中國電工行業智能電網設備標準化建設構想

方曉燕 姚致清 賀春 果巖

引言

智能電網的出現，引起了國家、電力企業、制造企業等方方面面的關注，但是智能電網是一項龐大的系統工程，需要從國家層面、行業層面進行良好的規劃和組織，使得我們國家的智能電網建設能夠有序、高效地研究、開展下去。作為中國電工行業的組織機構中國電器工業協會也在積極探索一條適合國情的智能電網發展道路。

作為一項大的系統工程，作為一項對全世界來說都是新課題的智能電網面前，沒有成熟的經驗可供我們參考，各個國家、地區，各個科研組織機構都在積極地開展工作，美國在能源部的推動下，以NIST（美國標準與技術研究院，National Institute of Standard and Technology）為主要組織機構建立了智能電網研究實體，與此同時IEEE（美國電氣電子工程師學會，Institute of Electrical and Electronic Engineers）也在從標準化的角度建立了SCC2010計劃，從另外一個體系開展智能電網研究。歐洲在2004年第一屆可再生能源集成與分布能源國際會議上，工業投資者和研究機構建議成立未來電網技術平臺。由此開始規劃未來歐洲電網發展，在2005年開始進行未來智能電網歐洲技術平臺工作，它的目標就是形成未來2020年歐洲電網規劃并推動技術發展。研究這些國外智能電網建設經驗，是為了通過對比，尋找到適合中國國情，并與國際智能電網技術能夠緊密融合的發展道路。

隨著智能電網研究的開展，IEC（國際電工委員會，International Electrotechnical Commission）也開始密切關注這一國際性課題，于2008年決定成立IEC SMB SG3（智能電網戰略專家組），開始進行智能電網標準體系研究、建設工作。

中國于2008-2009年開始了智能電網研究工作，2009年4月24日，中國國家電網公司總經理劉振亞在劍橋能源研究協會與美國能源協會共同舉辦的“更堅強的電網—中國與美國展望”會議上發表主旨演講，并提出了建設中國特色的“堅強智能電網”。

圍繞這一目標，國家電網成立了智能電網部，開始了智能電網研究、建設工作。

中國電器工業協會于2009年開始進行智能電網工作，在風電、太陽能發電等方面已經開始了先期的研究和標準化工作，并取得了許多階段性成果。

為了能夠更好地組織中國電工行業的電力裝備制造企業更好地參與智能電網建設，使我們的工作能夠更加有效率，特此撰寫此文章，通過總結國內外同行的智能電網建設經驗，結合中國電工行業實際情況，提出了中國電工智能電網設備標準化建設思路，希望引起讀者的共鳴。

什么是智能電網？

參考《歐洲電網技術平臺》中的定義：智能電網是一個智能地集成所有與之相連的用戶的電力網絡，從發電機一直到消費者等各個環節，為了有效地交付可持續的、經濟的和安全的電力供應。

一個智能電網使用帶有智能監視、控制、通信和自治愈等技術的新產品和服務，可以：

更好地推動各種規模發電廠和技術的互連和運行；

使消費者在優化系統運行起重要作用；

給消費者提供更多電力供應信息和選擇；

極大地減少環境對整個電力供應系統的影響

發送更高可靠性和安全性的電力供應。

智能電網的實施不僅涉及技術、市場、商務、環境影響、政策框架、標準使用ICT(信息和通信技術)、移植政策，也包括社會需求和政府法令。

國外智能電網研究和標準化狀況

智能電網是一個影響面廣，影響程度深的巨大的系統工程，如何開展智能電網工作，從哪里著手，如何進行相關工作，這些都是我們需要思考的問題。在做出工作計劃之前，首先看看國內外同行是如何開展相關工作的。

IEC智能電網工作開展情況

2008年在巴西圣保羅SMB第133次會議上同意成立智能電網戰略專家組SG3，主要責任就是開發一個智能電網框架，包括首先實現的智能電網設備和系統實現互操作需要的協議和模型標準。

2009年2月在韓國首爾SMB134次會議上，向SMB匯報了工作組組成情況以及工作組狀態報告：

工作組召集人，Richard Schomberg法國人

工作組秘書Peter，IEC北美地區中心

工作組成員來自BR, CH, CN, DE, FR, GB, IT, JP,KR, SE , US等11個國家

2009年4月29-30日在法國巴黎召開第1次工作組會議，IEC希望為全球的智能電網項目提供“一站式”服務，建立智能電網框架。

目前，與智能電網相關標準信息收集工作第1階段基本結束，目前正在制定智能電網發展框架。

Eckardt Günther為SG3準備了一個名為“IEC Standardization Smart Grid”的材料，已經在前期工作基礎上開始了更加深入的研究性工作。目前這個文檔已經作為IEC SG3技術參考文檔，SG3希望這個文檔能夠成為國際標準。

