智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究

　　計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究曹軍威）2）萬宇鑫3涂國煜張樹卿4）夏艾3劉小非陳震12陸超4）清華大學(xué)信患技術(shù)研究院北京100084）2）（清華信患科學(xué)與技術(shù)國家。
　　智能電網(wǎng)主要解決以下幾個(gè)方面的問題：保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠性的同時(shí)提高設(shè)備利用率由于電網(wǎng)系統(tǒng)高度耦合，調(diào)度控制不當(dāng)，單一故障（fault）可引發(fā)連鎖故障，甚至引起大面積停電事故和設(shè)備損壞，從而導(dǎo)致不可估量的直接和間接損失，故電網(wǎng)系統(tǒng)對于可靠性的要求非常高。智能電網(wǎng)的智能調(diào)度就是要在保證安全可靠的基礎(chǔ)上解決廣域信息的采集、傳遞、分析和處理問題。
　　實(shí)現(xiàn)發(fā)電與用電的互動(dòng)。電網(wǎng)的基本特征是發(fā)電與用電的平衡。從絡(luò)端用戶的角度講，用戶可以通過智能電力絡(luò)端獲取到電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)（比如電力的成本、自己各種設(shè)備的用電量），從而對自己的電力使用情況進(jìn)行調(diào)整。而對于電網(wǎng)系統(tǒng)來說，則可以根據(jù)用電設(shè)備的用電信息構(gòu)建精確的負(fù)荷模型，有效地提高供電效率。傳統(tǒng)電網(wǎng)的建設(shè)基于發(fā)-輸f配用的單向思維，大量冗余造成浪費(fèi)，智能電網(wǎng)基于實(shí)時(shí)性較高（幾十毫秒級）的測量通信系統(tǒng)，可以通過實(shí)時(shí)控制來達(dá)到發(fā)電負(fù)荷平衡，從而可以減少熱備用，并且提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　間歇式可再生能源（解釋:向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì))的接入。新能源主要是指風(fēng)電和光伏發(fā)電，我國的風(fēng)電資源主要集中在西北部地區(qū)，同樣這些地區(qū)也是太陽能資源較豐富的地區(qū)。
　　而我國電力需求較大的地區(qū)則集中在中東部，因此造成我國的新能源電力必然經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸才能到達(dá)負(fù)荷區(qū)。這就要求電網(wǎng)必須在全國范圍內(nèi)對新能源發(fā)電進(jìn)行優(yōu)化配置。同時(shí)，由于新能源發(fā)電本身具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，如果直接并入電網(wǎng)，則可能影響電網(wǎng)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。如風(fēng)力發(fā)電可能由于客觀氣象原因大范圍脫網(wǎng)，就會(huì)造成電力系統(tǒng)瞬時(shí)的不平衡，繼而影響整體的穩(wěn)定性。
　　由此可見，智能電網(wǎng)需要解決傳統(tǒng)電網(wǎng)信息系統(tǒng)在信息采集、傳輸、處理和共享等多方面的瓶頸，而這些問題的解決則依賴于正在逐漸發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)涵蓋從傳感器網(wǎng)絡(luò)至上層應(yīng)用系統(tǒng)之間的物理狀態(tài)感知、信息表示、信息傳輸和信息處理，在智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系中的通信、安全及上層應(yīng)用等各個(gè)方面將起到重要作用：傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于智能電表等電網(wǎng)絡(luò)端通信設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和信息獲取4；實(shí)時(shí)和安全通信技術(shù)可用于電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)維數(shù)據(jù)和發(fā)電負(fù)荷數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息表示技術(shù)6可用于電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、查詢和組織；數(shù)據(jù)分布式處理和任勞調(diào)度技術(shù)可用于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性分析、新能源接入后的能量流實(shí)時(shí)調(diào)配。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)從一個(gè)相對1期曹軍威等：智能電網(wǎng)倍息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究封閉自給的控制系統(tǒng)融入計(jì)算機(jī)數(shù)字環(huán)境中，在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的同時(shí)，使得風(fēng)能、電能等新能源方便地融入智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)，統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃與調(diào)度。
　　借鑒物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)構(gòu)架，本文從信息技術(shù)的角度提出智能電網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。第2節(jié)總結(jié)智能電網(wǎng)定義；第3節(jié)介紹智能電網(wǎng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、主要技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)并提出智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；第4節(jié)第6節(jié)分別詳細(xì)介紹智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施、支撐平臺和應(yīng)用系統(tǒng)；第7節(jié)進(jìn)行總結(jié)并對智能電網(wǎng)未來研究方向做展望。
　　2智能電網(wǎng)定義智能電網(wǎng)，通常指將現(xiàn)代信息系統(tǒng)融入傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的新電網(wǎng)系統(tǒng)。從而使電網(wǎng)具有更好的可控性和可觀性，解決傳統(tǒng)電力系統(tǒng)能源利用率低、互動(dòng)性差、安全穩(wěn)定分析困難等問題(Emerson)；同時(shí)基于能量流的實(shí)時(shí)調(diào)控，便于分布式新能源發(fā)電、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入和使用。
　　智能(intelligence)電網(wǎng)的第1個(gè)顯著特點(diǎn)是可觀性強(qiáng)。即借助信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的信息。
　　例如IBM定義智能電網(wǎng)3個(gè)層次的第1層次就是息的實(shí)時(shí)、全面和詳細(xì)監(jiān)視，消除監(jiān)測盲點(diǎn)“，清華大學(xué)20世紀(jì)80年代便提出”CCCP“（通信、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用）概念，認(rèn)為智能電網(wǎng)是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)網(wǎng)和電力信息網(wǎng)的兩網(wǎng)融合及相互作用。同樣的定義還包括中的相關(guān)(related)概念。
　　智能電網(wǎng)的另一個(gè)特性是發(fā)電用電雙方動(dòng)態(tài)交互。即利用實(shí)時(shí)獲取的電網(wǎng)發(fā)電信息和用戶(user)信息進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。從絡(luò)端用戶的角度來講，智能電網(wǎng)的目標(biāo)在于統(tǒng)籌調(diào)度所有的電力資源(zī yuán)，以更加便宜的方式提供給絡(luò)端用戶更加穩(wěn)定的電力。例如杜克能源（DukeEnergy）提出在智能電網(wǎng)環(huán)境下，絡(luò)端用戶可以實(shí)時(shí)觀測到自己的電力消耗情況并以此調(diào)整自己的用電習(xí)慣降低成本，同時(shí)電力可以根據(jù)用戶的需求調(diào)配=能源供應(yīng)并通過價(jià)格手段引導(dǎo)用戶的需求，使總的能源消耗降低。歐洲智能電網(wǎng)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃提出智能電網(wǎng)應(yīng)將所有接入電網(wǎng)的用戶、發(fā)電機(jī)以及雙向設(shè)備連接整合在一起，通過智能監(jiān)控、通信和自愈技術(shù)加強(qiáng)對發(fā)電側(cè)的控制，提供給用戶更多信息和用電優(yōu)化方案，減少電力系統(tǒng)對環(huán)境的影響，提高供電的可靠性和安全性。
　　智能電網(wǎng)的第3個(gè)特點(diǎn)是可靠性高。即可以從系統(tǒng)震蕩中自動(dòng)恢復(fù)，對于系統(tǒng)失穩(wěn)趨勢提前報(bào)警及調(diào)整。例如美國能源部定義智能電網(wǎng)應(yīng)具有系統(tǒng)震蕩自恢復(fù)、魯棒性高、安全穩(wěn)定等特征。而IBM定義的智能電網(wǎng)3個(gè)層次的第3層次就是在信息集成的基礎(chǔ)上進(jìn)行高級分析，實(shí)現(xiàn)提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目標(biāo)。
　　綜合上述觀點(diǎn)，我們給出智能電網(wǎng)的定義如下：智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的集傳感、通信、計(jì)算、決策與控制為一體的綜合數(shù)物復(fù)合系統(tǒng)，通過獲取電網(wǎng)各層節(jié)點(diǎn)資源和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行分層次的控制管理和電力調(diào)配，實(shí)現(xiàn)能量流、信息流和業(yè)勞流的高度一體化，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，以達(dá)到最大限度地提高設(shè)備利用效率，提高安全可靠性，節(jié)能減排，提高用戶供電質(zhì)量，提高可再生能源的利用效率。智能電網(wǎng)最絡(luò)目標(biāo)(cause)是降低能源消耗成本，改善居民用電質(zhì)量，降低電力運(yùn)行成本，從而促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展(Develop)。
