智能電網的信息化體系架構和相關技術研究

楊鴻賓

（國網能源研究院企業戰略與管理咨詢研究所，北京 100052）

引言

氣候變化的挑戰和不斷增長的電力需求將對世界的電網基礎設施產生越來越大的壓力?，F有電網的主流設計理念是以前遺留下來的，當時能源成本相對低廉、資源豐富，能源行業主要的驅動因素就是滿足不斷增長的能源需求。而現在世界正處于向新時代過渡的階段，未來清潔能源是昂貴的，電網需要能夠靈活地與低碳技術結合，客戶需要更好地了解并控制自身的消費。智能電網技術將為實現更加安全、有效和靈活的能源系統，帶來先進的IT和通信技術，包括嵌入式感應、計算和無處不在的通信。智能電網將成為骨干基礎設施，創造新的商業模式，包括新的能源管理服務和新的能源價格體系。

1 智能電網體系架構研究

智能電網是一個完整的信息架構和基礎設施體系，其目標是實現對電力客戶、電力資產、電力運營的持續監視，利用"隨需應變"的信息提高電網公司的管理水平、工作效率、電網可靠性和服務水平。與傳統的電網相比，智能電網將進一步擴展對電網的監視范圍和監視的詳細程度，整合各種管理信息和實時信息，為電網運行和管理人員提供更全面、完整和細致的電網狀態視圖，并加強對電力業務的分析和優化，改變過去基于有限的、時間滯后的信息進行電網管理的傳統方式，幫助電網企業實現更精細化和智能化的運行和管理。

根據智能的主要特點:1)可觀測一一量測、傳感技術;2)可控制一一對觀測狀態進行控制;3)嵌入式自主處理技術;4)實時分析一一從數據到信息的提升;5)自適應;6)自愈。因此，中國堅強智能電網的基本構架是立足于系統化、體系化、全方位的設計理念，其核心目標要素是既"堅強"又"智能"。其體系主要由發展基礎體系、技術支撐體系、智能應用體系、標準規范體系等四大體系構成。中國堅強智能電網有別于國外堅強智能電網建設的顯著差異在于，基于特高壓骨干電網和協調發展的各級電網、依托集團化運營管理機制、立足政企協同的社會及經濟利益目標，全面涵蓋發電、電網、用戶三大環節，貫穿了規劃、設計、建設、生產、運行的全過程，涉及生產、經營、管理的全領域。

中國特色“堅強智能電網”的基本架構可描述為如圖1。

發展基礎體系：指電網系統的物理載體，是實現“堅強”的重要基礎。發展基礎體系主要由三大部分組成，一是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的實體電力網絡，是整個堅強智能電網的物理載體，是實現堅強智能電網的基礎；二是電網支撐站點（包括變電站/換流站、電網儲能點、電網補償點、配網控制點等），是實現堅強智能電網各項應用功能的基礎，也是支撐實體堅強智能電網的關鍵。三是電網設備和滿足電網安全經濟運行、靈活可靠的各種堅強智能電網裝備。上述三者將構成堅強智能電網的物理基礎。

技術支撐體系：堅強智能電網實現電力流、信息流、業務流高度一體化的支撐前提在于信息的無損采集、流暢傳輸、有序應用。各個層級的通信支撐體系是堅強智能電網信息運轉的有效載體，是堅強智能電網堅實的信息傳輸基礎。通過充分利用堅強智能電網多元、海量信息的潛在價值，挖掘其背后所蘊含的知識，服務于堅強智能電網生產流程的精細化管理和標準化建設，提高電網調度的智能化和科學決策水平，提升電力系統運行的安全性和經濟性。

智能應用體系：堅強智能電網的建設成就，歸根結底是要落實在業務應用上。智能應用體系應涵蓋發電側、電網側、用電側的相關業務，推動技術創新與進步，促進清潔環保能源發展，提高能源投資及利用效益，增進電網與環境、社會和用戶之間的和諧發展。

2 相應的技術研究

通過最大限度利用現代信息技術，結合系統化、層次化的架構，統一規劃、運作、控制、管理，建立先進、開放、安全、可靠、靈活并貫穿生產、運行、經營全價值鏈的信息高度融合、模型高度統一的統一信息支撐平臺。從時間、物理、管理等多維度及多層次，為各智能應用提供標準化、多元化、完整、一致的堅強智能電網信息。避免信息失真、信息冗余、信息阻塞、信息互斥等問題。實現電源測、電網側、用戶側信息的集成、交互和共享，支持堅強智能電網新型業務應用。建設時應考慮或可借鑒的幾種技術:

2.1 SOA

新一代的智能電網應滿足架構的可擴展性。SOA架構保證系統具有良好的可擴展性.目前面向服務體系結構 (service-orientedarchitecture，SOA)的系統應用日益廣泛，SOA是新一代的企業應用架構，它通過業務、技術與管理這3個維度的架構模型，解決了業務、技術和管理的應用問題，從而帶來了業務上的靈活性、技術上的高效率和管理上的可治理?；赟OA的系統具有松耦合、便于復用、架構靈活、節約投資及增強業務敏捷性等優點，但是在系統的智能性、實時性方面還難以滿足控制系統的要求。

2.2 基于Agent的系統

智能電網還應滿足系統模塊化.基于A－gent的系統具有很多的優點。系統的每一個功能或者任務(比如每一個IED的管理)，可以封裝為一個獨立的Agent，從而使系統高度模塊化。Agent之間是一種松散的組合，它們之間通信是通過消息的傳遞而不是通過程序的調用(本地或遠程)；同時，由于采用目錄服務機制，通過添加新的Agent，系統很容易增加新的功能，而且這些功能可以被其它Agent所用。對于那些本來就具有分布式結構的控制與自動化系統(如電力系統、過程控制等)，特別適合采用多Agent系統體系結構。較之傳統的控制系統，這種基于A－gent的系統可以使系統的每一個成員具有更大的自治性。

當前計算機科學發展的一個顯著趨勢就是計算范型從以算法為中心轉移到以交互為中心。Agent是一類粒度大、智能度高、具有一定自主的理性行為的實體，多Agent系統 (multi-agent system，MAS)就是由這樣一組彼此間存在著協調、協作或競爭關系的Agent組成的系統。MAS系統試圖用Agent來模擬人的理性行為，通過描述Agent之間理性交互而不是事先給定的算法來刻畫一個系統。智能Agent是一種技術，但更重要的是一種方法論，它為大規模、分布式和具有適應性的復雜系統的實現提供了一種全新的途徑，比如電力系統、智能機器人、電子商務、分布式信息獲取、過程控制、智能人機交互、個人助理等等。MAS系統具有很強的伸縮性，而且允許遺留系統之間實現互聯和互操作，從而可以最大限度地保護用戶資源。

3 結束語

以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制等技術，構建以信息化、自動化、數字化、互動化為特征的國際領先、自主創新、中國特色的堅強智能電網。實現多元化電源和不同特征電力用戶的靈活接入和方便使用，極大提高電網的資源優化配置能力，大幅提升電網的服務能力，帶動電力行業及其它產業的技術升級，滿足我國經濟社會全面、協調、可持續發展要求。

[1]張文亮，劉壯志，王明俊，楊旭升.智能電網的研究進展及發展趨勢.電網技術,2009,33(13):1-11.

[2]鄧慧瓊,李爭,孫麗華,候桂祥.智能電網初探.科技創新導報,2009,34:54-55.