新一代智能电网技术
标准体系架构设计及需求分析
张晶1，代攀2，吴天京2于海玉3，李彬4，祁兵4（1.中国电力科学研究院有限公司，北京市；2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏省南京市；3.全球能源互联网研究院有限公司，北京市；4.华北电力大学电气与电子工程学院，北京市）摘要：坚强智能电网是国家电网有限公司实现电网高质量发展的物质基础。随着内外部形势的变化，原有的智能电网技术标准体系已经无法适应新时期标准化工作的要求，需要进行优化和完善。文中梳理了国内企业及联盟、国际标准组织和国外主要国家的标准体系研究现状，秉承继承性、创新性与实用性的原则，设计了新的智能电网标准体系分层架构和概念模型，构建了智能电网标准体系的总体框架，进行了综合与规划、智能发电、特高压输变电、智能配电、智能用电、调度控制与交易、信息通信及共性支撑技术8个专业方向的标准需求分析。最后，按照“重要性、迫切性、关联性”的原则，提出了各专业方向标准工作的重点行动计划。
关键词:智能电网；标准体系；架构设计；概念模型；需求分析；行动计划0引言
可再生能源、储能系统、微电网与分布式电源等一系列创新性的探索和实践表明，智能电网技术能够满足安全稳定运行需求，增强电网与用户友好互动，提高能源效率和效益，是实现低碳电力的基础和前提，已经成为当今世界电网发展的新趋势、新方向。坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。年是智能电网发展的攻坚之年，国家电网有限公司（以下简称国家电网）顺应世界能源变革的潮流，提出建设世界一流的能源互联网企业的战略目标，亟须对原有坚强智能电网标准体系进行完善和修编。坚强智能电网技术标准体系规划（版）是国家电网向社会公布的第一个智能电网标准规划，对智能电网建设起到了基础性支撑作用［1］。随着内外部形势的变化，原有标准体系已经无法适应新时期智能电网标准化工作的需要，亟须对智能电网技术标准体系进行修编。1）全球能源结构和格局产生深刻变化。清洁能源的大规模开发和广泛应用已成为世界能源发展的主流［2］。近年来，随着清洁能源的快速发展，化石能源等传统高消耗、高污染能源的发展空间正逐渐被压缩和替代［3］。当前中国也已进入一个社会变革和经济转型的新时代。为实现电网从高速增长向高质量发展，必须消纳更多清洁能源。但是，太阳能、风能等可再生能源的高比例大规模接入、分布式能源的“即插即用”也对网源协调、可再生能源并网与运行控制等方面的大电网安全稳定运行带来了一系列挑战。此外，无人机、超导、北斗等技术的成熟，电力市场的逐步放开，增量配电网与配用电领域的新型业务出现，均需制修订更多的技术标准以应对能源结构的深刻变化。2）电力市场化带来了新变化［4］。以输配电价核定、售电市场放开为特征的电力市场改革正在逐步深入［5］，传统单一的电力交易模式（厂网交易）将被多个市场化主体的电力交易模式所取代，如大用户直购电、售电公司参与交易，增量配电网、综合能源服务等新模式、新业态正在蓬勃发展。因此，亟须对电力市场技术支撑平台、交易平台和对外交易服务接口等进行规范统一。3）共性支撑技术提升电网智能化水平［6］。云大物移智、超导材料、电力气象等共性技术的广泛应用，使得智能电网在大电网安全预警、主动配电网的故障重构、机器人/无人机等输变电巡检、信息通信网络安全防护、超导电力设备降损、新能源出力高效预测等方面的技术性能得到显著提升，迫切需要对其在重大示范工程应用和大规模推广进行规范。4）国家电网战略目标重大调整。“十三五”中期，国家电网提出建设世界一流的能源互联网企业的新时代战略目标，年对坚强智能电网建设做出了新的部署，坚强智能电网的技术架构、业务模式、管理方式也将随之发生巨大变化。原有的技术标准体系已经无法适应未来智能电网发展的需要，迫切需要完善和更新。5）国家深化标准化工作改革［7］。顺应国家深化标准化工作改革大局，探索政府主导制定的国家、行业标准与市场自主制定的团体和企业标准协同发展、协调配套的新型技术标准体系构建，以标准创新推进智能电网高质量发展，由单一要素标准建设提升至对“大标准”的全面建设模式，积极发挥标准化对“一带一路”倡议的服务支撑作用，开展国家技术标准创新基地（智能电网）建设工作。
1智能电网相关标准现状
