智能電網(wǎng)的信息化體系架構(gòu)和相關(guān)技術(shù)研究

楊鴻賓

（國(guó)網(wǎng)能源研究院企業(yè)戰(zhàn)略與管理咨詢研究所，北京 100052）

引言

氣候變化的挑戰(zhàn)和不斷增長(zhǎng)的電力需求將對(duì)世界的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生越來(lái)越大的壓力。現(xiàn)有電網(wǎng)的主流設(shè)計(jì)理念是以前遺留下來(lái)的，當(dāng)時(shí)能源成本相對(duì)低廉、資源豐富，能源行業(yè)主要的驅(qū)動(dòng)因素就是滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求。而現(xiàn)在世界正處于向新時(shí)代過(guò)渡的階段，未來(lái)清潔能源是昂貴的，電網(wǎng)需要能夠靈活地與低碳技術(shù)結(jié)合，客戶需要更好地了解并控制自身的消費(fèi)。智能電網(wǎng)技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)更加安全、有效和靈活的能源系統(tǒng)，帶來(lái)先進(jìn)的IT和通信技術(shù)，包括嵌入式感應(yīng)、計(jì)算和無(wú)處不在的通信。智能電網(wǎng)將成為骨干基礎(chǔ)設(shè)施，創(chuàng)造新的商業(yè)模式，包括新的能源管理服務(wù)和新的能源價(jià)格體系。

1 智能電網(wǎng)體系架構(gòu)研究

智能電網(wǎng)是一個(gè)完整的信息架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施體系，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)電力客戶、電力資產(chǎn)、電力運(yùn)營(yíng)的持續(xù)監(jiān)視，利用"隨需應(yīng)變"的信息提高電網(wǎng)公司的管理水平、工作效率、電網(wǎng)可靠性和服務(wù)水平。與傳統(tǒng)的電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)展對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視范圍和監(jiān)視的詳細(xì)程度，整合各種管理信息和實(shí)時(shí)信息，為電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員提供更全面、完整和細(xì)致的電網(wǎng)狀態(tài)視圖，并加強(qiáng)對(duì)電力業(yè)務(wù)的分析和優(yōu)化，改變過(guò)去基于有限的、時(shí)間滯后的信息進(jìn)行電網(wǎng)管理的傳統(tǒng)方式，幫助電網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化和智能化的運(yùn)行和管理。

根據(jù)智能的主要特點(diǎn):1)可觀測(cè)一一量測(cè)、傳感技術(shù);2)可控制一一對(duì)觀測(cè)狀態(tài)進(jìn)行控制;3)嵌入式自主處理技術(shù);4)實(shí)時(shí)分析一一從數(shù)據(jù)到信息的提升;5)自適應(yīng);6)自愈。因此，中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本構(gòu)架是立足于系統(tǒng)化、體系化、全方位的設(shè)計(jì)理念，其核心目標(biāo)要素是既"堅(jiān)強(qiáng)"又"智能"。其體系主要由發(fā)展基礎(chǔ)體系、技術(shù)支撐體系、智能應(yīng)用體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系等四大體系構(gòu)成。中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)有別于國(guó)外堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的顯著差異在于，基于特高壓骨干電網(wǎng)和協(xié)調(diào)發(fā)展的各級(jí)電網(wǎng)、依托集團(tuán)化運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制、立足政企協(xié)同的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)利益目標(biāo)，全面涵蓋發(fā)電、電網(wǎng)、用戶三大環(huán)節(jié)，貫穿了規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行的全過(guò)程，涉及生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理的全領(lǐng)域。

中國(guó)特色“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的基本架構(gòu)可描述為如圖1。

發(fā)展基礎(chǔ)體系：指電網(wǎng)系統(tǒng)的物理載體，是實(shí)現(xiàn)“堅(jiān)強(qiáng)”的重要基礎(chǔ)。發(fā)展基礎(chǔ)體系主要由三大部分組成，一是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)體電力網(wǎng)絡(luò)，是整個(gè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的物理載體，是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)；二是電網(wǎng)支撐站點(diǎn)（包括變電站/換流站、電網(wǎng)儲(chǔ)能點(diǎn)、電網(wǎng)補(bǔ)償點(diǎn)、配網(wǎng)控制點(diǎn)等），是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)各項(xiàng)應(yīng)用功能的基礎(chǔ)，也是支撐實(shí)體堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。三是電網(wǎng)設(shè)備和滿足電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、靈活可靠的各種堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)裝備。上述三者將構(gòu)成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)。

技術(shù)支撐體系：堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流高度一體化的支撐前提在于信息的無(wú)損采集、流暢傳輸、有序應(yīng)用。各個(gè)層級(jí)的通信支撐體系是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)信息運(yùn)轉(zhuǎn)的有效載體，是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)堅(jiān)實(shí)的信息傳輸基礎(chǔ)。通過(guò)充分利用堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)多元、海量信息的潛在價(jià)值，挖掘其背后所蘊(yùn)含的知識(shí)，服務(wù)于堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)生產(chǎn)流程的精細(xì)化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高電網(wǎng)調(diào)度的智能化和科學(xué)決策水平，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