　　3智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)3.1智能電網(wǎng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2001年啟動(dòng)了CIN/SI項(xiàng)目，提出開發(fā)一個(gè)建模、仿真、分析及綜合工具用于作為建立高魯棒性、高適應(yīng)性、控制可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化電力系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)施，2001年6月的《Wred》對其進(jìn)行了介紹，這是較早提及構(gòu)建智能能源網(wǎng)絡(luò)設(shè)想的。在此之后，美國電力研究院啟動(dòng)了IntelUGrul項(xiàng)目并于2004年發(fā)布了IntelUGml
　?、袤w系架構(gòu)，G
　　E、思科、朗訊等多家參與到該項(xiàng)目的研發(fā)中。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。該項(xiàng)目旨在集成電力系統(tǒng)中能源系統(tǒng)和控制信息系統(tǒng)，從電力信息系統(tǒng)和服勞模型兩個(gè)角度（angle)對如何構(gòu)建智能電網(wǎng)給出實(shí)施步驟和技術(shù)引導(dǎo)。2003年美國能源部發(fā)布了電網(wǎng)2030藍(lán)圄并于同年?duì)款^成立了GridWise
　?、诼?lián)盟，該聯(lián)盟旨在推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和信息技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建新型智能電網(wǎng)。目前成員包括IB
　　M、斯科、西□子、G
　　E、微軟、三星等全世界140余家涉及能源和信息領(lǐng)域的企業(yè)。2008年3月，美國Xcel能源宣布在科羅拉多州波爾多（Boulder）建立智計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)能電網(wǎng)城市試點(diǎn)，目前已安裝23 000臺智能監(jiān)控設(shè)備
　　①為用戶提供更加便利穩(wěn)定的電力供應(yīng)并幫助用戶節(jié)約(jié yuē)用電成本。2011年5月，美國在夏威夷毛伊島（mam）建立了一個(gè)新的智能電網(wǎng)試點(diǎn)?？傮w來看，美國的智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展側(cè)重通信技術(shù)、控制技術(shù)與電力系統(tǒng)的融合，同時(shí)強(qiáng)調(diào)絡(luò)端用戶和電網(wǎng)系統(tǒng)的交互。美國能源部2009年智能電網(wǎng)報(bào)告指出構(gòu)建智能電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)從輸電系統(tǒng)、分布式能源、配電系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)、管理和金融環(huán)境的6個(gè)方面開展。
　　歐洲智能電網(wǎng)的構(gòu)建計(jì)劃起緣于2004年，在第一屆國際可再生能源和分布式能源一體化會(huì)議上，產(chǎn)業(yè)界和研究界相關(guān)人士提出了建立歐洲未來電力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺的設(shè)想。2005年在歐盟委員會(huì)的支持下歐洲成立了智能電網(wǎng)歐洲技術(shù)平臺，為2020年及之后的歐洲電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供規(guī)劃。該組織于2006年發(fā)布了歐洲智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)藍(lán)圄，提出了智能電網(wǎng)必須包含靈活性、可接入性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性四個(gè)目標(biāo)，其中可接入性部分特別提到可再生能源和高效低碳產(chǎn)能的接入。2008年底該組織發(fā)布了歐洲智能電網(wǎng)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃并于2010年4月發(fā)布了最絡(luò)版本，將歐洲智能電網(wǎng)的發(fā)展按優(yōu)先級劃分為6個(gè)等級，涵蓋電網(wǎng)優(yōu)化、分布式能源、信息通信技術(shù)到市場運(yùn)營等方面。所有目標(biāo)將在2020年前后芫成，其中第一階段目標(biāo)（優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)營和使用）在2008 2012年芫成，解決分布式環(huán)境下電網(wǎng)的運(yùn)營、安全和以市場為導(dǎo)向的能量流控制問題。曰本于2009年4月公布了“曰本發(fā)展戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)長計(jì)劃”，其中包括了太陽能發(fā)電并網(wǎng)、未來曰本智能電網(wǎng)實(shí)證試驗(yàn)、電動(dòng)汽車快速充電裝置等與智能電網(wǎng)密切相關(guān)的內(nèi)容。曰本電氣事業(yè)聯(lián)合會(huì)在2009年7月表示，將全面開發(fā)“曰本版智能電網(wǎng)”韓國在2008年發(fā)布了“綠色能源工業(yè)策略”，推出了“韓國版智能電網(wǎng)”
　　設(shè)想。
　　在我國，2009年5月國家電網(wǎng)提出了我國智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，將分3個(gè)階段推動(dòng)我國智能電網(wǎng)的建設(shè)并計(jì)劃于2020年建成統(tǒng)一的智能電網(wǎng)；從電網(wǎng)本身安全穩(wěn)定、能源調(diào)度、用戶交互(each other)性、新型電力應(yīng)用等8個(gè)方面給出了我國未來智能電網(wǎng)的特征。華北電網(wǎng)于2009年4月公布了試點(diǎn)小區(qū)。南方電網(wǎng)2008年芫成了廣域阻尼控制系統(tǒng)，是世界首例已成功工程實(shí)施的廣域閉環(huán)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于由同步相量測量單元了自適應(yīng)的廣域閉環(huán)控制。截至2009年我國在東北、華北、華中、江蘇、華東、河南、云南、責(zé)州、廣東、南網(wǎng)各處按入了1000多處PMU節(jié)點(diǎn)，建立了10多個(gè)WAMS中心站，基本覆蓋500kV變電站和主要發(fā)電廠，超過美國在該方面的進(jìn)展。
　　高校方面也有多家單位正在開展智能電網(wǎng)的研究，如清華大學(xué)韓英鐸院士率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在廣域電網(wǎng)監(jiān)控方面取得了一定成果，解決了廣域阻尼控制工程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，與四方集團(tuán)合作提出了基于廣域信息的電力系統(tǒng)安全預(yù)警、防御和控制系統(tǒng)構(gòu)建方案。天津大學(xué)余貽鑫院士率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在分布式發(fā)電功能系統(tǒng)方面取得了一定的進(jìn)展，提出了將太陽能、風(fēng)能、小型水能等分布式發(fā)電功能系統(tǒng)以微網(wǎng)形式接入大電網(wǎng)的技術(shù)思路，用于提高能量傳輸效率及電力傳輸穩(wěn)定性與可靠性，提高電能質(zhì)量降低成本。
　　總體來看，目前國外智能電網(wǎng)研究側(cè)重于分布式能源的接入和發(fā)電用電側(cè)的互動(dòng)，我國智能電網(wǎng)的研究工作側(cè)重于大電網(wǎng)系統(tǒng)的信息獲取與穩(wěn)定控制，這與我國電力網(wǎng)絡(luò)耦合性強(qiáng)的特點(diǎn)有關(guān)。
　　3.2電網(wǎng)信息系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題現(xiàn)有電網(wǎng)信息系統(tǒng)（電力二次系統(tǒng)）主要指電力調(diào)度自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)成的能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem）、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)DMS（DistributionManagementSystem）和廣域監(jiān)控系統(tǒng)WAMS.能量管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集Acquisition）、自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)AGC（AutomaticGamControl）及電力狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)等；配網(wǎng)管理系統(tǒng)主要包括配電自動(dòng)化系統(tǒng)DAS（Dstrbuion InformationSystem）及需求側(cè)管理系統(tǒng)DSM（DemandSideManagement）等；而廣域監(jiān)控系統(tǒng)則由同步相角測量單元PMU構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)主要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。其中EMS和DMS系統(tǒng)均依賴于遠(yuǎn)程控制單元RTU（RemoteTerminalUnit）及其構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA，其主要問題是數(shù)據(jù)采集時(shí)間過長，達(dá)到分秒級，無法滿足實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用如電網(wǎng)廣域控制、能量調(diào)度等。WAMS 1期曹軍威等：智能電網(wǎng)倍息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間雖在百毫秒量級，但WAMS系統(tǒng)依賴于電力專網(wǎng)構(gòu)建，按入成本較高，目前國內(nèi)110kV電壓等級以下無PMU節(jié)點(diǎn)部署。此外，現(xiàn)有電網(wǎng)信息系統(tǒng)只針對發(fā)配電場站、大功率用電設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，無法獲取負(fù)荷的實(shí)時(shí)信息，能量調(diào)配還基于離線預(yù)測。這樣就造成了現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)面臨的4個(gè)主要問題：（1）電力系統(tǒng)重要參數(shù)隨機(jī)、時(shí)變、不可觀，造成電力系統(tǒng)預(yù)測和調(diào)度困難；（2）輸電線路的真正輸電極限未知，往往靠大保守度換取可靠性，造成線路利用度低；（3）對于遠(yuǎn)距離輸電中的故障無法準(zhǔn)確獲知故障信息，如故障地點(diǎn)和嚴(yán)重(serious)程度，往往采取試探辦法應(yīng)對故障，造成設(shè)備大量冗余；（4）電力系統(tǒng)有功無法存儲(chǔ)，無功無法動(dòng)態(tài)平衡，負(fù)荷無法互動(dòng)，熱備用造成浪費(fèi)。