2009年11月28-29日，在美國丹佛召開了工作組第2次會議，重點討論了十項決定，作為下一步SG3開展工作的重點內容，同時對IEC Standardization Smart Grid中的內容進行了修改和調整，同時也增加了一些新內容。

與此同時，IEC網站上設立了智能電網主題板塊，發布智能電網研究最新進展情況。http://www.iec.ch/zone/smartgrid/grid_entry.htm。 SG3建議IEC中央辦公室能夠在網站方面做更多的工作，例如建立wiki（一種技術論壇）等，加強IEC與世界各國、各行各業的技術交流。

NIST活動情況

為了更快地配合智能電網發展需要，NIST推出了加速過程的計劃，奧巴馬政府最高優先級的工作之一就是加速開發智能電網，通過美國恢復和再投資法案（the American Recovery and Reinvestment Act）基金為實現智能電網提供巨大的“跳躍式開始”（jump start）的機會。NIST認識到加速標準開發過程的重要性，就是采取有闖勁的行動來響應這個重要的國家需要。

NIST新成立的國家智能電網互操作協調辦公室在國家層面明顯地加強了領導，責任的重點就是管理NIST智能電網資源以確保成功。2009年4月，這個新辦公室啟動了一個3階段工作計劃，加速開發、推動能電網互操作標準的廣泛采用。

在過去的幾年中，NIST開始了建立智能電網互操作的工作，完成了如下工作內容：

與DOE的GridWise結構委員會（GWAC）合作，GWAC是DOE的一個正式組織機構，由電力用戶和供應商組成，NIST建立了領域專家工作組（DEWGs），成員來自100多個組織，領域包括：

● 輸配電

● 智能建筑

● 智能工業

● 智能家庭

● 商業和政策

組成了交叉的計算機安全協調工作組來應對重疊的挑戰。

與GWAC合作，NIST已經向利益相關者表示了開發框架的計劃，鼓勵他們多提供信息，幫助NIST對智能電網方面重要的商業對象和障礙進行重要性分級。一個必要的步驟就是安排標準路線圖，NIST正在評估智能電網互操作目前的狀態以及利益相關者所計劃的活動。

與電力工業利益相關者合作，NIST正在建立一個商業用例套件，幫助指導標準的開發。

開始開發互操作知識庫，推動信息共享和進一步取得智能電網標準、分類、接口和術語的共識。

NIST制定了一個三階段工作計劃：

● 組織利益相關者公開參與確定可適用的標準，弄清可用標準目前的差距以及新標準制定的優先級

● 建立一個正式的公眾-私人合作關系，推動長期發展過程

● 開發、實現測試和認證框架

另外NIST還推出了一個優先工作表，希望在如下領域加快工作。（見表1）

目前NIST推出了《智能電網互操作框架1.0版》，其中提出智能電網視圖和參考模型，確定了77個標準和15個優先行動計劃，來彌補現有標準與實際需要的差距，并做好智能電網互操作方面的研究工作。

2009年根據能源獨立安全法案的指導原則，NIST建立了一個協作的框架，稱為SGIP（智能電網互操作工作組，Smart Grid Interoperability Panel）。目前，NIST大部分的活動都集中在SGIP身上，SGIP是一個開放的組織，由EnerNex公司為主成立，進行基本的維護和組織工作，依靠自愿加入的成員開展工作，他為所有的利益相關者提供一個發言的平臺，也為NIST的智能電網工作提供輸入信息。同時也合作、加速并協調智能電網的標準化工作。

SGIP不直接參與標準的制訂工作，他為利益相關者提供一個平等交流的平臺，評審用例，確定需求，配合一致性測試，并為實現這些目標提出行動計劃。

表1 SGIP優先行動計劃表

圖1 SGIP組織機構圖

上圖是SGIP的組織機構圖，分成管理委員會和SGIP工作組，管理委員會由利益相關成員組、SGIP常設委員會等組成。

成員分為2類，一類是投票成員，一類是觀察員。差別就是有沒有投票權。

少數服從多數是這個組織的核心價值觀。

NIST的智能電網研究經驗和做法非常值得我們學習和參考。

IEEE活動情況

IEEE成立了IEEE SCC21 P2030工作組，主題就是智能電網，圍繞這個目標成立了三個工作組

● TF1：電力工程技術，下面又分7個小組

● TF2：信息技術

● TF3：通信技術

目前各個工作已經啟動，正在進行相關技術研究，許多工作組制定工作目標和預期成果，不同小組采用了不同的研究路線，有的正在做術語列表，有的做技術體系分解。

智能電網歐洲技術平臺

歐洲在2004年第一屆可再生能源集成與分布能源國際會議上，工業投資者和研究機構建議成立未來電網技術平臺。由此開始規劃未來歐洲電網發展，在2005年開始進行未來智能電網歐洲技術平臺工作，它的目標就是形成未來2020年歐洲電網規劃并推動技術發展。

