国内外智能电网评价体系对比分析

1、国内外智能电网评价体系对比分析孙强1,葛旭波1,刘林1,徐欣2,张义斌1,曾沅3,尹明1(1.国网能源研究院,北京100052;2.华北电力大学经济与管理学院,北京102206;3.天津大学电气与自动化工程学院,天津300072摘要:智能电网综合评价可对智能电网的整体特性进行全面评估,其评估结果可反映当前的发展水平,发现电网发展的薄弱环节和制约因素,找出与目标的差距。文中详细分析了国际上已经提出的I B M智能电网成熟度模型、美国能源部(D O E智能电网发展评价指标体系、美国电力科学院(E P R I智能电网建设评估指标、欧盟智能电网收益评估体系等,从发展水平、评价对像、指标范围、应用情况等

2、方面与国内的“两型”电网指标体系、电网发展指标体系、智能电网试点项目评价体系进行了对比分析,提出了构建适合我国国情的智能电网综合评价体系的思路、原则及应注意的问题,为加快我国智能电网综合评价体系建设提供了参考和依据。关键词:智能电网;综合评价;评价指标中图分类号:TM71文献标志码:A文章编号:1003-8930(201106-0105-06R e v i e wo fS m a r tG r i dC o m p r e h e n s i v eA s s e s s m e n tS y s t e m sS U NQ i a n g1,G EX u-b o1,L I UL i n1,X

3、 UX i n2,Z HA N GY i-b i n1,Z E N GY u a n3,Y I NM i n g1(1.S t a t eG r i dE n e r g yR e s e a r c hI n s t i t u t e,B e i j i n g100052,C h i n a;2.S c h o o lo fE c o n o m i c sa n dM a n a g e m e n t,N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y,B e i j i n g102206,C h i n a;

4、3.S c h o o lo fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n ga n dA u t o m a t i o n,T i a n j i nU n i v e r s i t y,T i a n j i n300072,C h i n aA b s t r a c t:C o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n ts y s t e mo fs m a r tg r i dc a nc o n d u c tac o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to ft

5、 h eo-v e r a l lc h a r a c t e r i s t i c s,w h i c hr e f l e c t st h ec u r r e n tl e v e lo fd e v e l o p m e n t,f i n d st h ew e a k n e s sa n dt h ec o n s t r a i n t si n g r i dd e v e l o p m e n t,a n di d e n t i f i e st h ed i s t a n c et ot a r g e t.I nt h i sp a p e r,IB MS

6、 m a r tG r i dM a t u r i t y,D O ES m a r t G r i dD e v e l o p m e n tE v a l u a t i o nS y s t e m,E P R IS m a r tG r i dC o n s t r u c t i o nA s s e s s m e n tI n d i c a t o r s,a n dE US m a r t G r i dB e n e f i t sA s s e s s m e n tS y s t e mw e r ei n t r o d u c e d,a n dt h ed e

7、 v e l o p m e n tl e v e l s,e v a l u a t i o no b j e c t s,t a r g e tr a n-g e s,a p p l i c a t i o n sd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e s es y s t e m sa n dt h e"t w ot y p e"g r i di n d e xs y s t e m,s m a r tg r i dd e v e l o p-m e n ta s s e s s m e n ti n d e xs y s t

8、e m,a n dt h es m a r tg r i dp i l o tp r o j e c te v a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e ms u g g e s t e db yC h i n a w e r ec o m p a r e d.T h et h o u g h t sa n dt h ep r i n c i p l e so fb u i l d i n gs m a r tg r i dc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n ts y s t e m,a n d t h

9、 ei s s u e sw h i c hs h o u l db en o t e dw e r ep r o p o s e d,w h i c hc a np r o v i d en e c e s s a r yr e f e r e n c e sa n ds u p p o r t st oc o n-s t r u c tt h es m a r tg r i dc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n ts y s t e m.K e yw o r d s:s m a r tg r i d;i n t e g r a t i v

