智能電網的社會效益與風險防范

葛曉慧，趙 波

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

智能電網將極大地提高電網的運行和管理水平，為預防電網事故、保障電力供應、縮小停電范圍和停電時間提供保障；同時可以降低電網運行損耗，減少能源消耗，為建設資源節約型、環境友好型社會作出貢獻[1]。

智能電網是全社會能源資源優化配置的系統工程。廣義上講，涉及國家能源可持續發展戰略、產業政策、行業與企業利益、社會資源再分配等方面，需要各方聯動；狹義而言，將打破電力領域各單位、各部門、各業務之間傳統的關聯關系，強調資源的整合、流程的優化、效益的提升。因此，智能電網的建設是全社會聯動的復雜工程。而國內外智能電網建設剛剛開始，沒有既定的發展路線和模式，缺乏統一的標準和技術路線。本文在分析智能電網社會效益的基礎上，著重探討智能電網技術標準的制定和風險的防范。

1 智能電網的社會效益

智能電網的社會效益主要體現在提高系統的可靠性、安全性、經濟性等方面。

1.1 提高系統可靠性，穩定供電質量

首先，先進的傳感器和量測技術有助于有效獲取電網的運行狀況。實時的數據采集和傳輸技術支持電網在不利條件下進行主動分析和保護。其次，智能配電網含有新型保護、通信和控制功能，可以有效感知系統的運行狀態，快速隔離故障，并通過自愈功能迅速恢復系統供電[2]。此外，先進的交互系統，可以讓客戶主動參與需求側響應和實時負荷管理，有利于電網的優化調度和運行。分布式電源（DER）和各種儲能裝置實時參與系統的各種優化控制[3]，可以增強配電網的可靠性，提高日常、緊急情況和系統恢復時操作的靈活性，縮短系統恢復時間，降低局部事故導致整個電網崩潰的風險。

先進的量測裝置可以監測供方和需求方的狀態，確定將要出現或存在電能質量問題的區域，以采取適當的措施，滿足用戶對電能質量的更高要求。在輸電網中，利用柔性交流輸電系統（FACTS）或動態無功補償裝置提供瞬時電壓支撐，以減少系統擾動所引起的電壓降低。在配電網中，可利用高速靜態轉換開關快速切除干擾源并更換備用電源[4]。分布式電源、微網將提供短時電壓支持，減少用戶的停電時間。

1.2 提高系統安全性

智能化以及高滲透率的分布式電源將使傳統電網更加堅強，有效抵御各種突發災害。面對突發事件，智能電網的綜合通信和量測系統將快速提供系統所需的關鍵數據。隨著大型集中發電廠（煤炭、石油、天然氣、核能、水力發電）的多樣化和各種分布式電源（風能、太陽能、氫燃料電池等）的接入，擴展了燃料的供應范圍，在事故狀況下有更多的處理和應對措施，提高了系統的安全性。先進的監測和決策支持系統還可以迅速找出系統危險區域存在的問題，如識別當前設備是否存在故障，減少維修人員接觸事故的機率，保障工作人員人身安全。

1.3 提高經濟性

智能電網具有負荷管理、分布式發電、能源存儲和需求側響應等特性，吸引更廣泛的電力市場參與者，提高了電網的經濟性。一方面，允許分布式電源并網運行將激勵消費者使用更多的小型電源和儲能設備，使其成為電網有益的補充。另一方面，通過價格信號引導消費者錯時用電，緩和用電高峰壓力，減少電網阻塞和計劃外停機，從而提高系統的調峰能力和備用容量，減少或延緩發電廠和相關輸配電線路的投資，保證設備的高利用率[5]。通過減少低效率調峰機組的運行時間，提高電網運行的綜合環境效益。

1.4 提高系統效益，提高節能水平

智能電網高級監控系統可以對設備進行動態（連續）評估，獲得詳細的組件和設備運行狀況，優化設備負載管理，從而更有效地利用現有資產。其次，通過改善資產和管理計劃，減少設備的維修和停機，提高整體資產的可靠性，降低整體運行維護成本，提高生產效益。有利于對輸、配電網的資產投資和管理進行整體規劃，優化中長期的投資效益。

智能電網允許分布式電源并網，通過需求側響應和儲能系統與間歇性的可再生資源聯合，提高可再生能源在電網中的供電比例，降低能耗，緩解環境污染壓力。通過柔性輸電和動態補償技術，提高現有輸電線路的傳輸容量，減少線路走廊，降低電磁、噪音等對環境的影響。通過設備故障預測/預防系統，有效進行事故預警，例如減少變壓器著火和油氣泄露事件等，減少對環境的污染。

