论文部分内容阅读
【摘要】随着电网建设的快速发展和新的通信方式的出现，信息社会的正常运转高度依赖于电力的安全，因而智能电网的安全关系国家安全。由于智能电网最大限度地利用信息技术，提高系统的自动化水平，从而使得智能电网的信息安全成为新的关注热点，为此，建立综合、动态的智能电网的对信息网络平台体系是非常必要的。
【关键词】智能电网；信息网络；信息通信技术
【中图分类号】U665.12 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0035-02
前言
随着电网智能化、互动化程度的提高和新的通信方式的出现，智能电网信息安全防护难度不断增加。我国智能电网是在建设坚强电网的基础上，以建设距离长、容量大等输电特征的特高压电网为核心，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度共6个环节，具有信息化、数字化、自动化、互动化的智能技术特征，并重点关注智能输电领域，结合特高压建设与运营，提升驾驭大电网安全运行的能力，同时统筹配电网智能化建设工作，逐步建设独具特色的智能电网。鉴于信息系统在智能电网建设中的特殊性，本文结合当前电力工业和信息产业的发展现状，从信息技术的角度，探讨了智能电网的对信息网络平台的要求，以及为实现电网智能化，信息系统所应具备的特点和发展形态。
1、智能电网面临的新问题
1.1 智能电网概述
20世纪，能源和环境危机迫使能源系统变革成为必然。电力系统作为能源系统的核心，自上世纪九十年代以来，国际上相继出现的大停电事故暴露出传统电力系统的缺陷，人们开始重新重视和思考电力系统发展方向，智能电网最终成为世界电力工业的变革目标。2009年美国的能源新政掀起了智能电网在世界范围的建设热潮。电力系统是能源和环境问题的纽带，智能电网理所当然地成为了解决能源气候问题的核心，建设智能电网成为世界各主要国家的发展战略。智能电网以开源节流为目的，促成能源系统的升级换代。在先进的电力一次和二次技术的支持下，在发电侧为大规模新能源接入创造条件；在用户侧支持智能电器设备的即插即用、新型插电式电动汽车的充电与辅助服务、需求侧响应，以及用户能量管理等。
智能电网以能源系统变革为核心，广泛地创造需求、引导需求，形成了涉及能源、环保、制造业、交通运输和IT业等共同组成的生态圈，世界各国和企业巨头都在智能电网所带动的整个生态圈中寻求自己的利益。欧盟重视可再生能源接入，突出电网的高灵活性和高可接入性；美国重视陈旧电力设施的改造和能源的跨区域补给，更强调电网坚强可靠；IBM和谷歌重视信息技术的应用，更强调系统的信息技术解决方案。欧洲能源贫乏、美国地域辽阔，而IT巨头拥有信息技术的优势，这些是造成他们智能电网战略和解决方案不同的主要原因。
1.2 智能电网的调控难题
电力系统的主要职能是一次能源的转换和输送，由于电力系统本身规模庞大和影響因素众多，电力系统的运行规律与控制方法非常复杂。而智能电网的出现又给电网带来了更加多元化的因素，智能电网的有效控制和管理面临着空前的挑战。
（1）电力系统本身的复杂性。随着大规模电网互联，大容量、特高压和各种新型电力电子元件的应用，数量巨大、属性差异显著的电力设备，通过越大规模电网紧密地耦合在一起，任何元件的物理变化，都以光速瞬间波及系统的各个角落，其动态物理过程异常复杂。一方面，电力系统运行遵守电路原理的制约；另一方面，电力企业在管理体制上是分层、分区、分别独立进行的，而电力市场的引入，又对电网运行提出了许多非技术性的要求。技术、管理和市场层面的问题交织在一起，造成电力系统优化控制在可预见的未来仍是世界性难题。
（2）新能源的大规模利用。新能源的大规模利用，是智能电网的主要内容，由于新能源发电的不确定性，以及我国能源禀赋和建设条件的限制，大规模可再生能源需要进行大规模长距离输送，才能得到有效利用，而可再生能源发电的间歇性和波动性，给系统运行控制带来极大困难。
（3）插电式电动汽车入网。电动汽车已经列为我国“863计划”的重大科技专项。作为一种新型负荷，考虑到电池特性和用户行为，其组合特性非常复杂。
