堅強智能電網技術標準體系研究《電力系統(tǒng)自動化》100808

1、堅強智能電網技術標準體系研究- 6 -（國家電網公司智能電網部，北京，100031）摘要: 本文介紹了國際智能電網技術標準研究現(xiàn)狀；提出了構建堅強智能電網技術標準體系的SLO原則；論述了具有“8個專業(yè)分支、26個技術領域、92個標準系列、若干具體標準”四層架構的堅強智能電網技術標準體系；推薦了22項首批堅強智能電網核心技術標準。關鍵詞: 智能電網；技術標準；標準體系；核心標準中圖分類號:0引言當前，新一輪的世界能源變革已經拉開序幕。歐美發(fā)達國家從發(fā)展清潔能源、應對氣候變化、保障能源安全、促進經濟增長的需要出發(fā)，相繼提出智能電網發(fā)展理念，并大力建設推行。智能電網已成為目前世界電力發(fā)展的新趨勢。面

2、對新形勢、新挑戰(zhàn)，國家電網公司根據我國能源與需求逆向分布、以風電為代表的清潔能源大規(guī)模集中開發(fā)等基本國情，結合電網發(fā)展的實際情況，提出了“建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網”戰(zhàn)略目標。智能電網建設是一個十分復雜而龐大的系統(tǒng)工程，現(xiàn)有的技術標準無法滿足智能電網的全部要求。建立一個系統(tǒng)、完善、開放的智能電網技術標準體系已迫在眉睫。通過技術標準體系的建設，可有效規(guī)范智能電網規(guī)劃、設計、建設、運行、設備制造等各領域、各環(huán)節(jié)的實踐，保障、促進智能電網和相關新興產業(yè)有序、健康發(fā)展。努力把具有自主知識產權的智能電網關鍵技術標準上升為國際標準，有利于提高

3、我國相關產業(yè)在國際智能電網市場的核心競爭力。1 國際智能電網技術標準研究狀況在開展智能電網技術標準研究的國際標準組織中，最具代表性的有國際電工委員會（IEC）、美國國家標準與技術研究院（NIST）、美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）和歐洲標準化組織（CEN-CENELEC）等。1.1 IEC研究進展12009年4月，IEC成立了智能電網戰(zhàn)略工作組（SG3），負責研究智能電網技術標準體系。SG3將智能電網技術標準體系分為通用技術和專業(yè)技術兩類。在通用技術類中，重點關注通信、安全和規(guī)劃3個領域；在專業(yè)技術類中，重點關注高壓直流（HVDC）/柔性交流輸電（FACTS）、停電預防/能量管理系統(tǒng)（EM

4、S）、先進配電管理、配電自動化、智能變電站自動化、分布式能源、高級量測（AMI）、需求側響應和負荷管理、智能家居和樓宇智能化、電能存儲、電動汽車、狀態(tài)監(jiān)測、電磁兼容、低壓設施、大規(guī)?？稍偕茉唇尤?5個領域。SG3認為，核心標準對智能電網建設具有重大影響，適用于智能電網多個技術領域，并推薦涉及開放性架構、互操作、網絡安全性等方面的IEC 62357、IEC61970、IEC61850、IEC61968和IEC62351等5個標準為智能電網核心標準。1.2 NIST研究進展2美國智能電網技術標準體系主要由NIST主導研究。NIST旨在建立一個實現(xiàn)智能電網互操作性的技術框架，對各種協(xié)議和標準模型進

5、行協(xié)調，以實現(xiàn)各設備和系統(tǒng)之間的互操作。2010年1月，NIST發(fā)布了智能電網互操作標準框架和技術路線圖（1.0版），提出智能電網及其標準體系的概念模型，確定了75個現(xiàn)有的適用（或可能適用）于智能電網不斷發(fā)展的標準。NIST認為需要優(yōu)先考慮8個領域：需求響應及用戶用電效率、廣域感知能力、電能儲存、電氣化交通、高級量測基礎設施、配電網管理、信息安全以及網絡通信，最終形成成百上千個智能電網技術規(guī)范和標準，并提出了15個需要優(yōu)先制定的缺失標準。1.3 IEEE研究進展32009年3月，IEEE批準成立了P2030工作組，其主要職責和研究重點是：為理解和定義電力系統(tǒng)與終端用電設備/用戶之間的互操作提供