這個平臺開始的工作范圍就是提高歐洲輸配電系統的效率、安全性和可靠性，消除大規模集成配網與可再生能源的障礙 ，符合FP7中智能能源網絡建議的優先級。

這個平臺的目標就是：

● 開發一個共享視圖，鼓勵多方參與；

● 確定研究需求并為不斷增加的公共、私人在電網方面的研究成果提供支持；

● 規劃正在進行的研究項目，以及新歐洲、國家和地區輸配電系統項目；

● 針對下一步的行動、戰略研究議程的實現和部署計劃給出結論和建議。

智能電網歐洲技術平臺的組織機構如下：

圖2 智能電網歐洲技術平臺組織機構圖

這個組織機構的核心就是管理咨詢委員會（AC），并通過管理集團（EG）來推動工作開展，另外建立了與各個國家溝通的成員國鏡像組（Mirror Group）,在管理層下有4個工作組：

● 電網資產

● 電網運行

● 需求和計量

● 發電和存儲

電工行業參與國際智能電網情況

2009年3月26-27日，中國電器工業協會與美國電氣制造商協會NEMA在北京舉行了中美智能電網標準與技術研討會，這是中國電器工業協會開始進行智能電網標準化研究的里程碑，標志著中國電工行業開始從傳統設備制造向現代智能電網設備的過渡。

電工行業智能電網設備專家工作組副組長賀春作為IEC/SMB/SG3智能電網戰略工作組專家成員，也積極參與到了NIST/SGIP的智能電網推進工作中。并參加了2009年11月17—19日在美國丹佛舉行的Grid_Interop2009智能電網國際會議，下面是參加這次會議后的感受。

開放性

SGIP組織是一個完全開放的，你可以參加任何一個你關注的工作組或者利益相關者組織，你可以競選任何一個工作組組長職位，每個小組的會議都可以通過網絡或者電話參與，從而獲得更加廣泛的意見和建議。

智能電網互操作是智能電網系統建設的關鍵，設備之間的互操作在深層次上反映出來的是國家、組織和人的互操作性，以及商業模式的互操作性，因此一個開放的組織構架是保證智能電網互操作非常重要的保證。

充分考慮各方利益，是智能電網建設的關鍵

在SGIP的組織結構中，有一個利益相關者成員組，具體有如下22個利益相關者組織。

電器和消費者電子供應商

商業和工業設備制造與自動化集成商

住宅、商業和工業消費者

電動汽車、工業利益相關者

電力公司—投資者擁有的公共事業和公眾擁有的公共事業

電力公司—市政所有

電力公司—農村電力聯合會

電力和商業市場交易者（包括組織）

獨立電力供應商

信息和通信技術（ICT）基礎設施和服務提供者

信息技術（IT）應用開發者和集成商

電力設備制造商和集成商

專業社團、用戶組織、商會和工業公會

R&D組織和研究機構

相關聯邦政府代表

可再生能源提供者

零售服務提供者

標準和規范開發組織（SDO）

國家和地方規范制定者

測試和認證機構

輸電運行和獨立系統運行者（ISO）

風險投資

對于歐美等國家，由于大多數電力企業、工業、電力設備制造業、電力市場交易等都是私人所有，因此智能電網建設給這些個人或者集體帶來的影響是他們非常關心的問題，如果不能從利益層面協調好這些關系，那么智能電網的推進工作可能就會停留在概念上，因此做好利益相關者組織的溝通和利益需求調查是非常重要的。

當然在中國，這方面問題表現的不是特別突出，由于其他領域對智能電網的影響缺乏深刻認識和感受，因此可能還沒有表現出特別迫切的要求，倒是從參與智能電網商機的角度上，其他行業都表現出了極高的興趣，都在積極尋找參與的方式和切入點。

層層深入的組織框架

如果說美國總統奧巴馬是智能電網推動的重要力量，那么美國能源部DOE就是智能電網的他推動執行機構，而具體的標準化等方面工作則由NIST承擔，但是NIST本身并不具備全面開發智能電網標準的實力，于是SGIP就應運而生了，這是一個開放的平臺，這個平臺的基本運營則由EnerNex公司承擔，具體在會議組織方面，又是由Clasma公司這樣一個專業會議組織公司來進行策劃、執行的。他們這種分工合作的工作模式也是值得我們學習和思考。