若通过有效激励引导用户行为，则可以减小电网峰谷差、提高设备利用率；不然，将给电网运行造成巨大的冲击。更为重要的是，电动汽车可组成分布式储能系统，成为电网的重要可控资源，若通过新型的连接技术和控制方法，实现电动汽车与电网的能量和信息交互，可以为接纳新能源、提高总体能源效率创造条件。电动汽车作为一种新型资源，涉及到电力生产到用户行为的各个方面，这将深刻地改变传统电力系统的运行控制与调度模式。
（4）配电网和用户端智能化。配电网和用户端智能化支持电动汽车、分布式能源和微网接入等，为高可靠性供电和用户互动创造了条件。一方面，通过良好的资源整合与优化配置，电动汽车、分布式能源和需求侧响应可以作为有效资源，起到削峰填谷、降低损耗、推迟电力设施扩建、提高设备和能源利用效率等作用；另一方面，多元化因素的引入，显著地增大了电网运行控制的难度。
（5）信息网与电力网的融合。由于电力系统本身的复杂性，信息通信系统一直是电能可靠传输的重要保障。随着智能电网多元化、互动性等因素的引入，使得传统运行管理方法已经不能适应新环境的要求。信息通信系统与电力网的融合，为电力系统智能化创造了条件。而信息通信系统为电网运行控制提供新的解决方案的同时，也使得信息系统的安全风险也变得更加严重。
2、智能电网的信息网络支撑平台
2.1 信息系统是实现电网智能化的载体
随着电网规模膨胀和复杂性的提高，信息系统成为保障电力系统安全稳定运行不可或缺的一部分。现代电力系统，已经发展成为传统电力系统、信息通信系统与监控系统组成的一体化网络，其生产自动化和运营管理水平的提高，与信息技术的发展息息相关。下一代智能电网对电网自动化和运营水平提出了更高的要求，实现智能电网，必须将信息技术的神经网络贯穿全网，通过传感器网络、智能终端、智能控制中心和信息网络实现全网可观可控，变革传统电网的控制和运营模式，以兼容新能源和灵活应对用户的多样需求。由于智能电网多元、互动等因素的引入，使得技术、管理和市场层面的关系更加错综复杂，并更多地涉及到其他领域的问题，如环境保护、信息安全、人们行为模式等。智能电网赋予了电力系统新的功能和形态，这一变革要求电网运行控制和管理模式的转变，这一转变以电力技术和信息技术的发展和广泛应用为技术保证。 电力系统为人类社会的生产和生活服务，在发、输、配、用等各个环节都涉及到人的因素，具体表现为电力、资金和信息的流动。电力从电源流向用户，资金从用户流向电源，信息在电源和用户之间双向流动，为电力系统正常运行提供保障。在智能电网环境下，信息通信系统贯穿于电力系统的各个环节，作为电力系统的神经系统，其涉及的是信息的流动，包括信息的采集、传输、处理、挖掘、分配和展示。电力系统运行控制以及各项业务的开展，集中体现为神经系统的信息处理过程，电力流和资金流的管理，最终表现为信息流的管理，信息系统成为电网智能化的载体。
2.2 智能电网的信息网络支撑平台结构
智能电网多元、互动因素的引入，使得信息管理的重要性空前，信息网络平台成为电力系统运行管理的基础保障。由于电力系统各项业务紧密关联、相互依托，智能电网的信息网络平台，必须建立在开放系统和数据共享的基础上，需要将信息技术渗透于发、输、变、配、用和调度各个环节，通过信息网络的触角，监控全网设备的参数和状态，支持信息双向互动，实现全网自适应优化运行，并能够支持企业资产全生命周期管理，辅助企业发展决策。信息网络支撑平台的总体结构，如图1所示，其核心是数据共享平台，由数据交换平台、通用数据访问接口和公共信息模型（CIM）构成。数据交换平台实现了数据处理与具体位置的无关性，通用数据访问接口，实现了数据访问方式与具体应用的无关性，公共信息模型，实现了数据表示与具体应用的无关性，三者共同提供了一种数据共享机制，为智能电网各种数据处理和业务应用铺平了道路。
值得注意的是，数据交换平台的设计和实现，不仅需要考虑数据的一致性和有效性，同时还要特别关注对通信延迟要求较高的环节，如广域控制和保护等，从而真正满足智能电网对数据的各种要求。通信基础设施是数据共享机制的物理基础，先进的业务应用系统是智能电网的大脑。通信基础设施、数据共享平台和业务应用，共同构成了信息网络支撑平台。实施全面的信息网络支撑平台建设，需要遵循以下几个方面的要求：
（1）在基础设施方面，构建全覆盖、宽带、实时、具有业务感知能力的信息通信网络。
