摘要：隨著智能配電網(wǎng)的新技術(shù)和設(shè)備供應(yīng)商數(shù)量的不斷增加，整合各設(shè)備供應(yīng)商資源的需求也越來越迫切。
為了提供一個相對穩(wěn)定的框架，滿足工業(yè)界和用戶在效率、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和通用性上的共同需求，并消除技術(shù)障礙，促進(jìn)公平競爭與經(jīng)濟(jì)增長的機(jī)會，根據(jù)智能配電網(wǎng)當(dāng)前的應(yīng)用情況和未來的發(fā)展情況，有必要討論數(shù)據(jù)模型、通信協(xié)議和電網(wǎng)接入的標(biāo)準(zhǔn)化問題。
分布式電源不斷發(fā)展，其中有一部分是可再生能源，它們接入中壓電網(wǎng)后引入了動態(tài)分布網(wǎng)絡(luò)的概念，這就需要更多的數(shù)字化技術(shù)來支持?jǐn)?shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)自動化。
為了更有效地應(yīng)用這些新技術(shù)，需要解決以下關(guān)鍵問題：分布式電源接入網(wǎng)絡(luò)，微型電源與配電網(wǎng)絡(luò)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，協(xié)調(diào)購售電以及輔助服務(wù)的規(guī)程，正常和非正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)監(jiān)控等。歐盟的標(biāo)準(zhǔn)化工作在一些層面上zui大限度地實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的利益，同時(shí)避免了對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的影響。
CIRED2013智能電網(wǎng)工作組的研究報(bào)告認(rèn)為，智能電網(wǎng)方面的標(biāo)準(zhǔn)化問題主要涉及接口規(guī)范，這些規(guī)范將使得系統(tǒng)、設(shè)備和裝置的互操作性成為可能。其中包括：①數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)：電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)化過程和語義;②通信協(xié)議：用于ICT系統(tǒng)和設(shè)備之間的句法和語義理解的通信標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)具有互操作性的ICT架構(gòu);
③并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)一次/二次設(shè)備接入和使用的并網(wǎng)要求。
標(biāo)準(zhǔn)化組織和性活動
在電工技術(shù)領(lǐng)域中，除了標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和電信聯(lián)盟(ITU)之外，電工委員會(IEC)是世界上主要的標(biāo)準(zhǔn)化組織，IEC組織負(fù)責(zé)并發(fā)布所有的電氣、電子及相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。
在層面，有幾種關(guān)于智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的路線圖和部署。IEC SG3(戰(zhàn)略組)制定了一種路線圖，其中包括涉及一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的定義和描述，并提出了有待開發(fā)的建議。在區(qū)域?qū)用?，歐洲、德國、日本和中國也開展了智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的路線圖的研究項(xiàng)目。這些項(xiàng)目都參考了智能電網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工作，如IEC TC 8的“電力供應(yīng)系統(tǒng)方面"，IEC TC13的“電能計(jì)量、計(jì)費(fèi)和負(fù)荷控制"和IEC TC57的“電力系統(tǒng)管理和相關(guān)的信息交換"。
IEC TC8技術(shù)委員會主要負(fù)責(zé)與其他標(biāo)準(zhǔn)委員會協(xié)調(diào)有關(guān)電力供應(yīng)系統(tǒng)方面的標(biāo)準(zhǔn)。作為致力于智能電網(wǎng)相關(guān)主題的委員會，其所關(guān)注的問題主要涉及術(shù)語、電力系統(tǒng)可靠性、并網(wǎng)問題以及能量供應(yīng)特點(diǎn)和智能電網(wǎng)應(yīng)用場景系列等。
IEC TC13技術(shù)委員會主要負(fù)責(zé)計(jì)量設(shè)備和系統(tǒng)方面的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括智能計(jì)量系統(tǒng)的性標(biāo)準(zhǔn)，主要用于電網(wǎng)中和終端用戶的發(fā)電站、網(wǎng)絡(luò)的電能計(jì)量、計(jì)費(fèi)和負(fù)荷控制、客戶信息和付費(fèi)等，以及研究各種計(jì)量測試設(shè)備和方法的標(biāo)準(zhǔn)。
IEC TC57技術(shù)委員會負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)管理及相關(guān)信息交換方面的標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及通信接口、信息安全和數(shù)據(jù)模型規(guī)范等，主要用于電網(wǎng)自動化(保護(hù)、變電站自動化、配電自動化)、DER管理、SCADA、EMS、DMS、市場通信以及電力系統(tǒng)和家居之間的信息交換、建筑及工業(yè)自動化等。IEC TC 57技術(shù)委員會共發(fā)布了127個標(biāo)準(zhǔn)文件。目前還有39個項(xiàng)目處于12個工作組的研發(fā)中。
