智能电网下的电力信息化体系研究.pdf

新研究2009年第5期 电子信息产业技术创新环境研究 面 向 政 府 面 向 企 业 2009年6月20日 第 3 期 总第 5 期内部资料 注意保存 本期主题 智能电网下的电力信息化体系研究 赛 迪 顾 问 股 份 有限公司 主办 ccid consulting.co.,l td. 2 专业就是实力 精准就是品牌 赛迪顾问是中国首家在香港创业板上市的现代咨询企业(股 票代码：hk08235)，直属于国家工业和信息化部中国电子信 息产业发展研究院(赛迪集团，ccid)，凭借自身在行业资源、 信息技术与数据渠道等竞争优势，能够为客户提供公共政策制 定、产业竞争力提升、发展战略与规划、营销策略与研究、人 力资源管理、it规划与治理等现代咨询服务，服务对象既包括 政府各级主管部门与各类开发区，又涵盖电子、电信、能源、 金融与汽车等行业与企业用户，致力成为中国本土的企业管理 第一顾问、政府决策第一智库、信息化咨询第一品牌。详情请 浏览网站： 赛迪顾问股份有限公司 北京： 地 址：北京海淀区紫竹院路66号赛迪大厦10层 邮 编：100048 电 话：0086-10-88558866/8899/9900 传 真：0086-10-88559009 电子邮箱： 上海： 地 址：上海市蒲汇塘路11号博大商务楼1507室 邮 编：200030 电 话：0086-21-64689608 传 真：0086-21-64689205 电子邮箱： 南京： 地 址：南京市傅厚岗66号 邮 编：210008 电 话：0086-25-83211979 传 真：0086-25-83222879 电子邮箱： 成都： 地 址：成都市二环路北一段117号美华居3405-3408 邮 编：610031 电 话：0086-28-66601901 传 真：0086-28-86390112 电子邮件： 武汉： 地 址：武汉市中山大道725号华中通信广场主楼405室 邮 编：430014 电 话：0086-27-88009400 传 真：0086-27-82792005 电子邮箱： 广州： 地 址：广州市东风中路445号越秀城市广场1205室 邮 编：510030 电 话：0086-20-83557153 0086电子邮箱： 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 刊首语 2009年5月，国家电网公司正式对外界公布了“坚强智能电网” 计划。智能电网计划的启动将带动电网生产运行、经营管理、客户 服务以及社会能源利用模式的重大变革。信息化作为智能电网“四 化”特征的突破口，其重要性凸显。智能电网下信息化的重要特 征，其发展趋势、建设方向都将成为电网企业以及it业界共同关注 的问题。 本文首先阐述智能电网的发展历程以及发展现状，并对智能电 网的概念及其核心内容进行了辨析，详细阐述了智能电网的体系结 构，并在此基础上深入分析了信息化在智能电网中的定位以及智能 电网建设对信息化的需求。 赛迪顾问研究团队认为，在智能电网建设的大环境下，企业信 息化将渗透到电网业务价值链的各个环节，管理信息化与自动化的 结合将更加紧密，技术引领与业务驱动并重，信息化与业务创新将 深度融合。 在对智能电网信息化需求深刻理解的基础上，赛迪顾问研究团 队对智能电网信息化建设体系进行剖析，从信息化架构层级、电网 产业链和业务类型三个不同的维度展现了智能电网信息化建设内 容。文章进一步对智能电网信息化架构层级进行了分解，从数据采 集层、数据传输层、数据分析层、信息集成层、信息展示层五个层 级详细描述了智能电网信息化建设和业务应用的内容。最后，针对 国家电网公司、南方南网公司以及发电企业如何在智能电网下进行 信息化建设提出了建议。 2009年6月20日 2 专业就是实力 精准就是品牌 本期主题:智能电网下的电力信息化体系研究 4 第一章 智能电网概述 4 1.1 智能电网发展现状 4 1.1.1 国外发展现状 4 1.1.2 国内发展现状 9 1.2 智能电网的概念 12 第二章 智能电网体系结构分析 14 2.1 智能电网的建设目标 14 2.1.1 安全可靠 14 2.1.2 经济运行 14 2.1.3 节能降耗 14 2.1.4 优质服务 15 2.2 智能电网的主要构成分析 15 2.2.1 灵活的分布式电源 15 2.2.2 坚强的骨干网架 15 2.2.3 高级的配电自动化 15 2.2.4 可通信的电力设备 16 2.2.5 实时的电网监测与控制 16 2.2.6 互动的终端解决方案 16 第三章 智能电网建设对信息化的需求 17 3.1 智能电网下的信息化定位 17 目 录目 录 contents 3 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 3.2 智能电网下的信息化发展趋势 18 3.2.1 信息化将渗透到业务价值链的各环节 18 3.2.2 管理信息化与自动化结合将更紧密 18 3.2.3 面向服务的信息一体化架构是发展方向 18 3.2.4 技术引领与业务驱动并重，信息化与业务创新深度融合 19 第四章 智能电网信息化建设体系分析 19 4.1 