中国电工行业智能电网设备标准化建设构想

2010-08-16方晓燕姚致清贺春果岩

电器工业 2010年1期

方晓燕姚致清贺春果岩

引言

智能电网的出现，引起了国家、电力企业、制造企业等方方面面的关注，但是智能电网是一项庞大的系统工程，需要从国家层面、行业层面进行良好的规划和组织，使得我们国家的智能电网建设能够有序、高效地研究、开展下去。作为中国电工行业的组织机构中国电器工业协会也在积极探索一条适合国情的智能电网发展道路。

作为一项大的系统工程，作为一项对全世界来说都是新课题的智能电网面前，没有成熟的经验可供我们参考，各个国家、地区，各个科研组织机构都在积极地开展工作，美国在能源部的推动下，以NIST（美国标准与技术研究院，National Institute of Standard and Technology）为主要组织机构建立了智能电网研究实体，与此同时IEEE（美国电气电子工程师学会，Institute of Electrical and Electronic Engineers）也在从标准化的角度建立了SCC2010计划，从另外一个体系开展智能电网研究。欧洲在2004年第一届可再生能源集成与分布能源国际会议上，工业投资者和研究机构建议成立未来电网技术平台。由此开始规划未来欧洲电网发展，在2005年开始进行未来智能电网欧洲技术平台工作，它的目标就是形成未来2020年欧洲电网规划并推动技术发展。研究这些国外智能电网建设经验，是为了通过对比，寻找到适合中国国情，并与国际智能电网技术能够紧密融合的发展道路。

随着智能电网研究的开展，IEC（国际电工委员会，International Electrotechnical Commission）也开始密切关注这一国际性课题，于2008年决定成立IEC SMB SG3（智能电网战略专家组），开始进行智能电网标准体系研究、建设工作。

中国于2008-2009年开始了智能电网研究工作，2009年4月24日，中国国家电网公司总经理刘振亚在剑桥能源研究协会与美国能源协会共同举办的“更坚强的电网—中国与美国展望”会议上发表主旨演讲，并提出了建设中国特色的“坚强智能电网”。

围绕这一目标，国家电网成立了智能电网部，开始了智能电网研究、建设工作。

中国电器工业协会于2009年开始进行智能电网工作，在风电、太阳能发电等方面已经开始了先期的研究和标准化工作，并取得了许多阶段性成果。

为了能够更好地组织中国电工行业的电力装备制造企业更好地参与智能电网建设，使我们的工作能够更加有效率，特此撰写此文章，通过总结国内外同行的智能电网建设经验，结合中国电工行业实际情况，提出了中国电工智能电网设备标准化建设思路，希望引起读者的共鸣。

什么是智能电网？

参考《欧洲电网技术平台》中的定义：智能电网是一个智能地集成所有与之相连的用户的电力网络，从发电机一直到消费者等各个环节，为了有效地交付可持续的、经济的和安全的电力供应。

一个智能电网使用带有智能监视、控制、通信和自治愈等技术的新产品和服务，可以：

更好地推动各种规模发电厂和技术的互连和运行；

使消费者在优化系统运行起重要作用；

给消费者提供更多电力供应信息和选择；

极大地减少环境对整个电力供应系统的影响

发送更高可靠性和安全性的电力供应。

智能电网的实施不仅涉及技术、市场、商务、环境影响、政策框架、标准使用ICT(信息和通信技术)、移植政策，也包括社会需求和政府法令。

国外智能电网研究和标准化状况

智能电网是一个影响面广，影响程度深的巨大的系统工程，如何开展智能电网工作，从哪里着手，如何进行相关工作，这些都是我们需要思考的问题。在做出工作计划之前，首先看看国内外同行是如何开展相关工作的。

IEC智能电网工作开展情况

2008年在巴西圣保罗SMB第133次会议上同意成立智能电网战略专家组SG3，主要责任就是开发一个智能电网框架，包括首先实现的智能电网设备和系统实现互操作需要的协议和模型标准。

2009年2月在韩国首尔SMB134次会议上，向SMB汇报了工作组组成情况以及工作组状态报告：

工作组召集人，Richard Schomberg法国人

工作组秘书Peter，IEC北美地区中心

工作组成员来自BR, CH, CN, DE, FR, GB, IT, JP,KR, SE , US等11个国家

2009年4月29-30日在法国巴黎召开第1次工作组会议，IEC希望为全球的智能电网项目提供“一站式”服务，建立智能电网框架。

目前，与智能电网相关标准信息收集工作第1阶段基本结束，目前正在制定智能电网发展框架。

Eckardt Günther为SG3准备了一个名为“IEC Standardization Smart Grid”的材料，已经在前期工作基础上开始了更加深入的研究性工作。目前这个文档已经作为IEC SG3技术参考文档，SG3希望这个文档能够成为国际标准。