智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化過程
歐盟的智能電網(wǎng)任務(wù)M/490，是一個正在開展的性智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，見圖1。這個進(jìn)程采用基于應(yīng)用場景驅(qū)動的方法來協(xié)調(diào)各個標(biāo)準(zhǔn)化組織的技術(shù)委員會的工作。這個過程的輸入是各種應(yīng)用案例以及從市場收集到的需求、研究/試點(diǎn)項(xiàng)目以及現(xiàn)場實(shí)施項(xiàng)目。這些應(yīng)用案例就其整體內(nèi)容進(jìn)行分析，并通過應(yīng)用案例庫進(jìn)行管理。然后，將這些應(yīng)用案例映射到智能電網(wǎng)架構(gòu)模型(SGAM)，以便確定其應(yīng)用案例是否受現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)支持，若有差距，就需要研究新的標(biāo)準(zhǔn)。在缺少規(guī)范的情況下，必須以文檔方式記錄相應(yīng)的差距，交給相應(yīng)負(fù)責(zé)的委員會，以備制定新的標(biāo)準(zhǔn)。如果受現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)支持，該標(biāo)準(zhǔn)可以視為適合于智能電網(wǎng)。
圖1 M/490智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化流程
這個過程綜合使用一些越來越多地應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的新方法，其中包括基于應(yīng)用案例需求的工程化方法、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程化方法和基于UML的建模技術(shù)。將應(yīng)用案例作為了解智能電網(wǎng)所需功能的常見手段，其原因在于它們很容易被某個領(lǐng)域的大多數(shù)利益相關(guān)者所了解。這些案例提供了收集并將復(fù)雜系統(tǒng)的需求程式化(一定程度上)的途徑，這些需求包括從用戶需求到解決方案的規(guī)范等。通過一個相關(guān)序列圖，應(yīng)用案例可以及時(shí)顯示其交互功能和服務(wù)，從而對接口規(guī)范提出相應(yīng)的要求。系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)該能夠顯示一個復(fù)雜系統(tǒng)中各元素的相互作用，相互關(guān)系和依賴關(guān)系。
數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)可以在智能電網(wǎng)架構(gòu)模型的信息層表示。將數(shù)據(jù)模型從通信協(xié)議和技術(shù)中解耦的概念，被越來越多地應(yīng)用于電力系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作中。通過引入的數(shù)據(jù)模型和通信服務(wù)之間的適配層[如IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中的抽象通信服務(wù)接口(ACSI)]，這使得可以靈活地應(yīng)用不同的通信技術(shù)。這一技術(shù)的獨(dú)立性可確保數(shù)據(jù)模型的長期穩(wěn)定，也為配合和利用通信技術(shù)的發(fā)展提供了可能性。
智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)可以分為四個語義域，其中包括收益計(jì)量和需求響應(yīng)。
1)公共信息模型(CIM)的語義域，涵蓋一系列標(biāo)準(zhǔn)，例如IEC 61970，IEC 61968和IEC 62325(zui后一個是特定的能源市場交易模型)。
2)IEC 61850的語義域，覆蓋現(xiàn)場層面的整個供電側(cè)，在不久的將來，也將包括電動汽車充電站和智能用戶接口的連接。
3)電量計(jì)量配套規(guī)范(COSEM-IEC 62056)的數(shù)據(jù)交換模型主要為收益計(jì)量。
4)需求響應(yīng)的數(shù)據(jù)交換模型，目前由IEC TC57 WG21工作組開發(fā)，致力于智能電網(wǎng)的智能用戶接口。
智能電網(wǎng)中的應(yīng)用案例越來越多地涉及不同語義域的數(shù)據(jù)交換。為了使用標(biāo)準(zhǔn)來支持這個現(xiàn)象，IEC成立了專門的聯(lián)合工作組，以便開發(fā)在IEC61850、CIM和COSEM數(shù)據(jù)模型之間進(jìn)行互操作的規(guī)范。
通信協(xié)議
通信協(xié)議了在系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的語法格式和規(guī)則。在智能電網(wǎng)語境下，通信協(xié)議定義了基于數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)的信息是如何在智能電網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)備和部件之間進(jìn)行交換的。在智能電網(wǎng)應(yīng)用中，需要考慮一些特定的非功能性需求，如網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性、服務(wù)質(zhì)量以及共存等。
通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)分為被公布為標(biāo)準(zhǔn)(IS)、技術(shù)規(guī)范(TS)、技術(shù)報(bào)告(TR)或是在編制中的標(biāo)準(zhǔn)。除了這些*的標(biāo)準(zhǔn)外，也有在區(qū)域中使用的規(guī)范，如DNP3和Modbus協(xié)議。