中國電工智能電網設備標準化工作思路

中國電器工業協會（CEEIA）于2009年11月10日牽頭組建了電工行業智能電網設備標準化專家工作組（Smart Grid Equipments Expert Group，簡稱SGEE），為盡快推進我國智能電網設備標準化工作，構建我國智能電網設備標準體系。同時做好國際電工委員會IEC/SMB/SG3智能電網戰略工作組的技術支撐工作，推動我國智能電網設備行業實質性參與國際標準化工作。

專家工作組由中國電器工業協會副會長方曉燕擔任名譽組長，許昌繼電器研究所所長姚致清擔任工作組副組長，中國開普電器檢驗研究院賀春主任擔任副組長，包括各專業標準化技術委員會、科研院所、企事業單位的共20位專家組成。

2009年11月10日在北京鐵道大廈，工作組第一次會議召開，會議由中國電器工業協會副會長方曉燕主持，國家能源局能源節約和科技裝備司、工業信息化產業部、國務院三峽辦建設委員會領導蒞臨會議，并做了重要講話，經過1天的交流和討論，確立了工作組的人員組成和下一步工作計劃。會議的圓滿召開標志著工作電工行業智能電網設備標準化工作順利啟動。

該專家工作組采用全對外開放式工作形式，針對智能電網各專業領域所涉及的智能電工設備開展標準化工作，征詢電工行業意見，對外征詢各專業標準化技術委員會、科研院所、企事業單位電工行業智能電網設備標準化工作路線建議與意見。

工作組的目標和任務

該專家工作組將重點跟蹤國際標準化領域智能電網設備標準化動態。同時，研究并組織開展我國電工行業智能電網設備標準化工作。

專家工作組成立的目的就是協調、指導電工行業各領域進行智能電網標準研究和技術研究，為電工行業所有相關單位提供強有力的組織保障，以推動智能電網設備標準化工作的開展和協調。專家工作組本身不直接制定標準，而是通過組織各相關單位在研究智能電網及智能電網設備的過程中，確定使用用例、明確用戶需求，為各個協標委會提出智能電網標準化工作建議。

專家工作組有三方面主要任務：

進行必要的技術指導，推動行業內各領域智能電網設備的標準化工作；

確定必要的測試和認證需求，對于采用智能電網設備標準的產品，評估其互操作性；

統一跟蹤行業內智能電網設備發展動態，為智能電網研究注入動力，并及時對成果進行展示。

智能電網設備標準化框架

經過第1次專家組會議討論，確定了中國電工智能電網設備標準化框架（如圖3所示），分成核心、通用和領域三大類，其中核心部分包括通信和安全，這是整個智能電網設備標準化都需要考慮的重點，通用基礎部分包括：

● 電磁兼容EMC

● 設備安裝

● 產品標識、鑒定

● 工程、設計

● 使用用例

領域部分包括：

● 發電

● 輸電

● 配電

● 運行

● 用戶端

工作計劃

選擇、設計合適的智能電網參考模型

對智能電網設備進行分類，并確定與智能電網參考模型的相關性

對于已有設備確定與智能電網工作的相關度，然后確定標準化優先級

對于空缺設備，但是屬于電工行業的設備，或者將來有可能出現的設備，做出預見性分析，做好標準化準備

智能電網設備標準化；

針對目前與智能電網相關的設備，搜集相關標準，除了設備標準外，需要考慮系統標準（其中包括了對設備的要求）和通用標準

收集SG3最新智能電網框架信息，了解與智能電網設備相關的通用要求（如通信要求、安全性要求等），然后在收集現有標準信息的情況下，確定是否需要制定新標準，或者在現有標準基礎上進行修訂

制定為了滿足智能電網發展特性所需的通用指導性技術文件，如SGIP電表升級標準等。做好對智能電網設備共性需求規范化工作

在所有標準化需求收集完畢后，對標準化內容區分優先級，然后根據優先級要求開展工作

建立示范項目，在標準化的基礎上，做好標準的試驗、示范工作，為其他企業的研究、開發提供參考，尤其是對于那些我們有創新性的標準化工作，尤其需要進行廠家參與的試驗。

圖3 智能電網設備標準化框架圖

做好智能電網設備生產、使用等質量管理規范工作，制定行業規范要求，使智能電網設備的生產、使用規范有序。

結論

智能電網建設是一項長期、系統工程，涉及到政府、電力企業、制造企業、工業領域、消費者、科研機構等多個方面，只有在充分考慮各方利益的前提下，積極開展合作和交流，才能建立一個大家公認的智能電網發展目標和框架模型，并圍繞這一目標在相應領域內開展工作。中國電器工業協會將密切關注國內外同行發展動態，加強與國內外研究機構和組織的合作，為中國電力裝置制造企業做好基礎服務工作，使行業內企業能夠更加有效地參與智能電網工作。