（2）在体系架构方面，采用SOA架构，构建满足电力业务需求的服务体系；建立具有统一接口、统一信息模型的数据共享平台。
（3）在业务系统方面，总体规划，制定统一的业务标准和服务标准；完善业务信息系统，满足电力企业、用户和第三方的业务需求；实现信息和软件资源共享，以及不同业务系统的协同工作。
（4）在开发维护方面，构建开放统一的信息通信管理系统，实现对全网信息通信资源的一站式监测和维护；建立电力企业业务应用基础开发平台，以提高软件开发效率和质量。
（5）在安全保障方面，健全安全管理规章制度，规避人为造成的信息安全风险；完善信息安全技术保障体系，提供全方位的软硬件安全防护。
2.3 智能电网的信息技术保障
简单地将互联网技术移植到传统电力系统，无法实现智能电网，电力系统对信息通信系统有很多特殊的要求，与互联网信息服务本身有显著的不同。智能电网运行管理，对通信系统的带宽、实时性、可靠性和安全性的要求浮动范围宽广，在现场设备级和厂站级对通信实时性和可靠性要求非常苛刻。互聯网物理设备和通信协议等，在电力系统的很多领域尚不能满足要求，IEC61850等已有工业协议给电力信息通信提供了解决方案，仍然存在着许多智能电网领域的信息通信需求得不到满足。智能电网为信息产业提供了巨大的发展机遇，互联网底层技术的发展，为智能电网的实现提供基础保障。
云计算是近年来IT业兴起的一种网络应用模式，在商业领域获得了很多成功的应用。云计算将抽象的计算能力变成一种商品，通过网络将计算资源优化整合，以大规模计算代替分散应用，这为智能电网海量信息处理提供了可能。在现有的硬件条件下，电力系统应用如进行广泛的系统动态超实时仿真等，还受到计算能力的限制，云计算以前所未有的信息存储、传输和计算能力，可以对智能电网信息资源进行充分整合，打造电力系统的“超级计算机”，为电力系统运行管理的智能化和服务的多样化提供了实现途径。
3、结束语
结合当前电力工业的发展趋势，本文从信息技术的角度，分析了未来智能电网面临的调控难题和可能的发展形态，探讨了智能电网信息网络支撑平台的概念模型和技术可能性。认为信息通信技术（ICT）是电力系统智能化的载体，智能电网的信息网络支撑平台，需要以开放平台和数据共享为基础，IT底层技术革新和云计算的应用，是智能电网实现的重要技术保障。
【关键词】智能电网；信息网络；信息通信技术
【中图分类号】U665.12 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0035-02
前言
随着电网智能化、互动化程度的提高和新的通信方式的出现，智能电网信息安全防护难度不断增加。我国智能电网是在建设坚强电网的基础上，以建设距离长、容量大等输电特征的特高压电网为核心，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度共6个环节，具有信息化、数字化、自动化、互动化的智能技术特征，并重点关注智能输电领域，结合特高压建设与运营，提升驾驭大电网安全运行的能力，同时统筹配电网智能化建设工作，逐步建设独具特色的智能电网。鉴于信息系统在智能电网建设中的特殊性，本文结合当前电力工业和信息产业的发展现状，从信息技术的角度，探讨了智能电网的对信息网络平台的要求，以及为实现电网智能化，信息系统所应具备的特点和发展形态。
1、智能电网面临的新问题
1.1 智能电网概述
20世纪，能源和环境危机迫使能源系统变革成为必然。电力系统作为能源系统的核心，自上世纪九十年代以来，国际上相继出现的大停电事故暴露出传统电力系统的缺陷，人们开始重新重视和思考电力系统发展方向，智能电网最终成为世界电力工业的变革目标。2009年美国的能源新政掀起了智能电网在世界范围的建设热潮。电力系统是能源和环境问题的纽带，智能电网理所当然地成为了解决能源气候问题的核心，建设智能电网成为世界各主要国家的发展战略。智能电网以开源节流为目的，促成能源系统的升级换代。在先进的电力一次和二次技术的支持下，在发电侧为大规模新能源接入创造条件；在用户侧支持智能电器设备的即插即用、新型插电式电动汽车的充电与辅助服务、需求侧响应，以及用户能量管理等。
