智能配电网的信息架构.docx

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智能配电网的信息架构

电网技术2009年8月第33卷第15期

智能配电网的信息架构

赵江河，王立岩

（中国电力科学研究院，北京市海淀区100192）

摘要：

智能配电网的信息构架是智能电网的核心思想体现，智能配电网融合先进的电脑技术、灵活高效的通信技术和传感器技术做为“硬件”基础；智能配电网信息构架是通过构建统一的电网模型，将电网系统所涉及到的设备资源信息、空间地理信息以及含有时间信息的电网运行状态信息、运行安全信息、能源供需信息、客户响应信息等，做为“软件”实现智能：

在任意时刻的时间断面上，智能的将各方面的信息资源进行一体化处理，使配电网满足未来新能源接入、安全可靠、清洁环保、社会参与的更高需求。

文章介绍了智能配电网的定义和背景，研究了智能配电网的信息架构的基本构成，说明了可用的智能配电网信息描述模型，分析了信息一体化处理，使配电网满足未来新能源接入、安全可靠、清洁环保、社会参与的更高需求。

文章介绍了智能配电网的定义和背景，研究了智能配电网的信息架构的基本构成，说明了可用的智能配电网信息描述模型，分析了信息模型可利用的国际标准，探索了智能配电网信息架构的重要方面。

关键词：

智能配电网；信息架构；信息模型；电力系统模型模型可利用的国际标准，探索了智能配电网信息架构的重要方面。

关键词：

智能配电网；信息架构；信息模型；电力系统模型

0介绍

不断增加的环境和资源的压力已经成为全球电力行业的新挑战，以面对更复杂的电力市场规则和来自客户满足需求的高质量和可靠的电力供应。

因此,建设一个安全的、健壮的、环保的和具有成本效益的电力系统是全球电力工业的共同目标。

伴随着全球电力工业的发展，智能电网的概念已奠定了。

因为在不同的国家，对未来电网的发展目标是不同的，伴随着角度的变化，智能电网的角度也不同，如智能电网，电网明智，敏捷的能源网，智能电网，未来电网，和现代电网。

对智能电网的研究工作开始于美国，这个想法已经被欧盟国家所接受，它试图跟上美国人和计划在2020或更远的将来将智能电网融入欧洲电网[1]。

智能电网的发展是建立在信息技术，数字设备和可控的电气设备，集成的宽带通信和自动控制技术基础上。

这些技术在电力系统中紧密配合输变电设备，可以建立一个全新的电网，这将是更安全，更可靠的，具有成本效益的，高效的，灵活的，环保的。

智能电网的智能特征可以概括为：

通过测量和传感器技术观察，通过自动控制技术的控制，将自我处理技术，实时分析功能使数据转化为信息，自适应，和自我疗愈。

智能电网是美国和欧洲的电力行业的一个伟大的计划。

这个事业仍然是研究和发展的过程，但一直期望实现以下目标：

1）让顾客参与：

客户将有可能对成本的一个清晰的思路，新的信息和选项（能量考察管理，新设备的投资等）；运营商将有新的资源选择。

2）电网将支持分布式电源连接广泛。

网络使各种发电装置和储能系统的无缝集成，这应该是很容易的连接和操作。

大型电源装置，包括风力发电，太阳能和改进的核动力系统，这对环境是友好的，仍然是电力系统的主流；同时小型分布式电源的数量将增加。

3）产生新的电力产品，服务，和建立新的电力市场。

买家和供应商应在客户的水平。

电网支持二级电力市场（新的贸易货物和服务），提供跨区域的市场运作机制的协调，并鼓励零售市场的竞争和客户的能源发展。

4）在21世纪的经济发展中提供高质量的电源。

基于环境和经济条件，电网可以提供高质量的电源满足客户的要求，并根据价格调整电源质量。

5）优化电力系统运行。

电网应该得到改进的负载因子和降低线路损耗；使现有系统更加强大；利用有效的优化工具；建立一个知识基础；在电力系统中完善监督和故障诊断能力；实现计算机辅助资产管理，工作流程管理和中断管理；有利于系统的操作和维护。