6、技術指南；關注如何實現(xiàn)能源技術、信息技術和通信技術的融合；研究如何借助通信技術和控制技術，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、用電等環(huán)節(jié)的無縫操作；研究相關的接口定義；為建設更加可靠、靈活的電力系統(tǒng)提供新的方法；推動智能電網技術標準的編制和現(xiàn)有標準的修訂工作。2009年6月，P2030工作組召開了首次會議，明確其第一階段的工作主要是編制IEEE P2030標準草案：智能電網中基于信息和通信技術的電力系統(tǒng)與終端用電設備/用戶之間的互操作（簡稱 IEEE P2030標準草案）。編制標準草案的目的，是為理解智能電網中電力系統(tǒng)、終端用電設施及用戶之間的互操作提供知識基礎，包括其定義、特點、功能特性及其評價準則、工程原理的

7、應用等。1.4 其他主要機構研究進展CEN-CENELEC于2010年3月召開了非正式會議，討論歐洲智能電網技術標準化問題，成立了工作小組，積極推進智能電網技術標準研究工作。德國智能電網技術標準路線圖選出了11項重要標準，基本上為IEC標準，如IEC 62357、IEC 60870、IEC 61970/61968等。另外，德國還列出了樓宇自動化、智能表計和電力工程方面的一些標準，如IEC 62443、ISO/IEC 14543等。日本經濟產業(yè)?。∕ETI）于2009年8月建立了智能電網技術標準化戰(zhàn)略工作組，提出了7個智能電網關鍵技術領域：輸電系統(tǒng)廣域感知、需求側響應、系統(tǒng)側儲能技術、需求側儲能

8、技術、電動汽車、高級量測和配電網管理，并重點關注分布式發(fā)電的功率調節(jié)技術和快速充電技術。2堅強智能電網技術標準體系2.1. 構建原則按照分類信息學理論，分類應該遵循“由簡到繁、由大到小”的一般原則。兩分法是最經濟的分類方法，然而也可能是最理想化、最遠離實際的，盡管在特定階段和特定情況下可能是實用的。全分法（完全枚舉法）對大樣本集體來說是最不經濟的，事實上它也使分類本身變得不必要。為了應對實際事務中諸多因素，在兩分法和完全枚舉法之間達成認知平衡，衍生出多維的分類體系。借鑒生物學“門綱目科屬種”的分類體系，基于認知的規(guī)律，提出堅強智能電網技術標準體系的“SLO”原則：（1）系統(tǒng)性（Systemat

9、ic）：智能電網技術標準體系需要協(xié)調和指導智能電網相關技術領域的發(fā)展，指導和協(xié)調電力用戶、電網企業(yè)和設備制造商，支持跨行業(yè)、跨地區(qū)開發(fā)和應用；協(xié)調和統(tǒng)一有關技術問題，連接系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，確保其互操作性。因此，制定智能電網技術標準體系要從系統(tǒng)角度出發(fā)，根據系統(tǒng)的各種組成要素從多角度綜合考慮，形成有機完整的體系，指導智能電網技術標準的制定。（2）邏輯性（Logical）：智能電網技術應用包括傳感與量測、電力電子、通信與信息、仿真分析與控制決策等技術，涉及發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)涉及的標準之間，尤其是相互之間連接的過程中涉及的標準要充分考慮其邏輯性，體現(xiàn)工程建設、運行與檢修、

10、設備與材料等邏輯關系，以保證標準體系的配套性，從而發(fā)揮標準體系的綜合作用。（3）開放性（Open）：智能電網技術標準體系應該是一個開放的體系，能與時俱進、動態(tài)擴展，以適應智能電網技術的發(fā)展需求，保持一定的先進性。技術標準體系的開放性使得標準的制定工作可以循序漸進地進行。2.2 體系架構圖1 堅強智能電網標準體系層級Fig.1 Structure of the technology standard system of strong&smart grid按照“SLO”原則，設計國家電網公司堅強智能電網技術企業(yè)標準體系為“8個專業(yè)分支（Domains）、26個技術領域（Fields）、92

11、個標準系列（Series）、若干具體標準（Standards）”四層結構，簡稱“D-F-S-S”體系，如圖1所示。標準體系的第一層是專業(yè)分支。包括綜合與規(guī)劃、發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度、通信信息8個專業(yè)分支。標準體系的第二層是技術領域。技術領域的劃分關注堅強智能電網各環(huán)節(jié)的主要發(fā)展方向以及堅強智能電網研究與建設工作的重點，共包括26個技術領域。各專業(yè)分支包括的技術領域如圖2所示。圖2 堅強智能電網標準體系框架Fig.2 Framework of the technological standard system of strong & smart grid標準體系的第三層包括9

