目录

《智能电网研究与应用丛书》序

前言

Foreword

第1章 标准化基本知识 1

1.1 标准发展沿革 1

1.2 标准的作用 3

1.2.1 技术标准的宏观经济效应 3

1.2.2 技术标准的微观效应 7

1.2.3 技术标准对技术创新的影响 8

1.3 标准的种类 10

1.3.1 标准效力分类 10

1.3.2 标准制定者分类 11

1.4 标准制定的核心原则 13

1.5 智能电网相关的主要标准化组织 14

1.5.1 国际标准化组织 14

1.5.2 区域性标准化组织 23

1.5.3 产业联盟/团体标准组织 24

1.6 标准制定的一般流程 26

1.6.1 国际标准制定的一般流程 26

1.6.2 我国的标准制定的一般流程 30

第2章 智能电网概述 33

2.1 智能电网概念 33

2.2 智能电网的特性 34

2.2.1 灵活性 34

2.2.2 可观测性和可控性 34

2.2.3 互操作性 35

2.3 智能电网关键技术 35

2.3.1 可再生能源和分布式能源并网技术 36

2.3.2 先进的输电技术 36

2.3.3 广域监控技术 36

2.3.4 配电网管理技术 37

2.3.5 AMI 37

2.3.6 用户侧技术 37

2.3.7 需求响应技术 37

2.3.8 电动汽车技术 38

2.3.9 储能系统及其应用技术 38

2.3.10 信息通信技术 38

2.3.11 其他支撑性技术 38

2.4 智能电网对标准的需求 39

2.4.1 智能电网市场空间巨大 39

2.4.2 智能电网建设需满足互操作 39

2.5 智能电网标准的意义 40

第3章 智能电网标准研究现状 41

3.1 国际标准组织研究进展 41

3.1.1 IEC 41

3.1.2 ISO和ITU-T 56

3.2 国家/区域标准化组织及其研究进展 57

3.2.1 美国 57

3.2.2 欧洲 61

3.2.3 中国 62

3.2.4 企业联盟 63

3.3 智能电网标准化路线图对比分析 64

3.3.1 编制思路和目的 64

3.3.2 内容 64

3.3.3 参与和管理机制 64

3.3.4 体系结构 64

3.3.5 采用的研究方法和思路 65

3.3.6 标准化管理 65

3.4 智能电网标准开发的IEC观点 66

3.4.1 电网发展和技术进步需要新的标准 66

3.4.2 互操作技术是标准研究的主线 66

3.4.3 标准化工作需要系统工程方法的指导 66

3.4.4 标准的内外部需求与自由和创新 67

3.4.5 如何开发新的标准 67

3.4.6 从建立系统的标准框架入手 68

3.4.7 强调CIM在进一步制定智能电网国际标准中的主导作用 68

第4章 智能电网概念模型与参考架构 69

4.1 体系架构设计的目标和原理 69

4.2 NIST智能电网概念模型 70

4.2.1 总体概念模型 70

4.2.2 发电域模型 72

4.2.3 输电域模型 73

4.2.4 配电域模型 74

4.2.5 用户域模型 76

4.2.6 市场域模型 77

4.2.7 运行域模型 78

4.2.8 服务域模型 80

4.3 智能电网互操作 81

4.3.1 互操作对象和概念 81

4.3.2 GWAC协议栈 83

4.3.3 协议栈简化 84

4.4 智能电网参考架构 85

4.4.1 参考架构的原则 85

4.4.2 智能电网参考架构的智能电网平面 87

4.4.3 智能电网架构模型 88

4.4.4 智能电网参考架构在智能电网标准化中的应用 89

第5章 标准化的系统工程方法 92

5.1 智能电网实现体系 92

5.1.1 智能电网互操作标准体系 92

5.1.2 智能电网系统的金字塔架构 92

5.1.3 智能电网系统业务需求和功能需求 94

5.1.4 阶段化智能电网系统开发流程 95

5.1.5 并行化智能电网系统开发流程 96

5.2 方法学总体框架 97

5.3 智能电网系统用例 99

5.3.1 用例概念 99

5.3.2 用例举例 101

第6章 智能电网的主要标准 110

6.1 重要标准 110

6.1.1 IEC推荐的核心标准 110

6.1.2 国家电网公司推荐的核心标准 124

6.2 功能系统的标准 132