6）电网实现自愈。

智能电网将会在电力系统中有一个智能自动化系统监控各组成部分，收集和分析来自智能传感器设备的数据。

自动化系统也应该作出决策和采取行动拯救系统失灵。

与人的行动相比，自动化系统的运作更迅速和准确，并使电网无故障。

当灾难和休克的发生时，电网将采取灵活的动作，并将配备一个物理和数字安全系统来降低电力系统的缺点，降低系统故障和灾难的危害的威胁。

1信息智能配电网的结构

对智能配电网来说，信息结构是一个重要的元素。

一方面,集成了先进的计算技术，灵活和高效的通信技术,和强大的传感器设备来实现智能“硬件”函数;另一方面,整合关于设备资源,线性地理位置,电力系统状态、电力系统安全、能源供应、客户响应等等的信息,通过建设一个统一的电网模型,实现智能“软件”功能。

信息结构使得电网更智能,因为在任何时间跨度,它可以作为一个整体来处理所有信息,伴随着分销网络以促进新能源形式的连接,满足对安全和保密、环境保护和社区参与的需求。

智能配电网的信息结构是单一数据源集成和电力信息系统目标公司的基础,伴随着建立一个统一的数据交换和共享机制,并通过一个标准化的信息描述和一个统一的数据交换访问平台。