10、ea s s e s s m e n t;a s s e s s m e n ti n d e x电网作为经济社会发展重要的基础设施,是实现能源转化和电力输送的物理平台,同时,电网也是实现大范围资源优化配置、促进市场竞争的重要载体14。由于电网自身独特的物理属性和社会属性,对电网系统的评价必须统筹考虑电网的技术性和经济性因素,同时体现电网的综合社会效益。第23卷第6期2011年12月电力系统及其自动化学报P r o c e e d i n g so ft h eC S U-E P S AV o l.23N o.6D e c.2011收稿日期:2011-01-06;修回日期:2011-10-08

11、智能电网在积极应对气候变化、保障国家能源安全、促进绿色经济发展等方面所具备的强大功能已经在国际上达成共识,它是现代电网发展的必然趋势。目前,处于不同发展阶段的国家都在紧密结合自身国情特点,积极探索和实践智能电网发展建设的有效途径。智能电网是一项复杂、庞大的系统工程,而智能电网的实践目前在世界范围内仍处于起步阶段57,全面科学的评价智能电网综合效益,及时发现智能电网建设运行中的不足,实现智能电网建设中技术和经济的均衡发展,对于正确指导智能电网规划、建设、运行、管理具有重大现实意义。一方面,智能电网是传统电网基础上的升级和改造,它具备了传统电网的所有功能;另一方面,智能电网又体现了高度信息化、自动

12、化、互动化等崭新的特点,大大提升和扩展了传统电网的各种功能。因此,科学的智能电网评价方法体系中既要保持对传统电网功能的正确评估,同时要全面反映智能电网自身的技术特点和功能属性。1国外智能电网评估方法欧美等发达国家在电网发展建设和运行管理方面具有较高水平,在电网评价方面积累了比较丰富的经验。近期,许多国家和著名公司纷纷将建立智能电网评估体系作为研发重点,体现了智能电网评估在引导、促进智能电网发展中的重要地位。目前已经提出的智能电网评估体系主要有I B M智能电网成熟度模型、美国能源部(D O E制定的智能电网发展评价指标体系、美国电科院(E P R I的智能电网建设评估指标、欧盟的智能电网收益评

13、估体系等。1.1I B M智能电网成熟度模型智能电网成熟度模型810是由I B M公司、A P Q C(a m e r i c a np r o d u c t i v i t y&q u a l i t yc e n t e r组织和全球智能电网联盟合作研究提出的。智能电网成熟度模型将智能电网的基本功能定位于:提高系统的可靠性和效率、接纳更多的新能源、使用户更多的与电网互动。智能电网成熟度模型根据智能电网的规划、建设、运行及业务应用等情况,将智能电网发展分为5个不同的成熟度阶段,同时,根据人员技术和运行流程两个方面将智能电网评估分为8个领域,提出共约200个特征来表述智能电网各个阶段

14、的特点和具体表现,其体系及内容见表1。表1I B M智能电网成熟度评估体系T a b.1I B Ms m a r tg r i dm a t u r i t ym o d e l领域具体内容人员和技术策略、管理与监管远景、战略规则、决策制定、战略执行和规则、监管等组织交流、文化、组织结构等技术信息、工程、信息和运行的整合、标准、分析工具等社会与环境环保与绿色计划、可持续发展、分布式能源的经济型与可靠性运行流程电网运行高级电网可观测性和高级电网运行控制、质量及可靠性人员、资产管理资产和资源的优化用户管理和体验价格选择和控制、高级服务、用电质量、以及性能的可视化展现价值链整合需求和供应管理、分布式