智能應(yīng)用體系：堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)成就，歸根結(jié)底是要落實(shí)在業(yè)務(wù)應(yīng)用上。智能應(yīng)用體系應(yīng)涵蓋發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)的相關(guān)業(yè)務(wù)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步，促進(jìn)清潔環(huán)保能源發(fā)展，提高能源投資及利用效益，增進(jìn)電網(wǎng)與環(huán)境、社會(huì)和用戶之間的和諧發(fā)展。

2 相應(yīng)的技術(shù)研究

通過(guò)最大限度利用現(xiàn)代信息技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)化、層次化的架構(gòu)，統(tǒng)一規(guī)劃、運(yùn)作、控制、管理，建立先進(jìn)、開放、安全、可靠、靈活并貫穿生產(chǎn)、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)全價(jià)值鏈的信息高度融合、模型高度統(tǒng)一的統(tǒng)一信息支撐平臺(tái)。從時(shí)間、物理、管理等多維度及多層次，為各智能應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化、多元化、完整、一致的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)信息。避免信息失真、信息冗余、信息阻塞、信息互斥等問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)電源測(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)信息的集成、交互和共享，支持堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)新型業(yè)務(wù)應(yīng)用。建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮或可借鑒的幾種技術(shù):

2.1 SOA

新一代的智能電網(wǎng)應(yīng)滿足架構(gòu)的可擴(kuò)展性。SOA架構(gòu)保證系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性.目前面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu) (service-orientedarchitecture，SOA)的系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，SOA是新一代的企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)，它通過(guò)業(yè)務(wù)、技術(shù)與管理這3個(gè)維度的架構(gòu)模型，解決了業(yè)務(wù)、技術(shù)和管理的應(yīng)用問(wèn)題，從而帶來(lái)了業(yè)務(wù)上的靈活性、技術(shù)上的高效率和管理上的可治理?；赟OA的系統(tǒng)具有松耦合、便于復(fù)用、架構(gòu)靈活、節(jié)約投資及增強(qiáng)業(yè)務(wù)敏捷性等優(yōu)點(diǎn)，但是在系統(tǒng)的智能性、實(shí)時(shí)性方面還難以滿足控制系統(tǒng)的要求。

2.2 基于Agent的系統(tǒng)

智能電網(wǎng)還應(yīng)滿足系統(tǒng)模塊化.基于A－gent的系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的每一個(gè)功能或者任務(wù)(比如每一個(gè)IED的管理)，可以封裝為一個(gè)獨(dú)立的Agent，從而使系統(tǒng)高度模塊化。Agent之間是一種松散的組合，它們之間通信是通過(guò)消息的傳遞而不是通過(guò)程序的調(diào)用(本地或遠(yuǎn)程)；同時(shí)，由于采用目錄服務(wù)機(jī)制，通過(guò)添加新的Agent，系統(tǒng)很容易增加新的功能，而且這些功能可以被其它Agent所用。對(duì)于那些本來(lái)就具有分布式結(jié)構(gòu)的控制與自動(dòng)化系統(tǒng)(如電力系統(tǒng)、過(guò)程控制等)，特別適合采用多Agent系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。較之傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，這種基于A－gent的系統(tǒng)可以使系統(tǒng)的每一個(gè)成員具有更大的自治性。

當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)顯著趨勢(shì)就是計(jì)算范型從以算法為中心轉(zhuǎn)移到以交互為中心。Agent是一類粒度大、智能度高、具有一定自主的理性行為的實(shí)體，多Agent系統(tǒng) (multi-agent system，MAS)就是由這樣一組彼此間存在著協(xié)調(diào)、協(xié)作或競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的Agent組成的系統(tǒng)。MAS系統(tǒng)試圖用Agent來(lái)模擬人的理性行為，通過(guò)描述Agent之間理性交互而不是事先給定的算法來(lái)刻畫一個(gè)系統(tǒng)。智能Agent是一種技術(shù)，但更重要的是一種方法論，它為大規(guī)模、分布式和具有適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種全新的途徑，比如電力系統(tǒng)、智能機(jī)器人、電子商務(wù)、分布式信息獲取、過(guò)程控制、智能人機(jī)交互、個(gè)人助理等等。MAS系統(tǒng)具有很強(qiáng)的伸縮性，而且允許遺留系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和互操作，從而可以最大限度地保護(hù)用戶資源。

3 結(jié)束語(yǔ)

以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制等技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化、互動(dòng)化為特征的國(guó)際領(lǐng)先、自主創(chuàng)新、中國(guó)特色的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)多元化電源和不同特征電力用戶的靈活接入和方便使用，極大提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力，大幅提升電網(wǎng)的服務(wù)能力，帶動(dòng)電力行業(yè)及其它產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)，滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展要求。

[1]張文亮，劉壯志，王明俊，楊旭升.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì).電網(wǎng)技術(shù),2009,33(13):1-11.

[2]鄧慧瓊,李爭(zhēng),孫麗華,候桂祥.智能電網(wǎng)初探.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009,34:54-55.