能”是现代电网的两个基本发展要求。 “坚强”是基础， “智能”是关键。强调坚强网架与电网智能化的高度融合是以整体性、系统性的方法来客观描述现代电网发展的基本特征 3，4 。电网的“坚强”与“智能”本身也相互交叉，不可拆分。坚强智能电网是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动的电网。坚强可靠，指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，指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，指促进清洁能源发展与利用，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，指电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放; 友好互动，指实现电网运行方式的灵活调整,友好兼容各类电哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -源和用户接入，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。坚强智能电网的总体发展目标是: 建成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、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的现代电网。