智能電網信息系統體系結構研究

【摘要】智能電網具有安全、經濟、靈活、清潔、友好等性能，是電網的未來發展趨勢。本文對智能電網信息系統體系結構進行了較為詳細的研究，對這一體系結構在國內外的發展現狀進行了較為詳細的剖析，并對智能電網信息系統體系結構的基礎設施進行了分析。

【關鍵詞】智能電網；信息系統體系；結構研究

1.前言

智能電網是把現代先進的傳感測量技術、通信技術、計算機技術、信息技術以及控制技術與物理電網高度集成從而形成的一種新型電網[1]。所以，在構建智能電網時需要全新一代的大容量、具有業務感知能力、高速實時的信息系統作為支撐。再加上在環境方面傳統的電網對能源的利用效率以及環保性都存在諸多問題，嚴重不符合健康經濟環保的可持續發展戰略的要求。因此，構建一個智能電網信息系統體系便顯得萬分重要。

2.智能電網的概念

智能電網是通過融入現代信息系統到傳統的能源網絡中從而形成一個新的電網系統，使得電網可以擁有更佳的可觀性與可控性，這樣不僅有利的解決了在傳統的電力系統中互動性差、能源利用率低、安全穩定分析困難等一系列的難題，而且還可以在能量源的基礎上實現實時的調控，從而讓新能源發電與儲能系統的接入與使用可以更加方便的實現分布。

智能電網還具有三大傳統電網無法比擬的優勢，首先是具有良好的可觀性，可以通過信息網絡技術，對電力系統中的各個節點信息實施實時的監控。其次是在發電時用電雙方可以實現動態交互，換言之也就是通過及時得到的電網發電信息與用戶信息之間進行一個優化的調度。對于終端用戶來說，對所有的電力資源進行統籌調度是智能電網的目標，使得提供給終端用戶的電力可以更加便宜，更加穩定。最后智能電網還具有較高的可靠性，可以通過系統震蕩來完成自動回復，當系統出現失穩的趨勢時可以提前發出警報并做適時地調整[2]。

3.智能電網的發展現狀

3.1 智能電網在國內外的發展現狀

美國的EPRI（電力研究院）與DoD（國防部）在2001年正式啟動了CIN/SI項目并提出了為建立一個高適應性、高魯棒性及控制可重構的網絡化電力系統與基礎設施，開發出一個仿真、建模、分析與綜合工具，并與2001年6月在《Wired》中對這個工具進行了較為詳細的闡述。這篇文章是比較早的涉及到構建智能能源網絡設想的文獻。之后，美國EPRI又在2004年對Intelligrd項目做出了進一步的行動努力，發布了該體系的架構計劃，參與這項項目研發的還有思科、GE、朗訊等多家企業。研發這項項目的目的就是要對電力系統中的能源系統以及控制信息系統進行有效的繼承，通過服務模型與電力信息系統兩個方面對構建智能電網提出科學、合理的實施步驟及技術引導[3]。美國Xcel能源公司于2008年3月正式宣布將在科羅拉多州的波爾多試點，使其建立成為智能電網城市，目前已經安裝好的智能控制設備已達兩萬多臺，極大的為用戶提供了便宜、方便、穩定的電力。

歐洲國家對于智能電網的開發與利用起源于2004年召開的第一屆國際可再生能源和分布式能源一體化的會議上，相關的研究人員與產業人員對建立歐洲未來電力網絡技術平臺提出了自己的設想。在得到歐盟委員會的支持后，歐洲于2005正是成立了智能電網歐洲技術平臺，并規劃好了2020年及之后的歐洲電力網絡發展戰略。2006年該組織又對歐洲智能電網設計藍圖進行了公布，提出了智能電網必須包含的四個目標，即可介入性、靈活性、經濟性與可靠性[4]。后經過長期的規劃與執行，歐洲基本上實現了在分布式的環境下解決了電網的安全、運營與以市場作為導向的能量流控制問題。

2009年4月日本公布了“日本發展戰略與經濟增長計劃”，有太陽能發電并網，也有電動汽車快速充電裝置等和智能電網密切相關的內容，而后在7月份，日本電氣事業聯合會明確表示將會對“日本版智能電網”進行全面的開發。2008年韓國也公布了“綠色能源工業策略”，提出了“韓國版智能電網”的設想。