2 智能電網的技術標準

智能電網將包含更多的智能設備，信息種類更多，不同節點間交互更加頻繁，各種系統功能和設備裝置間的互操作要求更高。因此，要做好相關技術標準的制定，滿足產品開發和工程建設的需要，使相關智能設備、接口與通道配套，保證電網建設有序進行。標準是規范智能電網市場的技術法規，是市場參與者必須遵守的技術依據，具有法律約束性。經濟全球化浪潮使標準競爭上升到了戰略地位，發達國家紛紛制定各自的標準化發展戰略，實現產業和經濟的跨躍式發展。

2.1 國外智能電網標準

美國2007年頒布的能源獨立法案，明確由國家技術研究機構（NIST）組織美國智能電網的技術標準制定。NIST聯合美國電力研究院（EPRI）、美國電氣電子工程師學會（IEEE）、美國國際電工委員會（IEC）、美國機動車工程師學會（SAE）、美國國家可再生能源實驗室（NREL）等15家機構共同研究智能電網標準，于2009年6月初頒布了首批16個標準，作為智能電網協同標準框架[6]。IEEE主要致力于與電網互聯的標準，如分布式電源和儲能設備如何與整個智能電網相連，計量設備的接入（如電表）和時間同步性的標準等。SAE主要關注電動車接入電網的標準，IEC則負責信息自動化的模式和環境標準的制定等[7]。

2008年歐盟委員會發布《歐洲未來電網的戰略部署文件》，在原有愿景和框架研究的基礎上進一步落實了智能電網建設的戰略規劃，提出了智能電網各技術領域的技術架構、規章制度、風險和機會、成本和收益、環境影響和社會效益。文件建議，歐洲必須采取行動，包括現有的標準化機構，如歐州電工標準化委員會（CENELEC）和歐州電信標準化協會（ETSI），審議和報告智能電網對現有標準的影響。在對目前的情況進行初步評估之后，共同商定工作計劃，發展現有的標準或引進新的標準[8]，以滿足新的需求。

2.2 國內智能電網標準

2009年6月底，在國家電網公司科技部等部門的共同組織下，通過充分調研和交流，中國電力科學研究院牽頭啟動國內智能電網標準體系的制定。目前該項工作的主要任務是結合國際標準體系研究進展，對現有的相關標準進行梳理、分析，提出適應發展的智能電網標準體系，并進行相應的修改、補充和完善。

為適應分布式電源快速發展和電網信息化進程發展的需要，應優先規范分布式電源的接入和標準化通信信息。

（1）分布式電源并網標準。分布式電源并網運行會對電力系統運行、控制、保護和環境等產生影響，為此必須制定統一的并網規范和標準。制訂的標準除了必須符合國家各種法規和制度、保障電力系統運行安全外，還應滿足非干擾的操作，即不應改變現有電力系統的特性，盡量減少不良操作對電力系統的影響，包括諧波、閃變、同步、保護配合、孤島等。目前，獲得最廣泛認可的IEEE 1547系列標準，給出了分布式電源性能、運行及測試方面的軟硬件技術要求，以及應用于分布式電源控制及通信的互連產品及維修方面的安全要求[9]。該標準將進一步擴展到產品質量、互用性、設計、工程、安裝及認證等方面。

我國目前還沒有專門針對分布式電源的并網標準，但國家電網公司已于2009年2月頒布了《風電場接入電網技術規定（修訂版）》，2009年7月頒布了《光伏電站接入電網技術規定（試行）》，為我國分布式電源并網標準的制定奠定了基礎。

（2）通信信息的標準化。智能電網中，信息采集裝置提供的各種信息在光纖以太網中高速流動，在不同節點間頻繁交互。只有標準化的通信信息才能被快速、可靠地傳輸，并被不同的功能系統無差別地應用，使各功能系統真正實現無縫集成。現已發布的標準如IEC 61970，IEC 61968和IEC 61850等，在一定程度上促進了電網信息的標準化進程。在智能電網建設中，要堅持統一的通信標準，才能真正實現“電力流、信息流、業務流”的高度融合。

