智能電網(wǎng)的社會(huì)效益與風(fēng)險(xiǎn)防范

葛曉慧，趙 波

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

智能電網(wǎng)將極大地提高電網(wǎng)的運(yùn)行和管理水平，為預(yù)防電網(wǎng)事故、保障電力供應(yīng)、縮小停電范圍和停電時(shí)間提供保障；同時(shí)可以降低電網(wǎng)運(yùn)行損耗，減少能源消耗，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)作出貢獻(xiàn)[1]。

智能電網(wǎng)是全社會(huì)能源資源優(yōu)化配置的系統(tǒng)工程。廣義上講，涉及國(guó)家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)與企業(yè)利益、社會(huì)資源再分配等方面，需要各方聯(lián)動(dòng)；狹義而言，將打破電力領(lǐng)域各單位、各部門、各業(yè)務(wù)之間傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，強(qiáng)調(diào)資源的整合、流程的優(yōu)化、效益的提升。因此，智能電網(wǎng)的建設(shè)是全社會(huì)聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜工程。而國(guó)內(nèi)外智能電網(wǎng)建設(shè)剛剛開(kāi)始，沒(méi)有既定的發(fā)展路線和模式，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)路線。本文在分析智能電網(wǎng)社會(huì)效益的基礎(chǔ)上，著重探討智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和風(fēng)險(xiǎn)的防范。

1 智能電網(wǎng)的社會(huì)效益

智能電網(wǎng)的社會(huì)效益主要體現(xiàn)在提高系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面。

1.1 提高系統(tǒng)可靠性，穩(wěn)定供電質(zhì)量

首先，先進(jìn)的傳感器和量測(cè)技術(shù)有助于有效獲取電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和傳輸技術(shù)支持電網(wǎng)在不利條件下進(jìn)行主動(dòng)分析和保護(hù)。其次，智能配電網(wǎng)含有新型保護(hù)、通信和控制功能，可以有效感知系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，快速隔離故障，并通過(guò)自愈功能迅速恢復(fù)系統(tǒng)供電[2]。此外，先進(jìn)的交互系統(tǒng)，可以讓客戶主動(dòng)參與需求側(cè)響應(yīng)和實(shí)時(shí)負(fù)荷管理，有利于電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度和運(yùn)行。分布式電源（DER）和各種儲(chǔ)能裝置實(shí)時(shí)參與系統(tǒng)的各種優(yōu)化控制[3]，可以增強(qiáng)配電網(wǎng)的可靠性，提高日常、緊急情況和系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)操作的靈活性，縮短系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間，降低局部事故導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。

先進(jìn)的量測(cè)裝置可以監(jiān)測(cè)供方和需求方的狀態(tài)，確定將要出現(xiàn)或存在電能質(zhì)量問(wèn)題的區(qū)域，以采取適當(dāng)?shù)拇胧?，滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的更高要求。在輸電網(wǎng)中，利用柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）或動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置提供瞬時(shí)電壓支撐，以減少系統(tǒng)擾動(dòng)所引起的電壓降低。在配電網(wǎng)中，可利用高速靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)快速切除干擾源并更換備用電源[4]。分布式電源、微網(wǎng)將提供短時(shí)電壓支持，減少用戶的停電時(shí)間。

1.2 提高系統(tǒng)安全性

智能化以及高滲透率的分布式電源將使傳統(tǒng)電網(wǎng)更加堅(jiān)強(qiáng)，有效抵御各種突發(fā)災(zāi)害。面對(duì)突發(fā)事件，智能電網(wǎng)的綜合通信和量測(cè)系統(tǒng)將快速提供系統(tǒng)所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。隨著大型集中發(fā)電廠（煤炭、石油、天然氣、核能、水力發(fā)電）的多樣化和各種分布式電源（風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫燃料電池等）的接入，擴(kuò)展了燃料的供應(yīng)范圍，在事故狀況下有更多的處理和應(yīng)對(duì)措施，提高了系統(tǒng)的安全性。先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和決策支持系統(tǒng)還可以迅速找出系統(tǒng)危險(xiǎn)區(qū)域存在的問(wèn)題，如識(shí)別當(dāng)前設(shè)備是否存在故障，減少維修人員接觸事故的機(jī)率，保障工作人員人身安全。