目前，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的工作重點(diǎn)是從變電站之外到客戶/生產(chǎn)商接口的大量部署方案以及在DER管理中的應(yīng)用案例。對于這類Web服務(wù)技術(shù)，目前正在研究其標(biāo)準(zhǔn)化問題。
并網(wǎng)規(guī)范
在現(xiàn)場層面，并網(wǎng)連接通過協(xié)同為利益相關(guān)者創(chuàng)造了各種附加值，例如，由于考慮了各種環(huán)境因素，使得電價(jià)可以靈活地適應(yīng)發(fā)電和負(fù)荷的變化;而且市場能夠更好地應(yīng)對價(jià)格的波動等。
分布式發(fā)電設(shè)備的并網(wǎng)要求在一些國家或配電公司可能是非常復(fù)雜的，目前還沒有出現(xiàn)*的標(biāo)準(zhǔn)，可用于指導(dǎo)可再生能源和其他小型發(fā)電、儲能資源并入電網(wǎng)。
在國家層面，IEEE針對并網(wǎng)問題開發(fā)了一系列標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 1547“分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)"，該標(biāo)準(zhǔn)提供了有關(guān)并網(wǎng)的性能、運(yùn)行、測試、安全條件和維護(hù)等。標(biāo)準(zhǔn)系列中的附加標(biāo)準(zhǔn)涉及各種條件，如并網(wǎng)系統(tǒng)測試、應(yīng)用、監(jiān)測、信息交換和控制、孤島運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。IEEE 1547系列的提供了更多的信息。
歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50160、EN 50438和EN 50439提供了微型發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的要求。歐洲委員會ENTSO-E(歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò))起草了2012 年及以后的網(wǎng)絡(luò)法規(guī)，其中包括適用于所有發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)要求。
歐盟開展了一系列制定統(tǒng)一的分布式能源并網(wǎng)要求和標(biāo)準(zhǔn)的活動。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織CEN/CENELEC則通過技術(shù)委員會TC8X(CLC/TC8C)進(jìn)行其工作。
zui值得我國借鑒的是，歐洲的智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化過程，或者研究新標(biāo)準(zhǔn)的四個關(guān)鍵步驟。*是收集廣泛的案例，而不是閉門造車;第二是對所有案例進(jìn)行整體分析，而不是以偏概全;第三是將對所有案例進(jìn)行映射分析[將這些應(yīng)用案例映射到智能電網(wǎng)架構(gòu)模型(SGAM)]，而不是生搬硬照;第四是確認(rèn)研發(fā)新標(biāo)準(zhǔn)的必要性，而不是為創(chuàng)新而創(chuàng)新。
我們經(jīng)常說*的企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)，但是我們更需要掌握*的制定標(biāo)準(zhǔn)的過程。因此，建議我國相關(guān)部門盡快通過建立智能電網(wǎng)項(xiàng)目的案例庫，通過對所有案例整體分析以及在架構(gòu)模型下的分析，確定新舊標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系、確定標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的必要性。
任何給定業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)交換模型的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程都與標(biāo)準(zhǔn)化、一致性的測試程序相關(guān)，這些程序保證了兼容性，可贏得公眾的信任與支持。
這些標(biāo)準(zhǔn)的制定旨在提供一個相對穩(wěn)定的框架，滿足工業(yè)界和用戶在效率、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和通用性上的共同需求，并消除技術(shù)障礙，促進(jìn)公平競爭與經(jīng)濟(jì)增長的機(jī)會。對于*的智能電網(wǎng)來說，越早實(shí)施相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取得成功的幾率就越高。
作者簡介：
范明天，博士，教授，研究領(lǐng)域?yàn)槌鞘须娋W(wǎng)規(guī)劃、城市電網(wǎng)應(yīng)急管理、配電自動化規(guī)劃、優(yōu)化計(jì)算方法等。張毅威，博士，副教授，研究領(lǐng)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制、智能配電網(wǎng)。張祖平，碩士，教授，研究領(lǐng)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行分析、電力系統(tǒng)分析數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法、特高壓大電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、城市電網(wǎng)規(guī)劃方法等。曹其鵬，本科，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)。
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