坚强智能电网技术标准体系研究《电力系统自动化》100808.docx

坚强智能电网技术标准体系研究- 6 -（国家电网公司智能电网部，北京，100031）摘要: 本文介绍了国际智能电网技术标准研究现状；提出了构建坚强智能电网技术标准体系的SLO原则；论述了具有“8个专业分支、26个技术领域、92个标准系列、若干具体标准”四层架构的坚强智能电网技术标准体系；推荐了22项首批坚强智能电网核心技术标准。关键词: 智能电网；技术标准；标准体系；核心标准中图分类号:0引言当前，新一轮的世界能源变革已经拉开序幕。欧美发达国家从发展清洁能源、应对气候变化、保障能源安全、促进经济增长的需要出发，相继提出智能电网发展理念，并大力建设推行。智能电网已成为目前世界电力发展的新趋势。面对新形势、新挑战，国家电网公司根据我国能源与需求逆向分布、以风电为代表的清洁能源大规模集中开发等基本国情，结合电网发展的实际情况，提出了“建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网”战略目标。智能电网建设是一个十分复杂而庞大的系统工程，现有的技术标准无法满足智能电网的全部要求。建立一个系统、完善、开放的智能电网技术标准体系已迫在眉睫。通过技术标准体系的建设，可有效规范智能电网规划、设计、建设、运行、设备制造等各领域、各环节的实践，保障、促进智能电网和相关新兴产业有序、健康发展。努力把具有自主知识产权的智能电网关键技术标准上升为国际标准，有利于提高我国相关产业在国际智能电网市场的核心竞争力。1 国际智能电网技术标准研究状况在开展智能电网技术标准研究的国际标准组织中，最具代表性的有国际电工委员会（IEC）、美国国家标准与技术研究院（NIST）、美国电气与电子工程师协会（IEEE）和欧洲标准化组织（CEN-CENELEC）等。1.1 IEC研究进展12009年4月，IEC成立了智能电网战略工作组（SG3），负责研究智能电网技术标准体系。SG3将智能电网技术标准体系分为通用技术和专业技术两类。在通用技术类中，重点关注通信、安全和规划3个领域；在专业技术类中，重点关注高压直流（HVDC）/柔性交流输电（FACTS）、停电预防/能量管理系统（EMS）、先进配电管理、配电自动化、智能变电站自动化、分布式能源、高级量测（AMI）、需求侧响应和负荷管理、智能家居和楼宇智能化、电能存储、电动汽车、状态监测、电磁兼容、低压设施、大规模可再生能源接入15个领域。SG3认为，核心标准对智能电网建设具有重大影响，适用于智能电网多个技术领域，并推荐涉及开放性架构、互操作、网络安全性等方面的IEC 62357、IEC61970、IEC61850、IEC61968和IEC62351等5个标准为智能电网核心标准。1.2 NIST研究进展2美国智能电网技术标准体系主要由NIST主导研究。NIST旨在建立一个实现智能电网互操作性的技术框架，对各种协议和标准模型进行协调，以实现各设备和系统之间的互操作。2010年1月，NIST发布了智能电网互操作标准框架和技术路线图（1.0版），提出智能电网及其标准体系的概念模型，确定了75个现有的适用（或可能适用）于智能电网不断发展的标准。NIST认为需要优先考虑8个领域：需求响应及用户用电效率、广域感知能力、电能储存、电气化交通、高级量测基础设施、配电网管理、信息安全以及网络通信，最终形成成百上千个智能电网技术规范和标准，并提出了15个需要优先制定的缺失标准。1.3 IEEE研究进展32009年3月，IEEE批准成立了P2030工作组，其主要职责和研究重点是：为理解和定义电力系统与终端用电设备/用户之间的互操作提供技术指南；关注如何实现能源技术、信息技术和通信技术的融合；研究如何借助通信技术和控制技术，实现发电、输电、用电等环节的无缝操作；研究相关的接口定义；为建设更加可靠、灵活的电力系统提供新的方法；推动智能电网技术标准的编制和现有标准的修订工作。2009年6月，P2030工作组召开了首次会议，明确其第一阶段的工作主要是编制IEEE P2030标准草案：智能电网中基于信息和通信技术的电力系统与终端用电设备/用户之间的互操作（简称 IEEE P2030标准草案）。