12、2個標準系列。標準系列按照基礎與綜合、工程建設、運行與檢修、設備與材料的邏輯關系劃分。詳見2.3節(jié)。標準體系的第四層是成百上千個具體標準。2.3 標準體系2.3.1 綜合與規(guī)劃（1）智能電網的方法學與接口：為理解智能電網提供知識基礎，為指導智能電網總體規(guī)劃和發(fā)展提供思想方法，為促進能源系統(tǒng)和信息系統(tǒng)之間、電力系統(tǒng)與用戶/用電設備之間的互操作性提供技術規(guī)范。本技術領域包括智能電網的術語與方法學、智能電網各環(huán)節(jié)接口2個標準系列。（2）智能電網規(guī)劃設計：在智能電網的發(fā)展模式下，原電網規(guī)劃技術導則中的電網構建原則、安全穩(wěn)定標準、電力系統(tǒng)分析計算規(guī)范等主要內容，仍具有適用性。但在適應可再生能源接入、促進

13、網源協(xié)調、各級電網協(xié)調發(fā)展及增強電網互動性和自愈能力等方面需要進行補充修訂。本技術領域包括智能輸電網規(guī)劃設計、智能配電網規(guī)劃設計2個標準系列。2.3.2 發(fā)電（1） 常規(guī)電源網源協(xié)調：主要指常規(guī)電源涉網保護和控制技術，傳統(tǒng)機組的調頻調壓等控制技術以及高頻低頻切機等保護技術。本技術領域包括網源協(xié)調技術、網源協(xié)調試驗2個標準系列。（2）大規(guī)模新能源發(fā)電并網：為保證大規(guī)模新能源接入后電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，促進電網和新能源協(xié)調發(fā)展，需要制定堅強智能電網接納大規(guī)模新能源并網方面的標準。本技術領域包括大規(guī)模新能源接入電網、大規(guī)模新能源發(fā)電并網特性測試、大規(guī)模新能源發(fā)電并網運行控制、大規(guī)模新能源發(fā)電監(jiān)控系

14、統(tǒng)及監(jiān)控設備5個標準系列。（3）大容量儲能系統(tǒng)并網：大容量儲能技術是提高電網接納間歇式電源的重要途徑，將在堅強智能電網中獲得廣泛應用。本技術領域包括大容量儲能系統(tǒng)接入電網、大容量儲能系統(tǒng)并網特性測試、大容量儲能系統(tǒng)并網運行控制、大容量儲能系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范和監(jiān)控設備5個標準系列。2.3.3 輸電（1） 特高壓輸電：特高壓電網為骨干網架，各級電網協(xié)調發(fā)展的電網建設模式，是中國電網實現(xiàn)遠距離、大容量電力傳輸?shù)闹匾侄魏吞卣?，也是堅強智能電網的重要組成部分。本技術領域包括特高壓交直流設計、建設、運行、設備等8個標準系列。（2） 柔性直流輸電：柔性直流輸電技術在新能源并網、分布式發(fā)電并網、孤島供電等

15、方面將獲得廣泛應用。本技術領域包括柔性直流輸電技術導則、柔性直流輸電建設、柔性直流輸電運行控制、柔性直流輸電設備4個標準系列。（3） 柔性交流輸電：柔性交流輸電技術可以提高輸配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、運行性能和電能質量。本技術領域包括柔性交流輸電技術導則、柔性交流輸電系統(tǒng)建設標準、柔性交流輸電系統(tǒng)運行控制標準和柔性交流輸電設備標準4個標準系列。（4） 線路狀態(tài)與運行環(huán)境監(jiān)測：為線路運行管理及維護提供信息化、數(shù)字化的共享數(shù)據，實現(xiàn)線路狀態(tài)監(jiān)測、線路運行環(huán)境監(jiān)測和巡檢技術的智能化，保障線路安全、高效巡視，是建設堅強智能電網的目標之一。本技術領域包括監(jiān)測系統(tǒng)建設及運行控制、監(jiān)測設備3個標準系列。2.

16、3.4 變電智能變電站：變電站的智能化是實現(xiàn)堅強智能電網的重要基礎。本技術領域包括智能變電站技術導則、智能變電站建設、智能變電站運行控制、智能變電站自動化系統(tǒng)功能規(guī)范和智能變電站設備5個標準系列。2.3.5 配電（1） 配電自動化：先進的配電自動化除了實現(xiàn)配電SCADA、饋線自動化、配電網分析應用等基本功能之外，還要支持配電網自愈控制（包括快速仿真和預警分析等）、分布式電源/儲能系統(tǒng)/微電網的接入、經濟優(yōu)化運行以及其它新的應用功能。本領域包括配電自動化技術導則、配電自動化建設、配電自動化運行控制、配電自動化主站系統(tǒng)功能規(guī)范和配電自動化設備5個標準系列。（2）分布式電源接入配電網：分布式電源接入