15、发电管理、负荷管理、市场机会该指标体系有助于电力企业确定当前所处的阶段,找出与目标的差距和需要提高的方向,鼓励、指导和支持在全球各地电力公司和相关行业在智能电网方面的努力和投资。1.2美国能源部智能电网发展评价指标体系2009年7月,美国能源部发布智能电网评估框架体系11,12,总结提出智能电网应具有:基于高度信息化的用户参与、容纳各种发电和储能装置、允许引入新服务和新市场、根据用户需求提供不同的电能服务质量、优化资产利用效率和电网运行效率以及能够应对各类扰动袭击和自然灾害等六种特性。根据对智能电网六项特性的描述,美国能源部提出了一个由四组共20项指标构成的评估体系,如表2所示。表2美国能源部

16、智能电网评估框架体系T a b.2D O Es m a r tg r i dd e v e l o p m e n te v a l u a t i o ns y s t e m 指标分组指标名称局部、区域和全国协作机制动态定价、实时运行数据共享、分布式电源互联政策、政策与监管进步分布式能源技术基于电网状态的负荷参与、微网服务、联网的分布式发电、电动汽车与混合动力汽车、需求侧设备输配电基础设施输配电系统可靠性、自动化水平、高级计量、高级量测、容量因数、发电和输配电效率、动态线路容量、电能质量信息网络和财务计算机安全、开放架构/标准、风险投资·61·电力系统及其自动化学报第2

17、3卷该指标评价体系是紧随其对智能电网的特性和远景描述而提出来的,比如动态定价、高级计量都是用户参与智能电网运行的前提;分布式电源互联政策和联网的分布式发电技术则分别代表了是否鼓励用户发展分布式电源和电网是否具备合理利用分布式电源的能力;电动汽车、开放的架构和标准体现了满足新产品、新服务的需求等。1.3美国电科院智能电网建设项目成本/收益评估指标美国电科院(E P R I在美国能源部发布的智能电网发展评价指标体系13基础上建立了智能电网建设及其项目的评估指标体系,该指标体系用于智能电网整体建设进程和单个建设项目的评估,其评价目的是智能电网建设进程的推进程度和收益情况,并为估算智能电网建设的成本/

18、收益分析提供基础。E P R I基于对美国智能电网特性描述而建立的智能电网建设项目收益评估体系的基本内容如表3所示。表3E P R I智能电网建设项目成本/收益评估指标T a b.3E P R IS m a r tG r i dC o n s t r u c t i o nP r o j e c tC o s t/B e n e f i tA s s e s s m e n tI n d i c a t o r s智能电网特性智能电网建设评估指标1基于充分信息的用户参与负荷控制比例、能通过储能或发电系统参与需求响应的用户数等2能够容纳所有的发电和储能装置可控的分布式电源比例及能进行价格响应的比

19、例、分布式电源发电量和装机容量比等3允许新产品、新服务和新市场的引入智能住宅的数量、辅助服务提供的电量或电力比例、插入式电动汽车的销量及比例等4根据用户需求提供不同的电能服务质量电能质量提高所减少的系统损失和设备故障次数、微网数量和微网负荷比例等5优化资产利用效率和电网运行效率资产利用率水平或负荷系数、运维成本的减少、电网设备故障数量的减少等。6通过自动预防、隔离和恢复来应对扰动实时监测的节点和客户数量比例、可靠性指标、通过分布式电源和需求响应减少的停电次数等7电网运行更具柔性能应对各类扰动袭击和自然灾害分布式能源普及率及地理分布广泛性、成功抵御网络攻击的次数、停电恢复时间的缩短等。E P R

20、 I提出的指标体系要比美国能源部的指标体系更加具体和细化,这与其评价目的是一致的-评价智能电网建设的推进和收益情况,同时,提高了电网自愈功能的重要性,使其成为智能电网的一大特性。1.3欧洲智能电网效益评估指标体系欧洲发展智能电网的驱动因素可以归结为市场、安全与电能质量、环境等三方面16,17。欧洲智能电网的发展目标主要是通过智能电网建设实现低碳的电网和能源系统。基于这些认识,欧洲输电运营商组织和欧洲配电运营商组织联合发布了智能电网效益评估指标体系14,15,将智能电网的效益分为9部分,如表4所示。表4欧洲智能电网效益评估指标体系T a b.4E Us m a r tg r i db e n e