智能电网信息化建设体系概述 19 4.2 智能电网信息化架构层级 21 4.2.1 数据采集层 21 4.2.2 数据传输层 23 4.2.3 数据分析层 24 4.2.4 信息集成层 26 4.2.5 信息展示层 27 4.3 开放的标准体系是智能电网信息化建设的关键 27 第五章 赛迪建议 29 5.1 国家电网公司应首先加强输电和配电环节信息化建设 29 5.2 南方电网公司智能电网信息化建设应着眼于清洁、节能、互动，突 破点在与配电、售电和用电环节 29 5.3 发电企业应紧跟智能电网趋势，开始新能源并网、竞价上网、大用 户管理等信息化应用的研究 30 5.4 建立智能电网成熟度模型，开展信息化能力评估工作 30 5.5 建立智能电网信息化实施的组织和能力保障机制 31 专业就是实力 精准就是品牌 本期主题 智能电网下的电力信息化体系研究 第一章 智能电网概述 1.1 智能电网发展现状 目前，全球多家领先的电力企 业已经开始着手建设智能电网：建 造包含智能表计、智能设备、智能 控温器、插电式混合动力车等要素 在内的智能配电和用电系统；采用 可再生能源和分布式发电技术，实 施需求响应计划，降低高峰负荷需 求的同时，减少对环境的影响；升 级输配电网络，部署传感器和控制 器，实施分析和展现功能，提高电 网监视控制的自动化水平。 1.1.1 国外发展现状 在美国和欧洲，已经有大量 的电力企业在如火如荼地开展智能 电网建设实践，内容覆盖发电、输 电、配电和售电等环节。这些电力 企业通过促成技术与具体业务的有 效结合，使智能电网建设在企业生 产经营过程中切实发挥作用，从而 最终达到提高运营绩效的目的。 美国 2003 年美国电力研究院 （epri） 将未来电网定义为“智能电网” ，同 年 6 月，美国能源部输配电办公室 发布了一份名为“grid 2030电 力的下一个 100 年的国家设想”的 报告。这份报告可谓是美国电力改 革的纲领性文件，描绘了美国未来 电力系统的设想，并确定了各项研 发和试验工作的分阶段目标。 2004年美国battelle研究所和 ibm公司先后提出了“智能电网” （grid wise和iun :intelligent utility network）。其中ibm的智 能电网主要是解决电网安全运行、 提高可靠性，从其在中国发布的 建设智能电网创新运营管理中 国电力发展的新思路白皮书可以 看出，解决方案主要包括以下几个 方面：一是通过传感器连接资产和 设备提高数字化程度;二是数据的 整合体系和数据的收集体系;三是 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 进行分析的能力，即依据已经掌握 的数据进行相关分析，以优化运行 和管理。该方案提供了一个大的框 架，通过对电力生产、输送、零售 的各个环节的优化管理，为相关企 业提高运行效率及可靠性、降低成 本描绘了一个蓝图，是ibm一个市 场推广策略。 美国 pjm（宾夕法尼亚新泽 西马里兰互联电网）公司在 2006 年底完成了一个战略发展项目，从 多个维度对自身的发展进行了规 划。它的主要愿景包括：实现企业 经营的信息化，电网资产可以支持 自动化运行，打通能源价值链各环 节并实现业务的综合集成，建设新 的控制中心；组建智能电网工作组， 为 pjm 区域内的输电资产所有者建 设智能电网制定一致的方法论，同 时也为在 pjm 管辖区域建设智能电 网提供建议方案。pjm 智能电网有 两个组成维度，即技术构成与业务 构成。pjm 的业务组成主要包括系 统运行、市场运行、电网规划与企 业管理等四个部分，从 pjm 智能电 网愿景内容来看，实际上它涵盖了 pjm 业务的方方面面。不仅如此， 虽然 pjm 本身不拥有资产，但在它 为管辖区域所提供的智能电网建议 方案中可以看到含有资产管理的内 容。因此智能电网涵盖的业务环节 重点是系统运行、市场运行、电网 规划与资产管理，同时通过实现此 类业务信息与企业后台管理环节的 有效集成与共享，智能电网还能够 帮助建成信息化电力企业。 2008年美国科罗拉多州的波 尔得(boulder)宣布成为了全美第 一个智能电网城市，每户家庭都安 排了智能电表，人们可以很直观地 了解当时的电价，从而把一些事 情，比如洗衣服、烫衣服等安排在 电价低的时间段。电表还可以帮助 人们优先使用风电和太阳能等清洁 能源。同时，变电站可以收集到每 家每户的用电情况。一旦有问题出 现，可以重新配备电力。其他多个 州已经开始设计智能电网系统，近 两年，推广互动电网技术的可能将 超过10个州。 2009年1月25日美国白宫发布 复苏计划尺度报告宣布：从节 能减排、降低污染角度提出绿色能 源环境气候一体化振兴经济计划， 智能电网是其中的重要组成部分， 包括将铺设或更新3000英里输电线 专业就是实力 精准就是品牌 路，并为4000万美国家庭安装智能 电表。 美国于2009年6月公布了一项 简称为“ieeep2030”的智能电网 标准和互通原则，这个标准的核心 就是推动电力工程、通讯和信息技 术的互动。 厂 商 方 面，ge、ibm、 西 门 子、google、intel 等信息产业龙 头都已经投入智能电网业务，其 中 google 已宣布了一个与太平洋 煤 气 和 电 力 公 司 (pacific gas& electric(pg&e) 的测试合作。