2009年11月28-29日，在美国丹佛召开了工作组第2次会议，重点讨论了十项决定，作为下一步SG3开展工作的重点内容，同时对IEC Standardization Smart Grid中的内容进行了修改和调整，同时也增加了一些新内容。

与此同时，IEC网站上设立了智能电网主题板块，发布智能电网研究最新进展情况。http://www.iec.ch/zone/smartgrid/grid_entry.htm。 SG3建议IEC中央办公室能够在网站方面做更多的工作，例如建立wiki（一种技术论坛）等，加强IEC与世界各国、各行各业的技术交流。

NIST活动情况

为了更快地配合智能电网发展需要，NIST推出了加速过程的计划，奥巴马政府最高优先级的工作之一就是加速开发智能电网，通过美国恢复和再投资法案（the American Recovery and Reinvestment Act）基金为实现智能电网提供巨大的“跳跃式开始”（jump start）的机会。NIST认识到加速标准开发过程的重要性，就是采取有闯劲的行动来响应这个重要的国家需要。

NIST新成立的国家智能电网互操作协调办公室在国家层面明显地加强了领导，责任的重点就是管理NIST智能电网资源以确保成功。2009年4月，这个新办公室启动了一个3阶段工作计划，加速开发、推动能电网互操作标准的广泛采用。

在过去的几年中，NIST开始了建立智能电网互操作的工作，完成了如下工作内容：

与DOE的GridWise结构委员会（GWAC）合作，GWAC是DOE的一个正式组织机构，由电力用户和供应商组成，NIST建立了领域专家工作组（DEWGs），成员来自100多个组织，领域包括：

● 输配电

● 智能建筑

● 智能工业

● 智能家庭

● 商业和政策

组成了交叉的计算机安全协调工作组来应对重叠的挑战。

与GWAC合作，NIST已经向利益相关者表示了开发框架的计划，鼓励他们多提供信息，帮助NIST对智能电网方面重要的商业对象和障碍进行重要性分级。一个必要的步骤就是安排标准路线图，NIST正在评估智能电网互操作目前的状态以及利益相关者所计划的活动。

与电力工业利益相关者合作，NIST正在建立一个商业用例套件，帮助指导标准的开发。

开始开发互操作知识库，推动信息共享和进一步取得智能电网标准、分类、接口和术语的共识。

NIST制定了一个三阶段工作计划：

● 组织利益相关者公开参与确定可适用的标准，弄清可用标准目前的差距以及新标准制定的优先级

● 建立一个正式的公众-私人合作关系，推动长期发展过程

● 开发、实现测试和认证框架

另外NIST还推出了一个优先工作表，希望在如下领域加快工作。（见表1）

目前NIST推出了《智能电网互操作框架1.0版》，其中提出智能电网视图和参考模型，确定了77个标准和15个优先行动计划，来弥补现有标准与实际需要的差距，并做好智能电网互操作方面的研究工作。

2009年根据能源独立安全法案的指导原则，NIST建立了一个协作的框架，称为SGIP（智能电网互操作工作组，Smart Grid Interoperability Panel）。目前，NIST大部分的活动都集中在SGIP身上，SGIP是一个开放的组织，由EnerNex公司为主成立，进行基本的维护和组织工作，依靠自愿加入的成员开展工作，他为所有的利益相关者提供一个发言的平台，也为NIST的智能电网工作提供输入信息。同时也合作、加速并协调智能电网的标准化工作。