1.1中国智能电网标准体系年，国家电网制定并发布了《坚强智能电网技术标准体系规划》［8］。该标准体系由8个专业分支、26个技术领域、92个标准系列和若干具体标准构成，是一个具备系统性、逻辑性和开放性的层级结构，如图1所示。图1坚强智能电网技术标准体系框架
Fig.1Frameworkoftechnicalstandardsystemforstrongandsmartgrid
同时，为加快智能电网试点工程建设，国家电网选取了部分与智能电网建设密切相关、系统性强、涉及面广、相对重要的22项标准作为首批推荐的核心标准。截至年底，国家电网已发布智能电网相关企业标准项，参与编制国家标准项以及行业标准项，主导立项国际标准68项。受国家能源局委托，中国电力企业联合会联合电工行业，开展了中国智能电网标准体系研究，在国家电网智能电网标准体系的基础上，形成了国家级的智能电网标准体系。年，新一代智能电网关键技术领域标准化项目正式立项，旨在进一步升级或修订现有标准，同时梳理新的标准化需求，确定重点行动计划。1.2国外智能电网标准化工作美国国家标准和技术研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）于年启动智能电网标准体系研究，年1月NIST发布智能电网互操作标准框架和技术路线图（NISTframeworkandroadmapforsmartgridinteroperabilitystandards）1.0版，年2月发布了2.0版［9-10］。在1.0和2.0版中，将智能电网描述为大规模发电、输电、配电、用电、市场、调度和服务提供商7个域，在此基础上构建了智能电网概念模型。NIST在年发布的智能电网互操作标准框架和路线图3.0版中，提出了完善后的概念模型，基于计算机的通信、控制与命令和物理设备相结合形成混合系统，带来了性能、可靠性、灵活性的改善和用户及生产者参与意识的提升。IEC—重新梳理了智能电网标准体系发展路线图，明确了未来5年的核心标准规划，是中国在发展修编新一代智能电网标准体系方面的重要参考资料。ISO/IECJTC1/SC41在ISO/IEC-1（版）中提出了完全定义域的概念模型以及基于IEC的本体建模框架，这对于智能电网实体建模具有一定的参考价值。随着智能电网参与者的增加和新兴技术的发展，系统规模不断扩大，分布式能源资源（distributedenergyresource，DER）数量和类型大幅增加，配电系统的角色不断扩展且物理位置更为中心化，重要性及自动化程度日益提高，NIST智能电网互操作标准框架和路线图4.0版本中的概念模型反映了整个电网中的这些变化，其对系统互操作性要求的相关影响进行了探讨。欧盟智能电网特别工作组描述的智能电网是：可以智能化地集成所有接入其中的用户即电力生产者（producer）、消费者（consumer）和产消合一者（prosumer）的行为和行动，保证电力供应的可持续性、经济性和安全性［11］。欧洲参考NIST的概念模型，结合本地区分布式能源发展状况和运行模式，在NIST提出的7个域基础上，增加了DER域，形成了欧洲智能电网概念模型。1.3国际标准组织及机构的标准化工作国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）为推动全球智能电网标准化工作，于年4月成立了智能电网战略工作组（StrategyGroup3，SG3）。SG3下设3个工作组：路线图工作组、体系工作组和用例工作组［12］。路线图工作组已于年5月完成并发布了IEC智能电网标准路线图（IECsmartgridstandardizationroadmap）1.0版，SG3提出的智能电网标准体系架构，分为应用类和通用类，覆盖13个应用类领域和通信、安全与规划3个通用领域，共计36个标准系列项标准。年3月，SG3推出了2.0版［13］，对概念模型领域的划分吸收了欧洲研究成果，增加了DER域。引入了参考架构模型（SGAM）、用例架构、映射图等标准工具。标准体系架构分为3个大类，分别是电气技术类（含规划等5个域）、系统运行类（含发输配用等19个域）和通用类（含通信等9个域）。架构需求规范IEC-2SGUI也对智能电网用户端架构进行了规范。欧洲智能电网SGAM是目前在智能电网标准化领域应用成熟度较高的参考框架，从区、域、层3个维度梳理了能量流和信息流之间的关系，为新一代智能电网标准体系的修编提供了理论依据。年3月，欧洲电信标准化协会（EuropeanTele