白晓民智能电网技术与标准研究进展课件

智能电网技术与标准研究进展

中国电力科学研究院

2012年11月15日1.工程和技术进展

2.从实例看研究重点与方向

3.IEC标准组织与SG3工作1.1国家电网智能电网建设MapofDemonstrationProjects.StateGridhascarriedout3groupsofpilotprojects,totally21categoriesor228items.Thepilotscopecovers26provinces.开展了世界范围内规模最大的智能电网试点工程建设，覆盖了经营区域的26个省市。StateGridhasimplementedabigroundofconstructionofsmartgriddemonstrationprojectscoveringalltheserviceareas.1.分布式发电与可再生能源

2.从实例看研究重点与方向

3.下阶段SG3计划例1：从智能变电站说起—什么是智能变电站，下一代变电站常规变电站、数字化变电站与智能变电站的差异性分析：从变电站定位、功能、管理等方面，对一次设备智能化、信息基础、对时要求、智能应用到辅助系统智能化进行差异性分析。项目常规变电站数字化变电站智能变电站信息标准化缺乏标准化基于IEC61850的部分标准化基于IEC61850的全面标准化统一配置工具无有，缺少一次设备及拓扑关系的统一配置有，包含变电站二次设备、一次设备及拓扑关系的统一配置源端维护无无有一次设备智能化无无有二次设备网络化控制无无有顺序控制缺少统一实现缺少统一实现统一实现同步对时非网络对时IRAG-B，部分采用SNTP网络对时网络对时，采用IEC61588网络记录分析无部分工程配置有王晶晶，关于常规变电站、数字化变电站与智能变电站差异化问题的探讨，

华北电科院，2010一次设备智能化的差异性智能高级应用差异性：

1）实现全站告警信息的分类告警、信号过滤、基于逻辑推理的智能告警，提出事故及异常处理方案；（2）实现电压/无功协调连续控制、变压器经济运行、电能质量控制；（3）支持设备信息和运行维护策略与调度中心/集控中心实现全面互动，实现基于设备状态的全寿命周期管理；（4）实现自适应保护功能，在电网紧急运行状态下，与相邻变电站和调度中心/集控中心协调配合，可动态改变继电保护和稳定控制的策略及参数。什么是智能电器--AMI应用-需求响应智能电器：可自动对电价信号和其他信号做出响应与AMI和EMS通信，共同工作当智能电表显示动态电价发生变化时，智能家电可自动调整其运行方式可跟踪TOU或其他电价模式，在出现高峰电价时间做出响应用户可设置控制参数DynamicPricing(DP)TimeofUsePricing(TOU，分时计价)CriticalPeakPricing(CPP)CriticalPeakRebate(CPR)/PeakTimeRebate(PTR)RealTimePricing(RTP)与几类电价密切相关：EstimatesofPercentageReductioninLoadCompilationofEdisonElectricInstitute2008StudySource:例3：美国企业在开展的项目--GreenButtonGreenButton是一种应用：使电力用户能够从他们的电力公司或电力供应商网站安全地下载自己需要的易于理解的能源使用信息。GreenButton基于由美国商务部国家标准与技术研究院支持的企业合作开发的一个常规技术标准。有了这个标准，软件开发人员和其他企业家们能够建立一个足够大的市场,开发帮助消费者充分利用其能源使用情况的应用程序。对用户GreenButton可以帮助你得到能源使用数据（通用格式），你可以选择使用应用程序来帮助你更好的管理能源。能源使用信息会告诉你:每15分钟,每天,或每个月你使用多少电量或能量，这取决于你购电公司的允许情况。美国能源部也推出了一个在线地图显示公共公司在提供客户能源数据方面取得的进展。如果你的公司不是以GreenButton通用格式提供数据,你可以对他们提出要求或发送GreenButton的链接给他们了解。你还可以看到哪些公司正在为企业和消费者开发应用程序或服务来使用GreenButton的标准数据。通过上传你的GreenButton数据，可以使用越来越多的程序。BACKGreenButton可为客户以一种标准安全的方式提供能源使用信息。GreenButton中“DownloadmyData”功能受越来越多的公共公司技术供应商支持。GreenButton也符合隐私性和安全性，因为客户必须首先在公司网站入口通过用户名和密码登录认证后才能看到和下载信息。如果客户允许,消费者之间可以分享自己的数据。对电力企业GreenButton给你一个展示价值和见解、建议的方式，帮助消费者应用能源使用信息。GreenButton强大的数据类型可以使用通用的XML格式,你可以即刻设想和开发应用这种数据格式的应用程序来实现一些用户可能需要的功能，例如：提供建议:在网站上分析能源使用情况，为用户提供更加环保的可行建议温度调节:既节省又舒适的自动调整温度思想教育:社区之间和学生之间节能竞赛改进措施:提高决策支持工具来促进节能改造验证成效:衡量能源效率投资房产交易:对租户或购买者收取能源费用太阳能使用:优化屋顶太阳能电池板的大小和成本效益对服务或应用提供商在GreenButton提出后加州的太平洋燃气电力公司和圣迭戈燃气电力公司在自己的网站上就提供了生动的功能。南加州爱迪生公司，Glendale电力与照明，Oncor，Pepco控股公司和其他几个美国公共公司共同宣布他们计划在2012年底推出一些功能。最近,又有九个公共公司承诺采用GreenButton，确保2700万户家庭能够访问他们自己的能源信息。GreenButton进展到目前为止,美国公共公司将共同在华盛顿特区和下面17个州推行GreenButton:阿肯色州、加州、伊利诺伊州、印第安纳州、肯塔基州、路易斯安那州、马里兰州、马萨诸塞州、密歇根州、北卡罗来纳州、俄亥俄州、俄克拉荷马州、宾夕法尼亚州、田纳西州、德克萨斯州、维吉尼亚、西维吉尼亚州。2011全球光伏电池前12名有9名是中国大陆和台湾的光伏企业站系统MW例5：关键是市场竞争MarketGrowthfrom27GWpin2011to46GWpin2015Source:IMSResearch,March20122011Installs2015FInstallsGermany7520MWpChina9375MWpItaly6570MWpUSA7500MWpChina2500MWpGermany5000MWpUSA2060MWpJapan4500MWpJapan1360MWpIndia3800MWpFrance1330MWpItaly3500MWpTheNextPhaseOfPVGrowth:Where?TheLargestEnergyMarketsareDrivingTheNextPhaseofGrowth18TheNextPhaseOfPVGrowth:Where?技术标准首先需遵守国家层面的相关法律法规，其次需满足行业层面的导则与规范通过顶层设计与系统规划，推动导则与规范的补充完善，促进相关法律法规的制订修改，使法律法规、导则规范能适应智能电网发展建设的实际需要。建立和完善系统的法律法规体系，加强国家标准制定管理水平，推进标准化进程顶层设计与系统规划例5：顶层设计和跨领域研究本表对传输的数据特性进行分类，以确立不同需求目标下的数据传输要求