2008 年 9 月 google 与通用电气联合发 表声明对外宣布，他们正在共同开 发清洁能源业务，核心是为美国打 造国家智能电网。同时强调，21 世 纪的电力系统必须结合先进的能源 和信息技术，而这正是通用电气和 google 的优势领域。目前美国大约 有 1.3 亿块电表，倘若包括计算机、 传感器和网络系统的投资在内，实 现市场转型，这项改革将拉动超过 万亿美元以上的投资，对美国的信 息产业也是一个巨大的机会。 欧洲 2006 年欧盟理事会的能源绿皮 书欧洲可持续的、竞争的和安全 的电能策略(a european strategy for sustainable，competitive and secure energy) 明确强调欧洲已经 进入一个新能源时代。欧洲能源政 策最重要的目标必须是供电的可持 续性、竞争性和安全性，从而需要 通过制定一系列政策来实现。欧洲 电力市场和电网必须面对这些新的 挑战。未来整个欧洲电网必须向所 有用户提供高度可靠、经济有效的 电能，充分开发利用大型集中发电 机和小型分布电源。智能电网技术 是保证欧盟电网电能质量的一个关 键技术和发展方向。 实际上欧洲电网属于分布发 电与交互式供电的发展模式，更适 宜建立智能电网，因此，智能电网 在英国、法国、德国等都有潮流性 发展趋势。2001年意大利的电力公 司就安装和改造了3000万台智能电 表，建立起了智能化计量网络，欧 洲其他国家也正在将智能网络作为 一项革命进行推广。 智能电网是为满足欧洲未来 供电网需要而进行的大胆尝试，其 特性：一是柔性的(flexible)， 满 足 用 户 需 要 ； 二 是 易 接 入 的 (accessible)，保证所有用户的连 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 接通畅，尤其对于可再生能源和高 效、零或低co2排放的本地发电； 三是可靠的(reliable)，保障和提 高供电的安全性和质量；四是经济 的(economic)，通过改革及竞争调 节实现最有效的能源管理。 欧洲智能电网的研究主要涉 及以下几个方面：一是智能配电结 构；二是智能运行，电能和用户适 应性；三是智能电网管理；四是智 能电网的欧洲互用性；五是智能电 网的断面潮流问题。 实现智能电网正常运行所需的 技术：一是现有配电网技术；二是 新型网络技术，以提高电能传输能 力和减少损耗，如气体绝缘输电线 路(gil)，超导性、高运行温度、 柔性交流输电(fact)技术等；三是 广域通信，保障网络自动化、在线 服务、有功运行、需求响应和需 求侧管理(dsm)；四是电力电子技 术，改善供电质量；五是静态储能 装置。 实现智能电网运行的特性需要 采用新技术，新的电网技术可增加 电能传输量和减少能量损耗，提高 供电效率，而电力电子技术则可改 善供电质量。先进的仿真工具促进 创新技术的应用。通信、测量和商 业系统的发展在不同程度上为系统 打开新通道。 日本 日本政府通过深入比较与美国 电力工业特征的不同，结合自身国 情，决定构建以对应新能源为主的 智能电网。 针对美国提出的智能电网， 日本经济产业部指出，美国脆弱的 电网系统与日本坚强的电网系统无 法单纯地进行比较，日本将根据自 身国情，主要围绕大规模开发太阳 能等新能源，确保电网系统稳定， 构建智能电网。日本政府计划在与 电力公司协商后，于2010年开始在 孤岛进行大规模的构建智能电网试 验，主要验证在大规模利用太阳能 发电的情况下，如何统一控制剩余 电力和频率波动，以及蓄电池等课 题。日本政府期待智能电网试验获 得成功并大规模实施，这样可以通 过增加电力设备投资拉动内需，创 造更多就业机会。 为配合企业技术研究，东京工 业大学于 2009 年 3 月初成立“综 合研究院” ，其中，赤木泰文教授 主持的关于可再生能源如何与电力 专业就是实力 精准就是品牌 系统相融合的“智能电网项目”备 受瞩目。除东京电力公司外，东芝、 日立等 8 家电力相关企业也积极参 与到该项目研究中。该项目计划用 3 年时间开发出高可靠性系统技术， 使可再生能源与现有电力系统有机 融合的智能电网模式得以实现。 韩国 韩国计划在2011年前建立一个 “智能电网”综合性试点项目。届 时能提高该国环保能源的能力。这 种电网能将普通电线和信息技术以 及卫星通信系统结合起来，可实时 监控电力需求和输出。 韩国希望在未来20年内能将绿 色能源在总能源中所占2.4%的比率 提高到11%。“智能电网”将会是 这项工作的一部分。 如果能跟电力供应情况，得到 电力生产信息的实时回馈，人们就 能更好地利用太阳能面板和风力发 电机生产的电力。因为现在一般的 检测系统无法跟踪到突然出现的气 候变化。天气的突然情况会对这种 绿色能源的生产造成影响。现在全 国电网还没有这种技术，导致能源 使用的效率不高。 除了能更好的利用清洁能源以 外，智能电网还能让消费者马上得 知自己使用了多少钱的能源，并选 择在电价便宜时段使用电器。 韩国负责工业和能源政策的 相关部门表示，今年11月前会出台 计划草案，确定智能电网的建造地 点。