6.2.1 清洁能源发电领域 132

6.2.2 输电领域 138

6.2.3 配电领域 143

6.2.4 用电 149

6.3 支撑系统标准 154

6.3.1 通信 154

6.3.2 信息 156

6.3.3 安全 157

6.4 典型工业联盟标准 159

6.4.1 OPCUA 159

6.4.2 BACnet 162

6.4.3 SEP 2.0 164

6.4.4 OPENADR 167

6.4.5 EI 168

第7章 标准开发与管理工具 171

7.1 名词术语标准管理工具 171

7.1.1 国家电工术语数据库 171

7.1.2 IEC术语数据库 171

7.2 映射图 175

7.3 智能电网标准管理和公共服务平台 178

7.3.1 平台功能 178

7.3.2 平台技术架构 179

7.3.3 平台关键技术 179

第8章 智能电网标准测试和应用 183

8.1 IEC合格评定体系 183

8.1.1 简介 183

8.1.2 IEC合格评定体系在我国的应用 185

8.1.3 智能电网参与IEC合格评定的意义 186

8.2 NIST智能电网互操作测试和认证 186

8.2.1 简介 186

8.2.2 SGTCC主要经验和成效 187

8.2.3 给我国智能电网发展的借鉴意义 190

8.3 国内智能电网标准的测试机构及范围 190

8.4 国内智能电网标准综合应用 193

8.4.1 智能电网综合标准化试点工作 193

8.4.2 智能电网综合示范工程 193

8.5 智能电网标准典型领域标准特色分析 196

8.5.1 智能电表 196

8.5.2 风机并网 196

8.5.3 电动汽车充电设施 198

8.5.4 特高压 199

8.5.5 微电网 199

第9章 相关政策法规 201

9.1 中国 201

9.1.1 政策法规 201

9.1.2 市场和监管 201

9.2 美国 203

9.2.1 政策法规 203

9.2.2 市场和监管 204

9.3 欧洲 204

9.3.1 政策法规 204

9.3.2 市场和监管 206

第10章 展望 207

10.1 能源互联网 207

10.1.1 主要特征 208

10.1.2 能源互联网与智能电网 209

10.1.3 标准化工作 210

10.2 CPS 210

10.2.1 主要特征 211

10.2.2 CPS与智能电网 211

10.2.3 标准化工作 213

10.3 智慧城市 214

10.3.1 发展背景和理念演变 214

10.3.2 智慧城市的定义和主要特征 215

10.3.3 标准化工作 217

参考文献 223 2100433B

本书对智能电网技术标准进行全面系统的介绍，按照智能电网技术标准相关的问题分为10章，分别为标准化基本知识、智能电网概述、智能电网标准研究现状、智能电网概念模型与参考架构、标准化的系统工程方法、智能电网的主要标准、标准开发与管理工具、智能电网标准测试和应用、相关政策法规、展望。

我国已经建立了系统的特高压与智能电网技术标准体系，编制相关国际标准19项，特高压交流电压已成为国际标准电压。

国际电工委员会主席克劳斯·武赫雷尔表示，中国的特高压输电技术在世界上处于领先水平，这种能够减少长距离输电损耗的技术，在世界其他地区也将有广泛的应用前景。

智能电网新型配电技术的应用

未来的配电技术必须具有如下特点：网络快速自愈、抗扰动能力强、提供优质电力、与用户互动等。这些智能电网配电技术都会促进云计算数据机房的供电系统更加安全可靠。

1、同步开断技术

云计算数据中心机房中，由于电力需求量大，常涉及到高压供电。高压开关大都是机械开关，开断时间长、分散性大。这种慢过程的机械开断容易引起操作过电压，加速设备老化或者直接损害设备。同步开断，又称智能开关，是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。采用电子开关取代机械开关，在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压。这样，由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低，由于操作引起设备（包括断路器本身）的损坏也可大大减少。

