智能电网的信息化体系架构和相关技术研究

杨鸿宾

（国网能源研究院企业战略与管理咨询研究所，北京 100052）

引言

气候变化的挑战和不断增长的电力需求将对世界的电网基础设施产生越来越大的压力。现有电网的主流设计理念是以前遗留下来的，当时能源成本相对低廉、资源丰富，能源行业主要的驱动因素就是满足不断增长的能源需求。而现在世界正处于向新时代过渡的阶段，未来清洁能源是昂贵的，电网需要能够灵活地与低碳技术结合，客户需要更好地了解并控制自身的消费。智能电网技术将为实现更加安全、有效和灵活的能源系统，带来先进的IT和通信技术，包括嵌入式感应、计算和无处不在的通信。智能电网将成为骨干基础设施，创造新的商业模式，包括新的能源管理服务和新的能源价格体系。

1 智能电网体系架构研究

智能电网是一个完整的信息架构和基础设施体系，其目标是实现对电力客户、电力资产、电力运营的持续监视，利用"随需应变"的信息提高电网公司的管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平。与传统的电网相比，智能电网将进一步扩展对电网的监视范围和监视的详细程度，整合各种管理信息和实时信息，为电网运行和管理人员提供更全面、完整和细致的电网状态视图，并加强对电力业务的分析和优化，改变过去基于有限的、时间滞后的信息进行电网管理的传统方式，帮助电网企业实现更精细化和智能化的运行和管理。

根据智能的主要特点:1)可观测一一量测、传感技术;2)可控制一一对观测状态进行控制;3)嵌入式自主处理技术;4)实时分析一一从数据到信息的提升;5)自适应;6)自愈。因此，中国坚强智能电网的基本构架是立足于系统化、体系化、全方位的设计理念，其核心目标要素是既"坚强"又"智能"。其体系主要由发展基础体系、技术支撑体系、智能应用体系、标准规范体系等四大体系构成。中国坚强智能电网有别于国外坚强智能电网建设的显著差异在于，基于特高压骨干电网和协调发展的各级电网、依托集团化运营管理机制、立足政企协同的社会及经济利益目标，全面涵盖发电、电网、用户三大环节，贯穿了规划、设计、建设、生产、运行的全过程，涉及生产、经营、管理的全领域。

中国特色“坚强智能电网”的基本架构可描述为如图1。

发展基础体系：指电网系统的物理载体，是实现“坚强”的重要基础。发展基础体系主要由三大部分组成，一是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的实体电力网络，是整个坚强智能电网的物理载体，是实现坚强智能电网的基础；二是电网支撑站点（包括变电站/换流站、电网储能点、电网补偿点、配网控制点等），是实现坚强智能电网各项应用功能的基础，也是支撑实体坚强智能电网的关键。三是电网设备和满足电网安全经济运行、灵活可靠的各种坚强智能电网装备。上述三者将构成坚强智能电网的物理基础。

技术支撑体系：坚强智能电网实现电力流、信息流、业务流高度一体化的支撑前提在于信息的无损采集、流畅传输、有序应用。各个层级的通信支撑体系是坚强智能电网信息运转的有效载体，是坚强智能电网坚实的信息传输基础。通过充分利用坚强智能电网多元、海量信息的潜在价值，挖掘其背后所蕴含的知识，服务于坚强智能电网生产流程的精细化管理和标准化建设，提高电网调度的智能化和科学决策水平，提升电力系统运行的安全性和经济性。

智能应用体系：坚强智能电网的建设成就，归根结底是要落实在业务应用上。智能应用体系应涵盖发电侧、电网侧、用电侧的相关业务，推动技术创新与进步，促进清洁环保能源发展，提高能源投资及利用效益，增进电网与环境、社会和用户之间的和谐发展。

2 相应的技术研究

通过最大限度利用现代信息技术，结合系统化、层次化的架构，统一规划、运作、控制、管理，建立先进、开放、安全、可靠、灵活并贯穿生产、运行、经营全价值链的信息高度融合、模型高度统一的统一信息支撑平台。从时间、物理、管理等多维度及多层次，为各智能应用提供标准化、多元化、完整、一致的坚强智能电网信息。避免信息失真、信息冗余、信息阻塞、信息互斥等问题。实现电源测、电网侧、用户侧信息的集成、交互和共享，支持坚强智能电网新型业务应用。建设时应考虑或可借鉴的几种技术:

2.1 SOA

新一代的智能电网应满足架构的可扩展性。SOA架构保证系统具有良好的可扩展性.目前面向服务体系结构 (service-orientedarchitecture，SOA)的系统应用日益广泛，SOA是新一代的企业应用架构，它通过业务、技术与管理这3个维度的架构模型，解决了业务、技术和管理的应用问题，从而带来了业务上的灵活性、技术上的高效率和管理上的可治理。基于SOA的系统具有松耦合、便于复用、架构灵活、节约投资及增强业务敏捷性等优点，但是在系统的智能性、实时性方面还难以满足控制系统的要求。

2.2 基于Agent的系统

智能电网还应满足系统模块化.基于A－gent的系统具有很多的优点。系统的每一个功能或者任务(比如每一个IED的管理)，可以封装为一个独立的Agent，从而使系统高度模块化。Agent之间是一种松散的组合，它们之间通信是通过消息的传递而不是通过程序的调用(本地或远程)；同时，由于采用目录服务机制，通过添加新的Agent，系统很容易增加新的功能，而且这些功能可以被其它Agent所用。对于那些本来就具有分布式结构的控制与自动化系统(如电力系统、过程控制等)，特别适合采用多Agent系统体系结构。较之传统的控制系统，这种基于A－gent的系统可以使系统的每一个成员具有更大的自治性。

当前计算机科学发展的一个显著趋势就是计算范型从以算法为中心转移到以交互为中心。Agent是一类粒度大、智能度高、具有一定自主的理性行为的实体，多Agent系统 (multi-agent system，MAS)就是由这样一组彼此间存在着协调、协作或竞争关系的Agent组成的系统。MAS系统试图用Agent来模拟人的理性行为，通过描述Agent之间理性交互而不是事先给定的算法来刻画一个系统。智能Agent是一种技术，但更重要的是一种方法论，它为大规模、分布式和具有适应性的复杂系统的实现提供了一种全新的途径，比如电力系统、智能机器人、电子商务、分布式信息获取、过程控制、智能人机交互、个人助理等等。MAS系统具有很强的伸缩性，而且允许遗留系统之间实现互联和互操作，从而可以最大限度地保护用户资源。

3 结束语

以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的坚强智能电网。实现多元化电源和不同特征电力用户的灵活接入和方便使用，极大提高电网的资源优化配置能力，大幅提升电网的服务能力，带动电力行业及其它产业的技术升级，满足我国经济社会全面、协调、可持续发展要求。

[1]张文亮，刘壮志，王明俊，杨旭升.智能电网的研究进展及发展趋势.电网技术,2009,33(13):1-11.

[2]邓慧琼,李争,孙丽华,候桂祥.智能电网初探.科技创新导报,2009,34:54-55.