智能電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃與評價研究

摘要：智能電網(wǎng)是以雙向數(shù)碼科技建立的輸電網(wǎng)絡(luò)，用來傳送電力?？梢詡蓽y電力供應(yīng)端的電力供應(yīng)狀況，以及一般家庭使用端的電力使用狀況，來調(diào)整家庭用電的耗電量，達到節(jié)約能源，降低損耗，增強智能電網(wǎng)使用可靠性的目的。從系統(tǒng)規(guī)劃措施、規(guī)劃安全架構(gòu)及成效評價體系三個方面著手，探討了智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃與評價方面的議題。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；建設(shè)；規(guī)劃；評價

中圖分類號：F273#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）17-0121-02

智能電網(wǎng)系統(tǒng)是將供電端到用電端的所有設(shè)備通過感測器連接，形成綿密完整的輸電網(wǎng)絡(luò)，并對其中的信息加以整合分析，以達到電力資源的最佳配置，借此降低成本、提高用電效率。從智能電網(wǎng)的構(gòu)成來看，依據(jù)電網(wǎng)特性分為發(fā)電與調(diào)度、輸電、配電、用戶等四種類型的供需關(guān)系，配合產(chǎn)業(yè)推動及環(huán)境建構(gòu)，形成六個構(gòu)成內(nèi)容以及智能電網(wǎng)總體規(guī)劃的架構(gòu)。[1]

一、推動智能電網(wǎng)建設(shè)的系統(tǒng)規(guī)劃措施

1.智能發(fā)電與調(diào)度

（1）提高再生能源并網(wǎng)占比：整合全系統(tǒng)通訊協(xié)定完善系統(tǒng)互通性，通過需量反應(yīng)調(diào)度機制，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定調(diào)度能力；研究大型儲能系統(tǒng)、導(dǎo)入抽蓄電廠變速運轉(zhuǎn)控制，增加再生能源調(diào)度空間。

（2）提升發(fā)電廠運轉(zhuǎn)效率與可靠度：進行快速系統(tǒng)復(fù)電規(guī)劃，并強化先進設(shè)備資產(chǎn)管理，以提高設(shè)備利用率及增加系統(tǒng)運轉(zhuǎn)可靠度。

2.智能輸電

（1）提高輸電效率：更新耐熱導(dǎo)線，增加輸電容量及降低輸電損失，推動變電所智能化，提高整體輸電容量及供電效率。

（2）增進輸電安全：推動先進輸電故障測距系統(tǒng)、馬達及保護設(shè)備更新，密切監(jiān)控線路的動態(tài)熱容量，以減少系統(tǒng)故障及縮小停電區(qū)域，增進輸電安全。

3.智能配電

（1）提升配電安全與效能：推動配電自動化建設(shè)，以便于偏遠的搶修不易地區(qū)、工業(yè)區(qū)及都會區(qū)等主要地區(qū)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）。提高饋線自動化普及率，當線路故障發(fā)生時，調(diào)度人員可依配電網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，快速定位故障區(qū)間，以加速完成復(fù)電。

（2）強化分散式能源整合：將未來配電網(wǎng)絡(luò)信息與電表資料管理系統(tǒng)信息整合，以增加再生能源導(dǎo)入，并可通過儲能系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用，促進再生能源充分融入配電系統(tǒng)中。

4.智能用戶

（1）用戶/終端信息建設(shè)：推動高低壓用戶智能型電表基礎(chǔ)建設(shè)、建立用戶端需量反應(yīng)機制、推廣家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）及其他能源系統(tǒng)管理服務(wù)，協(xié)助用戶端落實節(jié)能減碳政策，并有效/即時管理未來智能電網(wǎng)的供需平衡問題；同時研議其他創(chuàng)新可行做法進行構(gòu)建，以降低構(gòu)建成本。

（2）制定用戶服務(wù)規(guī)劃：分階段完成智能用戶系統(tǒng)構(gòu)建后，推動相關(guān)衍生性服務(wù)如智能充電站技術(shù)（包括G2V，V2G等技術(shù)）、需量反應(yīng)推動、分散式能源及儲能在家庭中的應(yīng)用。

5.智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)

（1）發(fā)展關(guān)鍵系統(tǒng)與設(shè)備產(chǎn)業(yè)：配合整體智能電網(wǎng)推動規(guī)劃（含發(fā)、輸、配電及用戶等）將智能電表系統(tǒng)、電動車智能充電系統(tǒng)、先進配電自動化系統(tǒng)、廣域監(jiān)測系統(tǒng)、智能家電系統(tǒng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)等7項列入推動范疇，并協(xié)助廠商參與國外示范計劃。

（2）創(chuàng)造服務(wù)性智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)：在智能電網(wǎng)基礎(chǔ)構(gòu)建完成后，比照國外先進國家，推動電價回歸市場機制，帶動電能管理系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