2、故障电流限制技术

由于云计算数据中心的规模，数据中心的用电电流是很大的，短路电流也呈日益增大的趋势，如果不采取有效的抑制短路电流的措施，一旦发生短路故障，开关及用户设备将是无法承受的。随着电力电子技术、超导技术等的发展，限制短路电流已成为可能，这就依赖于故障电流限制器（FaultCurrentLimiter,FCL）的研制和开发。国外对超导FCL和电力电子FLC研究较多，这可以在云计算数据中心中借鉴和应用。

3、主动配电网技术

未来“主动配电网”可能采取类似英特网的形式，即分布式决策和双向潮流。在遍布全系统的所有节点上都将有控制设备。主动配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行。要达到这一要求，控制水平要远高于配电网的水平。这包括潮流评估、有竞争力的电压控制和保护技术，以及比配电网拥有更多的传感器和自动装置的新型通信控制系统等，实现云计算数据中心供电系统的主动预警，负载均衡和三相平衡等。

4、储能技术

储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

储能技术可用于云计算数据中心的应急供电状况，以及充分利用当地的峰谷电价差。现有的电能存储方式主要可分为机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能等。超导储能由于超导体电流大，能量密度高，存取快速，可作为理想的电磁能储藏器，超导材料临界温度低一直是超导储能应用的限制因素，直接冷却超导储能（HTc-SMES）的研究受到了美日等国的高度重视，但绝大部分超导储能装置为低温超导储能系统。

智能电网新型用电技术的应用

在智能电网的框架下，需要新型用电技术提高电力需求弹性，提升电力需求侧管理的智能化水平，帮助电力用户与智能电网进行互动，实现云计算数据中心更加方便、高效、经济、环保的管理用电。

1、先进传感器技术

未来的数据中心传感器将更加智能化，功能将逐步融合。风、火、水、电、气、温度、湿度、烟雾、二氧化碳等都是传感器的采集对象。传感器不仅可以分析和提取数据中心环境的特征数据，而且可以和特定的数据管理分析系统进行信息交互，可以对数据中心的日常数据、整体效能和环境指数提供整体分析和科学评估。

2、先进用电监控技术

用电监控技术分为两个层面：用电监测技术和用电控制技术。新型用电监测技术对用户的电力消费信息进行动态的准实时监测，帮助用户了解自身的详细用电信息，以指导用户优化系统的用电行为。新型用电控制技术在信息获取的基础上，结合用户的用电需要，对整个数据中心用电系统进行自动控制，实现电能更合理的分配。

智能电网环境中的物联网技术应用

目前，物联网在智能电网中的每个环节都有应用，协助实现了对电网的智能控制和优化配置，提高电力规划的管理能力。

第一：发电环节。对常规能源发电的机组的运行情况、设备之间的互动以及各种参数指标实行实时监控，对风力、太阳能发电进行电机组的稳态特性和动态特性进行稳定性分析预测，实现发电环节的自动、稳定和高效。

第二：输送环节。运用物联网在每个节点上的监控能力，对整个输送线路上的导线温度、线路电容、绝缘子污秽以及线路风振进行全程监测，并作出评估和诊断。由于智能电网具有自愈的特性，对发现破坏或者不正常的情况进行自我治愈，对用户实现连续供电。

第三：变电环节。将物联网应用到智能电网后，可以通过物联网中的传感器对重要变电设备进行检测，并将数据传送到管理终端，实现对整个变电站的实时检修，对周围的安全进行防护，更好地提高变电环节的可靠性和智能化水平。