SGIP不直接参与标准的制订工作，他为利益相关者提供一个平等交流的平台，评审用例，确定需求，配合一致性测试，并为实现这些目标提出行动计划。

表1 SGIP优先行动计划表

图1 SGIP组织机构图

上图是SGIP的组织机构图，分成管理委员会和SGIP工作组，管理委员会由利益相关成员组、SGIP常设委员会等组成。

成员分为2类，一类是投票成员，一类是观察员。差别就是有没有投票权。

少数服从多数是这个组织的核心价值观。

NIST的智能电网研究经验和做法非常值得我们学习和参考。

IEEE活动情况

IEEE成立了IEEE SCC21 P2030工作组，主题就是智能电网，围绕这个目标成立了三个工作组

● TF1：电力工程技术，下面又分7个小组

● TF2：信息技术

● TF3：通信技术

目前各个工作已经启动，正在进行相关技术研究，许多工作组制定工作目标和预期成果，不同小组采用了不同的研究路线，有的正在做术语列表，有的做技术体系分解。

智能电网欧洲技术平台

欧洲在2004年第一届可再生能源集成与分布能源国际会议上，工业投资者和研究机构建议成立未来电网技术平台。由此开始规划未来欧洲电网发展，在2005年开始进行未来智能电网欧洲技术平台工作，它的目标就是形成未来2020年欧洲电网规划并推动技术发展。

这个平台开始的工作范围就是提高欧洲输配电系统的效率、安全性和可靠性，消除大规模集成配网与可再生能源的障碍，符合FP7中智能能源网络建议的优先级。

这个平台的目标就是：

● 开发一个共享视图，鼓励多方参与；

● 确定研究需求并为不断增加的公共、私人在电网方面的研究成果提供支持；

● 规划正在进行的研究项目，以及新欧洲、国家和地区输配电系统项目；

● 针对下一步的行动、战略研究议程的实现和部署计划给出结论和建议。

智能电网欧洲技术平台的组织机构如下：

图2 智能电网欧洲技术平台组织机构图

这个组织机构的核心就是管理咨询委员会（AC），并通过管理集团（EG）来推动工作开展，另外建立了与各个国家沟通的成员国镜像组（Mirror Group）,在管理层下有4个工作组：

● 电网资产

● 电网运行

● 需求和计量

● 发电和存储

电工行业参与国际智能电网情况

2009年3月26-27日，中国电器工业协会与美国电气制造商协会NEMA在北京举行了中美智能电网标准与技术研讨会，这是中国电器工业协会开始进行智能电网标准化研究的里程碑，标志着中国电工行业开始从传统设备制造向现代智能电网设备的过渡。

电工行业智能电网设备专家工作组副组长贺春作为IEC/SMB/SG3智能电网战略工作组专家成员，也积极参与到了NIST/SGIP的智能电网推进工作中。并参加了2009年11月17—19日在美国丹佛举行的Grid_Interop2009智能电网国际会议，下面是参加这次会议后的感受。

开放性

SGIP组织是一个完全开放的，你可以参加任何一个你关注的工作组或者利益相关者组织，你可以竞选任何一个工作组组长职位，每个小组的会议都可以通过网络或者电话参与，从而获得更加广泛的意见和建议。

智能电网互操作是智能电网系统建设的关键，设备之间的互操作在深层次上反映出来的是国家、组织和人的互操作性，以及商业模式的互操作性，因此一个开放的组织构架是保证智能电网互操作非常重要的保证。

充分考虑各方利益，是智能电网建设的关键

在SGIP的组织结构中，有一个利益相关者成员组，具体有如下22个利益相关者组织。

电器和消费者电子供应商

商业和工业设备制造与自动化集成商

住宅、商业和工业消费者

电动汽车、工业利益相关者

电力公司—投资者拥有的公共事业和公众拥有的公共事业

电力公司—市政所有

电力公司—农村电力联合会

电力和商业市场交易者（包括组织）

独立电力供应商

信息和通信技术（ICT）基础设施和服务提供者

信息技术（IT）应用开发者和集成商

电力设备制造商和集成商

专业社团、用户组织、商会和工业公会

R&D组织和研究机构

层层深入的组织框架

如果说美国总统奥巴马是智能电网推动的重要力量，那么美国能源部DOE就是智能电网的他推动执行机构，而具体的标准化等方面工作则由NIST承担，但是NIST本身并不具备全面开发智能电网标准的实力，于是SGIP就应运而生了，这是一个开放的平台，这个平台的基本运营则由EnerNex公司承担，具体在会议组织方面，又是由Clasma公司这样一个专业会议组织公司来进行策划、执行的。他们这种分工合作的工作模式也是值得我们学习和思考。

中国电工智能电网设备标准化工作思路

中国电器工业协会（CEEIA）于2009年11月10日牵头组建了电工行业智能电网设备标准化专家工作组（Smart Grid Equipments Expert Group，简称SGEE），为尽快推进我国智能电网设备标准化工作，构建我国智能电网设备标准体系。同时做好国际电工委员会IEC/SMB/SG3智能电网战略工作组的技术支撑工作，推动我国智能电网设备行业实质性参与国际标准化工作。

