智能電網(wǎng)技術標準

目錄

《智能電網(wǎng)研究與應用叢書》序

前言

Foreword

第1章 標準化基本知識 1

1.1 標準發(fā)展沿革 1

1.2 標準的作用 3

1.2.1 技術標準的宏觀經(jīng)濟效應 3

1.2.2 技術標準的微觀效應 7

1.2.3 技術標準對技術創(chuàng)新的影響 8

1.3 標準的種類 10

1.3.1 標準效力分類 10

1.3.2 標準制定者分類 11

1.4 標準制定的核心原則 13

1.5 智能電網(wǎng)相關的主要標準化組織 14

1.5.1 國際標準化組織 14

1.5.2 區(qū)域性標準化組織 23

1.5.3 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟/團體標準組織 24

1.6 標準制定的一般流程 26

1.6.1 國際標準制定的一般流程 26

1.6.2 我國的標準制定的一般流程 30

第2章 智能電網(wǎng)概述 33

2.1 智能電網(wǎng)概念 33

2.2 智能電網(wǎng)的特性 34

2.2.1 靈活性 34

2.2.2 可觀測性和可控性 34

2.2.3 互操作性 35

2.3 智能電網(wǎng)關鍵技術 35

2.3.1 可再生能源和分布式能源并網(wǎng)技術 36

2.3.2 先進的輸電技術 36

2.3.3 廣域監(jiān)控技術 36

2.3.4 配電網(wǎng)管理技術 37

2.3.5 AMI 37

2.3.6 用戶側(cè)技術 37

2.3.7 需求響應技術 37

2.3.8 電動汽車技術 38

2.3.9 儲能系統(tǒng)及其應用技術 38

2.3.10 信息通信技術 38

2.3.11 其他支撐性技術 38

2.4 智能電網(wǎng)對標準的需求 39

2.4.1 智能電網(wǎng)市場空間巨大 39

2.4.2 智能電網(wǎng)建設需滿足互操作 39

2.5 智能電網(wǎng)標準的意義 40

第3章 智能電網(wǎng)標準研究現(xiàn)狀 41

3.1 國際標準組織研究進展 41

3.1.1 IEC 41

3.1.2 ISO和ITU-T 56

3.2 國家/區(qū)域標準化組織及其研究進展 57

3.2.1 美國 57

3.2.2 歐洲 61

3.2.3 中國 62

3.2.4 企業(yè)聯(lián)盟 63

3.3 智能電網(wǎng)標準化路線圖對比分析 64

3.3.1 編制思路和目的 64

3.3.2 內(nèi)容 64

3.3.3 參與和管理機制 64

3.3.4 體系結(jié)構 64

3.3.5 采用的研究方法和思路 65

3.3.6 標準化管理 65

3.4 智能電網(wǎng)標準開發(fā)的IEC觀點 66

3.4.1 電網(wǎng)發(fā)展和技術進步需要新的標準 66

3.4.2 互操作技術是標準研究的主線 66

3.4.3 標準化工作需要系統(tǒng)工程方法的指導 66

3.4.4 標準的內(nèi)外部需求與自由和創(chuàng)新 67

3.4.5 如何開發(fā)新的標準 67

3.4.6 從建立系統(tǒng)的標準框架入手 68

3.4.7 強調(diào)CIM在進一步制定智能電網(wǎng)國際標準中的主導作用 68

第4章 智能電網(wǎng)概念模型與參考架構 69

4.1 體系架構設計的目標和原理 69

4.2 NIST智能電網(wǎng)概念模型 70

4.2.1 總體概念模型 70

4.2.2 發(fā)電域模型 72

4.2.3 輸電域模型 73

4.2.4 配電域模型 74

4.2.5 用戶域模型 76

4.2.6 市場域模型 77

4.2.7 運行域模型 78

4.2.8 服務域模型 80

4.3 智能電網(wǎng)互操作 81

4.3.1 互操作對象和概念 81

4.3.2 GWAC協(xié)議棧 83

4.3.3 協(xié)議棧簡化 84

4.4 智能電網(wǎng)參考架構 85

4.4.1 參考架構的原則 85

4.4.2 智能電網(wǎng)參考架構的智能電網(wǎng)平面 87

4.4.3 智能電網(wǎng)架構模型 88

4.4.4 智能電網(wǎng)參考架構在智能電網(wǎng)標準化中的應用 89