3 智能電網的風險防范

智能電網的社會效益非常明顯，但由于很多相關的技術還處于開發階段，也存在一定的風險，主要表現在以下幾方面。

（1）信息安全問題。高級量測系統（Advanced Metering Infrastructure，簡稱AMI）是智能電網的重要組成環節，能夠按主站請求或定時通過雙向通信網從智能電表讀取、采集相關數據，以供分析之用[10]。隨著雙向互動要求的提高，越來越多的終端用戶將安裝智能電表，而智能電表可能成為黑客的攻擊對象。黑客可能利用智能電表或電力通信的漏洞，篡改電表的讀數以騙取電費，或將篡改電表技術非法轉讓給用戶，給電網企業造成巨大的經濟損失。

另外，存儲在智能電表中的用電信息暴露了用戶的生活習慣，屬于個人隱私，萬一泄露用于商業用途或不法目的，將侵害用戶的合法權益。比如，谷歌公司的谷歌電表（Google PowerMeter）服務，用戶可以通過互聯網實時了解自己的用電狀態。雖然谷歌公司承諾對客戶信息保密，但早期的版本卻給某些商戶提供了信息[11]。如果通過獲取用電信息判斷用戶是否在家，從而進行推銷活動，將對用戶的正常生活造成影響。

對于上述信息安全問題，國家應通過立法和制定有關規定，保護信息采集和傳輸安全，明確信息采集范圍、采集主體的權限與義務以及信息泄露應承擔的責任和處罰。其次，科研和工業界應充分評估相關設備的安全性，在統一的安全標準下，研發可靠技術、保障信息安全。通過第三方的嚴格認證，明確相關設備的安全性能權責。最后，對AMI實施過程中出現的問題，要有專門機構負責及時進行修正，包括軟件加裝補丁或硬件的改進等。

（2）海量數據處理問題。智能電網產生的大量數據是需要關注的。目前電力企業擁有的電表及電網監測設備數量龐大，隨著智能電網的發展，這個數字可能會增加1 000倍，每個設備傳輸的數據量與現在相比也會增加1 000倍，如此海量數據的處理和保密是一個巨大的挑戰，必須找到一種可靠且便利的數據管理方法。

（3）分布式電源對電網運行的影響。以風力發電、光伏發電為代表的可再生能源發電，其出力大小受外界環境影響較大，而且可能具有反負荷特性，比如，風力發電在夜間及凌晨的出力較大，而此時負荷卻處于低谷，對電網公司的運行調度及輔助服務帶來影響。屬于用戶的分布式電源，其技術和維護水平不同，機組的可靠性參差不齊，對配電網的安全運行也是隱患。

4 結語

智能電網帶來顯著的社會效益，可以全面提高電網的資源優化配置能力和電力系統的運行效率，很多國家都在加快智能電網的建設。但目前智能電網技術還不成熟，也沒有既定的發展路線。中國有自己的國情和發展基礎，為此建議：

（1）制定適合我國國情的智能電網發展規劃，根據實施的進度和形勢的發展，滾動修訂發展規劃，引導智能電網又快又好地發展。

（2）加快智能電網技術標準的制定，規劃相關智能設備的接口和互操作性，促進資源和信息的整合和優化配置。

（3）對智能電網建設帶來的風險進行充分評估，對技術嚴格認證，通過立法和相關規定進行約束，防范可能存在的風險。

[1]余貽鑫,欒文鵬.智能電網[J].電網與清潔能源,2009,25（1）∶1-5.

[2]李天友.智能配電網的自愈能力[C].第一屆智能電網研究學術論壇，2009.

[3]胡學浩.分布式發電與微型電網技術[J].電氣時代，2008，（12）∶77-78.

[4]U.S.Department of Energy,National Energy Technology Laboratory.Modern Grid Benefits[EB/OL].http∶//www.netl.doe.gov/moderngrid/docs/.

[5]王蓓蓓，李揚，高賜威.智能電網框架下的需求側管理展望與思考[J].電力系統自動化，2009，33（20）∶17-22.

[6]EPRI.Report to NIST on the Smart Grid Interoperability Standards Roadmap.1341-09-0031[R].Palo Alto,CA∶EPRI，2009.

[7]DEBLASIO R，TOM C.Standards for the smart grid[C].Proceedings of IEEE Energy 2030 Conference,November 17-18,2008,Atlanta,GA，USA∶1-7.

[8]European Commission.European Technology Platform SmartGrids∶Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future[R].2006.

[9]IEEE Std.1547-2003,Standard for Interconnecting Distributed Resources With Electric Power Systems[S].NewYork∶IEEE，2003.

[10]余貽鑫.智能電網的技術組成和實現順序[J].南方電網技術，2009，3（2）∶1-5.

[11]PATRICK M,STEPHEN M.Security and Privacy Challenges in the Smart Grid[J].IEEE Security and Privacy，2009，7（3）∶75-77.