数据分成特性和类型或量值.特性包括：使用分类；距离，信息传送时间；延时；同步；可靠性；数量；安全等。类型或量值指的是：确定通信需求必须要确定的具体参数。从不同角度建立体系结构来确立智能电网的组成元素及其关联。要建立的系统架构有：概念性架构、功能性架构、通信架构、信息安全架构、信息架构、面向服务的架构。可将类似架构的建立作为深化研究的目标通过互操作参考模型，组成跨领域系统各实体间功能交互、通信和信息集成例6：工作策略与方法自下而上和自上而下tooutlineastrategyandaworkmethod(combinedbottom-upandtop-down)thathasbeenapprovedduringtheplenarymeetingandrecordedinthecirculatedminutes(118/15/RM)copied/pastebelow:“Afterseveraldeepdiscussionsandproposalsfromparticipants,theChairmansummarizedthattheworkofPC118willbecarriedoutthroughtwomainconcurrentapproaches.Oneisbottom-upbycollectingandanalyzingwhatexistscurrentlyasmainuserinterfacesolutions.Probablythetwentyorthirtysolutionsmightshareactuallyalimitednumberoffundamentalconceptsandarchitectures.Hecommentedthatthisisanecessaryinventoryefforttoacknowledgeandtakeintoaccountwhatdifferentgroupshavebeenproducing,andtheresultwillbevaluablyputinperspectivefortheindustryinawhitepaperoratechnicalreport.Andthattheindustrymightneedseveralsolutionsdependingonspecificsoftheapplicationcase.Thecomplementaryapproachistop-downbyanalyzingneedsandUseCases,anddistillingRequirementsfromtheindustry.Thereforeitwillbepossibletomatchwhich“familyofsolutions”willmatchtowhich“familyofneeds”,anddecidethedevelopmentofmissingpiecesorlinks.”工程需要的基础性工作，开发和利用新的系统分析工具-Usecase 软件工程和系统工程；方法学，工具，架构，支持应用。开发系统或子系统的用户功能需求用例提供一个或多个场景，表明系统如何与用户（角色actor)交互，以便完成特定的商业目标或功能。角色可以是终端用户或其他系统。通常避免技术分析，表明用户和领域专家意见，通常由商业分析师和终端用户合作完成。无论是在开发和修改相关体系，还是描述接口、协议和数据格式，抑或是修改现有标准或制定新标准时，都需要具有高度系统化的方法。用例需要方法论和IT工具在以下几个方面支持：模板；用例管理；用例之间的互联；协调指导用户ICS29.020中华人民共和国国家标准GB/ZXXXXX—XXXX能源系统开发用户需求的智能电网系统工程方法IntelliGridMethodologyforDevelopingRequirementforEnergySystemsIDT（征求意见稿）（本稿完成日期：2011年2月20日）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施系统工程方法