智能电网是未来电网的。

它的功能和能力都在发展和创新的过程下产生的。

所以我们不应该根据功能要求设计智能配电网的信息结构，但是基于固有特征的电力系统，电力系统分析，信息架构的艺术。

智能电网主要特点是标准化。

该框架的智能配电网的信息结构应包括以下功能：

1）它构建一个统一的数据模型的输电和配电电网。

这个结构可以从智能二次设备和高效动力分析程序中得到数据,并且把这些数据转移到一个统一的数据结构,这是一个迅速和有效的电网计算和分析的数据基础。

2）它代表网络数据与图和GIS技术，使电网状态可视化,所以经营者可以用可视化工具采取操作步骤,这可以非常智能的帮助做出正确的决定,并组织有效的网络。

3）它构建一个统一的智能电网数据模型。

这个结构可以映射物理电网成标准化的网络数据模型,并组织相关的数据源以结构的和明显的方式耦合在一起。

耦合关系不依赖于物理特性的设备。

4）它为智能电网构建一个统一的、标准化的服务。

用这些服务,在没有释放其内部细节时，应用程序和智能设备可以被访问,所以在智能电网中的组件可以看作黑盒。

5）它可以满足在智能电网中的智能设备,比如配置要求、信息安全要求、数据管理和交换的要求,和服务质量要求。

6）它鼓励在智能电网中的多层次分析的数据,以一个更加协调的方式操作电网,所以网络可以自我疗愈,在负载和电源之间实现自适应,并连接到新的分布式资源。

7）它使数据跨部门集成和交换,并使它安全。

2描述在智能配电网中的模型信息

智能配电网的信息结构必须面对从一个复杂的应用程序环境中的大规模数据的挑战[2]。

伴随着快速增加的数据来源和数据格式，集成异构数据源的困难会更严重。

积极、智能的配电网可以从这个宽带网络得到帮助。

由于上面提到的这两个因素，人们采用XML描述集成智能配电网络中的数据。

XML是一种具有自称特性的灵活的数据模型语言，这使它完美的代表数据和内容，因为它允许用户或应用程序添加元数据到国家背景信息。

XML可以打破数据和其内容之间的块；并使多数据源之间无缝连接。

XML还提供了一个统一的数据访问接口，包括任何类型的数据，如关系数据库中的数据、结构和非结构性文档、网页、web服务、纯XML数据和像消息队列的数据流。

XML是适合复杂的文档，包含复杂的层次结构和独立的数据模型。

XML技术的应用已经变得越来越流行，因为它适用于进行数据处理的关键需求,如存储、组织、搜索和获取。

XML基于多异构数据源刺激集成和分析[3]。

伴随着时光的流逝，它可以保持原来的字符数据,并处理这些文档改变。

一个基于XML的信息描述结构是可行的。

开放数据标准可以提供统一的访问接口，人类和应用系统可以很容易地理解这个标准。

它需要围绕信息来理解上下文,以便了解信息的想法。

这就是为什么自我描述的dXML这个功能如此重要。

并且XML有能力代表多源性的信息，包括数据库、结构性、半结构性和非结构性的文档和对象基础[4-5]。

使用XML，任何应用程序可以访问、理解和处理数据。

开放标准鼓励不同的平台和应用程序之间的合作。

与独立的数据格式的创造者相比较，开放系统必须详细解释每一个功能，并且可以共享免费信息与公共标准。

开放标准可以很容易地提高开发。

例如，当一个行业标准的新版本发布，其相关组织可以传输数据或要求软件提供商修改遗留下来的应用程序，这是开发的一部分。

关于XML的W3C标准主要包括XMLSchemaXPath、XqueryXSL和SOAP。

XML模式定义了结构、内容和XML文档的语法。

3智能配电网的电力系统模型

中国国家电网公司开展了“SG186”项目来提高信息处理。

这个项目已经实现目标的共享和使用信息来优化其工作流程，提高业务能力和控制力量。

对于智能配电网，这是一个好的开始，但对于汽车控制和操作，智能分销网络需要更多的发展，并且自我疗愈功能应该完全摆脱运营商。

智能配电网络需要一个完整的描述的电力系统，以满足自适应和互操作性的需求，能够监督整个电力系统、能源市场和业务信息系统。

智能配电网涉及客户、变电所、配电所、馈线、控制中心、和能源市场。

针对信息艺术，对于电力系统的物理模型来说，电力系统模型是一家专业接口。

国际电子的技术委员会（IEC）的一个工作群已经创造了一系列电力工业的国际标准。

然而,重要的是要根据在智能配电网中的国际标准和发展计划来创造和发行适合中国电力系统的标准[2]。

目前，国际标准已在中国实现，如下所列：

IECTC57公共信息模型（CIM），专注于控制中心的电力系统模型、企业数据交换和能量管理系统（EMS），它提供了数据的高级应用能进出口的可能性[6]。

在分布式管理领域，IEC61968有一个非常漫长而复杂的历史，并且至今还没结束。

因为在分布上和目标上它涉及到很多模型，比如扩大iec61970分布模型、添加用于电力系统、资产管理模型的GIS模型，该分布提供了信息交换的新的电力工业服务总线[7]。

新版本的IEC61850已经在自动化系统中应用于电力企业的通信网络，也适用于该区域的能量分布，包括分布电源管理、光伏系统、燃料电池、柴油产能、供热能源，风力发电标准[8]。

国际电工技术委员会将建立一个命名为IEC61850-7-x0的标准系列，包括需求侧管理、测量服务、家庭自动化、分布式自动化。

在这些标准,所有在电力系统（如电力计划,发电机、变压器）的单元数据将在XML中重新描述，所以那些在电力系统和XML之间的时序电路单元、对象属性及关系。

由此可见，电力系统信息模型在智能配电网中有一个良好的开端，对基于这些工作的智能配电网建立新标准是至关重要的。

战略上来说，国内的研究在这一领域来说是紧急[9]。

4结论

智能电网是未来电网的。

它的功能和能力都在发展和创新的过程中。

所以智能配电网的信息结构不应该只根据功能要求设计，但是基于电力系统、电力系统分析和信息架构的艺术的固有特征。

信息结构是智能配电网络的关键元素，它能够实现一个统一的数据源，建立一个综合电力信息系统。

基于标准化的信息描述和统一数据交换共享平台,可以构建一个统一的应用支撑系统，实现数据共享和挖掘功能，优化工作流程，精益管理。

最后,智能电网的主要特征是标准化。

参考文献

[1]SAICSmartGridTeam．Sandiegosmartgridstudyfinalreport[R/OL].http:

//www.sandiego.edu/epic/publications/documents/061017_SDSGStudyES_FINAL.pdf．

[2]IEC61968-1，Applicationintegrationatelectricutilities-systeminterfacesfordistributionmanagement[S]．

[3]IEC61968-3，Applicationintegrationatelectricutilities-systeminterfacesfordistributionmanagement-Part3：

Interfacefornetworkoperations[S]．

[4]IEC61968-11，Systeminterfacesfordistributionmanagement-Advancecopiesofparts11[S]．

[5]IEC61968-12，Systeminterfacesfordistributionmanagement-Advancecopiesofparts12[S]．

[6]IEC61968-13，Systeminterfacesfordistributionmanagement-CIMRDFmodelexchangeformatfordistribution[S]．

[7]SeonghculKwon，JuyongKim，IlkeunSong，etal．CurrentdevelopmentandfutureplanforSmartDistributiongridinKorea[C]．Smartgridsfordistribution，CIREDSeminar，2008．

[8]ChowdhurySP，ChowdhuryS，TenCF，etal．OperationandcontrolofDGbasedpowerislandinsmartgridenvironment[C]．Smartgridsfordistribution，CIREDSeminar，2008．

