曹景雷 萬(wàn)基磊 刁龍濤

引言

2009年5月，國(guó)家電網(wǎng)公司在“2009年特高輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上正式提出“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略;2009年8月，系列與“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略相關(guān)的工作由國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng);2010年3月，溫家寶總理在全國(guó)“兩會(huì)”上強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)。由此表明，智能電網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展為國(guó)家的重要發(fā)展戰(zhàn)略。截止2014年年底，智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作已納入國(guó)家規(guī)劃，且風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作、智能電網(wǎng)綜合標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)工作進(jìn)展順利。依此研究背景，本文就標(biāo)準(zhǔn)化智能電網(wǎng)進(jìn)行探究，以期維護(hù)電網(wǎng)的安全性。

一、智能電網(wǎng)

當(dāng)前，除美國(guó)以外的多數(shù)國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)的研究尚處在起步階段，且不同國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)的研究側(cè)重點(diǎn)有所不同。美國(guó)EPRI制定的智能電網(wǎng)解決方案包含下列三層含義：采用傳感器與設(shè)備、資產(chǎn)連接的方式實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵性設(shè)備的運(yùn)行狀況;通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集與整合獲取到的數(shù)據(jù);通過(guò)分析與挖掘數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化管理。智能電網(wǎng)的原動(dòng)力直接影響著智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，具體表現(xiàn)在下列方面：（一）實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，以降低規(guī)模性停電的風(fēng)險(xiǎn)性，從而提升電力設(shè)備的利用率;（二）分布式發(fā)電具有擴(kuò)大能源選擇、減少排放量、提高可靠性及降低成本的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電網(wǎng)中集成有大量的分布式電源時(shí)，多數(shù)電源便可直接接入不同級(jí)配的電網(wǎng)中，此時(shí)電網(wǎng)由上至下便形成支路上潮流雙向流動(dòng)的電力交換系統(tǒng)，從而為處理大量分布式電源及分布式電源發(fā)電的間歇性提供解決辦法，以保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。（三）根據(jù)年峰荷來(lái)對(duì)電力設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃與制造，可實(shí)現(xiàn)供求平衡，但系統(tǒng)在峰符合附近的停留時(shí)間相當(dāng)短，因此電力資產(chǎn)的利用率得不到保障。為此，應(yīng)減小負(fù)荷曲線的峰谷差，但在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，大量的可平移負(fù)荷均能與電網(wǎng)友好合作，因此急需開發(fā)高級(jí)配的電市場(chǎng)，即采取電力企業(yè)與終端用戶互動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)彈性值更高的負(fù)荷需求特性，以實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理與利用的優(yōu)化及為終端用戶提供更多的選擇。

依此可知，智能電網(wǎng)具有數(shù)字化程度高、以開放的信息標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)創(chuàng)建數(shù)字整合體系及分析與協(xié)調(diào)能力強(qiáng)的特征。

二、標(biāo)準(zhǔn)化的智能電網(wǎng)提升電網(wǎng)安全

（一）智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.IECSA（集成的能源與通信系統(tǒng)架構(gòu)），此乃智能電網(wǎng)的核心部分，具體用來(lái)回答下列問(wèn)題：電力系統(tǒng)能否適應(yīng)數(shù)字化社會(huì)的要求;電力系統(tǒng)如何建立完整的開放技術(shù)框架來(lái)適應(yīng)高級(jí)電力自動(dòng)化的要求;采用何種方式來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)中不同干系人的要求。

2.FSM（快速系統(tǒng)仿真），此乃智能電網(wǎng)的核心，以分析智能電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，由此為決策提供參考依據(jù)，詳見(jiàn)圖2-1。

圖2-1 FSM的功能圖

如圖2-1所示的各項(xiàng)功能需由標(biāo)準(zhǔn)的模型及相關(guān)的工具來(lái)支持，詳見(jiàn)表2-1。

表2-1 FSM的核心工具

3.DER/ADA（分布式能量資源/配網(wǎng)高級(jí)自動(dòng)化）。配網(wǎng)高級(jí)自動(dòng)化對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與分布式電源的并聯(lián)運(yùn)行具有重要作用，從而提高各種能源的利用率。DER/ADA具有下列作用：用戶自行控制可避免發(fā)生規(guī)模性的停電事件;在發(fā)生意外災(zāi)害時(shí)可繼續(xù)供電及可參與調(diào)峰，以保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性;分布式發(fā)電過(guò)程輸配電的損耗量較低或無(wú)損耗;運(yùn)行的系統(tǒng)少及啟?？焖?，以便實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。