TC8用2年多时间开发了IEC-PAS-62559是智能电网体系架构的一部分，系统工程概念，为电力系统领域专家在自动化系统中确定和描述用户需求制定的一套方法。智能电网方法学从“技术规范”中分离出“用户需求”的概念：用户需求只确定需要是“什么”而不涉及任何特定的设计或技术，而技术规范则确定“如何”实现系统以满足用户需求。负责人确定业务需求和项目计划，领域专家用用例进行用户需求建模，项目工程师制定详细的用户需求体系。整个涉及系统架构设计，技术选择，工程迭代的工作流程。

1.分布式发电与可再生能源

2.从实例看研究重点与方向

3.下阶段SG3计划近期IECSG3工作Roadmap2.0:2011.6开始计划；新的架构；midterm(5-years)andlongterm(15-years)；将IECSmartGridframework与CEN/CENELEC/ETSI

的SmartGridgenericreferencearchitecture对接。

UseCase工作组：分成方法学与11个领域组；更新UseCase方法学，将IECPAS62559变成国际标准；选择和发布系列genericUsesCases；UseCases库的管理MappingChart：标准的UseCase模板；以UseCase做参考，提取需求计划召开世界智能电网大会（原体系架构大会）

Ref.CEN/CENELEC/ETSI-SGCGReportonStandardisationGapsPrioritisationfortheSmartGrid-Atthatstage,theworkprogrammeincludestherevisionof20standards,andthecreationof29standards.T+15(2020)进一步加强中压MV(meso)和低压网络(macro)中电网与联网设施的接口和交互的通信和控制（DER支持下的网络恢复；存储设施，中级的水和沼气，微观的电动车）大规模能量存储，氢能，TrappingtheWind，补偿大型风电场气候相关的输出即插即用，上传和下载能量和相关信息，以及希望/需要的控制（智能家居与智能建筑）隐私、计算机安全，以及安全与确保互操作

网络调度机构与可发电用户（Prosumer）、商业实体或交易商的交互，按规定提供专业指导和支持关于宏观、中级和微观层面(macro,mesoandmicrolevel)的平衡与恢复，重点在中级和微观层面的自愈与自维持设施的混合系统方法30T+15

通信带宽大幅增加，使得智能电网能连接数百万设备和传感器，为支持简化电网的所有设备间的互操作，需要下列新的标准，涉及：开发出的新的通信媒体先进的规约支持这种高带宽和大规模设备连接大数据“BigData”的存储和实时的时间序列分析端对端计算机安全以确保这些数据及其隐私

随着更多可再生能源，风能和太阳能的接入电网，随机变化成为重要问题，缓解可再生能源产生的发电波动会带动需要新的储能技术，新的标准重点在于:存储技术控制器将IEC61850扩展到存储和逆变器用于存储和逆变器的安全

31远期发展技术与标准-1-智能调度：智能监控、预警和决策支持水平的全景信息和一体化支撑平台技术;特高压互联电网和大容量风电接入后电网安全稳定综合预警及辅助决策技术;构建不同调度层面电网安全稳定智能预警、辅助决策和控制系统，以及极端外部条件下电网运行风险评估及防御体系。实现大电网连锁事件条件下的智能预警、各类新型发输电设备的高效调控和特高压交直流混合电网的精细化控制。需要充分发挥各类电源特长，实施多能源互补，促进风电、光电更好地并网消纳，扩展新能源发展市场空间，提高可再生能源比重，实现节能减排目标。32远期发展技术与标准-2-继电保护：

随着电网规模的扩大和新设备的应用，对电网及电力设备控制保护水平的要求不断提高，电网广域信息获取技术的完善为新的保护体系的形成提供了条件。基于综合信息应用的多维度层次化保护体系将为未来电网运行提供可靠保障。新的保护控制体系的构建需要研究和完善以下技术：多维度层次化保护体系架构各层次保护控制系统间的协同处理机制层次化保护控制系统间的信息交互原则层次化保护控制系统的可靠性评估技术