编制标准草案的目的，是为理解智能电网中电力系统、终端用电设施及用户之间的互操作提供知识基础，包括其定义、特点、功能特性及其评价准则、工程原理的应用等。1.4 其他主要机构研究进展CEN-CENELEC于2010年3月召开了非正式会议，讨论欧洲智能电网技术标准化问题，成立了工作小组，积极推进智能电网技术标准研究工作。德国智能电网技术标准路线图选出了11项重要标准，基本上为IEC标准，如IEC 62357、IEC 60870、IEC 61970/61968等。另外，德国还列出了楼宇自动化、智能表计和电力工程方面的一些标准，如IEC 62443、ISO/IEC 14543等。日本经济产业省（METI）于2009年8月建立了智能电网技术标准化战略工作组，提出了7个智能电网关键技术领域：输电系统广域感知、需求侧响应、系统侧储能技术、需求侧储能技术、电动汽车、高级量测和配电网管理，并重点关注分布式发电的功率调节技术和快速充电技术。2坚强智能电网技术标准体系2.1. 构建原则按照分类信息学理论，分类应该遵循“由简到繁、由大到小”的一般原则。两分法是最经济的分类方法，然而也可能是最理想化、最远离实际的，尽管在特定阶段和特定情况下可能是实用的。全分法（完全枚举法）对大样本集体来说是最不经济的，事实上它也使分类本身变得不必要。为了应对实际事务中诸多因素，在两分法和完全枚举法之间达成认知平衡，衍生出多维的分类体系。借鉴生物学“门纲目科属种”的分类体系，基于认知的规律，提出坚强智能电网技术标准体系的“SLO”原则：（1）系统性（Systematic）：智能电网技术标准体系需要协调和指导智能电网相关技术领域的发展，指导和协调电力用户、电网企业和设备制造商，支持跨行业、跨地区开发和应用；协调和统一有关技术问题，连接系统的各个环节，确保其互操作性。因此，制定智能电网技术标准体系要从系统角度出发，根据系统的各种组成要素从多角度综合考虑，形成有机完整的体系，指导智能电网技术标准的制定。（2）逻辑性（Logical）：智能电网技术应用包括传感与量测、电力电子、通信与信息、仿真分析与控制决策等技术，涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节，各环节涉及的标准之间，尤其是相互之间连接的过程中涉及的标准要充分考虑其逻辑性，体现工程建设、运行与检修、设备与材料等逻辑关系，以保证标准体系的配套性，从而发挥标准体系的综合作用。（3）开放性（Open）：智能电网技术标准体系应该是一个开放的体系，能与时俱进、动态扩展，以适应智能电网技术的发展需求，保持一定的先进性。技术标准体系的开放性使得标准的制定工作可以循序渐进地进行。2.2 体系架构图1 坚强智能电网标准体系层级Fig.1 Structure of the technology standard system of strong&smart grid按照“SLO”原则，设计国家电网公司坚强智能电网技术企业标准体系为“8个专业分支（Domains）、26个技术领域（Fields）、92个标准系列（Series）、若干具体标准（Standards）”四层结构，简称“D-F-S-S”体系，如图1所示。标准体系的第一层是专业分支。包括综合与规划、发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息8个专业分支。标准体系的第二层是技术领域。技术领域的划分关注坚强智能电网各环节的主要发展方向以及坚强智能电网研究与建设工作的重点，共包括26个技术领域。各专业分支包括的技术领域如图2所示。图2 坚强智能电网标准体系框架Fig.2 Framework of the technological standard system of strong & smart grid标准体系的第三层包括92个标准系列。标准系列按照基础与综合、工程建设、运行与检修、设备与材料的逻辑关系划分。详见2.3节。标准体系的第四层是成百上千个具体标准。2.3 标准体系2.3.1 综合与规划（1）智能电网的方法学与接口：为理解智能电网提供知识基础，为指导智能电网总体规划和发展提供思想方法，为促进能源系统和信息系统之间、电力系统与用户/用电设备之间的互操作性提供技术规范。