智能电网体系结构

2009年第3卷第2期南方电网技术特约专稿2009，V ol. 3，No.2 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY FeaturedArticles 文章编号：1674-0629(2009)02-0001-05 中图分类号：TM73; TM933 文献标志码：A智能电网的技术组成和实现顺序余贻鑫（天津大学电气与自动化工程学院，天津300072）提要：概述了现代电网的目标、特征、主要技术组成和实现顺序等问题。

智能电网研究的4大目标是：实现电网安全稳定运行；使分布式电源得到有效的利用；提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。

在技术上智能电网通过高级量测体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）之间的密切配合实现上述目标。

发展智能电网的顺序会影响成本和效益，一般情况下 AMI 是电网智能化的第一步，在对电能质量要求高的地方可以试点ADO。

灵活的可重构的配电网络拓扑和集成的能量与通信系统IECSA是未来智能电网的基础，所以城市电网规划阶段需要有长远考虑。

关键词：智能电网；高级量测体系；高级配电运行；高级输电运行；高级资产管理Technical Composition of Smart Grid and its Implementation SequenceYU Yi-xin(School of Electrical and Automation Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: The objectives, features, main technical composition of the modern power grid and its implementation sequence are brieflydiscussed. The four major objectives of smart-grid development are to achieve safe and stable operation of power grid, to enabledistributed generation with great efficiency, to improve the utilization of the grid’s assets, and to provide power for consumers withhigher efficiency, reliability and quality. These objectives can technitically reach through the smart grid with close cooperation of theAMI, ADO, ATO and AAM. The costs and benefits of smart-grid development are depending on its implementation sequence, andthus the first step of smart-grid development is generally AMI while ADO is proposed to test in areas of high power qualityrequirement. It is suggested that even at the planning stage of a urban power grid, its long-term development should be taken intoaccount as the flexible and reconfigurable distribution-network topology and the integrated energy and communication systemarchitecture (IECSA) are the foundation of any smart-grid.Key words: smart-grid; advanced metering infrastructure; advanced distribution operation; advanced transmission operation;advanced asset management1 智能电网概述近来国际上，特别是在北美和欧洲关于“智能电网”的研究和讨论很热[1−9]。