6.智能電網(wǎng)環(huán)境建設(shè)

（1）發(fā)展高再生能源占比及快速平衡電網(wǎng)供需的關(guān)鍵技術(shù)，如研究再生能源間歇出力預(yù)測、快速升載、先進電力電子設(shè)備與微電網(wǎng)、先進配電自動化、AMI資通訊技術(shù)、儲能系統(tǒng)。

（2）發(fā)展基于ICT技術(shù)的智能電網(wǎng)技術(shù)，如：智能儲能系統(tǒng)及需量反應(yīng)服務(wù)（含卸載控制及負載預(yù)測、卸載流程與控制策略等）；能源信息分析及安全管理（含即時性能源信息分析與異常行為偵測、資料加解密、通訊安全等）；能源信息通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（IEC61850相關(guān)標準的通訊應(yīng)用）。

（3）構(gòu)建智能電網(wǎng)設(shè)備標準及檢測平臺，就目前智能電網(wǎng)相關(guān)國家標準，包含自動讀表系統(tǒng)、氫能與燃料電池、風力發(fā)電、太陽光電、電動車輛、智能家庭及信息安全等方面，評估篩選及構(gòu)建檢測驗證平臺。

（4）持續(xù)進行自動讀表通信界面相關(guān)標準研究與草案研擬、先進電度表計量檢測技術(shù)研究等，包括自動讀表系統(tǒng)、氫能與燃料電池、風力發(fā)電、太陽光電、電動車輛、信息安全等皆有標準草案在進行，以補強智能電網(wǎng)相關(guān)標準及構(gòu)建檢測能量。

7.智能電網(wǎng)環(huán)境建設(shè)

（1）審視現(xiàn)行電業(yè)相關(guān)規(guī)范，改革現(xiàn)行需量反應(yīng)制度，包括傳統(tǒng)控制型（直接負載控制及可停電力等）需量反應(yīng)制度、評估市場型（需求競標、緊急型等）需量反應(yīng)制度。

（2）審視現(xiàn)行電價制度，包括合理反映供電成本確保電業(yè)正常發(fā)展、評估多樣化電價制度（時間電價、緊急高峰電價、即時電價及高峰時間電價回饋等），進而推動具節(jié)電誘因之電價制度，以提高用戶節(jié)能意愿。

（3）推動用戶節(jié)能管理制度，研究及建構(gòu)吸引業(yè)界參與的商業(yè)模式。如發(fā)展與推廣住宅能源管理系統(tǒng)、商業(yè)能源管理系統(tǒng)及工業(yè)能源管理系統(tǒng)，以提高節(jié)能減碳效益。

（4）人才培育，如結(jié)合大專院校設(shè)置智能電網(wǎng)研究中心培育技術(shù)及相關(guān)人才，并配合智能電網(wǎng)的構(gòu)建，結(jié)合地方政府推動一般民眾相關(guān)知識的教育宣傳。

二、推進智能電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃安全架構(gòu)[2]

1.防火墻的配置

為保護智能電網(wǎng)免遭外部攻擊，最有效的措施就是分別在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)置防火墻，通過設(shè)置有效的安全策略，做到對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的訪問控制。不改變原來網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，且保證通訊速度不受較大影響，可以配置使用基于狀態(tài)檢測包過濾技術(shù)上的流過濾技術(shù)的防火墻——硬件防火墻系統(tǒng)。

2.資料加密系統(tǒng)

各端點可能有大量的資料，除了要在資料傳輸上保證通道的安全外，也應(yīng)對信息內(nèi)容本身加密。在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，威脅最大的其實還是來自于內(nèi)部，因為威脅來源位于系統(tǒng)內(nèi)部，竊取或其他惡意行為要容易很多，進而系統(tǒng)受到入侵的可能性將更大。因此，直接對信息內(nèi)容加密是最有效的辦法，可采用高強度的加密技術(shù)對資料內(nèi)容進行加密，進一步保證信息保密性等安全性要求。然而需要注意的是，在電力行業(yè)的計算機系統(tǒng)中，有很多資料必須要有實時性，傳輸時間必須低于規(guī)范要求，若是采用公開密鑰加密系統(tǒng)，雖然防御強度非常高，但復(fù)雜度也較高，運算處理的時間相對較長，可能無法符合規(guī)范要求。因此要有所取舍，才能夠達到網(wǎng)絡(luò)安全的要求。

3.防止地址轉(zhuǎn)換協(xié)議系統(tǒng)