本技术领域包括智能电网的术语与方法学、智能电网各环节接口2个标准系列。（2）智能电网规划设计：在智能电网的发展模式下，原电网规划技术导则中的电网构建原则、安全稳定标准、电力系统分析计算规范等主要内容，仍具有适用性。但在适应可再生能源接入、促进网源协调、各级电网协调发展及增强电网互动性和自愈能力等方面需要进行补充修订。本技术领域包括智能输电网规划设计、智能配电网规划设计2个标准系列。2.3.2 发电（1） 常规电源网源协调：主要指常规电源涉网保护和控制技术，传统机组的调频调压等控制技术以及高频低频切机等保护技术。本技术领域包括网源协调技术、网源协调试验2个标准系列。（2）大规模新能源发电并网：为保证大规模新能源接入后电力系统的安全稳定运行，促进电网和新能源协调发展，需要制定坚强智能电网接纳大规模新能源并网方面的标准。本技术领域包括大规模新能源接入电网、大规模新能源发电并网特性测试、大规模新能源发电并网运行控制、大规模新能源发电监控系统及监控设备5个标准系列。（3）大容量储能系统并网：大容量储能技术是提高电网接纳间歇式电源的重要途径，将在坚强智能电网中获得广泛应用。本技术领域包括大容量储能系统接入电网、大容量储能系统并网特性测试、大容量储能系统并网运行控制、大容量储能系统监控系统功能规范和监控设备5个标准系列。2.3.3 输电（1） 特高压输电：特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的电网建设模式，是中国电网实现远距离、大容量电力传输的重要手段和特征，也是坚强智能电网的重要组成部分。本技术领域包括特高压交直流设计、建设、运行、设备等8个标准系列。（2） 柔性直流输电：柔性直流输电技术在新能源并网、分布式发电并网、孤岛供电等方面将获得广泛应用。本技术领域包括柔性直流输电技术导则、柔性直流输电建设、柔性直流输电运行控制、柔性直流输电设备4个标准系列。（3） 柔性交流输电：柔性交流输电技术可以提高输配电系统的稳定性、可控性、运行性能和电能质量。本技术领域包括柔性交流输电技术导则、柔性交流输电系统建设标准、柔性交流输电系统运行控制标准和柔性交流输电设备标准4个标准系列。（4） 线路状态与运行环境监测：为线路运行管理及维护提供信息化、数字化的共享数据，实现线路状态监测、线路运行环境监测和巡检技术的智能化，保障线路安全、高效巡视，是建设坚强智能电网的目标之一。本技术领域包括监测系统建设及运行控制、监测设备3个标准系列。2.3.4 变电智能变电站：变电站的智能化是实现坚强智能电网的重要基础。本技术领域包括智能变电站技术导则、智能变电站建设、智能变电站运行控制、智能变电站自动化系统功能规范和智能变电站设备5个标准系列。2.3.5 配电（1） 配电自动化：先进的配电自动化除了实现配电SCADA、馈线自动化、配电网分析应用等基本功能之外，还要支持配电网自愈控制（包括快速仿真和预警分析等）、分布式电源/储能系统/微电网的接入、经济优化运行以及其它新的应用功能。本领域包括配电自动化技术导则、配电自动化建设、配电自动化运行控制、配电自动化主站系统功能规范和配电自动化设备5个标准系列。（2）分布式电源接入配电网：分布式电源接入配电网，对配电运行管理提出了新的要求。本技术领域包括分布式电源接入配电网技术规定、分布式电源并网特性测试、分布式电源接入配电网运行控制、分布式电源监控系统功能规范、分布式电源监控设备5个标准系列。（3）分布式储能系统接入配电网：储能系统接入配电网在提高电能利用效率、提高供电可靠性的同时，也将改变传统的供电方式。本技术领域主要包括分布式储能系统接入配电网技术规定、分布式储能系统并网特性测试标准、分布式储能系统并网运行控制、分布式储能系统监控系统的功能规范、分布式储能系统监控设备5个标准系列。2.3.6 用电（1）双向互动服务：建设双向互动服务平台能更好地满足用户用电智能化、多样化的服务需求，提高供电应急处置能力。本技术领域包括双向互动服务平台的建设、运行管理，双向互动服务终端设备及系统3个标准系列。（2）用电信息采集：用电信息采集系统为智能用电服务提供可靠的基础数据支撑。本技术领域包括用电信息采集系统的建设、运行管理、用电信息采集终端设备及系统3个标准系列。