17、配電網，對配電運行管理提出了新的要求。本技術領域包括分布式電源接入配電網技術規(guī)定、分布式電源并網特性測試、分布式電源接入配電網運行控制、分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范、分布式電源監(jiān)控設備5個標準系列。（3）分布式儲能系統(tǒng)接入配電網：儲能系統(tǒng)接入配電網在提高電能利用效率、提高供電可靠性的同時，也將改變傳統(tǒng)的供電方式。本技術領域主要包括分布式儲能系統(tǒng)接入配電網技術規(guī)定、分布式儲能系統(tǒng)并網特性測試標準、分布式儲能系統(tǒng)并網運行控制、分布式儲能系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能規(guī)范、分布式儲能系統(tǒng)監(jiān)控設備5個標準系列。2.3.6 用電（1）雙向互動服務：建設雙向互動服務平臺能更好地滿足用戶用電智能化、多樣化的服務需求，提高

18、供電應急處置能力。本技術領域包括雙向互動服務平臺的建設、運行管理，雙向互動服務終端設備及系統(tǒng)3個標準系列。（2）用電信息采集：用電信息采集系統(tǒng)為智能用電服務提供可靠的基礎數(shù)據支撐。本技術領域包括用電信息采集系統(tǒng)的建設、運行管理、用電信息采集終端設備及系統(tǒng)3個標準系列。（3）智能用能服務：智能用能服務是對用戶的用能情況進行實時監(jiān)測，并根據用戶的用能需求和能源供給情況，實現(xiàn)有序用電管理和能效管理智能化。本技術領域包括智能樓宇/小區(qū)的建設、運行管理、設備及系統(tǒng)3個標準系列。（4）電動汽車充放電：電動汽車充放電設施可實現(xiàn)電動汽車與電網的雙向能量轉換，是堅強智能電網的重要組成部分。本技術領域包括電動汽車

19、充放電設施的建設、運行管理、設備及系統(tǒng)3個標準系列。（5）智能用電檢測：建設手段完備、功能齊全的智能用電檢測系統(tǒng)，可進一步完善智能用電檢測體系，保證計量裝置和用電裝置的安全可靠運行。本技術領域包括智能用電檢測系統(tǒng)的建設、運行管理、設備3個標準系列。2.3.7 調度（1） 智能電網調度技術支持系統(tǒng)：按照層次結構分為基礎信息標準和功能規(guī)范，功能規(guī)范又由基礎平臺和應用功能規(guī)范組成?；A信息標準是所有應用之間進行信息交互的“通用語言”。功能規(guī)范是總結提煉的一系列調度基礎平臺及應用功能規(guī)范。本技術領域包括智能電網調度技術支持系統(tǒng)基礎信息、基礎平臺功能規(guī)范、應用功能規(guī)范3個標準系列。（2）電網運行集中監(jiān)控

20、：變電和配電運行模式正在向“集中監(jiān)控運維操作站”轉變，需要制定相應的通信協(xié)議標準、集控中心體系結構規(guī)范、應用系統(tǒng)功能規(guī)范。本技術領域包括電網運行集中監(jiān)控中心建設、運行、系統(tǒng)功能規(guī)范3個標準系列。2.3.8 通信信息（1）傳輸網：傳輸網承載的業(yè)務包括電力生產、管理、經營的各個層面，是堅強智能電網通信的基礎。本技術領域包括傳輸網技術和電力特種光纜技術2個標準系列。（2）配電和用電側通信網：堅強智能電網要求配電和用電側通信網承載的更多的業(yè)務內容。本技術領域包括配電通信技術規(guī)范和用電側通信技術規(guī)范2個標準系列。（3）業(yè)務網：堅強智能電網中通信業(yè)務網對電力通信承載的保護、安控、計量等專用業(yè)務和對語音、數(shù)

21、據、視頻等通用業(yè)務的建設、運行管理、設備與材料提出了新要求。本技術領域包括專用業(yè)務通信技術、通用業(yè)務通信技術2個標準系列。（4）通信支撐網：建設和優(yōu)化通信支撐網，需要堅強智能電網通信平臺網管系統(tǒng)技術規(guī)范的支撐。本技術領域包括智能電網通信網管系統(tǒng)1個標準系列。（5）智能電網信息基礎平臺：智能電網信息基礎平臺為各專業(yè)分支的信息化提供服務支撐，涉及移動信息接入、數(shù)據傳輸、信息集成與交換、數(shù)據集中存儲與處理、信息展現(xiàn)等方面。本技術領域包括移動作業(yè)平臺規(guī)范、信息網絡建設標準、智能電網一體化信息模型標準、企業(yè)級數(shù)據集中管理平臺規(guī)范、電網空間信息服務平臺標準5個標準系列。（6）通信與信息安全：通信安全是指電