　　為了解決以上問題，需要加大量傳感設(shè)備，如智能電表、PMU單元等，而傳感設(shè)備的加意味著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量的大，解決大數(shù)據(jù)量下的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和處理則需要利用先進(jìn)的信息、通信、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算技術(shù)，這正是智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)需要解決的問題?；诖?，我們提出智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如下。
　　3.3智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)我們提出的智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圄2所示，主要包括智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施、智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)支撐平臺與智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)應(yīng)用體系三個(gè)部分。
　　智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意圖智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施主要指構(gòu)建智能電網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)，而智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)支撐平臺主要指構(gòu)建智能電網(wǎng)的軟件基礎(chǔ)架構(gòu)，在此之上則是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)的各類應(yīng)用。下面將分別對上述三個(gè)平臺進(jìn)行闡述。
　　4智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施是構(gòu)建智能電網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)，包括電力系統(tǒng)的各主要環(huán)節(jié)及控制、量測設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)。
　　4 1電力系統(tǒng)(system)控制和量測設(shè)備首先簡單介紹電力系統(tǒng)的組成，電力系統(tǒng)主要由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度6個(gè)部分構(gòu)成。發(fā)電環(huán)節(jié)包括傳統(tǒng)的水電、火電及新的核能、風(fēng)能、太陽能發(fā)電，針對發(fā)電環(huán)節(jié)的控制主要有面向發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)、電壓幅值調(diào)節(jié)、同步相位及有功無功功率調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓一般在1135kV范圍內(nèi)。輸電環(huán)節(jié)將電網(wǎng)系統(tǒng)中的主要發(fā)電機(jī)和負(fù)荷中心連接在一起，構(gòu)成電網(wǎng)系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，通常運(yùn)行在最高電壓等級（如220kV以上）。常用的輸電技術(shù)有高壓直流輸電和柔性交流輸電。變電環(huán)節(jié)芫成電力的二次分配過程，連接變電站和配電站，一些大型工業(yè)負(fù)荷可能會(huì)直接接入變電系統(tǒng)。
　　變電系統(tǒng)的電壓等級一般在69138kV之間通過對于變電站的變壓比和無功補(bǔ)償設(shè)備，電網(wǎng)系統(tǒng)可以對電網(wǎng)的無功功率和電壓進(jìn)行控制。配電環(huán)節(jié)最絡(luò)芫成電能到個(gè)人用戶之間的轉(zhuǎn)換，配電系統(tǒng)分為一次配電系統(tǒng)和二次配電系統(tǒng)，一次配電系統(tǒng)主要供應(yīng)小型工業(yè)用電，電壓等級在434二次配電系統(tǒng)則用于居民和企業(yè)用電，電壓等級在120240V之間。
　　電力系統(tǒng)量測設(shè)備是構(gòu)建智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)依賴于傳感器的應(yīng)用和部署，目前智能電網(wǎng)中的傳感器包括電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)(maintain)量測系統(tǒng)和個(gè)人用戶量測系統(tǒng)兩類。其中電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)量測系統(tǒng)主要用于采集電力系統(tǒng)單元如輸配電線、電廠、電動(dòng)機(jī)側(cè)的電氣信息，常用的如SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)程絡(luò)端裝置RTU和WAMS系統(tǒng)中的PMU.RTU單元具有量測、通信、控制等多種功能，該量測單元被廣泛應(yīng)用于能量管理系統(tǒng)（EMS）中，但其主要不足是數(shù)據(jù)采樣頻率較低，無法及時(shí)獲取電網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)信息；各RTU單元無同步時(shí)鐘，獲取到的數(shù)據(jù)不同步。相對于RTU單元，PMU加了相角測量(cè liáng)；具備GPS授時(shí)單元，測量精度更高；同時(shí)測量頻率更高，在幾十毫秒量級。而個(gè)人用戶量測系統(tǒng)主要用于測量個(gè)人電力使用情況，如智能電表。智能電表（SmartMeter）的主要功能在于通過獲取用戶各項(xiàng)不同用電設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，并結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行的情況進(jìn)行分析，給用戶提供省電節(jié)能的建議，信息流雙向傳遞。智能電表應(yīng)該具有如下功能：雙向通信；自動(dòng)數(shù)據(jù)采集；斷電管理；動(dòng)態(tài)計(jì)費(fèi)管理；需求響應(yīng)用于負(fù)載控制。
　　目前，在智能電表研制領(lǐng)域，存在兩種主要思路：（1）采用多個(gè)采集設(shè)備直接對用電器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；2）采用一個(gè)采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)，再用分類算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識。其中第1種思路的缺陷在于每個(gè)電器都需要安裝傳感設(shè)備，費(fèi)用較高，部分用電器安裝困難且需要額外的通信協(xié)議及設(shè)備對數(shù)據(jù)采集進(jìn)行支持。相對而言，第2種思路的成本較低，主要基于模式識別算法對用電器的用電特征進(jìn)行分類，從而分析得出不同用電器的用電情況。對于第2種方法，利用傳感器獲取哪類數(shù)據(jù)變得至關(guān)重要，因?yàn)樘卣鞯倪x取對于模式識別算法的效率的影響很大。目前，已有的設(shè)計(jì)如表1測量方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)有功功率及無功功率大功率電器特征相差較大，利于區(qū)分（1）不適于小功率電器（2）相似電器沒有辦法區(qū)分（3）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需同時(shí)測用功和無功功率電流大小及啟動(dòng)特征設(shè)計(jì)簡單；容易區(qū)分相似電器（1）對大電流電器測量不準(zhǔn)確（2）需要專業(yè)人員安裝瞬時(shí)電壓噪聲特征（1）安裝便利，任意插座都可用于安裝（）可以用于區(qū)分同類電器（1）每一個(gè)用戶需要重新訓(xùn)練（2）需要高采用率（MHz以上）測量連續(xù)高頻電壓特征需要較高的采樣頻率（50電力控制設(shè)備是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)目標(biāo)的載體，電網(wǎng)系統(tǒng)的主要工作參數(shù)是頻率、電壓、相位、有功功率、無功功率。為實(shí)現(xiàn)對以上參數(shù)的控制，電網(wǎng)系統(tǒng)的控制對象包括各級發(fā)電單元、輸變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)。主要控制設(shè)備有RTU單元及各種智能電子設(shè)備（IntelligentElectronicDevice，IED）。
　　4.2電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。智能電網(wǎng)中的廣域量測系統(tǒng)WAM
　　S、廣域保護(hù)系統(tǒng)WAPS（WideAreaProtectionSystem）、廣域控制系統(tǒng)WACS（WideAreaControlSystem）等都依賴于通信構(gòu)架。由于電網(wǎng)系統(tǒng)存在多樣性和分散性的特點(diǎn)，目前電網(wǎng)系統(tǒng)尚無統(tǒng)一的體系構(gòu)架。綜合考慮智能電網(wǎng)目前的組網(wǎng)方式及未來的應(yīng)用需求，我們認(rèn)為智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)體系自底向上的構(gòu)架圄如圄3所示。
　　智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按照智能電網(wǎng)底層量測單元的不同，智能電網(wǎng)通信組網(wǎng)也可以看成兩部分：1）由電網(wǎng)狀態(tài)量測單元PM