智能电网以能源系统变革为核心，广泛地创造需求、引导需求，形成了涉及能源、环保、制造业、交通运输和IT业等共同组成的生态圈，世界各国和企业巨头都在智能电网所带动的整个生态圈中寻求自己的利益。欧盟重视可再生能源接入，突出电网的高灵活性和高可接入性；美国重视陈旧电力设施的改造和能源的跨区域补给，更强调电网坚强可靠；IBM和谷歌重视信息技术的应用，更强调系统的信息技术解决方案。欧洲能源贫乏、美国地域辽阔，而IT巨头拥有信息技术的优势，这些是造成他们智能电网战略和解决方案不同的主要原因。
1.2 智能电网的调控难题
电力系统的主要职能是一次能源的转换和输送，由于电力系统本身规模庞大和影響因素众多，电力系统的运行规律与控制方法非常复杂。而智能电网的出现又给电网带来了更加多元化的因素，智能电网的有效控制和管理面临着空前的挑战。
（1）电力系统本身的复杂性。随着大规模电网互联，大容量、特高压和各种新型电力电子元件的应用，数量巨大、属性差异显著的电力设备，通过越大规模电网紧密地耦合在一起，任何元件的物理变化，都以光速瞬间波及系统的各个角落，其动态物理过程异常复杂。一方面，电力系统运行遵守电路原理的制约；另一方面，电力企业在管理体制上是分层、分区、分别独立进行的，而电力市场的引入，又对电网运行提出了许多非技术性的要求。技术、管理和市场层面的问题交织在一起，造成电力系统优化控制在可预见的未来仍是世界性难题。
（2）新能源的大规模利用。新能源的大规模利用，是智能电网的主要内容，由于新能源发电的不确定性，以及我国能源禀赋和建设条件的限制，大规模可再生能源需要进行大规模长距离输送，才能得到有效利用，而可再生能源发电的间歇性和波动性，给系统运行控制带来极大困难。
（3）插电式电动汽车入网。电动汽车已经列为我国“863计划”的重大科技专项。作为一种新型负荷，考虑到电池特性和用户行为，其组合特性非常复杂。
若通过有效激励引导用户行为，则可以减小电网峰谷差、提高设备利用率；不然，将给电网运行造成巨大的冲击。更为重要的是，电动汽车可组成分布式储能系统，成为电网的重要可控资源，若通过新型的连接技术和控制方法，实现电动汽车与电网的能量和信息交互，可以为接纳新能源、提高总体能源效率创造条件。电动汽车作为一种新型资源，涉及到电力生产到用户行为的各个方面，这将深刻地改变传统电力系统的运行控制与调度模式。
（4）配电网和用户端智能化。配电网和用户端智能化支持电动汽车、分布式能源和微网接入等，为高可靠性供电和用户互动创造了条件。一方面，通过良好的资源整合与优化配置，电动汽车、分布式能源和需求侧响应可以作为有效资源，起到削峰填谷、降低损耗、推迟电力设施扩建、提高设备和能源利用效率等作用；另一方面，多元化因素的引入，显著地增大了电网运行控制的难度。
（5）信息网与电力网的融合。由于电力系统本身的复杂性，信息通信系统一直是电能可靠传输的重要保障。随着智能电网多元化、互动性等因素的引入，使得传统运行管理方法已经不能适应新环境的要求。信息通信系统与电力网的融合，为电力系统智能化创造了条件。而信息通信系统为电网运行控制提供新的解决方案的同时，也使得信息系统的安全风险也变得更加严重。
2、智能电网的信息网络支撑平台
2.1 信息系统是实现电网智能化的载体
随着电网规模膨胀和复杂性的提高，信息系统成为保障电力系统安全稳定运行不可或缺的一部分。现代电力系统，已经发展成为传统电力系统、信息通信系统与监控系统组成的一体化网络，其生产自动化和运营管理水平的提高，与信息技术的发展息息相关。下一代智能电网对电网自动化和运营水平提出了更高的要求，实现智能电网，必须将信息技术的神经网络贯穿全网，通过传感器网络、智能终端、智能控制中心和信息网络实现全网可观可控，变革传统电网的控制和运营模式，以兼容新能源和灵活应对用户的多样需求。由于智能电网多元、互动等因素的引入，使得技术、管理和市场层面的关系更加错综复杂，并更多地涉及到其他领域的问题，如环境保护、信息安全、人们行为模式等。智能电网赋予了电力系统新的功能和形态，这一变革要求电网运行控制和管理模式的转变，这一转变以电力技术和信息技术的发展和广泛应用为技术保证。 电力系统为人类社会的生产和生活服务，在发、输、配、用等各个环节都涉及到人的因素，具体表现为电力、资金和信息的流动。电力从电源流向用户，资金从用户流向电源，信息在电源和用户之间双向流动，为电力系统正常运行提供保障。在智能电网环境下，信息通信系统贯穿于电力系统的各个环节，作为电力系统的神经系统，其涉及的是信息的流动，包括信息的采集、传输、处理、挖掘、分配和展示。电力系统运行控制以及各项业务的开展，集中体现为神经系统的信息处理过程，电力流和资金流的管理，最终表现为信息流的管理，信息系统成为电网智能化的载体。