按计划，工程将会在2011年6 月前完成。 澳大利亚 澳大利亚陆克文政府在最新 的预算案中已划拨1亿澳元（约合 7600万美元）用于智能电网建设。 据悉，这项针对“国家能源效率提 案”的拨款将提供给由联邦政府、 各州当地政府、公立或私营的能源 公司、以及私人投资团体共同组建 的联合机构，旨在将宽带技术与智 能电网网络及居民家中的智能表计 结合起来，在澳大利亚全国范围内 发展创新型的、以智能电网为基础 的能源网络。 针对此项预算的声明提到： “作为业内领先的智能电网示范项 目，其部署规模将足够用来验证实 施智能电网的实际效果，并为将来 全国范围内的部署和政府政策的制 定提供依据。”“这将在最大限度 地改善能源使用效率的基础上，明 9 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 显降低温室气体的排放并提升诸如 太阳能等替代能源的使用率。” 在此投资预算中，还有将近 40亿澳元（折合30亿美元）将用于 家庭能源效率改善计划。另外有35 亿澳元（折合26亿美元）用于实 施“清洁能源提案”，包括创建 名为“澳大利亚可再生能源协会 （renewable australia）”可再生 能源技术创新机构，投资兴建具备 商业规模的新太阳能精品工程（多 达4个），并投资大规模的碳收集 及封存示范项目。 马耳他 2009 年 2 月 4 日，地中海岛国 马耳他在周三公布了和 ibm 达成的 协议，双方同意建立一个“智能公 用系统” ，实现该国电网和供水系统 数字化。ibm 及其合作伙伴将会把 马耳他 2 万个普通电表替换成互动 式电表，这样马耳他的电厂就能实 时监控用电，并制定不同的电价来 奖励节约用电的用户。这个工程价 值高达 9100 万美元（合 7000 万欧 元） ，其中包括在电网中建立一个传 感器网络。这种传感器网络和输电 线、各发电站以及其他的基础设施 一起提供相关数据，让电厂能更有 效地进行电力分配并检测到潜在问 题。ibm 将会提供搜集分析数据的软 件，帮助电厂发现机会，降低成本 以及该国碳密集型发电厂的排放量。 1.1.2 国内发展现状 早在 2000 年，卢强院士就提出 “数字电力系统” （dps）的概念，数 字电力系统是指某一实际运行的电 力系统的物理结构、物理特性、技 术性能、经济管理、环保指标、人 员状况、科教活动等数字地、形象 化地、实时地描述与再现。数字电 力系统是最原始最朴素的将信息技 术和电网技术结合的想法。 2005年中国国家电网公司提 出建设数字化变电站及发展数字化 电网的设想，同年中国南方电网公 司提出了数字南方电网规划。数字 电网是以全局模型的形式对实际运 行电网的真实特性的数字地、准确 地、实时地再现。这个全局模型以 一组数字模型从不同的层面和角度 对整个系统的运行状态进行了真实 地刻画，从而能够根据调度决策的 需要建立系统的实时分析平台和超 实时的仿真平台，并最终实现电网 调度决策的智能化和调度指令执行 的自动化。 0 专业就是实力 精准就是品牌 国内从2007年开始涉足智能电 网领域，并做了一些先期的研究工 作，而随着智能电网技术和概念的 发展，国内智能电网的发展也逐步 清晰起来。 2007年10月，华东电网等正式 启动了智能互动电网可行性研究项 目，其智能电网建设愿景是以提升 大电网安全稳定运行能力为中心， 打造一个平台，确立三个阶段，提 升五种能力，争取在2030年将华东 电网全面建设成为智能电网。发展 思路和行动计划分为三个阶段： 2008-2010年，巩固提升规划 建设以特高压为核心、各级电网协 调发展的坚强电网；初步建设高级 调度中心，统一网络数据模型，实 现具有可视化展现的电网运行在线 分析和实时预警；实现跨业务、多 维度、全视角的信息集成分析，提 升公司管理辅助决策能力，保持 国内领先。2011-2020年，全面转 型规划建设满足“三华”特高 压交直流联网要求的主干网架，形 成特高压双环网；全面建成高级调 度中心，建立大电网预防控制与紧 急控制的实时协调决策和快速仿 真；建立并实施计划管理、资金管 理等公司业务优化决策模型，全面 提升资产全寿命周期管理能力， 实现电网数字化、运行控制实时 化、资产管理精细化、公司决策科 学化，实现国际先进。2021-2030 年，引领超越规划建设具有自 愈能力的智能电网，支持各种类型 电源的友好接入和与客户侧的智能 互动，实现生产运行方式和企业管 理方式的超越。 在前期智能电网研究成果的基 础上，华东电网有限公司于2008年 4月正式成立“高级调度中心项目 群推进”的领导小组和工作小组， 这标志着华东电网公司以智能电网 建设为方向的高级调度中心项目群 建设全面启动。高级调度中心项目 群建设是智能电网建设蓝图“三步 走”的第一阶段“巩固提升”的重 点内容。到2010年为止的第一阶 段，公司将以智能电网为方向，以 高级调度中心建设为突破，建设安 全的受端大电网，推动各项业务发 展，为全面转型和引领超越打好基 础。高级调度中心项目群由高级调 度中心研究和建设、华东电网规划 技术研究与完善、统一信息共享平 台建设、数字化变电站技术应用体 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 系研究等项目组成。