　　U、RTU構(gòu)成的電力狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)為局域范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少。（2）由個(gè)人用戶量測單元構(gòu)成的信息網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，可擴(kuò)展性要求高。
　　4 2.1個(gè)人用戶網(wǎng)絡(luò)個(gè)人用戶量測單元往往先通過局域網(wǎng)進(jìn)行連接，再接入廣域網(wǎng)。由智能電表連接組成的局域網(wǎng)包括家庭局域網(wǎng)HAN（HomeAreaNetwork）和可用的組網(wǎng)方式有無線網(wǎng)絡(luò)和競頻電力線傳輸BPL（BroadbandoverPowerLine）網(wǎng)絡(luò)。其中利用無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建智能電網(wǎng)個(gè)人用戶局域網(wǎng)已有成型的協(xié)議，已有標(biāo)準(zhǔn)包括Zgbee
　?、賲f(xié)議和OpenHAN協(xié)議。上述兩種協(xié)議均運(yùn)行于IEEE80
　　2. 15.4無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上。Zgbee協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一種常用組網(wǎng)技術(shù)，多用于低速短距離無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，給出了一種基于Zgbee構(gòu)建個(gè)人用戶局域網(wǎng)的方案。OpenHAN則是針對家庭電力系統(tǒng)?！踉O(shè)計(jì)的一種無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議，2008年由開放智能電網(wǎng)用戶組OSGUG（OpenSmartGridUsersGroup）發(fā)布了第1版組網(wǎng)需求說明文檔并于2010年進(jìn)行了修訂。構(gòu)建個(gè)人用戶局域網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)有星型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀（mesh）網(wǎng)絡(luò)兩種。其中星型網(wǎng)絡(luò)的主要缺點(diǎn)是中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)重，存在單點(diǎn)失效問題；而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)多見于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架，由于其較好的自愈特性，實(shí)際也多采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建1期曹軍威等：智能電網(wǎng)倍息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究個(gè)人用戶電力信息網(wǎng)，但臨近集中節(jié)點(diǎn)（AccessPmnt）的節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
　　42.2電力主干通信網(wǎng)智能電網(wǎng)主干通信網(wǎng)組網(wǎng)方式可以分為兩類，第1類是電力網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的構(gòu)架方式，即通信載體本身是電力網(wǎng)絡(luò)中的元素，包括基于GroundWre）及全介質(zhì)自承式架空光纜ADSS（A11DielectricSelfSupporting）。第2類是智能電網(wǎng)信息網(wǎng)的構(gòu)架與電力網(wǎng)絡(luò)分離，即采用額外的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架電力系統(tǒng)信息網(wǎng)。而這種模式下也存在不同的信息網(wǎng)構(gòu)架方式，大致可以分為3種，即采用光纖、無線信號及租用帶競。目前比較通用的做法是主干網(wǎng)絡(luò)采用光纖搭建(指搭蓋、建立)，邊緣網(wǎng)絡(luò)利用無線方式進(jìn)行傳輸。
　　采用電力網(wǎng)絡(luò)元素構(gòu)建信息網(wǎng)的模式有利于節(jié)約成本，但容易造成電力系統(tǒng)和信息系統(tǒng)互相耦合，電力網(wǎng)絡(luò)的故障將導(dǎo)致信息網(wǎng)絡(luò)的故障。而分離模式則可以解決上述問題，使智能(intelligence)電網(wǎng)信息網(wǎng)構(gòu)架更加自由，但分離模式下信息網(wǎng)必須另外選擇傳輸載體，需要在成本和傳輸性能上進(jìn)行平衡。特別是電力系統(tǒng)設(shè)備分布范圍廣，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)不具備構(gòu)架光纖或無線網(wǎng)絡(luò)的條件，需要額外的傳輸方式，已有方案比如基于認(rèn)知無線電CRCCogmtveRado）的傳輸構(gòu)架模型，認(rèn)知無線電的好處在于能從特定區(qū)域的頻段中找出適合通信的空白頻諳，在不影響已有通信系統(tǒng)的前提下利用傳輸帶競。IEEE80
　　2. 22協(xié)議定義了空白頻諳搜尋方式。目前802.22協(xié)議已經(jīng)在電視頻(Video)諳中得到了部署，通過CR技術(shù)利用電視空白帶競，因此可用于在偏遠(yuǎn)地區(qū)構(gòu)架信息網(wǎng)絡(luò)。
　　已有的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議包括IEC60870、IEC61850及IEC61970協(xié)議組，由于上述協(xié)議組主要針對不同類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)建，因此本節(jié)不做描述，在第6節(jié)中再進(jìn)行說明。
　　42.3智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)(The internet)主要指標(biāo)智能電網(wǎng)通信網(wǎng)構(gòu)建最主要的兩個(gè)指標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。不同的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式必然導(dǎo)致不同網(wǎng)絡(luò)特性，如何選取智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的構(gòu)建方案是智能電網(wǎng)研究領(lǐng)域的一大重要問題。
　　探討智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)及穩(wěn)定性問題有兩個(gè)思路：（1）從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皡f(xié)議本身的角度出發(fā)進(jìn)行研究，如研究了在分離信息網(wǎng)構(gòu)架模式下采用專用帶競和共享帶競的網(wǎng)絡(luò)性能及其影響因素；2）從信息論的角度出發(fā)研究智能電網(wǎng)的傳輸性能，如針對智能電網(wǎng)無線通信所需的信道容量以保證安全通信的需求的分析。在網(wǎng)絡(luò)性能分析的基礎(chǔ)上，考慮電力系統(tǒng)通信延時(shí)對控制性能的影響則是網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)需要解決的問題，但目前的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)通常針對單一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，不具有推廣性。
　　前文提到，目前電力信息網(wǎng)絡(luò)通常采用專網(wǎng)搭建(指搭蓋、建立)，但由于專用帶競部署的成本制約，專用帶競往往不能很大，而在這種情況下采用共享帶競模型往往能獲得更大的信道容量，也即意味著更好的傳輸延時(shí)性能，但問題在于共享帶競模型下延時(shí)的穩(wěn)定性受網(wǎng)絡(luò)條件的影響較大，如果背景噪聲比例高，則網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和包都會(huì)迅速上升。基于TCP/IP搭建了智能電網(wǎng)WAMS和WAMC模型，并分析了在共享帶競模式下加入背景噪聲和QoS機(jī)制后的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和包情況。同時(shí)還針對共享帶競模型下不同帶競的情況進(jìn)行了比較。目前我國智能電網(wǎng)采用的是專網(wǎng)構(gòu)建模式，但由于成本限制，僅限于220kV及以上電壓等級。如何在共享帶競網(wǎng)絡(luò)情況下保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性將是一個(gè)難點(diǎn)。
　　而對于個(gè)人用戶量測網(wǎng)絡(luò)來說，其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，但單個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量有限，此外網(wǎng)絡(luò)多采用無線（wireless)方式構(gòu)建，如何收集這些數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性是智能電網(wǎng)需要解決的問題。針對個(gè)人用戶量測系統(tǒng)提出了一種基于壓縮傳感技術(shù)的智能電表量測系統(tǒng)模型，采用無線接入的方法，討另一方面，隨著廣域監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的逐漸多，已有的電力信息網(wǎng)絡(luò)逐漸無法滿足系統(tǒng)需求，同時(shí)大數(shù)據(jù)量對帶競造成的壓力還容易造成時(shí)延的加。如果能對電力系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)本身作壓縮，則可以降低系統(tǒng)對帶競的需求。針對電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)量測系統(tǒng)提出了一種基于矩陣奇異值分解的量測系統(tǒng)模型。通過分析電網(wǎng)連接的耦合程度來判斷哪些數(shù)據(jù)是需要在區(qū)域之間進(jìn)行傳輸?shù)?，從而降低了需要傳輸?shù)據(jù)的大小。
　　智能電網(wǎng)通信傳輸與傳統(tǒng)信息傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別在于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)，智能電網(wǎng)通信難點(diǎn)在于其對網(wǎng)絡(luò)延時(shí)大小及時(shí)延的穩(wěn)定性要求較高。傳統(tǒng)電網(wǎng)通信控制系統(tǒng)如SCADA系統(tǒng)面臨的主要問題就在于延時(shí)過大，如何根據(jù)物理?xiàng)l件的限制在成本和性能之間進(jìn)行平衡，也是未來智能電網(wǎng)研究的主計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)要難點(diǎn)。除此之外，如何保證智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)信道的保密性和安全性也是一個(gè)待解決問題。