专家工作组由中国电器工业协会副会长方晓燕担任名誉组长，许昌继电器研究所所长姚致清担任工作组副组长，中国开普电器检验研究院贺春主任担任副组长，包括各专业标准化技术委员会、科研院所、企事业单位的共20位专家组成。

2009年11月10日在北京铁道大厦，工作组第一次会议召开，会议由中国电器工业协会副会长方晓燕主持，国家能源局能源节约和科技装备司、工业信息化产业部、国务院三峡办建设委员会领导莅临会议，并做了重要讲话，经过1天的交流和讨论，确立了工作组的人员组成和下一步工作计划。会议的圆满召开标志着工作电工行业智能电网设备标准化工作顺利启动。

该专家工作组采用全对外开放式工作形式，针对智能电网各专业领域所涉及的智能电工设备开展标准化工作，征询电工行业意见，对外征询各专业标准化技术委员会、科研院所、企事业单位电工行业智能电网设备标准化工作路线建议与意见。

工作组的目标和任务

该专家工作组将重点跟踪国际标准化领域智能电网设备标准化动态。同时，研究并组织开展我国电工行业智能电网设备标准化工作。

专家工作组成立的目的就是协调、指导电工行业各领域进行智能电网标准研究和技术研究，为电工行业所有相关单位提供强有力的组织保障，以推动智能电网设备标准化工作的开展和协调。专家工作组本身不直接制定标准，而是通过组织各相关单位在研究智能电网及智能电网设备的过程中，确定使用用例、明确用户需求，为各个协标委会提出智能电网标准化工作建议。

专家工作组有三方面主要任务：

进行必要的技术指导，推动行业内各领域智能电网设备的标准化工作；

确定必要的测试和认证需求，对于采用智能电网设备标准的产品，评估其互操作性；

统一跟踪行业内智能电网设备发展动态，为智能电网研究注入动力，并及时对成果进行展示。

智能电网设备标准化框架

经过第1次专家组会议讨论，确定了中国电工智能电网设备标准化框架（如图3所示），分成核心、通用和领域三大类，其中核心部分包括通信和安全，这是整个智能电网设备标准化都需要考虑的重点，通用基础部分包括：

● 电磁兼容EMC

● 设备安装

● 产品标识、鉴定

● 工程、设计

● 使用用例

领域部分包括：

● 发电

● 输电

● 配电

● 运行

● 用户端

工作计划

选择、设计合适的智能电网参考模型

对智能电网设备进行分类，并确定与智能电网参考模型的相关性

对于已有设备确定与智能电网工作的相关度，然后确定标准化优先级

对于空缺设备，但是属于电工行业的设备，或者将来有可能出现的设备，做出预见性分析，做好标准化准备

智能电网设备标准化；

针对目前与智能电网相关的设备，搜集相关标准，除了设备标准外，需要考虑系统标准（其中包括了对设备的要求）和通用标准

收集SG3最新智能电网框架信息，了解与智能电网设备相关的通用要求（如通信要求、安全性要求等），然后在收集现有标准信息的情况下，确定是否需要制定新标准，或者在现有标准基础上进行修订

制定为了满足智能电网发展特性所需的通用指导性技术文件，如SGIP电表升级标准等。做好对智能电网设备共性需求规范化工作

在所有标准化需求收集完毕后，对标准化内容区分优先级，然后根据优先级要求开展工作

建立示范项目，在标准化的基础上，做好标准的试验、示范工作，为其他企业的研究、开发提供参考，尤其是对于那些我们有创新性的标准化工作，尤其需要进行厂家参与的试验。

图3 智能电网设备标准化框架图

做好智能电网设备生产、使用等质量管理规范工作，制定行业规范要求，使智能电网设备的生产、使用规范有序。

结论

智能电网建设是一项长期、系统工程，涉及到政府、电力企业、制造企业、工业领域、消费者、科研机构等多个方面，只有在充分考虑各方利益的前提下，积极开展合作和交流，才能建立一个大家公认的智能电网发展目标和框架模型，并围绕这一目标在相应领域内开展工作。中国电器工业协会将密切关注国内外同行发展动态，加强与国内外研究机构和组织的合作，为中国电力装置制造企业做好基础服务工作，使行业内企业能够更加有效地参与智能电网工作。