电力行业智能电网与储能方案第1章智能电网概述 (3)1.1 智能电网的定义与发展历程 (3)1.1.1 定义 (3)1.1.2 发展历程 (3)1.2 智能电网的架构与关键技术 (4)1.2.1 架构 (4)1.2.2 关键技术 (4)1.3 智能电网在我国的发展现状与趋势 (4)1.3.1 发展现状 (4)1.3.2 发展趋势 (4)第2章储能技术及其在智能电网中的应用 (5)2.1 储能技术的类型及特点 (5)2.2 储能技术在智能电网中的应用场景 (5)2.3 储能系统设计与优化 (5)第3章智能电网通信技术 (6)3.1 智能电网通信体系结构 (6)3.1.1 层次结构 (6)3.1.2 技术架构 (6)3.1.3 关键组成部分 (7)3.2 通信技术在智能电网中的应用 (7)3.2.1 有线通信技术 (7)3.2.2 无线通信技术 (7)3.2.3 光通信技术 (7)3.3 电力系统通信网络安全 (7)3.3.1 网络安全风险 (7)3.3.2 安全防护策略 (7)3.3.3 安全技术发展 (8)第4章智能电网调度与控制 (8)4.1 智能电网调度自动化系统 (8)4.1.1 系统架构 (8)4.1.2 关键技术 (8)4.2 智能电网控制策略与方法 (8)4.2.1 控制策略 (8)4.2.2 控制方法 (8)4.3 储能在智能电网调度与控制中的应用 (9)4.3.1 储能系统在调度中的应用 (9)4.3.2 储能系统在控制中的应用 (9)4.3.3 储能系统在微网调度与控制中的应用 (9)第5章分布式发电与微电网 (9)5.1 分布式发电技术概述 (9)5.1.1 分布式发电的定义与分类 (9)5.2 微电网结构与运行控制 (10)5.2.1 微电网的定义与结构 (10)5.2.2 微电网的运行控制策略 (10)5.3 储能在分布式发电与微电网中的应用 (10)5.3.1 储能技术的选择与配置 (10)5.3.2 储能在微电网中的应用 (10)5.3.3 储能在分布式发电中的应用 (10)第6章电力市场与需求侧管理 (11)6.1 电力市场概述 (11)6.2 需求侧管理策略与方法 (11)6.3 储能在电力市场与需求侧管理中的作用 (11)第7章智能电网设备与传感器技术 (12)7.1 智能电网关键设备 (12)7.1.1 智能变电站 (12)7.1.2 分布式发电设备 (12)7.1.3 储能设备 (12)7.1.4 智能配电网设备 (12)7.2 传感器技术在智能电网中的应用 (12)7.2.1 电力系统监测 (12)7.2.2 故障诊断与预测 (12)7.2.3 电能质量监测 (13)7.2.4 分布式能源接入 (13)7.3 智能电网设备与传感器技术的发展趋势 (13)7.3.1 集成化与智能化 (13)7.3.2 信息化与网络化 (13)7.3.3 安全性与可靠性 (13)7.3.4 绿色环保与可持续发展 (13)第8章智能电网大数据与云计算 (13)8.1 智能电网大数据技术 (13)8.1.1 大数据概述 (13)8.1.2 智能电网大数据架构 (13)8.1.3 智能电网大数据处理技术 (14)8.2 云计算在智能电网中的应用 (14)8.2.1 云计算概述 (14)8.2.2 智能电网云计算平台架构 (14)8.2.3 云计算在智能电网中的应用实例 (14)8.3 智能电网数据安全与隐私保护 (14)8.3.1 智能电网数据安全 (14)8.3.2 智能电网隐私保护 (14)8.3.3 智能电网数据安全与隐私保护实践 (14)第9章智能电网与新能源接入 (14)9.1 新能源发电技术概述 (14)9.1.1 新能源概念与分类 (14)9.1.3 太阳能发电技术 (14)9.1.4 生物质能发电技术 (14)9.1.5 水力发电技术 (15)9.1.6 地热发电技术 (15)9.2 新能源并网关键技术 (15)9.2.1 新能源并网概述 (15)9.2.2 新能源并网控制策略 (15)9.2.3 新能源并网稳定性分析 (15)9.2.4 新能源并网对电网的影响 (15)9.2.5 新能源并网适应性改进措施 (15)9.3 储能在新能源接入中的应用 (15)9.3.1 储能技术概述 (15)9.3.2 储能在新能源发电侧的应用 (15)9.3.3 储能在新能源电网侧的应用 (15)9.3.4 储能在新能源用户侧的应用 (15)9.3.5 储能系统在新能源接入中的优化配置 (15)9.3.6 储能技术在新能源接入中的前景与挑战 (15)第10章智能电网与电动汽车 (15)10.1 电动汽车发展概况 (15)10.2 电动汽车与智能电网的互动 (15)10.2.1 电动汽车作为电网的储能设备 (15)10.2.2 电动汽车参与电网需求响应 (15)10.2.3 电动汽车与可再生能源的协同 (16)10.3 储能在电动汽车与智能电网中的应用前景 (16)10.3.1 电动汽车储能系统的技术发展趋势 (16)10.3.2 电动汽车储能系统在电网中的应用场景 (16)10.3.3 电动汽车储能系统的商业模式创新 (16)10.3.4 政策与市场环境对电动汽车储能应用的影响 (16)第1章智能电网概述1.1 智能电网的定义与发展历程1.1.1 定义智能电网，即智能化、自动化的电力系统，是传统电网与现代信息技术、通信技术、控制技术相结合的产物。

智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网 2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。

[编辑本段]基本简介智能电网概念的发展有3个里程碑：第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。

IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。

该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。

是IBM一个市场推广策略。

第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。

可以看出美国政府的智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提高能源利用效率。

智能电⽹试题第⼆轮次（选择、判断）⼀、填空题（每题1分，共60分）1、智能电⽹是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和⾃动控制技术与能源电⼒技术以及电⽹基础设施⾼度集成⽽形成的新型现代化电⽹。

2、智能电⽹具备的主要特征是：坚强、⾃愈、兼容、经济、集成、优化。

3、智能电⽹是电⽹技术发展和社会经济发展的必然选择。

4、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，以通信信息平台为⽀撑，具有信息化、⾃动化、互动化特征的现代电⽹。

5、坚强智能电⽹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，实现了“电⼒流、信息流、业务流”的⾼度⼀体化融合。