21、 f i t sa s s e s s m e n ts y s t e m收益指标1增加发展的可持续性C O2减排量2能够有效的将基于各类能源的发电机所发的电量传输给用户分布式电源容量、可安全容纳的最大注入功率等3开放的、统一的接入标准,使用户都能够连接电网减少新用户连接电网的时间、统一的用户接入标准4更安全和更高质量的电力供应负荷削峰率、提高紧急事件的预测和控制等5提高电网运行和供电效率及质量网损减小量、系统设备可靠性的提高等6通过潮流控制支持欧洲范围的电力市场,减少环流、增强联网能力跨国联络线容量的提高7协调地方、区域和欧洲的联合电网规划和发展8已实施方案的成本效率9支持新的业务模式,创

22、新性的产品和服务该体系的作用是适当的促进和发展有效的、高效的智能电网技术和设备,对智能电网建设项目的效益进行评估,优先选取更有效、更高效的建设项目。2国内智能电网评估方法近年来,我国电网发展建设迅速,电网结构逐步趋于成熟合理,供电服务水平不断提升,在特高压输电等领域已经达到世界先进水平。智能电网发展得到我国政府的高度重视,以国家电网公司为代表的许多单位积极开展智能电网的研发、建设和实践工作,我国智能电网与世界处于同一发展水平。国内电力行业在电网的发展、建设评估方面已经开展了许多实际工作,提出了“两型”电网指标体系、电网发展指标体系等评估系统18,近期,针对智能电网的试点工程项目,开展了智能电网

23、试点项目评价方面的研究,为下一步推广应用智能电网技术提供了参考借鉴。2.1“两型”电网指标体系“两型”电网即“资源节约型、环境友好型”电网。“两型”电网指标体系19,是在电网固有的安全性、可靠性和经济性指标体系基础上,进一步科学反映电网发展中资源节约效果与环境友好程度。“两型”电网评价指标体系包括措施性指标和效果性指标,如表5所示。通过对该指标体系的应用分析,将有助于从·71·第6期孙强等:国内外智能电网评价体系对比分析“两型”电网的角度认识电网当前的情况,来指导“两型”电网的规划发展,落实“两型”电网的建设目标。表5“两型”电网评价指标体系T a b.5A s s e s

24、 s m e n ti n d e xs y s t e mo fa"r e s o u r c e-s a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y"g r i d措施性指标规划阶段电源集约化、电网规模化、输变电先进技术应用建设阶段标准化建设、优化设计、环境保护运行阶段调度运行、技术改选、需求侧管理效果性指标资源节约节约建设规划、节约能源、节约土地资源、节约设备材料环境友好减排、环境治理2.2电网发展评估指标体系电网发展评估指标体系20主要针对电网快速发展环境下,开展有关衡量经济发展、电网发展速度、建

25、设规模、发展质量和效益的分析和研究。从安全、经济、优良、协调、智能五个方面建立了电网发展评估指标体系,并给出了各指标定量计算方法。指标体系主要内容如表6所示。表6电网发展评估指标体系T a b.6G r i dd e v e l o p m e n ta s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m安全性结构安全、运行安全、稳定性、充裕性、抗灾能力经济性电网规模效益、联网效益、新增建设效益、电网建设经济性优良性电网运行质量、电网建设质量、电网节能能力协调性资源协调性、社会协调性、经济协调性、环境协调性智能性智能电网规模基础、智能电网技术支撑能力、智能应用效果该指标