　　424智能電網(wǎng)上層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)隨著分布式發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的推廣，從電能供應(yīng)和使用的層面來看，電網(wǎng)的自組織特性會(huì)加強(qiáng)，在局域范圍內(nèi)電網(wǎng)表現(xiàn)出自產(chǎn)自銷的特點(diǎn)。比如未來用戶使用的電能可能一部分來自大電網(wǎng)的供給，而另一部分來自其附近的新能源產(chǎn)生的電力。這種模式下傳輸和配電的損耗將降低，且有助于減輕大電網(wǎng)的負(fù)載。而這種自組織的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)模型與內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN（ContentDeliveryNetwork）一致，電網(wǎng)中也可能產(chǎn)生類似于互聯(lián)網(wǎng)Cache和P2P的電力供應(yīng)模式，即通過混合動(dòng)力汽車PHEV（PlugrinHybridElectricVehicle）和電動(dòng)汽車EV來充當(dāng)Cache，在2004年便有類似的想法被提出。本文認(rèn)為智能電網(wǎng)上層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)可利用覆蓋網(wǎng)技術(shù)及信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。）是基于當(dāng)前TCP/IP架構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)通信的一種虛擬網(wǎng)絡(luò)。它通過在現(xiàn)有通信基礎(chǔ)框架上部署一組節(jié)點(diǎn)，改善TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的通信可靠性與服勞質(zhì)量。覆蓋網(wǎng)可針對智能電網(wǎng)應(yīng)用的多樣性提供網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)支撐。例如微網(wǎng)系統(tǒng)中的發(fā)電負(fù)載平衡問題便可利用P2P模型解決。借助P2P技術(shù)在分布式資源發(fā)現(xiàn)方面的算法，系統(tǒng)可以較快獲取各節(jié)點(diǎn)用電和發(fā)電的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行調(diào)配。如果在節(jié)點(diǎn)描述中加入地址等地域信息，系統(tǒng)還可根據(jù)就近供給的原則，減少輸電損耗。描繪(trace)了一種基于代理的微網(wǎng)輸配電調(diào)配模型。除此之外，P2P技術(shù)在電力計(jì)價(jià)系統(tǒng)、智能保護(hù)系統(tǒng)、智能卸負(fù)荷等多個(gè)方面均可得到應(yīng)用。覆蓋網(wǎng)技術(shù)還可用于提高智能電網(wǎng)的安全性能和時(shí)延性能。通過設(shè)置安全集線器（hub），數(shù)據(jù)集中器可以通過認(rèn)證等方式選取安全數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。且采用覆蓋網(wǎng)技術(shù)有助于提高網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性，不宜產(chǎn)生單點(diǎn)失效問題。
　?。↖nformationCentricNetwor-kmg，ICN）是當(dāng)前未來互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)研究的重要成果之一，基本思想是將信息對象與絡(luò)端位置剝離，通過(tōng guò)發(fā)布/訂閱范重要作用，以其為基礎(chǔ)的預(yù)警分析的應(yīng)用、在通信及安全上面對的挑戰(zhàn)。此外，電網(wǎng)狀態(tài)量測往往針對大型電網(wǎng)組件或負(fù)荷，局域范圍內(nèi)數(shù)量相對有限且量測單元的性能較高，但系統(tǒng)往往采用集中式的管理模式，所以導(dǎo)致系統(tǒng)中心節(jié)點(diǎn)負(fù)荷過大，帶競制約因素明顯。
　　自20世紀(jì)90年代起，智能抄表設(shè)備（AMR）逐漸開始應(yīng)用試點(diǎn)，但AMR僅僅芫成了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程獲取和計(jì)費(fèi)功能，并不具備對用戶用電行為進(jìn)行調(diào)控的功能，信息(information)流單向傳遞。而由智能電表SM（SmartMeter）構(gòu)成的高級量測體系A(chǔ)MI（AdvancedMeteringInfrastructure）則可實(shí)現(xiàn)信息流的雙向傳遞，智能電表及AMI體系是構(gòu)建智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。相對于電網(wǎng)狀態(tài)量測，個(gè)人量測系統(tǒng)表現(xiàn)為在小區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)量大，可擴(kuò)展性要求高；同時(shí)對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和安全性有要求。
　　智能電網(wǎng)量測系統(tǒng)是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的采集功能。現(xiàn)有的量測系統(tǒng)包括SCADA系統(tǒng)、WAMS系統(tǒng)和AMI系統(tǒng)三類。其中SCADA系統(tǒng)和WAMS系統(tǒng)芫成對電力狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集而AMI芫成對個(gè)人用戶數(shù)據(jù)的采集。SCA-DA系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，正逐步被WAMS系統(tǒng)替代，而AMI目前還處在發(fā)展中，尚未形成成形方案。另一方面，智能電網(wǎng)量測系統(tǒng)作用的發(fā)揮依賴于數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。下面將對智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)表示與存儲(chǔ)構(gòu)架進(jìn)行分析。
　　5.2數(shù)據(jù)表示與存儲(chǔ)系統(tǒng)52.1智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)表示由于電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備是由多個(gè)不同的廠家共同生產(chǎn)的，如何描述電網(wǎng)系統(tǒng)本身并且統(tǒng)一管理這些異構(gòu)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)信息網(wǎng)的關(guān)鍵之一。電網(wǎng)系統(tǒng)的表示包括電力系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)的定義、設(shè)備的描述、設(shè)備間關(guān)聯(lián)關(guān)系的表述、通信模型的表述等多方方面內(nèi)容。同樣，智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)表示可以劃分為電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)表示和個(gè)人用戶數(shù)據(jù)表示兩類，如圄5所示（圄中與PM
　　U、RTU相連模型為電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)表示模型；與SmartMeter相連模型為個(gè)人用戶數(shù)據(jù)表示模型）智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)表示模型目前，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)描述已有的常用模型標(biāo)準(zhǔn)包括IEC60870協(xié)議組
　　①、IEC61850協(xié)議組
　　②、IEC61970協(xié)議組
　?、垡约罢谥贫ǖ腎EC61968協(xié)議組
　?、堋Ｆ渲蠭EC60870協(xié)議組是較早（19901995年）制定的電力系統(tǒng)自動(dòng)化協(xié)議組，其通信模型和數(shù)據(jù)模型適用于采用專用通信線路搭建的點(diǎn)對點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，目前正在逐步被替換。IEC61850協(xié)議組是描述變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系的協(xié)議組，于1999年發(fā)布。協(xié)議采用了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模方法，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的自我描述，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自己帶有說明文件，使得數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要再實(shí)現(xiàn)進(jìn)行規(guī)約和轉(zhuǎn)換，從而具備了面向服勞的特點(diǎn)，而IEC60870協(xié)議組下數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要收發(fā)雙方事先對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行規(guī)約IEC61970協(xié)議組及IEC61968協(xié)議組均針對電網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)，其中IEC61970協(xié)議組主要面向EMS（能量管理系統(tǒng)）。而IEC61968主要面向DMS（配電管理系統(tǒng)），上述兩個(gè)協(xié)議組均采用了通用信息模型CIM.CIM模型也是采用面向?qū)ο蟮姆椒枋鲭娋W(wǎng)模型及其數(shù)據(jù)，可用UML圖來表示電力系統(tǒng)組件間的繼承、連接關(guān)系及資源屬計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)性，同時(shí)CIM模型還定義了CIM/XML文件，使得CIM模型可通過XML進(jìn)行傳遞，這樣不同的應(yīng)用系統(tǒng)就可以直接相互通信，因此CIM模型可用于電力系統(tǒng)的應(yīng)用集成。同時(shí)，CIM還具有元數(shù)據(jù)描述管理的功能，可用于電網(wǎng)數(shù)據(jù)倉庫的建立。采用CIM模型對電力系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)進(jìn)行建模是構(gòu)建智能電網(wǎng)信息網(wǎng)的趨勢，均提出了基于CIM模型的智能電網(wǎng)信息共享平臺設(shè)計(jì)方案。