22、力通信網絡的安全，重點關注物理層和鏈路層的安全；信息安全指信息資產安全，即信息及其有關載體和設備的安全。本技術領域包括通信網安全防護技術、信息系統(tǒng)與設備安全規(guī)范、信息技術安全性評估準則、信息安全管理體系4個標準系列。3首批推薦的堅強智能電網核心標準通過對國內外標準的梳理和分析，依據與堅強智能電網的關系和重要性，選取了部分與堅強智能電網建設密切相關、系統(tǒng)性強、涉及面廣、相對重要的22項標準作為國家電網公司首批推薦的堅強智能電網核心標準。首批核心標準及其與國家標準、國際標準的對應關系如表1所示。4 建議（1）堅強智能電網應納入國家發(fā)展戰(zhàn)略智能電網已被歐、美等國納入國家戰(zhàn)略，成為歐美能源和經濟政策的

23、重要組成部分。堅強智能電網建設涉及多個領域和行業(yè)，能夠推動國家技術進步，帶動多個產業(yè)發(fā)展，因此更加需要政府相關部門統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一協(xié)調，將堅強智能電網建設上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略。（2）推進堅強智能電網關鍵技術標準國際化爭取國家有關部門和標準化管理機構的支持，優(yōu)選堅強智能電網企業(yè)標準，上升為行業(yè)標準和國家標準。同時，成立堅強智能電網技術標準國際化工作組，把握國際智能電網發(fā)展趨勢，積極參與國際智能電網技術標準建設工作，努力爭取將我國智能電網重點技術領域的標準上升為國際標準。（3）多方協(xié)作共同參與制定堅強智能電網技術標準堅強智能電網技術標準需要電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、制造企業(yè)、科研機構、高等院校、行業(yè)協(xié)會等多

24、方協(xié)作，建立了廣泛的合作機制和實踐體系，建立跨行業(yè)溝通平臺和合作機制，共同推進堅強智能電網標準體系建設完善 。表1 智能電網首批核心標準及其與國家標準、國際標準關系對應表Table 1. First batch of core standards of strong & smart grid and their relations with national and international standards名稱已有國家標準已有國際標準1DL 755 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則無無2智能電網的術語與方法學無IEC 625593Q/GDW 392風電場接入電網技術規(guī)定GB/Z 19963無

25、4光伏電站接入電網技術規(guī)定GB/Z 19964無5DL/T 837 輸變電設施可靠性評價規(guī)程無無6Q/GDW 241244架空輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)標準系列無無7Q/GDW 383智能變電站技術導則無無8DL/T 860變電站通信網絡和系統(tǒng)標準系列無IEC 618509Q/GDW 382配電自動化技術導則無無10DL/T 1080電力企業(yè)應用集成配電管理的系統(tǒng)接口無IEC 6196811開放的地理數(shù)據互操作規(guī)范無OGC OpenGIS12分布式電源接入電網技術規(guī)定無IEEE 154713Q/GDW 354365智能電能表標準系列無無14Q/GDW 233238、397400電

26、動汽車充放電標準系列GB/T 18487IEC 6185115DL/T 890能量管理系統(tǒng)應用程序接口標準系列無IEC 6197016IEC 60870傳輸控制協(xié)議標準系列GB/T 18700IEC 6087017GB/T 22239信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求GB/T 22239無18IEC 62351電力系統(tǒng)管理及相關的信息交換數(shù)據和通信安全無IEC 6235119IEC 62357電力系統(tǒng)控制和相關通信目標模型、服務設施和協(xié)議用參考體系結構無IEC 6235720ISO/IEC 27000 信息安全管理體系標準系列GB/T 22080、GB/T 22081I

27、SO/IEC 27000系列21ISO/IEC 15408信息技術安全性評估準則GB/T 18336ISO/IEC 1540822GB/T 20279網絡和終端設備隔離部件安全技術要求GB/T 20279無注：表中無標準號的項目為待正式發(fā)布標準。參考文獻1 IEC SMB Smart Grid Strategic Group (SG3)IEC detailed technical reference document for Smart Grid standardization - Roadmap discussion.March,2010.2 National Institute of Standards and Technology (NIST)NIST framework and roadmap for smart grid interoperability standards (release 1.0). January,2010.3 Presented by Tom Basso, NREL.IEEE SCC21 P2030TM Standards Development: Smart Grid Int