第5章 標準化的系統(tǒng)工程方法 92

5.1 智能電網(wǎng)實現(xiàn)體系 92

5.1.1 智能電網(wǎng)互操作標準體系 92

5.1.2 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的金字塔架構 92

5.1.3 智能電網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務需求和功能需求 94

5.1.4 階段化智能電網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)流程 95

5.1.5 并行化智能電網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)流程 96

5.2 方法學總體框架 97

5.3 智能電網(wǎng)系統(tǒng)用例 99

5.3.1 用例概念 99

5.3.2 用例舉例 101

第6章 智能電網(wǎng)的主要標準 110

6.1 重要標準 110

6.1.1 IEC推薦的核心標準 110

6.1.2 國家電網(wǎng)公司推薦的核心標準 124

6.2 功能系統(tǒng)的標準 132

6.2.1 清潔能源發(fā)電領域 132

6.2.2 輸電領域 138

6.2.3 配電領域 143

6.2.4 用電 149

6.3 支撐系統(tǒng)標準 154

6.3.1 通信 154

6.3.2 信息 156

6.3.3 安全 157

6.4 典型工業(yè)聯(lián)盟標準 159

6.4.1 OPCUA 159

6.4.2 BACnet 162

6.4.3 SEP 2.0 164

6.4.4 OPENADR 167

6.4.5 EI 168

第7章 標準開發(fā)與管理工具 171

7.1 名詞術語標準管理工具 171

7.1.1 國家電工術語數(shù)據(jù)庫 171

7.1.2 IEC術語數(shù)據(jù)庫 171

7.2 映射圖 175

7.3 智能電網(wǎng)標準管理和公共服務平臺 178

7.3.1 平臺功能 178

7.3.2 平臺技術架構 179

7.3.3 平臺關鍵技術 179

第8章 智能電網(wǎng)標準測試和應用 183

8.1 IEC合格評定體系 183

8.1.1 簡介 183

8.1.2 IEC合格評定體系在我國的應用 185

8.1.3 智能電網(wǎng)參與IEC合格評定的意義 186

8.2 NIST智能電網(wǎng)互操作測試和認證 186

8.2.1 簡介 186

8.2.2 SGTCC主要經(jīng)驗和成效 187

8.2.3 給我國智能電網(wǎng)發(fā)展的借鑒意義 190

8.3 國內(nèi)智能電網(wǎng)標準的測試機構及范圍 190

8.4 國內(nèi)智能電網(wǎng)標準綜合應用 193

8.4.1 智能電網(wǎng)綜合標準化試點工作 193

8.4.2 智能電網(wǎng)綜合示范工程 193

8.5 智能電網(wǎng)標準典型領域標準特色分析 196

8.5.1 智能電表 196

8.5.2 風機并網(wǎng) 196

8.5.3 電動汽車充電設施 198

8.5.4 特高壓 199

8.5.5 微電網(wǎng) 199

第9章 相關政策法規(guī) 201

9.1 中國 201

9.1.1 政策法規(guī) 201

9.1.2 市場和監(jiān)管 201

9.2 美國 203

9.2.1 政策法規(guī) 203

9.2.2 市場和監(jiān)管 204

9.3 歐洲 204

9.3.1 政策法規(guī) 204

9.3.2 市場和監(jiān)管 206

第10章 展望 207

10.1 能源互聯(lián)網(wǎng) 207

10.1.1 主要特征 208

10.1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng) 209

10.1.3 標準化工作 210

10.2 CPS 210

10.2.1 主要特征 211

10.2.2 CPS與智能電網(wǎng) 211

10.2.3 標準化工作 213

10.3 智慧城市 214