　　就以智能電表為單元的個(gè)人用戶數(shù)據(jù)而言，已有數(shù)據(jù)模型有DLMS/COSEM模型，其對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)為IEC62056協(xié)議組
　　①。DLMS對智能(intelligence)電表數(shù)據(jù)的讀取、計(jì)費(fèi)和負(fù)載控制進(jìn)行了規(guī)約，COSEM涵蓋了DLMS規(guī)約的傳輸與用戶層規(guī)范。
　　5.2.2智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型智能電網(wǎng)具有可靠性要求高和數(shù)據(jù)海量的特點(diǎn)，這要求智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)必須設(shè)置必要的冗余和備份機(jī)制；同時(shí)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模型必須滿足快速查找和處理要求；而由于智能電網(wǎng)應(yīng)用多樣，不同應(yīng)用實(shí)時(shí)性要求也不相同，由此智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也可分為在線數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)兩種模式(pattern)。
　　目前主要有4種智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案：第1類方案為多個(gè)數(shù)據(jù)集中器，單一控制處理節(jié)點(diǎn)加上利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的集中存儲(chǔ)。其中每個(gè)數(shù)據(jù)集中器負(fù)責(zé)從一定數(shù)量的量測設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)。目前我國電網(wǎng)系統(tǒng)中的廣域控制模型與之類似；第2類方案與第1類方案類似，但將集中式存儲(chǔ)拆分為分布式數(shù)據(jù)庫存(in stock)儲(chǔ)。第3類方案取消了利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)模式，提出了基于XML的〈關(guān)鍵字，值〉模型，并且采用類似MapReduce的算法對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作；第4類方案采用分布式文件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫結(jié)合的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的不是原始的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，而是數(shù)據(jù)的索引，原始數(shù)據(jù)以文件的形式存在于數(shù)據(jù)集中節(jié)點(diǎn)上，該方式類似于搜索引擎對網(wǎng)頁的搜索。結(jié)合智能電網(wǎng)中家庭電力數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和賬單計(jì)算這一應(yīng)用對上述4類方案的并發(fā)處理能力和處理時(shí)間進(jìn)行了仿真并給出了結(jié)以及針對家庭月賬單的計(jì)算時(shí)間。結(jié)果表明方案3的可擴(kuò)展性較差而方案4的處理時(shí)間較長，方案1和方案2類似。
　　另一方面，由于智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用類型數(shù)量不可預(yù)期，容易造成數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的困難。將智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)抽象為歷史模式、實(shí)時(shí)模式和未來模式進(jìn)行建模，而不是按照應(yīng)用類型對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行建模管理。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理主要針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析(Data Analysis)的需求，利用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。歷史模式主要針對歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查找，采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。而未來模式主要用于存儲(chǔ)未來的可能發(fā)生的設(shè)備的變化，例如加發(fā)電機(jī)等。在此基礎(chǔ)上，上層應(yīng)用可以按需獲取和管理異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，從而解決異構(gòu)數(shù)據(jù)模型的管理問題。此外，還有探討在量測系統(tǒng)AMI和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)DMS（DataManagementSystem）之間構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)集成中間層MDI（MeterDataIntegration：59.從而使得AMI系統(tǒng)和DMS系統(tǒng)之間得到解耦，用于解決由于數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議的異構(gòu)性造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的困難。
　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型選取的不同將導(dǎo)致查找、獲取和數(shù)據(jù)處理模式的不同，同時(shí)也會(huì)引起系統(tǒng)(system)響應(yīng)時(shí)間的區(qū)別，如何為智能電網(wǎng)選取合適的存儲(chǔ)模型，將是未來智能電網(wǎng)研究中的一個(gè)重要方向。
　　5.2.3基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上來看，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建依賴于云計(jì)算平臺，云計(jì)算平臺為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了計(jì)算和存儲(chǔ)資源作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)典型實(shí)例，云計(jì)算技術(shù)與智能電網(wǎng)的結(jié)合是必然趨勢。如提出了基于云模型的數(shù)據(jù)管理和處理模型，將智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)在電網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后以服勞的形式將數(shù)據(jù)提供出來供應(yīng)用訪問獲取。云存儲(chǔ)有助于解決智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的海量性和可靠性問題。
　　OpenPDC是目前已經(jīng)按入運(yùn)行的一個(gè)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)基于開源平臺Hadoop.該系統(tǒng)應(yīng)用對象為時(shí)間序列數(shù)據(jù)流，即數(shù)據(jù)源為經(jīng)過GPS授時(shí)的數(shù)據(jù)流。應(yīng)用背景即為智能電網(wǎng)中的WAMS系統(tǒng)，由于WAMS系統(tǒng)的采樣頻率為每秒30次，當(dāng)WAMS系統(tǒng)的子單元PMU數(shù)量加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。目前該項(xiàng)目管理了北美東部約120個(gè)PMU的數(shù)據(jù)信息，平均數(shù)據(jù)量約為每小時(shí)1.5GB.截至2009年我國僅在220kV電壓等級以上電力(electricity)系統(tǒng)部署的PMU單元個(gè)數(shù)已經(jīng)達(dá)到1000以上，再考慮個(gè)人用戶實(shí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以預(yù)見未來智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)量是非常巨大的。在這種背景下，集中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式(pattern)將對網(wǎng)絡(luò)造成巨大的壓力，采用分布式存儲(chǔ)成為一種必然。同時(shí)由于電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求，數(shù)據(jù)本身存在冗余備份的需求。云計(jì)算平臺的分布式文件系統(tǒng)可以為此提供解決方案，且有助于提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。
　　1期曹軍威等：智能電網(wǎng)倍息系統(tǒng)(system)體系結(jié)構(gòu)研究如何將云存儲(chǔ)應(yīng)用于智能電網(wǎng)還存在不少問題尚待解決。首先，雖然已有提及未來電網(wǎng)的存儲(chǔ)模型，但尚無較成熟的方案，數(shù)據(jù)（data)采用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)還是以文件形式存儲(chǔ)仍有爭議。其次，由于電網(wǎng)系統(tǒng)存在多樣性的特點(diǎn)，不同量測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式并不統(tǒng)一，例如不同廠家的RTU數(shù)據(jù)格式都不相同，如何構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的問題也需要解決。此外，失去時(shí)效性的大量數(shù)據(jù)需要遷移備份，并且這種遷移是頻繁發(fā)生的，這種情況下保證存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行效率成為難點(diǎn)。此外某些應(yīng)用對于電網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取有時(shí)間限制，分布式文件系統(tǒng)的查找效率無法滿足其需求。