（3）智能用能服务：智能用能服务是对用户的用能情况进行实时监测，并根据用户的用能需求和能源供给情况，实现有序用电管理和能效管理智能化。本技术领域包括智能楼宇/小区的建设、运行管理、设备及系统3个标准系列。（4）电动汽车充放电：电动汽车充放电设施可实现电动汽车与电网的双向能量转换，是坚强智能电网的重要组成部分。本技术领域包括电动汽车充放电设施的建设、运行管理、设备及系统3个标准系列。（5）智能用电检测：建设手段完备、功能齐全的智能用电检测系统，可进一步完善智能用电检测体系，保证计量装置和用电装置的安全可靠运行。本技术领域包括智能用电检测系统的建设、运行管理、设备3个标准系列。2.3.7 调度（1） 智能电网调度技术支持系统：按照层次结构分为基础信息标准和功能规范，功能规范又由基础平台和应用功能规范组成。基础信息标准是所有应用之间进行信息交互的“通用语言”。功能规范是总结提炼的一系列调度基础平台及应用功能规范。本技术领域包括智能电网调度技术支持系统基础信息、基础平台功能规范、应用功能规范3个标准系列。（2）电网运行集中监控：变电和配电运行模式正在向“集中监控运维操作站”转变，需要制定相应的通信协议标准、集控中心体系结构规范、应用系统功能规范。本技术领域包括电网运行集中监控中心建设、运行、系统功能规范3个标准系列。2.3.8 通信信息（1）传输网：传输网承载的业务包括电力生产、管理、经营的各个层面，是坚强智能电网通信的基础。本技术领域包括传输网技术和电力特种光缆技术2个标准系列。（2）配电和用电侧通信网：坚强智能电网要求配电和用电侧通信网承载的更多的业务内容。本技术领域包括配电通信技术规范和用电侧通信技术规范2个标准系列。（3）业务网：坚强智能电网中通信业务网对电力通信承载的保护、安控、计量等专用业务和对语音、数据、视频等通用业务的建设、运行管理、设备与材料提出了新要求。本技术领域包括专用业务通信技术、通用业务通信技术2个标准系列。（4）通信支撑网：建设和优化通信支撑网，需要坚强智能电网通信平台网管系统技术规范的支撑。本技术领域包括智能电网通信网管系统1个标准系列。（5）智能电网信息基础平台：智能电网信息基础平台为各专业分支的信息化提供服务支撑，涉及移动信息接入、数据传输、信息集成与交换、数据集中存储与处理、信息展现等方面。本技术领域包括移动作业平台规范、信息网络建设标准、智能电网一体化信息模型标准、企业级数据集中管理平台规范、电网空间信息服务平台标准5个标准系列。（6）通信与信息安全：通信安全是指电力通信网络的安全，重点关注物理层和链路层的安全；信息安全指信息资产安全，即信息及其有关载体和设备的安全。本技术领域包括通信网安全防护技术、信息系统与设备安全规范、信息技术安全性评估准则、信息安全管理体系4个标准系列。3首批推荐的坚强智能电网核心标准通过对国内外标准的梳理和分析，依据与坚强智能电网的关系和重要性，选取了部分与坚强智能电网建设密切相关、系统性强、涉及面广、相对重要的22项标准作为国家电网公司首批推荐的坚强智能电网核心标准。首批核心标准及其与国家标准、国际标准的对应关系如表1所示。4 建议（1）坚强智能电网应纳入国家发展战略智能电网已被欧、美等国纳入国家战略，成为欧美能源和经济政策的重要组成部分。坚强智能电网建设涉及多个领域和行业，能够推动国家技术进步，带动多个产业发展，因此更加需要政府相关部门统筹规划、统一协调，将坚强智能电网建设上升为国家发展战略。（2）推进坚强智能电网关键技术标准国际化争取国家有关部门和标准化管理机构的支持，优选坚强智能电网企业标准，上升为行业标准和国家标准。同时，成立坚强智能电网技术标准国际化工作组，把握国际智能电网发展趋势，积极参与国际智能电网技术标准建设工作，努力争取将我国智能电网重点技术领域的标准上升为国际标准。（3）多方协作共同参与制定坚强智能电网技术标准坚强智能电网技术标准需要电网企业、发电企业、制造企业、科研机构、高等院校、行业协会等多方协作，建立了广泛的合作机制和实践体系，建立跨行业沟通平台和合作机制，共同推进坚强智能电网标准体系建设完善 。