[9]JoeHughes，CEIDS．Theintegratedenergyandcommunicationsystemsarchitecture，VolumeI：

Userguidelinesandrecommendations[M/OL].http:

//www.intelligrid.info/IntelliGrid_Architecture/IECSA_Volumes/IECSA_VolumeI_AppendixB.pdf．

PowerSystemTechnology，Aug.2009，Vol.33No.15

InformationStructureofSmartDistributionNetwork

ZHAOJiang-he，WANGLi-yan

（ChinaElectricPowerResearchInstitute，HaidianDistrict，Beijing100192，China）

ABSTRACT:

Informationstructureisanessentialelementforsmartdistributionnetwork,which,ononehand,integratesadvancedcalculationtechnology,flexible&highefficientcommunication,andpowerfulsensordevicestorealizethesmart“hardware”function;ontheotherhand,integratestheinformationaboutdeviceresources,linegeographicposition,powersystemstatus,powersystemsafety,energysupply,customerresponse,andsoon,throughtheconstructionofaunifiedpowergridmodel,torealizethesmart“software”function.Informationstructurehasmadepowergridmoreintelligent,sinceinanytimespan,itcanprocessallinformationasawhole,soastofacilitatetheconnectionofnewenergyformwithdistributionnetwork,andmeettherequirementforsafetyandsecurity,environmentprotectionandcommunityparticipation.Thispaperhasintroducedthedefinitionandbackgroundofsmartdistributionnetwork,studiedthebasiccomponentsoftheinformationstructureappliedtosmartdistributionnetwork,describedthecandidatemodelofinformationinsmartdistributionnetwork,analyzedtheinternationalstandardsavailabletothemodel,andexploredthekeytothedevelopmentofinformationstructureofsmartdistributionnetwork.

KEYWORDS:

smartdistributionnetwork；informationstructure；modelofinformation；powersystemmodel

0Introduction

Theincreasingpressureonenvironmentandresourcehasbecomeanewchallengeforglobalpowerindustry,whichhastofacemorecomplicatedpowermarketrulesandsatisfythedemandforhigh-qualityandreliablepowersupplyfromcustomers.Therefore,theconstructionofasafe,robust,environment-friendlyandcost-effectivepowersystemisthecommontargetoftheglobalpowerindustry.

Theconceptofsmartgridhasbeenestablishedwiththeprogressofglobalpowerindustry.Sincethedevelopmentgoalforfuturegridisdifferentamongallcountries,thetermsofsmartgridvarieswithdifferentperspectives,suchasIntelligentGrid,GridWise,SmartPowerGrid,SmartElectricGrid,FutureGrid,andModernGrid.TheresearchworkonsmartgridstartedfromUSA.AndthisideahasbeenacceptedbyEuropeancountries,whichtriedtokeepupwiththeAmericansandplannedtointegratesmartgridintoEuropeanpowergridby2020orbeyond[1].

Thedevelopmentofsmartgridisbasedoninformationtechnology,digitaldevicesandcontrollableelectricdevices,integratedwithwidebandcommunicationandautocontrol.Thosetechniquestightlycooperatingwithtransmissionanddistributiondevicesinpowersystem,canbuildabrandnewpowergrid,whichwillbesafer,morereliable,cost-effective,efficient,flexible,andenvironment-friendly.

Thesmartcharactersofsmartgridcanbesummarizedas:

observablebymeasureandsensortechniques,controllablebyautocontroltechniques,embedself-processingtechniques,thefeaturesofreal-timeanalysistomakedataintoinformation,self-adapt,andself-heal.

SmartgridisagreatplanforAmericanandEuropeanpowerindustries.Thiscareerisstillundertheprocessofresearchanddevelopment,buthasbeenexpectedtorealizethefollowinggoals:

1）Makecustomers’participationpossible:

Customerswillhaveaclearideaaboutthecost,thenewinformationandoption（Energyexpeditionmanagement,newdevicesinvestmentandetc）;theoperatorswillhavetheoptionfornewresources.

2）Powergridwillsupportawide-rangeofdistributedpowersourcesconnection.Thegridmakesallkindsofgenerationdevicesandenergystoragesystemseamlessintegrated,whichshouldbeeasyforconnectionandoperation.Thelargescaledpowersupplydevices,includingwindfarm,solarenergyandim