　　總體來看，盡管云計(jì)算的分布式存儲(chǔ)平臺和并行處理模型適合未來智能(intelligence)電網(wǎng)分散性、可靠性、安全性和數(shù)據(jù)海量性的需求，但依然存在應(yīng)用障礙。
　　5.3分析與決策系統(tǒng)智能電網(wǎng)按入實(shí)際運(yùn)行后，面臨的另一個(gè)巨大挑戰(zhàn)就是海量數(shù)據(jù)的處理能力。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 由于智能電網(wǎng)既要滿足個(gè)人絡(luò)端用戶與電網(wǎng)系統(tǒng)的交互需求，也要滿足電網(wǎng)控制系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的控制需求，未來智能電網(wǎng)中有兩大類應(yīng)用需要海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的支撐。第一類是智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，它根據(jù)量測系統(tǒng)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全評估DSA（DynamicSecurityAssessment），保證電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，以及電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后恢復(fù)系統(tǒng)。第二類是智能銷售和消費(fèi)系統(tǒng)，它通過實(shí)時(shí)電價(jià)自動(dòng)平衡電能的供應(yīng)和消耗，如微軟開發(fā)的Google的PowerMeter系統(tǒng)
　　②該類應(yīng)用多與微網(wǎng)系統(tǒng)相結(jié)合，考慮新能源如風(fēng)能、太陽能接入后分散發(fā)電資源的利用問題。此外，考慮智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的海量性，智能電網(wǎng)分析決策系統(tǒng)與云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合是未來趨勢（trend)，因此本文認(rèn)為未來智能電網(wǎng)分析決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圄6所示。
　　智能(intelligence)電網(wǎng)分析決策系統(tǒng)5 31智能電網(wǎng)分析決策需求對于第一類應(yīng)用，第一是要解決電網(wǎng)穩(wěn)定性的判定問題電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩類，其中暫態(tài)穩(wěn)定描述的是電網(wǎng)出現(xiàn)大擾動(dòng)后的魯棒性，比如出現(xiàn)短路故障、短線以及發(fā)電機(jī)突然摔負(fù)荷等等，如2003年美加大停電事故已有的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法（TSA）可以分為兩大類，一類是基于數(shù)學(xué)模型(model)的方法，包括時(shí)域仿真法，即通過建立電力系統(tǒng)各元件的微分方程，再通過數(shù)值方法求解各狀態(tài)量的時(shí)間特性；基于Lyap穩(wěn)定判據(jù)的能量函數(shù)法、擴(kuò)展等面積法以及動(dòng)態(tài)安全域法。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 另一類是基于數(shù)據(jù)本身的模式識別方法，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、遺傳算法等多種方法。其中第一類方法面臨兩個(gè)主要困難：一是實(shí)際電力系統(tǒng)規(guī)模很大，往往最后變成幾干階的微分方程求解，無法滿足實(shí)時(shí)性要求；另一方面，由于電力負(fù)荷模型本身就是不可知的，現(xiàn)有分析方法往往采用估計(jì)和經(jīng)驗(yàn)的方法給定負(fù)荷的參數(shù)(parameter)，不精確，如何對電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行在線辨識也是未來智能電網(wǎng)亟需解決的問題。而第二類方法同樣面臨當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)，數(shù)據(jù)集數(shù)量過大的問題，如何進(jìn)行特征選取和壓縮目前尚無統(tǒng)一的模式。另一方面，在獲取到電網(wǎng)故障信息后，如何迅速重新配置電網(wǎng)結(jié)構(gòu)使電網(wǎng)系統(tǒng)重歸穩(wěn)態(tài)是第二個(gè)需要解決的問題。已有的方法包括啟發(fā)式算法、專家系統(tǒng)、數(shù)值計(jì)算、軟件仿真及多級代理等。其中除多級代理之外的系統(tǒng)均基于集中式架構(gòu)建立，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)計(jì)算瓶頸。
　　通過智能電表獲取到用戶用電數(shù)據(jù)后，智能電網(wǎng)的另一項(xiàng)功能是對用戶用電行為進(jìn)行預(yù)測和建議，充分利用分布式能源發(fā)電能力，并通過電力使用時(shí)間(time)的遷移降低峰值使用時(shí)間段電力系統(tǒng)壓力，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。其核心思想是利用實(shí)時(shí)電價(jià)調(diào)節(jié)用戶行為。該類應(yīng)用通常分三步實(shí)現(xiàn)：（1）根據(jù)用戶數(shù)據(jù)構(gòu)建行為模型并進(jìn)行預(yù)測。
　?。?）中心處理單元獲取用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行全局優(yōu)化（屬于多目標(biāo)優(yōu)化問題），例如對于單個(gè)用戶來說優(yōu)化目標(biāo)是最小費(fèi)用，而對于電力系統(tǒng)來說優(yōu)化目標(biāo)是電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和效率。
　?。?）實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)控制電器開關(guān)已有的實(shí)現(xiàn)方案多基于多級代理（agentbased），計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)每級代理進(jìn)行出價(jià)（需要/發(fā)出的總電力及價(jià)格），再逐級匯總由最高級代理進(jìn)行優(yōu)化，如給出的實(shí)時(shí)定價(jià)算法就是這樣一種方法。結(jié)合電冰箱的用電控制實(shí)例進(jìn)行了說明。據(jù)，該類優(yōu)化問題屬于NP芫全問題，因此多采用啟發(fā)式算法求解。此外，如不考慮用戶向電網(wǎng)中送電的問題，則可以利用線性規(guī)劃方法求解。
　　5 32基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理由于電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)多，特別是智能電表得到的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)規(guī)劃和調(diào)度，這需要大量的計(jì)算資源進(jìn)行分析處理，智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合成為必然。
　　已有研究工作探討智能電網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合，如將云計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型和并行處理模型用于存儲(chǔ)電網(wǎng)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)子集進(jìn)行并行處理再匯總處理結(jié)果。上文提到的Hohm系統(tǒng)就是基于云計(jì)算平臺的不足之處在于其處理算法要求數(shù)據(jù)子集之間互不相關(guān)，每個(gè)數(shù)據(jù)子集可以獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)算處理，智能電網(wǎng)中的某些應(yīng)用符合這種運(yùn)算模式，比如實(shí)時(shí)電價(jià)計(jì)算。但還存在一類應(yīng)用，需要跨區(qū)域的數(shù)據(jù)分析才能給出結(jié)果，數(shù)據(jù)子集之間不能解耦，如調(diào)度、發(fā)電負(fù)荷平衡(balance)、電網(wǎng)應(yīng)急報(bào)警。這種情況下簡單的云計(jì)算模型并不能進(jìn)行處理。電網(wǎng)的物理特性是系統(tǒng)本身的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)（電力系統(tǒng)之間存在電氣連接），也即意味著數(shù)據(jù)存在關(guān)聯(lián)性，是否可以改進(jìn)并行算法，降低傳輸和計(jì)算的資源消耗，是未來智能電網(wǎng)研究的一個(gè)方向，如前文提到的通過分析電網(wǎng)連接的耦合層度來降低數(shù)據(jù)傳輸量。此外，如何在松耦合系統(tǒng)模型下保證系統(tǒng)處理性能，滿足處理時(shí)限要求，也是難點(diǎn)。
　　5.4控制與執(zhí)行系統(tǒng)智能電網(wǎng)包括電能的發(fā)、輸、變、配、用等5個(gè)環(huán)節(jié)以及分布式新能源的接入和使用，所以其控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的廠站式控制系統(tǒng)上加入了額外（extra)的分布式頻率、功率、電壓、相位、負(fù)荷是電力系統(tǒng)的主要參數(shù)，電網(wǎng)系統(tǒng)頻率下降、電壓下降、發(fā)電機(jī)失效、過負(fù)荷都會(huì)造成電力系統(tǒng)事故甚至崩潰。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制主要針對以上參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，具體包括穩(wěn)定控制、電壓及無功功率控制、頻率及有功功率控制、配電網(wǎng)控制、柔性交流輸電控制，在新能源大量引入后，分布式能源如何與傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)合是未來智智能控制執(zhí)行系統(tǒng)能電網(wǎng)需要解決的重點(diǎn)問題，因?yàn)樾履茉唇尤胪鶗?huì)給電網(wǎng)帶來新的安全穩(wěn)定問題。在電壓及無功功率控制方面，已有算法包括優(yōu)化問題求解的梯度類算法、牛頓法、二次規(guī)劃法、線性規(guī)劃法以及模擬退火算法、遺傳算法、蟻群算法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種方法。頻率及功率控制方面，已有算法包括經(jīng)典的IP控制、魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及線性規(guī)劃法等。而配電網(wǎng)控制方面，已有算法包括整數(shù)規(guī)劃法、分支定界法、混合整數(shù)法、人工智能和啟發(fā)式算法以及基于多代理系統(tǒng)的方法。柔性交流輸電控制主要基于靜止無功補(bǔ)償器ASV