10.3.1 發(fā)展背景和理念演變 214

10.3.2 智慧城市的定義和主要特征 215

10.3.3 標準化工作 217

參考文獻 223 2100433B

本書對智能電網(wǎng)技術標準進行全面系統(tǒng)的介紹，按照智能電網(wǎng)技術標準相關的問題分為10章，分別為標準化基本知識、智能電網(wǎng)概述、智能電網(wǎng)標準研究現(xiàn)狀、智能電網(wǎng)概念模型與參考架構、標準化的系統(tǒng)工程方法、智能電網(wǎng)的主要標準、標準開發(fā)與管理工具、智能電網(wǎng)標準測試和應用、相關政策法規(guī)、展望。

我國已經(jīng)建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網(wǎng)技術標準體系，編制相關國際標準19項，特高壓交流電壓已成為國際標準電壓。

國際電工委員會主席克勞斯·武赫雷爾表示，中國的特高壓輸電技術在世界上處于領先水平，這種能夠減少長距離輸電損耗的技術，在世界其他地區(qū)也將有廣泛的應用前景。

智能電網(wǎng)新型配電技術的應用

未來的配電技術必須具有如下特點：網(wǎng)絡快速自愈、抗擾動能力強、提供優(yōu)質(zhì)電力、與用戶互動等。這些智能電網(wǎng)配電技術都會促進云計算數(shù)據(jù)機房的供電系統(tǒng)更加安全可靠。

1、同步開斷技術

云計算數(shù)據(jù)中心機房中，由于電力需求量大，常涉及到高壓供電。高壓開關大都是機械開關，開斷時間長、分散性大。這種慢過程的機械開斷容易引起操作過電壓，加速設備老化或者直接損害設備。同步開斷，又稱智能開關，是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。采用電子開關取代機械開關，在理論上應用同步開斷技術可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設備（包括斷路器本身）的損壞也可大大減少。

2、故障電流限制技術

由于云計算數(shù)據(jù)中心的規(guī)模，數(shù)據(jù)中心的用電電流是很大的，短路電流也呈日益增大的趨勢，如果不采取有效的抑制短路電流的措施，一旦發(fā)生短路故障，開關及用戶設備將是無法承受的。隨著電力電子技術、超導技術等的發(fā)展，限制短路電流已成為可能，這就依賴于故障電流限制器（FaultCurrentLimiter,FCL）的研制和開發(fā)。國外對超導FCL和電力電子FLC研究較多，這可以在云計算數(shù)據(jù)中心中借鑒和應用。

3、主動配電網(wǎng)技術

未來“主動配電網(wǎng)”可能采取類似英特網(wǎng)的形式，即分布式?jīng)Q策和雙向潮流。在遍布全系統(tǒng)的所有節(jié)點上都將有控制設備。主動配電網(wǎng)的功能是將電源和用戶需求有效連接起來，允許雙方共同決定如何最好地實時運行。要達到這一要求，控制水平要遠高于配電網(wǎng)的水平。這包括潮流評估、有競爭力的電壓控制和保護技術，以及比配電網(wǎng)擁有更多的傳感器和自動裝置的新型通信控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)云計算數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的主動預警，負載均衡和三相平衡等。

4、儲能技術

儲能技術已被視為電網(wǎng)運行過程中的重要組成部分。系統(tǒng)中引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負荷，不僅可以更有效地利用電力設備，降低供電成本，也可作為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補償負荷波動的一種手段。

儲能技術可用于云計算數(shù)據(jù)中心的應急供電狀況，以及充分利用當?shù)氐姆骞入妰r差?，F(xiàn)有的電能存儲方式主要可分為機械儲能、化學儲能、電磁儲能和相變儲能等。超導儲能由于超導體電流大，能量密度高，存取快速，可作為理想的電磁能儲藏器，超導材料臨界溫度低一直是超導儲能應用的限制因素，直接冷卻超導儲能（HTc-SMES）的研究受到了美日等國的高度重視，但絕大部分超導儲能裝置為低溫超導儲能系統(tǒng)。