1.3 提高經(jīng)濟(jì)性

智能電網(wǎng)具有負(fù)荷管理、分布式發(fā)電、能源存儲(chǔ)和需求側(cè)響應(yīng)等特性，吸引更廣泛的電力市場(chǎng)參與者，提高了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。一方面，允許分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行將激勵(lì)消費(fèi)者使用更多的小型電源和儲(chǔ)能設(shè)備，使其成為電網(wǎng)有益的補(bǔ)充。另一方面，通過(guò)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)消費(fèi)者錯(cuò)時(shí)用電，緩和用電高峰壓力，減少電網(wǎng)阻塞和計(jì)劃外停機(jī)，從而提高系統(tǒng)的調(diào)峰能力和備用容量，減少或延緩發(fā)電廠和相關(guān)輸配電線路的投資，保證設(shè)備的高利用率[5]。通過(guò)減少低效率調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，提高電網(wǎng)運(yùn)行的綜合環(huán)境效益。

1.4 提高系統(tǒng)效益，提高節(jié)能水平

智能電網(wǎng)高級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)（連續(xù)）評(píng)估，獲得詳細(xì)的組件和設(shè)備運(yùn)行狀況，優(yōu)化設(shè)備負(fù)載管理，從而更有效地利用現(xiàn)有資產(chǎn)。其次，通過(guò)改善資產(chǎn)和管理計(jì)劃，減少設(shè)備的維修和停機(jī)，提高整體資產(chǎn)的可靠性，降低整體運(yùn)行維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效益。有利于對(duì)輸、配電網(wǎng)的資產(chǎn)投資和管理進(jìn)行整體規(guī)劃，優(yōu)化中長(zhǎng)期的投資效益。

智能電網(wǎng)允許分布式電源并網(wǎng)，通過(guò)需求側(cè)響應(yīng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)與間歇性的可再生資源聯(lián)合，提高可再生能源在電網(wǎng)中的供電比例，降低能耗，緩解環(huán)境污染壓力。通過(guò)柔性輸電和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，提高現(xiàn)有輸電線路的傳輸容量，減少線路走廊，降低電磁、噪音等對(duì)環(huán)境的影響。通過(guò)設(shè)備故障預(yù)測(cè)/預(yù)防系統(tǒng)，有效進(jìn)行事故預(yù)警，例如減少變壓器著火和油氣泄露事件等，減少對(duì)環(huán)境的污染。

2 智能電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

智能電網(wǎng)將包含更多的智能設(shè)備，信息種類更多，不同節(jié)點(diǎn)間交互更加頻繁，各種系統(tǒng)功能和設(shè)備裝置間的互操作要求更高。因此，要做好相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，滿足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工程建設(shè)的需要，使相關(guān)智能設(shè)備、接口與通道配套，保證電網(wǎng)建設(shè)有序進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范智能電網(wǎng)市場(chǎng)的技術(shù)法規(guī)，是市場(chǎng)參與者必須遵守的技術(shù)依據(jù)，具有法律約束性。經(jīng)濟(jì)全球化浪潮使標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)上升到了戰(zhàn)略地位，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛制定各自的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的跨躍式發(fā)展。

2.1 國(guó)外智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)2007年頒布的能源獨(dú)立法案，明確由國(guó)家技術(shù)研究機(jī)構(gòu)（NIST）組織美國(guó)智能電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。NIST聯(lián)合美國(guó)電力研究院（EPRI）、美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）、美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)（SAE）、美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）等15家機(jī)構(gòu)共同研究智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，于2009年6月初頒布了首批16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，作為智能電網(wǎng)協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)框架[6]。IEEE主要致力于與電網(wǎng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，如分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備如何與整個(gè)智能電網(wǎng)相連，計(jì)量設(shè)備的接入（如電表）和時(shí)間同步性的標(biāo)準(zhǔn)等。SAE主要關(guān)注電動(dòng)車接入電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，IEC則負(fù)責(zé)信息自動(dòng)化的模式和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定等[7]。