基本預(yù)防或是阻擋地址轉(zhuǎn)換協(xié)議攻擊的構(gòu)思有一個簡單又有效的方法去預(yù)防地址轉(zhuǎn)換協(xié)議攻擊，就是將地址轉(zhuǎn)換協(xié)議的緩存區(qū)狀態(tài)設(shè)成靜態(tài)。該方法的缺點為：不能在動態(tài)環(huán)境中工作；當網(wǎng)絡(luò)管理者在部署整個網(wǎng)絡(luò)時，這對網(wǎng)絡(luò)管理者來說將變得很難處理。為此，可以采用思科高端交換器技術(shù)，將IEC61850網(wǎng)絡(luò)拓撲加入具有文獻技術(shù)的高端交換器中。這樣雖然成本較高，但能減輕管理人員的負擔，而對于外置入侵偵測系統(tǒng)也能有很好的保護。

4.入侵偵測系統(tǒng)

智能電網(wǎng)系統(tǒng)的可用性要求非常重要，但阻斷攻擊與分散式攻擊難以預(yù)防，因此需要建立一套完善的入侵偵測系統(tǒng)，力求在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常流量行為，并即刻做出防護措施。另外，入侵偵測系統(tǒng)除了可以達到偵測分散式與阻斷式攻擊之外，也能偵測蠕蟲病毒、系統(tǒng)漏洞、應(yīng)用程序漏洞等，還可以支持位置轉(zhuǎn)換協(xié)議等各項弱點與攻擊的預(yù)防。

5.信息傳輸加密產(chǎn)品的配置

為了保護數(shù)據(jù)信息從發(fā)起端到接收端傳輸過程的安全性，在每一級網(wǎng)絡(luò)配備的防火墻系統(tǒng)與邊界路由器之間配備網(wǎng)絡(luò)層加密機。由于網(wǎng)絡(luò)層加密設(shè)備可以實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)的加密與解密，因此，在每個有重要傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)點只需配備一臺網(wǎng)絡(luò)層加密機。利用加密技術(shù)以及安全認證機制，保護信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臋C密性、真實性、完整性及可靠性。具體應(yīng)包括如下內(nèi)容：高加密強度的安全隧道，認證通信雙方的身份，實現(xiàn)基于應(yīng)用的訪問控制；有詳細的日志和審計記錄，對所處理的每一次通信或服務(wù)都可以進行詳細記錄；提供穿越防火墻的VPN應(yīng)用模式，可以直連的方式把通過認證的數(shù)據(jù)直接傳送到主機的應(yīng)用程序；可以與第三方認證產(chǎn)品集成，提供更強的身份認證和訪問控制功能。

三、智能電網(wǎng)建設(shè)成效的評價體系

1.智能變電站試點項目專項評價指標體系

智能變電站試點工程技術(shù)性評價指標以《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》為基礎(chǔ)，主要技術(shù)指標涵蓋互動性、全面性、先進性等方面。互動性指標包括信息標準化、配置標準化、功能互動等指標；全面性指標包含輔助設(shè)備與優(yōu)化措施等指標；先進性指標包含智能設(shè)備、過程層同步對時、易操作性、易維護性等評價指標。

2.配電自動化試點項目專項評價指標體系

配電自動化試點工程評價技術(shù)性指標主要依據(jù)《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》《配電自動化技術(shù)導(dǎo)則》等標準提出，包含安全性、互動性、優(yōu)質(zhì)性、先進性等指標。其中，安全性指標主要包括配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全可靠性、配電自動化系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠性等；互動性指標主要考慮信息互聯(lián)的標準性，反映配電自動化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息交互能力，包括與上一級調(diào)度自動化系統(tǒng)交互能力、與生產(chǎn)管理系統(tǒng)交互能力、與電網(wǎng)GIS平臺交互能力、與營銷管理信息系統(tǒng)交互能力、與95598系統(tǒng)交互能力；優(yōu)質(zhì)性指標主要反映用戶供電質(zhì)量；先進性指標主要包括配電自動化設(shè)備的覆蓋率、配電網(wǎng)高級應(yīng)用等。

3.用電信息采集系統(tǒng)試點項目專項評價指標體系

用電信息采集系統(tǒng)試點工程技術(shù)性評價指標主要根據(jù)《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)管理規(guī)范》等標準提出，具體包括可靠性、安全性和先進性等指標。其中，可靠性指標包含主站系統(tǒng)可靠性、終端可靠性以及通信信道可靠性等；安全性指標主要是指系統(tǒng)設(shè)計是否遵循《電力系統(tǒng)二次安全防護總體方案》《電力系統(tǒng)二次安全防護規(guī)定》等要求，通過信息內(nèi)外網(wǎng)、公網(wǎng)通信、主站側(cè)、終端側(cè)、智能電表五個層次體現(xiàn)；先進性指標主要包括信息傳輸響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)庫查詢響應(yīng)時間和信息交互等指標。

參考文獻：

[1]張健，蒲天驕，王偉，等.智能電網(wǎng)示范工程綜合評價指標體系[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，(6).

[2]高志遠，姚建國，曹陽，等.智能電網(wǎng)發(fā)展機理研究初探[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014，(5).

（責任編輯：孫晴）