智能電網(wǎng)新型用電技術的應用

在智能電網(wǎng)的框架下，需要新型用電技術提高電力需求彈性，提升電力需求側(cè)管理的智能化水平，幫助電力用戶與智能電網(wǎng)進行互動，實現(xiàn)云計算數(shù)據(jù)中心更加方便、高效、經(jīng)濟、環(huán)保的管理用電。

1、先進傳感器技術

未來的數(shù)據(jù)中心傳感器將更加智能化，功能將逐步融合。風、火、水、電、氣、溫度、濕度、煙霧、二氧化碳等都是傳感器的采集對象。傳感器不僅可以分析和提取數(shù)據(jù)中心環(huán)境的特征數(shù)據(jù)，而且可以和特定的數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)進行信息交互，可以對數(shù)據(jù)中心的日常數(shù)據(jù)、整體效能和環(huán)境指數(shù)提供整體分析和科學評估。

2、先進用電監(jiān)控技術

用電監(jiān)控技術分為兩個層面：用電監(jiān)測技術和用電控制技術。新型用電監(jiān)測技術對用戶的電力消費信息進行動態(tài)的準實時監(jiān)測，幫助用戶了解自身的詳細用電信息，以指導用戶優(yōu)化系統(tǒng)的用電行為。新型用電控制技術在信息獲取的基礎上，結(jié)合用戶的用電需要，對整個數(shù)據(jù)中心用電系統(tǒng)進行自動控制，實現(xiàn)電能更合理的分配。

智能電網(wǎng)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)技術應用

目前，物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的每個環(huán)節(jié)都有應用，協(xié)助實現(xiàn)了對電網(wǎng)的智能控制和優(yōu)化配置，提高電力規(guī)劃的管理能力。

第一：發(fā)電環(huán)節(jié)。對常規(guī)能源發(fā)電的機組的運行情況、設備之間的互動以及各種參數(shù)指標實行實時監(jiān)控，對風力、太陽能發(fā)電進行電機組的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性進行穩(wěn)定性分析預測，實現(xiàn)發(fā)電環(huán)節(jié)的自動、穩(wěn)定和高效。

第二：輸送環(huán)節(jié)。運用物聯(lián)網(wǎng)在每個節(jié)點上的監(jiān)控能力，對整個輸送線路上的導線溫度、線路電容、絕緣子污穢以及線路風振進行全程監(jiān)測，并作出評估和診斷。由于智能電網(wǎng)具有自愈的特性，對發(fā)現(xiàn)破壞或者不正常的情況進行自我治愈，對用戶實現(xiàn)連續(xù)供電。

第三：變電環(huán)節(jié)。將物聯(lián)網(wǎng)應用到智能電網(wǎng)后，可以通過物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器對重要變電設備進行檢測，并將數(shù)據(jù)傳送到管理終端，實現(xiàn)對整個變電站的實時檢修，對周圍的安全進行防護，更好地提高變電環(huán)節(jié)的可靠性和智能化水平。

第四：配電環(huán)節(jié)。由于我國國土廣闊，所以配電規(guī)模和配電設備數(shù)量都十分巨大。物聯(lián)網(wǎng)可靠傳遞特性恰好可以針對這一情況實現(xiàn)配電網(wǎng)絡中的配電現(xiàn)場作業(yè)、配電網(wǎng)絡設備以及運行狀態(tài)信息的有效傳遞并進行安全防護，避免大規(guī)模人力、物力的投入。

第五：用電環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術與門禁系統(tǒng)、防盜防火系統(tǒng)以及有情境控制的結(jié)合，實現(xiàn)了電網(wǎng)與用戶的雙向互動。革新電力服務的傳統(tǒng)模式為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的服務，提高了人民生活質(zhì)量。2100433B

