分布式智能电网的挑战与研发机遇（2023）-天津大学_41页_5mb

分布式智能电网的挑战与研发机遇总结

I. 核心内容

分布式智能电网是电网的第二次智能化，其核心在于实现电力与信息的双向流动性，建立一个高度自动化的能量交换网络。它将高渗透率的分布式电源（DERs）集成到配电网中，通过引入分布式计算、大数据、人工智能和通信技术，实现对电网运行的实时优化与管理。其目标是构建一个具备自愈能力、快速恢复、高安全性、高效运行和良好用户参与度的现代化电网体系。

II. 主要观点

• 智能电网的愿景：智能电网将像互联网一样，改变人们的生活与工作方式，促进能源与数字技术的深度融合。
• 分层分群的体系结构：智能电网采用分层分群的架构，将电网划分为多个层级和群集，实现全局协调和局部净功率平衡。
• 分布式智能网络代理（IAs）：IAs是智能电网的重要组成部分，负责收集、交流系统信息，并在DFSM（配电快速仿真与建模）的协调下实现快速决策。
• 智能电网是复杂系统：它是一个大规模的赛博-物理系统，需要综合考虑通信、计算、控制和安全等多个方面。

III. 关键信息

1. 智能电网的特点与总体设想

2. 智能电网的挑战性问题

• 基础设施：缺乏统一的网络拓扑结构设计，现有测量设施的潜力尚未完全挖掘，新技术应用面临成本、风险和人员技能不足的问题。
• 通信标准与协议：DERs、负荷与电力公司之间缺乏统一的通信标准，影响数据交换与系统优化。
• 互操作性标准：尽管已有努力，但在DERs和储能领域仍存在标准不足的问题，导致系统协调能力受限。
• 网络安全：数据共享和实时通信的增加带来了新的安全风险，需加强数据安全与隐私保护。
• 运行与规划模型：缺乏高保真预测分析和仿真工具，难以支持动态电价下的负荷预测和DERs的优化调度。
• DERs调度与集成：目前调度DERs的实体难以从其发展中获益，缺乏有效的调度模型。
• 储能技术：储能技术成本高、多功能性有限，需开发高效、长寿命、可靠且价格合理的储能系统。
• 能源效率与需求响应：缺乏统一的评估、测量与验证（EM&V）方法，低电价影响需求响应的有效性。
• 法规与政策：需出台支持开放电力市场、促进智能电网投资与优化运行的新法规。
• 信息管理：数据量指数增长，需解决数据挖掘、分析、存储和管理的问题。
• 态势感知：运行人员缺乏对系统状态的实时可见性，需提升态势感知能力以支持更高效的运行决策。
• 组织与文化变革：传统“仓筒式”工作方式难以适应智能电网的数据驱动需求，需推动组织、业务流程和文化的变革。

3. 研发机遇

• 基础设施升级：改善通信与互连性，扩展和升级电网基础设施。
• 网络安全与快速恢复：开发安全且具备快速恢复能力的计算机网络设计与模型。
• 模型与标准制定：创建智能电网成本效益和生命周期模型，制定统一的设备性能与通信标准。
• 系统规划与运行优化：开发灵活性强的运行与规划综合模型与工具，支持DERs、需求响应和储能的集成。
• 智能工具与技术：开发利用需求响应、负荷控制和能效提升的智能技术与平台。

IV. 结语

智能电网的发展需要在计量科学、标准制定、技术进步等方面持续投入。同时，涉及多学科、多领域的复杂工程挑战，要求电力工程师与信息科学家、社会学家、法律专家等协同合作，以确保智能电网的可行性、安全性与可持续性。

此外，智能电网的实现将带来巨大的能量、经济、环境和社会效益，因此，应对这些挑战并抓住研发机遇，是实现电网智能化和推动能源转型的关键所在。

V. 参考文献

1. 余贻鑫．智能电网基本理念和关键技术[M]．北京：科学出版社，2019
2. 余贻鑫. 面向21世纪的智能电网. 南方电网技术研究. 2006.11.2（6）：13-16.
3. 余贻鑫，刘艳丽，秦超，孙冰. 分层分群电网体系结构.电力系统保护与控制.2020，48(11):1-8.
4. 余贻鑫，刘艳丽. 智能电网的挑战性问题. 电力系统自动化, 2014, 39(2):1-5.
5. John McDonald, Mark Mc Granaghan, Don Denton, et al. Strategic R&D Opportunities for the Smart Grid. U.S. NIST Report, 2013.
6. 余贻鑫, 马世乾, 徐臣. 配电系统快速仿真与建模的研究框架. 2013, 中国电机工程学报, 2014, 34(10), 1675-1681.
7. A Solution to Global Warming, Air Pollution, and Energy Insecurity for China By Mark Z. Jacobson, Stanford University, October 19, 2021