IEEE P2030標準－帶有電力系統和終端用戶應用和負載的智能電網能源技術和信息技術互操作運營指南（Guide for Smart Grid Interoperability of Energy Technology and Information Technology Operation With the Electric Power System （EPS）， and End-Use Applications and Loads）即將頒布，有意思的是，這個標準是圍繞著三個遠景（Perspective）而展開的，本文就對這三個遠景做一個簡單介紹，希望能對讀者起到拋磚引玉的作用。

概述

據了解，這個標準從互操作架構的視點討論了電力系統， 通信系統和信息系統的遠景。提出遠景架構的目的是增強智能電網各系統之間的互操作。三個系統完成同一個公共目標，每個系統又有各自的特點。

三個互操作架構遠景（IAP）主要考慮電力系統、通信系統和信息系統接口的邏輯和功能，實現智能電網的互操作。三種遠景的摘要如下：

·電力系統互操作架構遠景（PS-IAP）。電力系統遠景強調的是發電、輸電和用電，包括電器、應用和運行的理念。這個遠景定義了七個域：發電、輸電、配電、服務供應商、市場、控制/運行和消費者。此概念在三個遠景中是相同的。

·通信技術互操作架構遠景（CT-IAP）。通信技術遠景強調的是在智能電網中，系統、設備和應用之間的通信連通性。這個遠景包括通信網絡、介質、性能和協議。

·信息技術互操作架構遠景（IT-IAP）。信息技術遠景強調的是過程控制和數據管理。遠景包括信息數據的存儲、處理、管理和控制。

每個遠景由域、實體和接口或數據流組成－所有內容都由智能電網互操作參考模型（SGIRM）定義。參考模型按照功能進行闡述，可以擴展，但不打算規定或限制。當智能電網技術和架構發展時，要求互操作是能夠維護的。參考模型的靈活性保證了智能電網未來發展的先進性。

電力系統的互操作

電力系統的互操作體現為保證電力供給的復雜系統，目的是為消費者提供高可靠、高可用和高質量的電力，并使電力成為一種經濟的能源。為了達到這個目標，電力系統的運行要確保每刻產生的功率（kW或MW）精確的等于消耗的功率。如果這個等式不平衡，電力系統會在瞬間發生問題。這些問題包括裝置的損壞和消費者的停電。同時，產生的無功功率（kvar或Mvar）和消耗的無功功率，也要在每處電站取得平衡。將來的智能電網會對現存的電力系統進行方案優化，保持這些平衡。

電源的容量可以有很大變化，從幾百瓦到幾百兆瓦。有些電源通過系統調節，具有很好的可控性，而有些電源不具備這樣的能力。這樣的電源會有很大的波動，在最差的情況下，可以從滿輸出到無輸出，反之亦然，就就是幾秒鐘的事情。

消費者的電負載也有各自的特性，可能在不同等級快速變化。輸電系統是一個從發電到負載的網絡，具有冗余輸送大電力的能力。輸電系統中的電流通常是雙向的。因為輸電系統在電能傳輸的重要性，輸電系統通常設計為具有最小損耗和高度的自動化，保持系統的每個部分都不失效。

配電系統以高效、可靠和經濟的方式為消費者提供電能。老式的配電系統，從變電站到消費者的電流通常是單向的。很多配電系統具有或將有雙向電流，因為在本地配電系統設計拓撲或消費者自備電站的發電超過負載的情況，所以需要具備這樣的能力。當部分配電系統發生問題時，可以通過人工干預重啟系統。

電力系統本身具有通過電流提供每處電力系統狀態信息的能力，因為它就來自那些裝置。因此，遵照指南和策略可以簡化控制系統，在設備之間使用最小的通信量，保證電力系統具有良好的設計和運行。比如，沒有外部通信時，一個“波動”的發電機會帶來：頻率高時產生低輸出，頻率低時產生高輸出。考慮使用這種天然的狀態信息和更先進的控制設備避免電源產生波動。

傳統的方法可以保證電力系統能夠很好的運行，方法如下：

·在發電有限不能提供足夠電能時，安裝新的可控發電裝置。使電力系統具有足夠可控的發電量，滿足瞬時最遭的負載變化。

·裝置等級足夠大，可以應對最遭情況運行條件。

智能電網技術提供了使用新方法的機會，可優化電力系統的運行。這些方法可以與智能電網技術一起運行，包括：

·使用更多的可控發電、存儲和負載，優化發電和負載的平衡。

改變當前條件優化裝置容量。條件可以包括室溫、電流和維護等。

·使用本地控制的發電、存儲和負載，減小裝置容量變化和電源質量問題。

IEEE P2030標準中SGIRM電力系統互操作架構遠景

IEEE P2030標準中SGIRM 的PS-IAP主要表現為一種傳統的電力系統景象，CT-IAP提供一種從一地到另一地得到數據的方法，IT-IAP提供一種使用數據獲得有用信息的方法。