6、坚强的内涵是指具有坚强的⽹架结构、强⼤的电⼒输送能⼒和安全可靠的电⼒供应。

‘7、特⾼压输电具有远距离、⼤容量、低损耗、⾼效率的优势。

8、坚强智能电⽹的发展，使得电⽹功能逐步扩展到促进能源资源优化配置、保障电⼒系统安全稳定运⾏、提供多元开放电⼒服务、推动战略性新兴产业发展等多个⽅⾯。

9、建设坚强智能电⽹将促进特⾼压、柔性输电、经济调度等先进技术的推⼴和应⽤，降低输电损失率，提⾼电⽹运⾏经济性。

10、建设坚强智能电⽹可以显著提⾼电⽹对清洁能源的接⼊、消纳和调节能⼒，有⼒地推动清洁能源的发展。

11、智能发电的发展⽬标是通过深⼊研究和应⽤⽹⼚协调技术、风电及太阳能发电并⽹技术和⼤容量储能技术，促进电源结构优化，适应清洁能源规模化发展。

12、智能发电主要涉及常规能源、清洁能源和⼤容量储能应⽤等技术领域。

13、在清洁能源⽅⾯，智能电⽹主要开展风电场、光伏电站的建模、系统仿真、功率预测和并⽹运⾏控制等先进技术的研发及推⼴应⽤。

14、与⼴泛使⽤的常规能源（如煤、⽯油、天然⽓、⽔能等）相⽐，新能源是指在新技术基础上开发利⽤的⾮常规能源，包括风能、太阳能、海洋能、地热能、⽣物质能、氢能、核聚变能、天然⽓⽔合物能源等。

15、并⽹型风⼒发电系统是指风电机组与电⽹相联，向电⽹输送有功功率，同时吸收或者发出⽆功功率的风⼒发电系统。

高级计量体系(AMI)智能电网：以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。

（来自论文发表网）智能电网主要由4 部分组成：1）高级量测体系（advanced metering infrastructure，AMI）；2）高级配电运行（advanced distribution operation，ADO）；3）高级输电运行（advanced transmission operation，ATO）；4）高级资产管理（advanced asset management，AAM）。

AMI作为智能电网最核心、最关键、最基础组成部分。

AMI由4部分组成：智能电表；广域通信网络；量测数据管理系统；户内网络分为以上四层实现电力用户与电网公司之间能量流、信息流、业务流双向互动的新型供用电关系。

1. AMI功能简述AMI是英文Advanced Metering Infrastructure的缩写，翻译为高级(或先进)智能量测系统(或架构)。

AMI是一套完整的包括智能电表、先进通讯网络、采集器与集中器、后台软件的系统，它能够利用双向通信系统和记录有用户详细负荷信息的智能电表，定时和即时获得用户带有时标的多种计量值，如用电量，用电需求，电压，电流等信息，同时向用户端发布命令和信息，与用户建立紧密联系。

主要的功能体现为：改进客户服务、停电管理、窃电监测、线损监测、远程连接/断开用户、电能质量管理、负荷预测、远程改变计量参数、远程升级仪表固件、预付电费购电、电价/事件信息通知，因此AMI是在智能电表和电网公司之间的一种自动双向流通的架构。

2 AMI组成及特点AMI系统架构即AMI计量主站系统设备为：数据集中器，通信通道，智能电表，及用户户内网络。

是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络和系统。

2012-7-8AMI国际标准和国标AMI国际标准和国标2012-7-8需要中国电能计量专家专题研究和制定长远规划、相应的技术规范和执行的标准，总结欧美发达国家AMI成功案例和失败教训，设立目标逐步实施，建立一套真正适合中国国情的AMI系统。

智能电网的高级量测体系结构智能电网的高级量测体系结构是电力系统现代化的关键组成部分，它通过集成先进的测量技术、通信技术和信息技术，实现了电网的智能化管理。

以下是关于智能电网高级量测体系结构的详细分析。

一、智能电网高级量测体系结构概述智能电网的高级量测体系结构（AMI，Advanced Metering Infrastructure）是一套集成了智能电表、通信网络和数据管理系统的系统。