2.2 智能电网的信息网络支撑平台结构
智能电网多元、互动因素的引入，使得信息管理的重要性空前，信息网络平台成为电力系统运行管理的基础保障。由于电力系统各项业务紧密关联、相互依托，智能电网的信息网络平台，必须建立在开放系统和数据共享的基础上，需要将信息技术渗透于发、输、变、配、用和调度各个环节，通过信息网络的触角，监控全网设备的参数和状态，支持信息双向互动，实现全网自适应优化运行，并能够支持企业资产全生命周期管理，辅助企业发展决策。信息网络支撑平台的总体结构，如图1所示，其核心是数据共享平台，由数据交换平台、通用数据访问接口和公共信息模型（CIM）构成。数据交换平台实现了数据处理与具体位置的无关性，通用数据访问接口，实现了数据访问方式与具体应用的无关性，公共信息模型，实现了数据表示与具体应用的无关性，三者共同提供了一种数据共享机制，为智能电网各种数据处理和业务应用铺平了道路。
值得注意的是，数据交换平台的设计和实现，不仅需要考虑数据的一致性和有效性，同时还要特别关注对通信延迟要求较高的环节，如广域控制和保护等，从而真正满足智能电网对数据的各种要求。通信基础设施是数据共享机制的物理基础，先进的业务应用系统是智能电网的大脑。通信基础设施、数据共享平台和业务应用，共同构成了信息网络支撑平台。实施全面的信息网络支撑平台建设，需要遵循以下几个方面的要求：
（1）在基础设施方面，构建全覆盖、宽带、实时、具有业务感知能力的信息通信网络。
（2）在体系架构方面，采用SOA架构，构建满足电力业务需求的服务体系；建立具有统一接口、统一信息模型的数据共享平台。
（3）在业务系统方面，总体规划，制定统一的业务标准和服务标准；完善业务信息系统，满足电力企业、用户和第三方的业务需求；实现信息和软件资源共享，以及不同业务系统的协同工作。
（4）在开发维护方面，构建开放统一的信息通信管理系统，实现对全网信息通信资源的一站式监测和维护；建立电力企业业务应用基础开发平台，以提高软件开发效率和质量。
（5）在安全保障方面，健全安全管理规章制度，规避人为造成的信息安全风险；完善信息安全技术保障体系，提供全方位的软硬件安全防护。
2.3 智能电网的信息技术保障
简单地将互联网技术移植到传统电力系统，无法实现智能电网，电力系统对信息通信系统有很多特殊的要求，与互联网信息服务本身有显著的不同。智能电网运行管理，对通信系统的带宽、实时性、可靠性和安全性的要求浮动范围宽广，在现场设备级和厂站级对通信实时性和可靠性要求非常苛刻。互聯网物理设备和通信协议等，在电力系统的很多领域尚不能满足要求，IEC61850等已有工业协议给电力信息通信提供了解决方案，仍然存在着许多智能电网领域的信息通信需求得不到满足。智能电网为信息产业提供了巨大的发展机遇，互联网底层技术的发展，为智能电网的实现提供基础保障。
云计算是近年来IT业兴起的一种网络应用模式，在商业领域获得了很多成功的应用。云计算将抽象的计算能力变成一种商品，通过网络将计算资源优化整合，以大规模计算代替分散应用，这为智能电网海量信息处理提供了可能。在现有的硬件条件下，电力系统应用如进行广泛的系统动态超实时仿真等，还受到计算能力的限制，云计算以前所未有的信息存储、传输和计算能力，可以对智能电网信息资源进行充分整合，打造电力系统的“超级计算机”，为电力系统运行管理的智能化和服务的多样化提供了实现途径。
3、结束语
结合当前电力工业的发展趋势，本文从信息技术的角度，分析了未来智能电网面临的调控难题和可能的发展形态，探讨了智能电网信息网络支撑平台的概念模型和技术可能性。认为信息通信技术（ICT）是电力系统智能化的载体，智能电网的信息网络支撑平台，需要以开放平台和数据共享为基础，IT底层技术革新和云计算的应用，是智能电网实现的重要技术保障。