PS-IAP（圖1）是主要實體的邏輯表示，描述了電力系統的功能。圖1顯示了來自電力系統遠景的域、實體和接口。PS- IAP的域（在所有遠景中相同）表現了一種接近于現存電力設施的劃分方法。PS-IAP的實體（在所有遠景中具有獨特性）反應了電力系統的裝置或功能。在電力系統遠景實體間的接口可以通過多個數據連接的多種數據流表示。比如，在配電站和運行中心的通信，在同一個接口可能有SCADA、聲音和視頻多種信息。在圖中僅畫出了數據通道。因為存在很多可選的電流，為了保持圖的簡單，電流被省略了。

智能電網的部署可以覆蓋一個小型地區、一個電力設施、一個控制區域或一個全國范圍的系統。對于一個完成的部署，每個實體可以代表任何數量的物理或邏輯設備。

通信系統的互操作

端到端的智能電網通信模型可以在圖2看到。這些通信架構映射到發電、輸電、配電和消費者的域上。每個特定通信塊映射到特定劃分域上的設施。

它還顯示了端到端通信的安保層和管理層，橫跨了每個智能電網的通信域。通信安保和管理架構需要在IEEE P2030標準中SGIRM部分定義和規范。

IEEE P2030標準SGIRM 通信技術互操作架構遠景

IEEE P2030標準中SGIRM 的CT-IAP通過圖3表現出來，可以包括出現的新技術，也可以使用由開發者定義的目標架構。它是智能電網中通信系統、變電站和關鍵組件等所有相關系統的圖形表示，是一種通用、靈活和動態的體系架構，會隨著技術進步而發展。

CT-IAP（圖3）顯示了通信系統遠景中的域、實體和接口。CT-IAP域（所有的遠景都相同）劃分出了7個部分，接近于現存的電力設施。這些域包括：

·發電；

·輸電；

·配電；

·消費者；

·服務供應商；

·控制和運行；

·市場。

在每個域中或在域之間（內部域），實體通過一個或多個接口相互連接。多個接口連接一個或多個實體表示了可用性（將來使用）和多種互連變化。如果在不遠的將來需要增加新實體或接口，可以按這個方法加入。

通信實體可以是有線或無線網絡系統，或相關的通信系統元件。接口要按照通用互連要求進行定義，建立兩個或多個實體間最小等級的互操作。接口還要按照性能要求、安保等級、協議類型和其他需求進一步確定規范。

實體的通信鏈路連接，通過兩個實體間的線路來表示；因此，這個線路表現為在兩個實體間的“接口”或“連接”。應該注意，兩個實體間的單線不意味著僅有一個或單一接口。這根線代表一個—兩個實體間接口的“集合”。這種方法簡化了圖形且容易閱讀。

信息系統的互操作

IEEE P2030標準的SGIRM涉及了在7個域之間的信息交換，在ISO OSI（開放系統互連）模型中，位于傳輸層（第4層）之上。所以，智能電網信息系統互操作的焦點是在第4層到第7層。

分層的方法簡化了使用新技術替換老技術的任務。比如，只要服務接口兼容，可以設計一種傳輸層協議，完成對很多種數據鏈路類型的操作。很多老協議和直接連接數據鏈路層的技術（比如，專用電話線路）仍在電網中運行。這些通信鏈接可能還要在智能電網中存在很多年。在開發新的應用和使用新的協議時，要考慮與現存的協議的兼容問題，確保今后通信網絡中的各層能夠平滑地過渡。

IT功能可以把信息迅速、安全和可靠地發送到電網的任何點，為決策提供支撐。通過配置和操作條件的進步，智能電網會更加動態，為優化使用信息創造更多的機會。

智能電網是隨電力裝置技術的發展和由配電和輸電設施中計算機系統監視、分析、優化和控制運轉而一起推動的。因此，系統受到了很多分布式自動化技術的影響，針對來自IT遠景，今后還要解決諸如數據交換的互操作、計算機網絡安保、現存系統與將來系統數據通信和應用集成等問題。

IEEE P2030標準SGIRM 信息技術架構遠景

IEEE P2030標準中智能電網IT-IAP描繪了智能電網從IT應用和與應用相關數據流的遠景，到完成操作和管理電力系統的主要目標：允許獨立開發系統的互操作。IT-IAP（圖4）按照功能和IEEE P2030標準SGIRM中7個域的互操作來定義。

目標不是定義新信息交換架構，而是與當前的最佳實踐和技術一起工作，彌補在7個域之間信息交換的不足。為了在智能電網中確保一致性結構框架，要盡可能使用與NIST和SGIP相同的術語。

在IT-IAP中表示的一些實體是協議或數據庫的集合，其他實體可以分布在多個域中，但應該放在最恰當的地方。連接實體所標出的線代表了數據流。在本文中，數據流在應用級定義，從數據的生產者到數據的消費者。

結論

美國智能電網的互操作參考模型可以為中國的智能電網提供某些借鑒，取人之長，為我所用，避免在實施智能電網的過程中走彎路，提前考慮在發電、輸電、配電、用電中的互連問題，協調好市場、運營、服務的責任劃分，建設好有中國特色的智能電網。

責任編輯：gt