按照帅军庆总 经理提出的“高、精、实”的要 求，项目群推进工作组、各项目责 任部门正积极组织实施，与国内外 科研院所、咨询单位等开展联合攻 关，确保各项节点目标的顺利完 成。到2010年，一个电网信息实时 交互、运行控制平台集成优化的新 一代调度中心将出现在华东电网。 与此同时，在电网规划建设、电网 运行管理、企业信息化建设等方 面，华东电网公司将取得一系列国 内领先、国际先进的成果。 华北电网公司从2007年就开始 进行智能电网相关的研究和建设， 并已经开始着手相关工作，包括致 力于打造智能调度体系，为智能输 电网奠定基础；建立企业级服务总 线，搭建智能电网信息架构；超前 研发清洁能源关键技术，做好可再 生能源并网准备；结合客户信息采 集系统，试点建设智能供电网。 2009年2月，作为华北公司智 能化电网建设的一部分华北电 网稳态、动态、暂态三位一体安全 防御及全过程发电控制系统在京通 过专家组的验收。这套系统首次将 以往分散的能量管理系统、电网广 域动态监测系统、在线稳定分析预 警系统高度集成，调度人员无需在 不同系统和平台间频繁切换，便可 实现对电网综合运行情况的全景监 视并获取辅助决策支持。此外，该 系统通过搭建并网电厂管理考核和 辅助服务市场品质分析平台，能有 效提升调度部门对并网电厂管理的 标准化和流程化水平。 2009年4月15日，华北电网公 司“智能电网规划”正式发布，标 志着华北电网公司智能电网建设正 式启动。华北智能电网将结合华北 电网公司实际展开，重点涉及节能 减排、特大电网安全稳定运行、提 高供电可靠性等方面。而公司以前 进行的信息化建设、管理提升等基 础工作已经为智能电网的建设提供 了铺垫。 2009年初，国家电网公司启 动了“坚强智能电网体系研究报 告”、“坚强智能电网综合研究报 告”和“智能电网关键技术研究框 架”等重要课题的研究。通过积极 探索国内外智能电网技术发展动 态，分析中国坚强智能电网技术需 求，调研中国智能电网建设已有技 术基础，揭示坚强智能电网的内涵 2 专业就是实力 精准就是品牌 与特征，制定了坚强智能电网总目 标、技术框架体系与实施计划等。 2009年4月，中国国家电网公 司总经理刘振亚访美，并在华盛顿 一场题为“更坚强的电网中国 与美国展望”的会议上发表主旨演 讲称：“中国国家电网公司正在全 面建设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、数字化、自动化、 互动化为特征的自主创新、国际领 先的坚强智能电网。” 2009年5月21日，在北京召开 的“2009特高压输电技术国际会 议”上，国家电网公司正式宣布将 建设“坚强的智能电网”，并计划 将分三个阶段推进： 2009年至2010年为规划试点 阶段，重点开展“坚强智能电网” 发展规划工作，制定技术和管理标 准，开展关键技术研发和设备研 制，及各环节试点工作。 2011年至2015年为全面建设 阶段，加快特高压电网和城乡配电 网建设，初步形成智能电网运行控 制和互动服务体系，关键技术和装 备实现重大突破和广泛应用。 2016年至2020年为引领提升 阶段，全面建成统一的“坚强智能 电网”，技术和装备全面达到国际 先进水平。 1.2 智能电网的概念 目前，世界对智能电网并没有 一个统一的定义，随着各国研究和 建设智能电网进程的推进，形成了 以下具有代表性的智能电网定义。 美国能源部grid2030定义是： 一个完全自动化的电力传输网络， 能够监视和控制每个用户和电网节 点，保证从电厂到终端用户整个输 配电过程中所有节点之间的信息和 电能的双向流动。 美国电科院的intelligrid定 义是：一个由众多自动化的输电和 配电系统构成的电力系统，以协 调、有效和可靠的方式实现所有的 电网运作：具有自愈功能；快速响 应电力市场和企业业务需求；具有 智能化的通信架构，实现实时、安 全和灵活的信息流，为用户提供可 靠、经济的电力服务。 欧洲技术论坛对于智能电网的 定义是一个可整合所有连接到电网 用户（发电机或电力用户）所有行 为的电力传输网络，以有效提供持 续、经济和安全电能。 3 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 2009年5月，国家电网公司宣 布启动智能电网建设计划，并给出 了对智能电网的定义及核心内容。 国家电网公司对智能电网的定 义是：以坚强网架为基础，以信息 通信平台为支撑，以智能控制为手 段，包括电力系统的发电、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，是坚强可靠、经济高 效、清洁环保、透明开放、友好互 动的现代化电网。提出了符合中国 国情的智能电网发展目标：加快建 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、数字 化、自动化、互动化特征的统一的 坚强智能电网。 智能电网的核心内容是：以 先进的计算机、电子设备和智能元 器件等为基础，通过引入通信、自 动控制和其他信息技术，创建开放 的系统和共享的信息模式，整合系 统数据、优化电网管理，使用户之 间、用户与电网公司之间形成网络 互动和即时连接，实现数据读取的 实时、双向和高效，将大大提升电 网的互动运转，提高整个电网运行 的可靠性和综合效率。 