它不仅能够实现电能的精确计量，还能提供实时的用电数据，为电网的运行和维护提供强有力的数据支持。

1.1 智能电表智能电表是高级量测体系结构的核心，与传统电表相比，它具有双向通信能力，能够实时地将用电数据发送给电网运营商，同时也能接收来自电网的控制信号。

1.2 通信网络通信网络是连接智能电表和数据管理系统的纽带。

它采用多种通信技术，如无线通信、电力线载波通信等，确保数据的实时传输和高可靠性。

1.3 数据管理系统数据管理系统是高级量测体系结构的大脑，它负责收集、存储和分析智能电表上传的数据，为电网的运行和维护提供决策支持。

二、智能电网高级量测体系结构的关键技术智能电网的高级量测体系结构涉及多项关键技术，这些技术共同支撑着系统的高效运行。

2.1 智能电表技术智能电表技术包括高精度计量技术、低功耗设计、安全认证机制等。

这些技术确保了电表的准确性、可靠性和安全性。

2.2 通信技术通信技术是实现数据实时传输的基础。

它包括无线通信技术、有线通信技术、电力线载波通信技术等，这些技术各有优势，可根据实际需求选择最合适的通信方式。

2.3 数据处理技术数据处理技术包括数据采集、数据存储、数据分析等。

高效的数据处理技术能够快速响应电网的运行需求，为电网的优化运行提供数据支持。

2.4 安全技术安全技术是保障智能电网稳定运行的重要保障。

它包括数据加密技术、访问控制技术、入侵检测技术等，这些技术共同构成了智能电网的安全防护体系。

三、智能电网高级量测体系结构的实现与应用智能电网高级量测体系结构的实现是一个系统工程，涉及到硬件部署、软件开发、系统集成等多个环节。

大数据、物联网、云计算等互联网相关技术的蓬勃发展，给智能配电网升级带来了机遇。

文章首先分析了智能配电网的新特征，包括智能配电网的内涵以及外延;然后探讨了智能配电网的体系架构设计需要考虑的问题，包括基本的设计原则、IEC核心标准驱动的体系架构设计等方面。

对智能配电网的体系架构设计进行探讨，有利于实现未来配电网乃至能源互联网之间的互联互通。

0 引言智能配电网(smart distribution network)是智能电网的重要组成部分，是智能电网研究的一个热点，也是智能电网研究和发展最为活跃的领域之一。

智能电网相对于传统电网产生的最大变革可能体现在配电网，智能配电网允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微电网的运行，并鼓励各类不同电力用户积极参与电网互动：①在电力流上，由于分布式电源的接入点处于配电网，因此会导致配电网出现双向电力潮流，配电网的调度控制和运检管理更趋向于输电网;②在信息流上，智能电网的信息集成和信息安全真正需要突破的瓶颈和难点也在配电网上，配电自动化建设既面临信息交互技术上的难关，也面临管理变革的不适应;③在业务流上，配电网处于中间环节，上下已经形成系统，既面临配电自动化没有形成运行管控的局面，也面临着双向互动服务的压力。

大数据、物联网、云计算、信息与物理融合等互联网相关技术的蓬勃发展，在带动一大批新技术的同时，也给智能配电网的升级改造带来了机遇。

智能配电网架构考虑了一系列系统未来运行的可能性，已超出了将电能输送到终端设备的范围，扩展到了从集中发电系统到用户终端电源设备及分布式电源的广泛运行环境，提出了应用互联网技术最大限度地实现互联互通和资源共享。

本文对智能配电网体系架构设计进行了探讨，使其能够满足未来的需求，增强能源服务系统间交互和融合的开放性和安全性。

1智能配电网的新特征智能配电网是一个配电自动化完全覆盖下的配电网络，配电自动化管控配电网设备的拓扑连接关系和连接在网络中每个设备的运行效率，它可以感知到每一个设备的非健康状态和故障状态，自动获取电网的关键节点越限变化数据和生产能效分析统计信息，依据配电网供电可靠性要求，自动化检测出非健康配电设备的状态并提出或执行自愈方案，将故障排除在萌芽之中;如果发生故障可以自动化检测出故障、定位到故障位置、隔离故障区间，提出或执行非故障区域的供电方案。

智能变电站自动化系统体系结构探索摘要：智能变电站一体化监控系统是按照全站信息数值化、通信平台网络化、信息共享标准化的基础要求，通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用等高级应用功能。

是大运行体系建设的基础，是备用调度体系建设的基础。

本文通过全面解析智能变电站一体化监控系统，为日后的运行管理提供借鉴。

关键词：智能电网；变电站；一体化系统；体系结构中图分类号：TM63；TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014）06-0000-02智能电网是当今世界电力乃至能源产业发展变革的最新动向，代表着未来发展的方向和社会的进步。

智能变电站是智能电网的重要环节，随着变电站自动化系统技术的发展和硬件水平的不断提高，变电站自动化系统，一直朝设备集成度越来越多，模拟电缆越来越少的过程。

智能变电站自动化系统是变电站的核心部分，它由一体化监控系统和输变电设备状态监测、辅助设备、时钟同步、计算等共同构成，它是运行、保护和监视变电站一次设备系统，完成变电站的设备及其反馈线监视、控制、保护等功能。

一体化监控系统是智能电网调度控制和生产管理的基础。

一、智能变电站自动化系统结构（一）网络总体结构变电站自动化系统是运行、保护和监视变电站一次设备的系统，完成变电站的设备及其馈线监视、控制、保护等功能。

变电站自动化系统采用开放式分层分布结构，由“三层二网”构成。

（二）站控层站控层德主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内的所有相关信息，具体如下：（1）汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登陆、填写历史数据库。

（2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接受调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。

（3）监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式，生成监控数据库的同时即可完成远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置，提高变电站的维护效率。