26、体系对电网发展提出了量化评估方法和评估模型。该评估体系研究过程中,智能电网的概念尚未明确提出,仅对电网智能化评估进行了初步探讨。2.3智能电网试点项目评价指标体系智能电网试点项目评价指标体系21主要针对国家电网公司开展的智能变电站、配电自动化等各项智能电网试点项目,分别进行项目成效分析和评估,指标体系如表7所示。该评价体系针对三类智能电网试点项目,从技术水平、经济效益、社会效益以及实用化等方面,进行量化分析评估,以便调整完善、统一规范及全面推广智能电网重点项目的建设。表7智能电网试点项目评价指标体系T a b.7S m a r tg r i dp i l o tp r o j e c ta s

27、 s e s s m e n ti n d e xs y s t e m评价对象一级指标二级指标智能变电站试点工程技术性互动性、先进性、优质性指标等经济性成本指标社会性社会影响配电自动化试点工程技术性安全性、自愈性、优质性、互动性指标经济性降低成本、增加效益、费效比指标社会性环境影响指标实用化推广应用指标用电信息采集系统试点工程技术性安全性、互动性、先进性指标等经济性降低成本、增加效益、费效比指标社会性环境影响指标实用化推广应用指标3国内外智能电网评价体系的对比分析(1国外智能电网评价体系研究起步较早,其发展与智能电网建设紧密联系。由于国外发达国家在电网发展建设评价方面已经积累了相当丰富的经验

28、,对智能电网评价体系的作用和定位也更加明确,因此在智能电网规划建设初期,就十分重视智能电网的评价工作,与智能电网技术研发、工程建设等相关工作同步开展,同时,除了电力公司、咨询机构之外,一些国家的政府也积极支持和引导相关工作的开展,起到了重要的推动作用。2009年7月,美国能源部在其第一次关于智能电网的系统报告智能电网系统报告中就将智能电网的评价指标作为重要内容进行了论述;I B M 作为世界最早倡导发展智能电网的国际性著名机构之一,在2009年提出了智能电网成熟度模型,并在全球50多个电力公司得到了应用。我国在智能电网规划、试点、技术研发等领域与其他国家差别不大,但是对于智能电网综合评价方面开

29、展的工作相对薄弱。虽然电力行业、制造业、标准制订机构等相关企业单位已经开展了许多具体实施建设工作,但是在智能电网评价标准方面还没有形成共识,智能电网建设存在发展不平衡等风险。(2智能电网的各种评价体系体现了对智能电网内涵理解的不同和侧重不同。·81·电力系统及其自动化学报第23卷目前,全球领域在智能电网战略意义、结构组成、推进措施等方面已经达成众多共识,如智能电网是包括发电、输变电、配电、用户等各个环节的完整电力系统,智能电网也是各国推动本国经济发展新的增长点等,但是由于各国基本国情以及电力行业发展阶段的不同,在具体制定智能电网发展目标和实施路径时,考虑的评估指标和标准也不

30、尽相同。如美国电网设施老化陈旧,安全稳定隐患比较突出,因此,美国电科院制定的评价指标中非常强调电力系统的安全可靠运行特性;而欧洲各国面临巨大的减排压力和资源相对溃乏的现状,因此,其制定的智能电网评价指标中对新能源的开发利用和低碳发展给予了特别关注。我国必须从自身国情出发,提出一种适合我国经济社会发展的智能电网发展模式。我国目前正处于城镇化、工业化快速发展阶段,智能电网作为公共基础设施,必须首先充分发挥智能电网服务于经济社会发展的基本属性,体现国家在能源战略调整、经济发展方式转变中的主要思路,服务于广大人民工作生活的需要,因此,我国智能电网评价应该从全社会的角度出发,对智能电网的技术可行性、经济

31、合理性以及社会效益进行综合评价。(3我国亟需形成统一的智能电网综合评价体系,科学衡量智能电网发展现状并指导智能电网未来发展方向。与国外提出的智能电网评价体系相比,我国目前关于智能电网的评价主要还停留在针对传统电网所提出的评估体系阶段,如"两型"电网指标体系主要是针对传统电网的建设实施效果进行评估;电网发展评估指标体系虽然体现了电网智能化的因素,但是囿于当时对于智能电网的理解还不成熟,智能化还仅仅是作为传统电网性能的一种补充,无法形成针对整个智能电网系统的科学评估;智能电网试点项目评价指标体系虽然是针对智能电网开展的专项评估,但是该评估目的主要是针对单个具体项目,各个评估对象