在我國，國家電網公司于2009年5月提出了我國智能電網的發展規劃，并將我國智能電網的建設劃分為3個階段，并計劃在2020年統一建立智能電網。2009年4月華北電網公司發布了關于華北電網建設智能電網的規劃，并于2010年9月在河北省廊坊市的新奧高爾夫花園小區內建成了我國點一個智能電網的試點小區[5]。

3.2 我國現行電網信息系統的主要問題

我國現行的電網信息系統主要是電力二次系統，通常存在四大問題難以解決：一是電力系統中隨機、不可觀、時變的重要參數，使得對電力系統進行預測與調度比較困難；二是真正的輸電極限在輸電線路中是未知的，因此就需要憑借大保守度來換取一定的可靠性，使得可以利用的度非常低；三是無法準確的獲取來自遠距離輸電中的故障信息，通常只能通過試探性的方法來應對突來的故障，使得設備大量的冗余；四是有功無法存儲的電力系統，使得動態無法平衡，在負荷的情況下無法實現互動，造成一定的熱備用浪費。而通過建立智能電網信息系統體系，則可以很好的解決這四大問題。

4.構建智能電網信息系統體系的基礎設施

4.1 控制和量測電力系統的設備

發電、輸電、變電、配電、用電及調度是電力系統的六個構成部分，在進行發電的時候，有傳統的水電、風能、太陽能發電以及火電與新的核能發電。構建智能電網的基礎是電力系統的量測設備。因為要實現智能電網就必須通過傳感器的應用及部署。從當前的技術來看，應用與智能電網中的傳感器有個人用戶量測系統與電網運行維護量測系統兩大類，其中主要用于采集電力系統的是電網運行維護量測系統，如輸配電線、電動機側及電廠的電氣信息等。主要用于測量個人使用電力的情況是個人用戶量測系統，如通過智能電表來得到用戶的各項不同用電設備的用電數據，然后再對電網運行的實際情況進行有機結合的分析，在省電節能方面給予用戶一些建議等。

實現智能電網目標的載體是電力的控制設備。電壓、有功功率與無功功率等是電網系統的主要工作參數，而要對這些參數實施有效的控制，就要把電網系統中的輸變電系統、各級發電單位等列為控制對象，運用各種智能電子設備或者RTU單元等控制設備，實現對參數的控制。

4.2 電力系統中的通信網絡

實現語音、數據及視頻圖像三網合一的綜合，需要信息通信系統的支持。在智能電網方面，通信網絡時其非常重要的基礎設施。在廣域保護系統、廣域量測系統以及廣域控制系統中都離不開通信網絡的構架。

個人用戶量測單元通常是經過局域網實現連接，然后再接入廣域網。而通過智能電表連接的局域網有領域局域網與家庭局域網，寬頻電力線傳輸與無線網絡，其中無線網絡建構出來的智能電網在個人用戶局域網上已經有了成型的協議。而在主干通信網方面，智能電網則有兩種組網的方式：一是通過信息網絡與電力網絡的有機結合來實現構架，也就是說通信載體的本身就是電力網絡中的元素；二是通過分離電力網絡與構架職能電網信息網的形式實現，也就是說可以通過獲取額外的網絡來對電力系統信息網進行構架。

5.結語

綜上所述，從目前形勢來看，智能電網對于數據存儲的性能、網絡傳輸的性能以及數據分析處理的性能都有比較高的要求，在一定程度上也使得對電網的穩定運行控制具有一定的復雜性。但智能電網在研究的過程中涉及到的領域比較多，應用起來也是十分的方便、快捷、穩。因此，智能電網信息系統體系勢必成為各國電網的主力操作體系。

參考文獻

[1]苗新，張愷，田世明，李建岐，殷樹剛，趙子巖.支撐職能電網的信息通信體系[J].電網技術，2009（9）：8-13.

[2]曹軍威，萬宇鑫，涂國煜，張樹卿，夏艾瑄，劉小非，陳震，陸超.智能電網信息系統體系結構研究[J].2013（1）：143-167.

[3]孫琳珂.職能電網信息資源規劃與管理研究[D].2013屆武漢紡織大學專業碩士學位論文.

[4]程時杰，李興源，張之哲.智能電網統一信息系統的電網信息全域共享和綜合應用[J].中國電機工程學報，2011 （1）：8-14.

[5]張靜思.職能電網信息可視化系統的應用研究[D].2011屆學專業碩士學位論文.