2008年歐盟委員會(huì)發(fā)布《歐洲未來(lái)電網(wǎng)的戰(zhàn)略部署文件》，在原有愿景和框架研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步落實(shí)了智能電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略規(guī)劃，提出了智能電網(wǎng)各技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)架構(gòu)、規(guī)章制度、風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)會(huì)、成本和收益、環(huán)境影響和社會(huì)效益。文件建議，歐洲必須采取行動(dòng)，包括現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，如歐州電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CENELEC）和歐州電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI），審議和報(bào)告智能電網(wǎng)對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的影響。在對(duì)目前的情況進(jìn)行初步評(píng)估之后，共同商定工作計(jì)劃，發(fā)展現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或引進(jìn)新的標(biāo)準(zhǔn)[8]，以滿足新的需求。

2.2 國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

2009年6月底，在國(guó)家電網(wǎng)公司科技部等部門的共同組織下，通過(guò)充分調(diào)研和交流，中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭啟動(dòng)國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的制定。目前該項(xiàng)工作的主要任務(wù)是結(jié)合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系研究進(jìn)展，對(duì)現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理、分析，提出適應(yīng)發(fā)展的智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，并進(jìn)行相應(yīng)的修改、補(bǔ)充和完善。

為適應(yīng)分布式電源快速發(fā)展和電網(wǎng)信息化進(jìn)程發(fā)展的需要，應(yīng)優(yōu)先規(guī)范分布式電源的接入和標(biāo)準(zhǔn)化通信信息。

（1）分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制、保護(hù)和環(huán)境等產(chǎn)生影響，為此必須制定統(tǒng)一的并網(wǎng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。制訂的標(biāo)準(zhǔn)除了必須符合國(guó)家各種法規(guī)和制度、保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全外，還應(yīng)滿足非干擾的操作，即不應(yīng)改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)的特性，盡量減少不良操作對(duì)電力系統(tǒng)的影響，包括諧波、閃變、同步、保護(hù)配合、孤島等。目前，獲得最廣泛認(rèn)可的IEEE 1547系列標(biāo)準(zhǔn)，給出了分布式電源性能、運(yùn)行及測(cè)試方面的軟硬件技術(shù)要求，以及應(yīng)用于分布式電源控制及通信的互連產(chǎn)品及維修方面的安全要求[9]。該標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步擴(kuò)展到產(chǎn)品質(zhì)量、互用性、設(shè)計(jì)、工程、安裝及認(rèn)證等方面。

我國(guó)目前還沒(méi)有專門針對(duì)分布式電源的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)家電網(wǎng)公司已于2009年2月頒布了《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（修訂版）》，2009年7月頒布了《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》，為我國(guó)分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。

（2）通信信息的標(biāo)準(zhǔn)化。智能電網(wǎng)中，信息采集裝置提供的各種信息在光纖以太網(wǎng)中高速流動(dòng)，在不同節(jié)點(diǎn)間頻繁交互。只有標(biāo)準(zhǔn)化的通信信息才能被快速、可靠地傳輸，并被不同的功能系統(tǒng)無(wú)差別地應(yīng)用，使各功能系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成?，F(xiàn)已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)如IEC 61970，IEC 61968和IEC 61850等，在一定程度上促進(jìn)了電網(wǎng)信息的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，要堅(jiān)持統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，才能真正實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度融合。