第四：配电环节。由于我国国土广阔，所以配电规模和配电设备数量都十分巨大。物联网可靠传递特性恰好可以针对这一情况实现配电网络中的配电现场作业、配电网络设备以及运行状态信息的有效传递并进行安全防护，避免大规模人力、物力的投入。

第五：用电环节。物联网技术与门禁系统、防盗防火系统以及有情境控制的结合，实现了电网与用户的双向互动。革新电力服务的传统模式为用户提供更加优质、便捷的服务，提高了人民生活质量。2100433B

前言

第一部分 智能电网发展概况

1-1 什么是智能电网？

1-2 智能电网具备哪些主要特征？

1-3 智能电网的先进性主要体现在哪些方面？

1-4 为什么说智能电网是电网发展的必然趋势？

1-5 智能电网将对世界经济社会发展产生哪些促进作用？

1-6 建设智能电网对我国电网发展具有哪些重要意义？

1-7 我国建设智能电网具有哪些有利条件？

1-8 我国何时正式提出建设智能电网？

1-9 美国智能电网发展主要关注哪些领域？

1-10 美国在发展智能电网方面主要开展了哪些工作？

1-11 欧洲智能电网发展主要关注哪些领域？

1-12 欧盟在发展智能电网方面主要开展了哪些工作？

1-13 日本在发展智能电网方面主要开展了哪些工作？

1-14 韩国在发展智能电网方面主要开展了哪些工作？

1-15 丹麦在风力发电方面开展了哪些工作？

1-16 西班牙在太阳能发电方面开展了哪些工作？

1-17 意大利在自动抄表方面开展了哪些工作？

1-18 以色列在推动电动汽车应用方面开展了哪些工作？

1-19 国际标准化组织在智能电网方面主要开展了哪些工作？

1-20 国外研究智能电网的主要组织有哪些？

第二部分 坚强智能电网发展战略与规划

2-1 什么是坚强智能电网？

2-2 为什么必须以坚强为基础来发展智能电网？

2-3 为什么要建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网？

2-4 建设坚强智能电网的社会经济效益主要表现在哪些方面？

2-5 建设坚强智能电网对于节能减排有何重要意义？

2-6 建设坚强智能电网对于清洁能源发展有何重要作用？

2-7 建设坚强智能电网对于提升能源资源的优化配置能力有何重要意义？

2-8 建设坚强智能电网对于电力系统的发展有何重大意义？

2-9 智能电网将给人们的生活带来哪些好处？

2-10 坚强智能电网建设的指导思想是什么？

2-11 坚强智能电网建设的基本原则是什么？

2-12 坚强智能电网建设的发展战略框架是什么？

2-13 坚强智能电网的总体发展目标是什么？

2-14 坚强智能电网建设的两条主线是什么？

2-15 坚强智能电网建设分为哪三个阶段？

2-16 坚强智能电网体系架构包括哪四个部分？

2-17 坚强智能电网的内涵包括哪五个方面？

2-18 坚强智能电网建设包括哪些环节？

2-19 坚强智能电网建设第一阶段主要开展了哪些重点工作？

2-20 坚强智能电网发展规划的框架体系如何组成？

2-21 电网智能化规划包括哪些内容？

……

第三部分 智能发电

第四部分 智能输电

第五部分 智能变电

第六部分 智能配电

第七部分 智能用电

第八部分 智能调度

第九部分 通信信息

第十部分 智能电网相关技术及应用展望

附录A 名词术语中英文对照

参考文献2100433B

《智能电网基础》内容涉及面广，语言通俗易懂，介绍深入浅出，便于读者学习、掌握。

《智能电网基础》一方面是对国内外现有智能电网研究的较全面的总结，具有内容新、资料全的特点；另一方面，也是作者在此方面研究与实践的初步总结。《智能电网基础》可供从事智能电网研究和应用的人员参考，也可供高等院校相关专业师生学习参考。