　　C、可控串聯(lián)電容器補(bǔ)償TCS
　　C、可控移相器TCPS及綜合潮流控制器UPFC.電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制和分布式能源發(fā)電控制的方法將在6.2節(jié)及6.3節(jié)進(jìn)行詳細(xì)論述，在此不做討論。
　　從系統(tǒng)構(gòu)架上來看，傳統(tǒng)電網(wǎng)的控制模式多采用集中式的構(gòu)架。所謂集中控制就是所有采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中處理并給出控制反饋，而分散策略指將大電網(wǎng)按區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域有自己的控制中心，控制中心之間通過共享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制。從系統(tǒng)性能上來看，集中式控制往往會(huì)對主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生過大的處理壓力和帶競壓力，同時(shí)也容易造成單點(diǎn)失效，所以未來電網(wǎng)的控制結(jié)構(gòu)會(huì)逐步向分散結(jié)構(gòu)過渡；另一方面，隨著新能源（解釋:向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì))的引入，未來電網(wǎng)將是許多分散的微電網(wǎng)的集合，分1期曹軍威等：智能電網(wǎng)倍息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究布式控制的應(yīng)用是一種必然。此外，分散式的控制模型下由于數(shù)據(jù)無需芫全在廣域范圍內(nèi)傳遞，對于減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性也可能產(chǎn)生積極作用，如在信息網(wǎng)構(gòu)架采用OPGW組網(wǎng)方法下研究了集中和分散控制策略下電網(wǎng)系統(tǒng)的延時(shí)和穩(wěn)定性。從結(jié)果(result)上看，分散控制的平均延時(shí)更小且方差更小，意味著網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性更好。
　　本節(jié)對實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的4個(gè)重要支撐平臺進(jìn)行了分析。為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)對電力的穩(wěn)定控制、能源的實(shí)時(shí)調(diào)配以及新能源的接入等目標(biāo)，需要構(gòu)建基于智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和支撐平臺的應(yīng)用體系。下面著重從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)這3方面對智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)應(yīng)用體系進(jìn)行介紹。
　　6智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)應(yīng)用體系6.1發(fā)電側(cè)應(yīng)用由于傳統(tǒng)化石能源的無法再生性及對環(huán)境造成的影響，綠色能源即新能源發(fā)電以及隨之產(chǎn)生的微網(wǎng)系統(tǒng)正逐漸成為未來電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
　　截至2008年，新能源占全球能源消耗的比例為19%，而且這一比例還在逐年上升。20042（）（）9年間，全球新能源容量的長速度在每年10%60%之間。列出了至2020年世界各國新能源發(fā)電占電網(wǎng)發(fā)電容量的預(yù)期百分比，其中丹麥、瑞士的部分地區(qū)預(yù)計(jì)在2030年前可用新能源發(fā)電芫全取代傳統(tǒng)能源發(fā)電。
　　本節(jié)著重對新能源發(fā)電接入傳統(tǒng)電網(wǎng)后的控制管理和能源調(diào)度問題(Emerson)進(jìn)行分析，對于傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)電控制問題不予涉及，因?yàn)樵擃悊栴}已經(jīng)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域進(jìn)行過多年的研究。
　　6.1.1新能源接入管理廣義上的新能源包括可分派能源（cHspatchableenergy）和不可分派能源（nondispatchableenergy），其中水電站、生物能和地?zé)崮芫鶎儆诳煞峙赡茉?，而風(fēng)能、太陽能和潮汐能均屬于不可分派能源。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。劃分的依據(jù)在于可分派能源的能源供應(yīng)基本是可控的，而不可分派能源則相反，例如風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)的速度和時(shí)間是不可控的。可分派能源的接入管理與化石能源發(fā)電系統(tǒng)無明顯不同，而不可分派能源由于能源供應(yīng)的波動(dòng)性，接入電網(wǎng)后會(huì)對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性出現(xiàn)影響。因此，不可分派能源的接入管理問題將是未來智能電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。目前，不可分派能源發(fā)電主要以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和燃料電池為主。據(jù)2009年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，風(fēng)力發(fā)電的容量長比其余新能源發(fā)電系統(tǒng)容量之和還要多，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到160GW，而光伏發(fā)電則是長速度最快的新能源發(fā)電系統(tǒng)。
　　光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于其能源供應(yīng)的間歇性，因此會(huì)造成發(fā)電輸出電壓、頻率的波動(dòng)。而這種波動(dòng)性在接入電網(wǎng)后會(huì)對電網(wǎng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。這種發(fā)電電壓和頻率的波動(dòng)性表現(xiàn)為兩類問題：一類是正常發(fā)電期間由于能源供應(yīng)波動(dòng)造成的電能質(zhì)量問題，如風(fēng)速時(shí)大時(shí)小造成的電壓不穩(wěn)定；二是能源輸入不穩(wěn)定造成的能量輸出波動(dòng)問題，如風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)機(jī)輸出功率的波動(dòng)，極端情況下風(fēng)力過小或過大為保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)停止發(fā)電，即停止輸出。為解決第一類問題，電力系統(tǒng)領(lǐng)域已進(jìn)行了數(shù)十年的研究，目前已有方法多基于電力電子器件的應(yīng)用，通過在風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間加入變流器及電容器組合等電力電子器件，以實(shí)現(xiàn)對電壓抖動(dòng)、頻率抖動(dòng)、無功補(bǔ)償和有功輸出等發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的控制。例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)自20世紀(jì)80年代起經(jīng)過了四五代的改進(jìn)，早期的風(fēng)力電機(jī)速度不可控，風(fēng)機(jī)輸出僅通過一個(gè)無功補(bǔ)償環(huán)節(jié)就加入到大電網(wǎng)中，因此風(fēng)力的波動(dòng)直接會(huì)輸入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，而目前的可控變速恒頻風(fēng)力電機(jī)已可較好實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)輸出的電能質(zhì)量控制，詳細(xì)信息可。在電能質(zhì)量控制方面已有技術(shù)包括機(jī)械開關(guān)電容MSC
　　S、基于可控晶闡管的靜止無功補(bǔ)償SVCs以及靜止同步補(bǔ)償STATCOM在實(shí)現(xiàn)了在不可分派能源控制（control)基礎(chǔ)上，不可分配能源接入的穩(wěn)定控制運(yùn)行監(jiān)控與上文論述傳統(tǒng)電力系統(tǒng)控制模型的一致而對于不可分派能源發(fā)電間歇性造成的第2類問題，則更依賴于智能電網(wǎng)傳感、量測、通信和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的支撐圄8以風(fēng)力發(fā)電為例描述了智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電接入的管理。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。
　　目前，解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的輸出不穩(wěn)定問題，主要有兩條思路：一是通過預(yù)測風(fēng)場所在地的風(fēng)力輸出信息，結(jié)合負(fù)載測的能源需求信息，通過與電能存儲(chǔ)結(jié)合的混合新能源發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電輸出但第1種思路需要大量的分布式存儲(chǔ)設(shè)備與風(fēng)電系統(tǒng)配套建設(shè)，成本較高；二是通過對電網(wǎng)負(fù)荷的實(shí)時(shí)控制、平衡風(fēng)力發(fā)電輸出和負(fù)載功率需求之間的關(guān)系，在風(fēng)機(jī)輸出減少時(shí)減少負(fù)荷的使用，從而降低存儲(chǔ)設(shè)備的規(guī)AirEnergyStorage）、超級電容及電動(dòng)(electric)汽車儲(chǔ)能系例如就是采用抽水儲(chǔ)能與新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的實(shí)例。系統(tǒng)不同的存儲(chǔ)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率、建設(shè)成本和適用模式都不相同，詳細(xì)內(nèi)容可以