智能电网是最先进的通讯、 it、新能源、新材料、新设备等产 业的集成，它将浓缩世界技术革命 的精华于一身而直接为社会服务， 开辟电力行业管理的新时代，推动 电力基础设施的革命性升级，在电 源侧，智能电网可以支持多样化的 电源，改变传统的单一集中发电模 式，方便各类电网并入，实现可靠 消纳。在电网侧，电网运行将实现 可视化、数字化、智能化，电网企 业的规划、调度、交易、生产等综 合业务水平能够大幅度提升，并实 现有效集成，形成智能网络。在用 电侧，用户能够与电网进行双向通 信，根据电网运行信息和用户需求 实时调整，提供高效优质的服务。 在整个电力系统层面，以信息的广 泛采集与及时输送为基础，贯通相 关的区域、企业和用户，实现彼此 之间的充分协调。 专业就是实力 精准就是品牌 2.1 智能电网的建设目标 欧美国家以及中国都相继启 动了智能电网建设计划。通过建设 智能电网，电网运行将更加安全可 靠、经济高效，电能质量将得到改 善，用户满意度将会大幅提升，由 于智能电网将提供更多可再生能 源，同时为终端用户提供更加经济 的能源消费方式，全社会的能耗水 平将得到有效的控制。 2.1.1 安全可靠 智能电网建成后将实现对电 网运行状态的实时监控，及时发现 故障，并能够自动处理故障，保障 电网安全运行。通过对电网二次设 备的升级改造，在电网中建立物联 网，实现电网设备间的互动，提高 电网控制系统的智能程度，使设备 可以根据电网状态自主决定是否动 作、如何动作。并在电网主网安全 运营的基础上，分析配网运行状 态，利用转供电等手段，提高供电 可靠性。当电网设备或计算机系统 遭到攻击时，电网可以有效地抵 御, 避免发生大停电或重大损失。 2.1.2 经济运行 在满足电网安全稳定运行的 情况下，智能电网需要能够对电网 资源进行优化，通过掌握实时的电 网运行,优化资源分配。目前，国 家电网公司的特高压和国外的超导 电网均可有效降低线损。线损的降 低也可以转变能源输送方式，变运 煤为输电，减少总体能源浪费。同 时，智能电网能够根据电网负荷情 况实时制定电价，而用户端电表能 够实时获取电价信息，并根据预先 设定的运行模式调整电器运行状 况，这样既可以减少用户的整体电 费开支，又可以降低电网造价。 2.1.3 节能降耗 由于智能电网能够接入更多 的清洁能源，通过用电设备间的交 互，科学调度，就可以实现对光伏 发电、风电等分布式能源的利用， 可以实现节能减排的目标。同时， 通过互动的智能仪表和传感设备， 提高对需求侧的管理，为用户提供 合理的电力消费方案，降低整个社 会的能耗水平。 第二章 智能电网体系结构分析 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 2.1.4 优质服务 在智能电网环境下，电网与用 户将能够实现互动，将大幅提升供 电的客户满意度。电网能够及时准 确地发布更多的公共信息，提供多 种选择，方便用户的自我管理；在 发生紧急事件时提前通知用户，使 其能够有效应对；通过提高系统的 可靠性, 减少用户的停电损失。 2.2 智能电网的主要构 成分析 智能电网的建设将覆盖电源、 输电、变电、配电以及售电整条业 务价值链，将实现电能流、电网企 业业务流以及信息流的统一融合。 2.2.1 灵活的分布式电源 智能电网的优势之一是兼容 性，即支持大电源的集中式接入， 又能够接入更多分布式的清洁能 源，如光伏发电、风电、水电等。 分布式电源的并网运行对配电网的 潮流控制提出了新的要求，智能电 网将提供新的保护方案、电压控制 技术和仪表来满足双向潮流的需 要。集中和分布式能源的同时接入 将提高电力系统的可靠性和效率， 提供对电网峰荷电力的支持；同 时，当大电网遭到严重破坏时，这 些分布式电源可自行形成孤岛或微 网向医院、交通枢纽和广播电视等 重要用户提供应急供电。 2.2.2 坚强的骨干网架 国家电网公司提出全面建设 以特高压电网为骨干网架、各级电 网协调发展的坚强智能电网是符合 中国国情的智能电网建设目标。通 过一个统一的、共同的平台对电网 进行全面的协调、规划和运行，以 大型能源基地为依托，建设由1000 千伏交流和800千伏、1000 千 伏直流构成的特高压电网，形成电 力“高速公路”，促进大煤电、大 水电、大核电、大型可再生能源基 地的集约化开发，在全 国范围内实现资源优化配置。 同时，通过高级调度中心建设、大 电网运行控制技术和灵活输电等智 能电网技术和装备研发，来保障在 长距离、大负荷输电的情况下电网 的稳定性。 2.2.3 高级的配电自动化 与输电网相比，配电网的灵活 性、自动化分析和控制水平还不足。 高级配电自动化建设将成为智能电 网的重要构成部分。高级的配电自 专业就是实力 精准就是品牌 动化将包含系统的监视与控制、配 电系统管理功能和与用户的交互， 实现对负荷的管理以及电价实时定 价。配网自动化通过与智能电网的 其他组成部分的协同运行，既可改 善系统监视、无功与电压管理、降 低线损，提高资产使用率，也可辅 助优化人员调度和维修作业安排等。 