3 智能電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)防范

智能電網(wǎng)的社會(huì)效益非常明顯，但由于很多相關(guān)的技術(shù)還處于開(kāi)發(fā)階段，也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）信息安全問(wèn)題。高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)（Advanced Metering Infrastructure，簡(jiǎn)稱AMI）是智能電網(wǎng)的重要組成環(huán)節(jié)，能夠按主站請(qǐng)求或定時(shí)通過(guò)雙向通信網(wǎng)從智能電表讀取、采集相關(guān)數(shù)據(jù)，以供分析之用[10]。隨著雙向互動(dòng)要求的提高，越來(lái)越多的終端用戶將安裝智能電表，而智能電表可能成為黑客的攻擊對(duì)象。黑客可能利用智能電表或電力通信的漏洞，篡改電表的讀數(shù)以騙取電費(fèi)，或?qū)⒋鄹碾姳砑夹g(shù)非法轉(zhuǎn)讓給用戶，給電網(wǎng)企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

另外，存儲(chǔ)在智能電表中的用電信息暴露了用戶的生活習(xí)慣，屬于個(gè)人隱私，萬(wàn)一泄露用于商業(yè)用途或不法目的，將侵害用戶的合法權(quán)益。比如，谷歌公司的谷歌電表（Google PowerMeter）服務(wù)，用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)了解自己的用電狀態(tài)。雖然谷歌公司承諾對(duì)客戶信息保密，但早期的版本卻給某些商戶提供了信息[11]。如果通過(guò)獲取用電信息判斷用戶是否在家，從而進(jìn)行推銷活動(dòng)，將對(duì)用戶的正常生活造成影響。

對(duì)于上述信息安全問(wèn)題，國(guó)家應(yīng)通過(guò)立法和制定有關(guān)規(guī)定，保護(hù)信息采集和傳輸安全，明確信息采集范圍、采集主體的權(quán)限與義務(wù)以及信息泄露應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任和處罰。其次，科研和工業(yè)界應(yīng)充分評(píng)估相關(guān)設(shè)備的安全性，在統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)下，研發(fā)可靠技術(shù)、保障信息安全。通過(guò)第三方的嚴(yán)格認(rèn)證，明確相關(guān)設(shè)備的安全性能權(quán)責(zé)。最后，對(duì)AMI實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，要有專門機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)及時(shí)進(jìn)行修正，包括軟件加裝補(bǔ)丁或硬件的改進(jìn)等。

（2）海量數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。智能電網(wǎng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)是需要關(guān)注的。目前電力企業(yè)擁有的電表及電網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量龐大，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，這個(gè)數(shù)字可能會(huì)增加1 000倍，每個(gè)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量與現(xiàn)在相比也會(huì)增加1 000倍，如此海量數(shù)據(jù)的處理和保密是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，必須找到一種可靠且便利的數(shù)據(jù)管理方法。

（3）分布式電源對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響。以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電，其出力大小受外界環(huán)境影響較大，而且可能具有反負(fù)荷特性，比如，風(fēng)力發(fā)電在夜間及凌晨的出力較大，而此時(shí)負(fù)荷卻處于低谷，對(duì)電網(wǎng)公司的運(yùn)行調(diào)度及輔助服務(wù)帶來(lái)影響。屬于用戶的分布式電源，其技術(shù)和維護(hù)水平不同，機(jī)組的可靠性參差不齊，對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行也是隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

智能電網(wǎng)帶來(lái)顯著的社會(huì)效益，可以全面提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力和電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，很多國(guó)家都在加快智能電網(wǎng)的建設(shè)。但目前智能電網(wǎng)技術(shù)還不成熟，也沒(méi)有既定的發(fā)展路線。中國(guó)有自己的國(guó)情和發(fā)展基礎(chǔ)，為此建議：

（1）制定適合我國(guó)國(guó)情的智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，根據(jù)實(shí)施的進(jìn)度和形勢(shì)的發(fā)展，滾動(dòng)修訂發(fā)展規(guī)劃，引導(dǎo)智能電網(wǎng)又快又好地發(fā)展。

（2）加快智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，規(guī)劃相關(guān)智能設(shè)備的接口和互操作性，促進(jìn)資源和信息的整合和優(yōu)化配置。

（3）對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分評(píng)估，對(duì)技術(shù)嚴(yán)格認(rèn)證，通過(guò)立法和相關(guān)規(guī)定進(jìn)行約束，防范可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。

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