32、之间相互独立,缺乏相互影响的考虑和综合评判的职能,无法全面评估智能电网系统的建设运行状况和综合效益。我国智能电网评估体系必须将智能电网作为一个有机整体,深刻体现智能电网信息化、自动化、互动化特性,充分考虑智能电网带来的电动汽车、储能等增值服务模式,以及节能环保等社会效益,在能够体现智能电网发展的时域差别和区域差别的基础上,形成对智能电网系统的统一综合评价。4结语在世界范围内,智能电网已经成为电网发展的总体趋势。智能电网的科学评价直接关系到智能电网的规划布局、投资方向、技术路线以及实施效果等关键问题,各国已经开展了许多相关研究和实践工作,加快研发和应用统一的智能电网评价体系是当前我国加快智能电网

33、建设的重要举措。参考文献:1U.S.D e p a r t m e n to fE n e r g yO f f i c eo fE l e c t r i cT r a n s-m i s s i o na n dD i s t r i b u t i o n."G R I D2030":an a t i o n a lv i s i o nf o re l e c t r i c i t y'ss e c o n d100y e a r sR.N e wY o r k:U.S.D e p a r t m e n to fE n e r g y,2003.2U.S

34、.D e p a r t m e n to fE n e r g y.N a t i o n a le l e c t r i cd e l i v-e r yt e c h n o l o g i e sr o a d m a pR.N e wY o r k:U.S.D e-p a r t m e n to fE n e r g y,2004.3S e c r e t a r yo fS t a t ef o rE n e r g ya n dC l i m a t eC h a n g e.T h eU Kr e n e w a b l ee n e r g ys t r a t e g

35、yR.L o n d o n:T h eS t a t i o n e r yO f f i c e,2009.4U.S.E l e c t r i c i t yA d v i s o r yC o m m i t t e e.S m a r tg r i d:e n a b l e ro ft h en e we n e r g ye c o n o m yR.C o l u m b i a:E n e r g e t i cI n c o r p o r a t e d,2008.5U.S.O f f i c eo fE l e c t r i c i t yD e l i v e r

36、ya n dE n e r g yR e l i a-b i l i t y.T r a n s f o r m i n ge l ec t r i c i t yde l i v e r yR.N e wY o r k:U.S.D e p a r t m e n to fE n e r g y,2007.6K E MA,I n c.T h eU.S.s m a r tg r i dr e v o l u t i o n:K E-MA'sp e r s p e c t i v e sf o rj o bc r e a t i o nR.F a i r f a x:K E-MA,I n

37、c,2009.7A c c e n t u r e.S m a r tg r i d s:e n v i r o n m e n t a ls u s t a i n a b i l i t ya n dr e n e w ab l ep o r t f o l i og r o w t hf o rh i g hp e r f o r m a nc eE B/O L.h t t p:/w w w.a c c e n t u r e.c o m,2009.8I B MC o r p o r a t i o n.I B Me n d-t o-e n ds e c u r i t yf o rs

38、m a r tg r i d s.R.N e wY o r k:I B MC o r p o r a t i o n,2009.9J e f f r e ySK a t z.S m a r tg r i ds e c u r i t ya n da r c h i t e c t u r a lt h i n k i n gE B/O L.h t t p:/w w w.G E N E R A T I N G-S I G H T S.C OM,2009.10I B MC o r p o r a t i o n.S m a r tg r i dm e t h o da n dm o d e lR.B e i j i n g:I B MC o r p o r a t i o n,2010.11U.S.D e p a r t m e n to fE n e r g y.S m a r tg r i ds y s t e mr e-p