2.2.4 可通信的电力设备 在目前的电网设备中，除了 部分的二次设备可以实现远程操作 外，大部分的电力设备之间的信息 传输基本上是单向方式，而未来智 能电网将会形成一种新的通信和交 互机制，实现电网设备间的信息交 互，以此为依托可以大幅度提高电 网的智能性。利用智能电网的互动 性，能够实现双向的传输数据，实 行动态的浮动电价制度，可以利用 传感器对发电、输电、配电、供电 等关键设备的运行状况进行实时监 控，遇到电力供应的高峰期之时， 能够在不同区域间进行及时调度， 平衡电力供应缺口，从而达到对整 个电力系统运行的优化管理，提高 电网运行的稳定性和可靠性。 2.2.5 实时的电网监测与 控制 完善的智能电网需要建立涵盖 从发电、输电网到配网的电网实时 监控系统，能够通过传感器实现实 时地（秒到毫秒级延迟）全面查看 电网状态，监控电网运行，通过建 立电力传感器系统和更新电力体系 的自动控制系统，电网性能信息能 够通过被集成的scada系统，提供 自动、接近实时的电网电力控制能 力，解决预测、检测和修复电力系 统的安全运营问题。从而可以通过 完善的智能电网监控和调度，实现 尽早地发现故障，采取正确的措施 来快速隔离问题，避免代价高昂的 断电现象，保障电网安全和用电可 靠性，实现电网自愈功能。管理系 统效率日趋复杂，这也需要集成分 散的决策机制，即将智能集成入电 网，从而实现电网管理的优化，大 幅度减少断电现象。 2.2.6 互动的终端解决方案 智能电网区别于传统电网的另 外一个特点是“互动”，与最终端 的电力消费者能够双向互动，获得 最优化的供用电方案将会极大地改 变现有的用电行为，提升客户满意 度。与用户进行互动的最基本要求 是，电网企业能够实时采集和跟踪 客户端的用电信息，进行负荷的控 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 制，分析并采取最经济、稳定的供 电方案；同时终端设备能够将实时 电价、电量等信息传导给用户。因 此，在智能电网的建设中，智能计 量装置的应用将成为实现供用电双 方互动的基础设备。通过智能计量 装置，供电企业能够实时采集客户 信息，与智能计量装置集成的管理 软件能够获取这些数据进行分析， 掌握负荷信息，对配电做出调解； 根据用电信息，供电企业可以计算 实时电价、预测电价走势，并通过 用户终端智能家电来调节电器用电 方案。 第三章 智能电网建设对信息化的需求 3.1 智能电网下的信息 化定位 智能电网建设将开启电网的一 次重大革新，而信息化则是这次革 新中不可或缺的重要内容和变革手 段，信息化与电力工业的深度融合 也将随着智能电网的建设体现得更 加充分。 国家电网公司在对智能电网 概念的界定中提到，“智能电网将 是具有信息化、数字化、自动化、 互动化特征的统一的坚强智能电 网”，信息化作为“四化”突破口 的重要性凸显。电网企业信息化建 设起步较早，在生产调度自动化的 基础上，各专业应用逐渐发展起 来，形成了由信息网络、基础软硬 件、应用系统、数据资源、集成 平台、信息安全、it管理与服务等 方面组成的信息化体系。目前，电 网企业信息化已经进入了全面建设 阶段。在基础设施方面，光纤主干 通信网络铺设完成，为设备间实现 基于数字通信的交互提供了信息通 道。在人才培养方面，电网企业的 调度中心、信息主管部门通过多年 的调度自动化、管理信息化的建设 培养了一大批熟悉电力生产业务和 it技术的人才队伍。当前的电力企 业信息化应用正在从专业化应用向 企业信息一体化应用方向转变，在 这个过程中，电网业务数字化的程 度已经有大幅度的提高。当前电网 信息化建设历程是智能电网建设的 必经之路，电网企业信息化的成果 给未来智能电网的建设奠定了良好 的基础。 专业就是实力 精准就是品牌 3.2 智能电网下的信息 化发展趋势 在智能电网建设框架下，信息 化建设将随着电网应用需求的提升 而面临新的发展要求。 3.2.1 信息化将渗透到业务 价值链的各环节 目前，电网企业信息化建设主 要关注营销收费、企业资源管理以 及办公自动化等领域，而在调度管 理、电网优化、生产管理、需求侧 管理方面的应用水平则普遍滞后。 智能电网的建设将覆盖从电源、输 配电、售电和用电管理的各个环 节，信息化也将成为各业务环节实 现智能化的手段，信息化部门需要 为更多新的业务需求提供支撑和服 务，如提供基于智能设备的应用功 能、为设备安全交互提供可监测的 数字宽带网络等。信息化部门也需 要更加深入业务，紧跟智能电网建 设带来的业务变革。 3.2.2 管理信息化与自动化 结合将更紧密 在建设智能电网的环境下，调 度自动化与管理信息化的结合将更 加紧密。由于大批的智能设备、仪 器仪表、传感器等将被置入各级电 网以及终端用户侧，届时将有大量 的设备状态数据、生产实时数据、 负荷数据在各类设备之间、系统之 间传递，企业的生产管理和经营决 策都需要依赖这些数据来完成，管 理决策信息也需要有效地反馈到电 网运行中，并进行调节。信息化部 门将需要提供自动化与管理信息化 交互的平台，为更多实时数据的安 全传输、科学管理和分析应用提供 环境和工具。 3.2.3 面向服务的信息一体 化架构是发展方向 目前，电力企业信息化建设 正在从专业级应用向企业级应用转 变，信息集成建设成为当前电力企 业解决信息孤岛，实现信息资源共 享的重要手段。