表1 智能电网首批核心标准及其与国家标准、国际标准关系对应表Table 1. First batch of core standards of strong & smart grid and their relations with national and international standards名称已有国家标准已有国际标准1DL 755 电力系统安全稳定导则无无2智能电网的术语与方法学无IEC 625593Q/GDW 392风电场接入电网技术规定GB/Z 19963无4光伏电站接入电网技术规定GB/Z 19964无5DL/T 837 输变电设施可靠性评价规程无无6Q/GDW 241244架空输电线路在线监测系统标准系列无无7Q/GDW 383智能变电站技术导则无无8DL/T 860变电站通信网络和系统标准系列无IEC 618509Q/GDW 382配电自动化技术导则无无10DL/T 1080电力企业应用集成配电管理的系统接口无IEC 6196811开放的地理数据互操作规范无OGC OpenGIS12分布式电源接入电网技术规定无IEEE 154713Q/GDW 354365智能电能表标准系列无无14Q/GDW 233238、397400电动汽车充放电标准系列GB/T 18487IEC 6185115DL/T 890能量管理系统应用程序接口标准系列无IEC 6197016IEC 60870传输控制协议标准系列GB/T 18700IEC 6087017GB/T 22239信息系统安全等级保护基本要求GB/T 22239无18IEC 62351电力系统管理及相关的信息交换数据和通信安全无IEC 6235119IEC 62357电力系统控制和相关通信目标模型、服务设施和协议用参考体系结构无IEC 6235720ISO/IEC 27000 信息安全管理体系标准系列GB/T 22080、GB/T 22081ISO/IEC 27000系列21ISO/IEC 15408信息技术安全性评估准则GB/T 18336ISO/IEC 1540822GB/T 20279网络和终端设备隔离部件安全技术要求GB/T 20279无注：表中无标准号的项目为待正式发布标准。参考文献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 Interoperability. MADRI Meetings: July 1 & 2, 2009 (Philadelphia PA).王益民（1961），男， 江苏人，教授级高工，现任国家电网公司智能电网部主任，主要从事电力生产技术管理和智能电网相关工作。Research on Technology Standard System of Strong & Smart GridWang Yimin(State Grid Corporation of China, Beijing 100031, China)ABSTRACT: Firstly, the development status of international smart grid technology standards is overviewed. Secondly, the SLO principle establishing the technology standard system of strong & smart grid is put forward. The technology standard system of strong & smart grid is designed, which consists of 8 domains, 26 technical fields, 92 standard series and hundreds of standards. The main items of standards included in the system are introduced. Finally, the first batch of 22 core standards are recommended and some corresponding suggestions on the following work are given. KEY WORDS: smart grid; technology standards; standard system; core standards