节能环保将成为未来电力技术发展应用的主题之一，电网保护装置在满足选择性、速动性、灵敏性及可靠性需求的前提下，将向功能集成、设备紧凑、结构微型的芯片保护方向发展，以实现保护装置免维护、低耗能、与一次设备一体化的技术发展目标，芯片保护技术的发展将以以下技术为支撑：控制保护设备专用芯片专用芯片与通用CPU接口技术适用于芯片保护的保护原理芯片保护与被保护设备间的接口技术芯片保护的机械、电磁、环境标准33

伴随着新能源发电在电网中所占比例逐渐升高的同时，新能源发电场站的容量也越来越大，并呈现出高电压等级集中并网、大容量远距离输送消纳的特点，对保证大容量新能源发电安全、可靠并网运行的技术和标准均提出了迫切需求。这些标准需求主要集中在以下方面：新能源资源评价与功率预测；并网技术条件；规划与设计；并网试验与评估；运行与维护；系统级控制及安全防御；分析与评估。34远期发展技术与标准-3-新能源：智能变电站标准差异包括：缺少变电站缺乏信息互动标准。缺少智能变电站经济运行标准。缺少变电站检修技术规范。缺少设备运行态势感知和自诊断标准。标准建议：制定变电站数据总线及其接口标准，促进调度、测量、控制、保护、计量、状态监测、生产管理等不同子系统之间的信息互动。制定超导变压器、电力电子设备、模块化变电站技术规范，建成第二代智能变电站，满足经济运行要求。制定变电站设备自动化检修技术规范，特别是状态检修，减少停电时间。制定基于传感器技术的设备态势感知和自诊断标准，采用标准化的信息传输方式和数据接口，建设自治型变电站。35远期发展技术与标准-4-智能变电站：

从传统电力系统的故障响应到实现系统故障下的自愈，需要以下新标准的支持：超实时的电力系统安全稳定分析技术；自适应的电力系统安全稳定预防控制和紧急控制技术；对故障引发的系统震荡或级联事件的发展进行实时监测，如存在可能导致大面积停电的高风险时，将实施主动解列、灵活分区、自适应切负荷等控制措施，有效降低电力系统大停电的风险；电力系统发生故障后,系统部分负荷停电甚至处于解列状态乃至全网停电，采用自适应的恢复控制技术在尽量少的时间内,最大限度地恢复系统至新的正常运行状态。36远期发展技术与标准-5-电网稳定控制：UseCasetaskteamTheTC8AhG4UseCases，DCT6,metinMarch2012inTokyo.AdditionallytheMethodologyandDomainCoreTeams(DCTs)meeton-linemonthly.Therearealotofusecasesavailable,bothcreatedandcollectedinsideandoutsidetoIEC;i.e.->noneedtoinventnewusecases;Majorchallengeistogroupsimilarusescasesandcompilethemintoagenericusecase.371MethodologyTeamand11DCTsTransmissionGridManagementDistributionGridManagement/MicrogridsSmartSubstationAutomationDistributedEnergyResourcesAdvanced(SmartGridand)MeteringInfrastructureSmartHome/Commercial/Industrial/DR-CustomerEnergyManagementEnergyStorageElectricTransportation(ET)AssetManagementBulkGenerationMarketDCT6,hasprovided1stexamplesongenericusecases.DCT6willactas“tester”forthemethodologyteamGoal:toprovidea1stsetofdomainspecificgenericusecasesbyfall2012，inOslo38欧洲首批标准分析报告欧洲计划在2012年提出首批标准报告。建立3个工作组包括体系架构，Uss和安全。主要为IECstandards，也考虑

ITU,ISO,IEEE,IETF,….等。两个主要参考模型IECSG3Mappingchart工具智能电网架构SGAM研究的主要思路：

由UseCases出发；

根据SG3的mappingchart中的部件components，进行系统的研究；利用智能电网结构模型SmartGridArchitectureModel(SGAM),SG3mappingchart的(componentlayer)相关的标准(IS,TS,TR),欧洲标准(Cen,Cenelec(~98%IEC),Etsi)国际标准(IEC,ISO,ITU)其它标准(IEEE,IETF,W3C,OASIS,…)表明可用的标准和其来源SmartGridArchitecturemodelAsset&MaintenancemanagementsystemE企业市场运行场站过程现场发电输电配电分布式电源用户侧资产GenerationManagementSystemSubstationautomationsystemWAMSEMSSCADASystemFACTSSubstationautomationsystemFeederautomationDist.PowerQualitycontrolDMSSCADA&GISSystemAMISystemDEROperationSystemEMSandVPPsystemSmartLoadsAggregatedprosumermanagementMarketplacesTradingsystemsFACTSWeatherForecast&ObservationsystemMetering-related

BackOfficesystems+CommunicationnetworkmanagementsystemClockreferencesystemAuthenticationauthorizationaccountingsystemsDeviceremoteconfigurationsystem42SGAM:

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