智能电网建设将加 快企业信息一体化的进程。 智能电网的基础是电网业务 的全数字化，信息资源能够得到充 分地共享和应用，实现业务的协同 化运作，因此信息一体化架构将成 为智能电网下的电网企业信息化架 构。由于未来会有各种类型的智能 设备在不同时期进入网络环境，并 且基于智能电网的环境会有各种应 9 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 用需求产生，因此需要企业的信息 集成平台是一个面向服务的、能够 提供标准化接口的平台，兼容分散 式和集中式的信息系统。 3.2.4 技术引领与业务驱 动并重，信息化与业务创新深 度融合 智能电网的建设将会促使电网 企业进行大量的业务创新和管理创 新。信息技术的发展将带动业务与 管理创新能力的提升，促使企业研 发更多新的应用和面向用户的增值 服务；同时，管理能力的创新也将 对信息技术提出更高的要求。二者 互相促进，形成良性发展螺旋式上 升的状态。 在这样的环境下，信息化将不 仅仅扮演业务支撑的角色，而是需 要完全参与到企业业务创新的过程 中，通过引进新的信息技术，不断 地挖掘智能电网的应用价值。 第四章 智能电网信息化建设体系分析 4.1 智能电网信息化建 设体系概述 智能电网有三个特征：首先它 是数字化程度高的网络，内含各种 设备、控制系统、应用系统等；其 次，它基于统一的信息平台，能够 自动整合和收集数据；另外，它基 于商业智能分析系统之上，具有数 据分析能力，可优化系统的运行和 数据的管理。 赛迪顾问智能电网研究团队认 为，智能电网的信息化建设体系实 际上是从信息化架构层级、电网产 业链、业务类型三个不同的维度， 对建设体系进行划分和组合，如下 图所示。 20 专业就是实力 精准就是品牌 图1 智能电网信息化建设体系维度分析 本文将从信息化架构层级维度 切入，分析智能电网的信息化建设 体系。总体而言，智能电网信息化 架构层级包括五层，自下而上分别 是：数据采集、数据传输、数据分 析与应用、信息集成和信息展示， 具体层级划分和各层的功能如下图 所示： 2 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 图2 智能电网信息化建设体系 4.2 智能电网信息化架 构层级 4.2.1 数据采集层 目前我国电网现状具备较好智 能电网建设基础，但是距智能电网 的要求还存在较大的差距，如要实 施智能电网建设，则需要进一步加 强各项电网基础设施改造与升级。 1、逐步升级和改造现有电 网，构建基于通信标准的智能电网 架构系统。我国的电网架结构与智 能电网的要求还存在一定距离，电 源结构、网架结构还需要优化加 强，以适应智能电网的发展需求。 在配电网方面也存在一些问题，配 网网架结构相对薄弱，制约供电能 力提升；配网自动化应用范围小， 实用化水平低等。因此需要进一步 完善电网结构，适应分布式电源和 22 专业就是实力 精准就是品牌 间歇式能源接入，适用复杂环境下 电能调度等智能电网需求。 2、完善基于全网的智能检测 与计量系统。智能电网一个比较显 著的优势在于能够在最低程度的人 工干预下，利用智能计量装置、传 感器和双向数字通讯等技术手段增 强用户侧的主动调整能力，使电网 在负荷管理上具有更多的弹性、可 靠性和灵敏度，使电网不再是简单 的输电系统，而是一个信息系统。 因此在朝向智能化的电网升级过程 中，必须建立新的计量系统、安装 新型传感器、升级变电站、完善电 网接入设施等适应电网智能化的基 础建设。新一代的智能电网将运用 传感器、智能仪表、数字控制与分 析工具来自动监测并控制双向的电 流，通过先进的微传感器、远程抄 表设备、监测系统和负荷管理技术 等实现电网故障检测、电力消费预 测、电力系统互动自动控制管理等。 量测技术的发展可以分为用 户专用和公用事业专用。用户专用 量测包括用户网关、家庭用户网络 系统与高级计量等内容。它们通常 以电子计量设备(如ami)为基础， 通过发达的通信技术，实现对电 力运行状态及交易相关参数的测 量、控制等。公用事业专用量测有 公用事业监测系统和高级保护系 统。相角量测单元(pmu)、广域量 测(wams)、线路容量动态监测、各 种先进的传感器、具有监测功能的 电子设备(如电子变压器)等均属前 者；高级保护系统包括故障检测继 电器、一些特定保护系统，如关键 设备监视、状态和预想故障监视保 护等。 3、加强电网安全，增加电网 冲击保护设备。需要升级和改造电 网安全设施，包括部署超导限流器、 超导稳定电压系统等组件，实现动 态实时地调节输出，可以快速地处 理电能质量问题，实现动态无功补 偿以保持电压恒定，有效保护系统 免受电压快速下降和闪变的影响。 4、逐步更换智能电表和电光 终端管理设备、同步相量测量装 置、广域测量系统以及其他智能网 组合设备，实现中央数据管理和分 级调度，改造电力光纤复合线缆终 端及网络管理体系，优化电力线通 讯系统管理和控制，实现符合国际 标准的电网体系以及与其他数据库 系统重新匹配优化组合和运转等， 23 能源产业研究2009年第3期 智能电网下的电力信息化体系研究 从而