前言

第一部分 智能電網(wǎng)發(fā)展概況

1-1 什么是智能電網(wǎng)？

1-2 智能電網(wǎng)具備哪些主要特征？

1-3 智能電網(wǎng)的先進性主要體現(xiàn)在哪些方面？

1-4 為什么說智能電網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢？

1-5 智能電網(wǎng)將對世界經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生哪些促進作用？

1-6 建設智能電網(wǎng)對我國電網(wǎng)發(fā)展具有哪些重要意義？

1-7 我國建設智能電網(wǎng)具有哪些有利條件？

1-8 我國何時正式提出建設智能電網(wǎng)？

1-9 美國智能電網(wǎng)發(fā)展主要關注哪些領域？

1-10 美國在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開展了哪些工作？

1-11 歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展主要關注哪些領域？

1-12 歐盟在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開展了哪些工作？

1-13 日本在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開展了哪些工作？

1-14 韓國在發(fā)展智能電網(wǎng)方面主要開展了哪些工作？

1-15 丹麥在風力發(fā)電方面開展了哪些工作？

1-16 西班牙在太陽能發(fā)電方面開展了哪些工作？

1-17 意大利在自動抄表方面開展了哪些工作？

1-18 以色列在推動電動汽車應用方面開展了哪些工作？

1-19 國際標準化組織在智能電網(wǎng)方面主要開展了哪些工作？

1-20 國外研究智能電網(wǎng)的主要組織有哪些？

第二部分 堅強智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃

2-1 什么是堅強智能電網(wǎng)？

2-2 為什么必須以堅強為基礎來發(fā)展智能電網(wǎng)？

2-3 為什么要建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng)？

2-4 建設堅強智能電網(wǎng)的社會經(jīng)濟效益主要表現(xiàn)在哪些方面？

2-5 建設堅強智能電網(wǎng)對于節(jié)能減排有何重要意義？

2-6 建設堅強智能電網(wǎng)對于清潔能源發(fā)展有何重要作用？

2-7 建設堅強智能電網(wǎng)對于提升能源資源的優(yōu)化配置能力有何重要意義？

2-8 建設堅強智能電網(wǎng)對于電力系統(tǒng)的發(fā)展有何重大意義？

2-9 智能電網(wǎng)將給人們的生活帶來哪些好處？

2-10 堅強智能電網(wǎng)建設的指導思想是什么？

2-11 堅強智能電網(wǎng)建設的基本原則是什么？

2-12 堅強智能電網(wǎng)建設的發(fā)展戰(zhàn)略框架是什么？

2-13 堅強智能電網(wǎng)的總體發(fā)展目標是什么？

2-14 堅強智能電網(wǎng)建設的兩條主線是什么？

2-15 堅強智能電網(wǎng)建設分為哪三個階段？

2-16 堅強智能電網(wǎng)體系架構包括哪四個部分？

2-17 堅強智能電網(wǎng)的內(nèi)涵包括哪五個方面？

2-18 堅強智能電網(wǎng)建設包括哪些環(huán)節(jié)？

2-19 堅強智能電網(wǎng)建設第一階段主要開展了哪些重點工作？

2-20 堅強智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的框架體系如何組成？

2-21 電網(wǎng)智能化規(guī)劃包括哪些內(nèi)容？

……

第三部分 智能發(fā)電

第四部分 智能輸電

第五部分 智能變電

第六部分 智能配電

第七部分 智能用電

第八部分 智能調(diào)度

第九部分 通信信息

第十部分 智能電網(wǎng)相關技術及應用展望

附錄A 名詞術語中英文對照

參考文獻2100433B

《智能電網(wǎng)基礎》內(nèi)容涉及面廣，語言通俗易懂，介紹深入淺出，便于讀者學習、掌握。

《智能電網(wǎng)基礎》一方面是對國內(nèi)外現(xiàn)有智能電網(wǎng)研究的較全面的總結(jié)，具有內(nèi)容新、資料全的特點；另一方面，也是作者在此方面研究與實踐的初步總結(jié)?！吨悄茈娋W(wǎng)基礎》可供從事智能電網(wǎng)研究和應用的人員參考，也可供高等院校相關專業(yè)師生學習參考。