4.Consumer Portal（用電設(shè)備用戶）。Consumer Portal具有下列功能：實(shí)現(xiàn)用戶需求響應(yīng)與實(shí)時(shí)電價(jià)計(jì)算、遠(yuǎn)程開電與斷電、停運(yùn)檢測(cè)及電能質(zhì)量監(jiān)控等。用戶設(shè)備用戶包含各種用電性質(zhì)的用戶，且不同的用戶允許擁有不同的前端設(shè)備。OpenAMI是用戶設(shè)備用戶實(shí)現(xiàn)最為重要的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）采用集成的通信架構(gòu)自愈合電力系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，終端用戶、配電、輸電及發(fā)電均具備獨(dú)立的通信系統(tǒng)，因此在發(fā)生故障時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互通信。智能電網(wǎng)能與用電設(shè)備用戶實(shí)現(xiàn)即時(shí)交流，以掌握用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)利用DER/ADA來(lái)調(diào)節(jié)能量資源及利用IECSA來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫通信，最后再利用各級(jí)資源來(lái)自愈合電力系統(tǒng)。智能電網(wǎng)就未來(lái)所虛構(gòu)的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景描述的是如何操作完整的智能電網(wǎng)系統(tǒng)、如何應(yīng)用智能電網(wǎng)架構(gòu)，同時(shí)以通信與協(xié)作為手段來(lái)提升電網(wǎng)的運(yùn)行安全與效率，以實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)架構(gòu)對(duì)系列業(yè)務(wù)難題的支持?？傮w而言，智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的協(xié)同工作及以最佳操作方法來(lái)提升電網(wǎng)安全具有重要作用。此外，電力系統(tǒng)未來(lái)的操作要求與智能電網(wǎng)架構(gòu)所定義的技術(shù)方法、基本需求相符。

（三）開放的信息化標(biāo)準(zhǔn)

智能電網(wǎng)的運(yùn)行要求采用開放的系統(tǒng)及共享的信息模式，此乃實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)所需的必要條件。開放的系統(tǒng)可兼容品牌不同的體系及產(chǎn)品，以使電力企業(yè)體系形成開放的平臺(tái)，以便利用網(wǎng)絡(luò)將企業(yè)所需的數(shù)據(jù)、信息向社會(huì)公開，同時(shí)客戶亦可利用此總線來(lái)了解企業(yè)的基本情況;合作伙伴亦可利用此網(wǎng)絡(luò)來(lái)整合雙方的信息，以使合作雙方之間的聯(lián)系更為緊密。就智能電網(wǎng)來(lái)講，利用開放性體系可實(shí)現(xiàn)各種信息的共享及最終實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)所采用的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，此乃搭建整體系統(tǒng)架構(gòu)的必要條件。但需注意的是，就現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)講，需要在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行推進(jìn)，以集成未來(lái)的信息通信。例如，GIM與IEC 61850：IEC 61968與61970公共信息模型CIM對(duì)整個(gè)電網(wǎng)做了界定;IEC 61850-7對(duì)象模型對(duì)站內(nèi)設(shè)備及功能做了界定，而IEC能將上述兩個(gè)模型合并起來(lái)或?qū)⑸鲜鰞蓚€(gè)模型定義為標(biāo)準(zhǔn)的映射，以便在兩個(gè)系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)模型）之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換及采用配置工具來(lái)實(shí)現(xiàn)SCADA與EMS系統(tǒng)之間信息的共享。

三、結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的數(shù)字化電網(wǎng)概念多用來(lái)定義電網(wǎng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，且難以提升實(shí)時(shí)電網(wǎng)的安全性，但基于EPRI的智能電網(wǎng)能為提升電網(wǎng)安全提供明確的路徑及方法。智能電網(wǎng)提供了標(biāo)準(zhǔn)化的通信框架，且所有板塊均以開放標(biāo)準(zhǔn)的方式來(lái)建設(shè)智能電網(wǎng)，此乃智能電網(wǎng)的核心過(guò)程?？傊?，基于標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的集成平臺(tái)及基于標(biāo)準(zhǔn)化通信技術(shù)的電力設(shè)備能使信息技術(shù)網(wǎng)與電網(wǎng)統(tǒng)一起來(lái)，從而建成安全性及可靠性更高的實(shí)時(shí)電網(wǎng)。