IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)－帶有電力系統(tǒng)和終端用戶應(yīng)用和負(fù)載的智能電網(wǎng)能源技術(shù)和信息技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)是圍繞著三個遠(yuǎn)景（Perspective）而展開的，本文就對這三個遠(yuǎn)景做一個簡單介紹，希望能對讀者起到拋磚引玉的作用。
一、概述
這個標(biāo)準(zhǔn)從互操作架構(gòu)的視點討論了：電力系統(tǒng), 通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的遠(yuǎn)景。提出遠(yuǎn)景架構(gòu)的目的是增強(qiáng)智能電網(wǎng)各系統(tǒng)之間的互操作。三個系統(tǒng)完成同一個公共目標(biāo)，每個系統(tǒng)又有各自的特點。
三個互操作架構(gòu)遠(yuǎn)景（IAP）主要考慮電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)接口的邏輯和功能，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的互操作。三種遠(yuǎn)景的摘要如下：
－ 電力系統(tǒng)互操作架構(gòu)遠(yuǎn)景（PS-IAP）。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景強(qiáng)調(diào)的是發(fā)電、輸電和用電，包括電器、應(yīng)用和運行的理念。這個遠(yuǎn)景定義了七個域：發(fā)電、輸電、配電、服務(wù)供應(yīng)商、市場、控制/運行和消費者。此概念在三個遠(yuǎn)景中是相同的。
－ 通信技術(shù)互操作架構(gòu)遠(yuǎn)景（CT-IAP）。通信技術(shù)遠(yuǎn)景強(qiáng)調(diào)的是在智能電網(wǎng)中，系統(tǒng)、設(shè)備和應(yīng)用之間的通信連通性。這個遠(yuǎn)景包括通信網(wǎng)絡(luò)、介質(zhì)、性能和協(xié)議。
－ 信息技術(shù)互操作架構(gòu)遠(yuǎn)景（IT-IAP）。信息技術(shù)遠(yuǎn)景強(qiáng)調(diào)的是過程控制和數(shù)據(jù)管理。遠(yuǎn)景包括信息數(shù)據(jù)的存儲、處理、管理和控制。
每個遠(yuǎn)景由域、實體和接口或數(shù)據(jù)流組成－所有內(nèi)容都由智能電網(wǎng)互操作參考模型（SGIRM）定義。參考模型按照功能進(jìn)行闡述，可以擴(kuò)展，但不打算規(guī)定或限制。當(dāng)智能電網(wǎng)技術(shù)和架構(gòu)發(fā)展時，要求互操作是能夠維護(hù)的。參考模型的靈活性保證了智能電網(wǎng)未來發(fā)展的先進(jìn)性。
二、電力系統(tǒng)的互操作
電力系統(tǒng)的互操作體現(xiàn)為保證電力供給的復(fù)雜系統(tǒng)，目的是為消費者提供高可靠、高可用和高質(zhì)量的電力，并使電力成為一種經(jīng)濟(jì)的能源。為了達(dá)到這個目標(biāo)，電力系統(tǒng)的運行要確保每刻產(chǎn)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(tǒng)會在瞬間發(fā)生問題。這些問題包括裝置的損壞和消費者的停電。同時，產(chǎn)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(wǎng)會對現(xiàn)存的電力系統(tǒng)進(jìn)行方案優(yōu)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(tǒng)調(diào)節(jié)，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(fù)載也有各自的特性，可能在不同等級快速變化。輸電系統(tǒng)是一個從發(fā)電到負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)，具有冗余輸送大電力的能力。輸電系統(tǒng)中的電流通常是雙向的。因為輸電系統(tǒng)在電能傳輸?shù)闹匾?，輸電系統(tǒng)通常設(shè)計為具有最小損耗和高度的自動化，保持系統(tǒng)的每個部分都不失效。
配電系統(tǒng)以高效、可靠和經(jīng)濟(jì)的方式為消費者提供電能。老式的配電系統(tǒng)，從變電站到消費者的電流通常是單向的。很多配電系統(tǒng)具有或?qū)⒂须p向電流，因為在本地配電系統(tǒng)設(shè)計拓?fù)浠蛳M者自備電站的發(fā)電超過負(fù)載的情況，所以需要具備這樣的能力。當(dāng)部分配電系統(tǒng)發(fā)生問題時，可以通過人工干預(yù)重啟系統(tǒng)。
電力系統(tǒng)本身具有通過電流提供每處電力系統(tǒng)狀態(tài)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(tǒng)，在設(shè)備之間使用最小的通信量，保證電力系統(tǒng)具有良好的設(shè)計和運行。比如，沒有外部通信時，一個“波動”的發(fā)電機(jī)會帶來：頻率高時產(chǎn)生低輸出，頻率低時產(chǎn)生高輸出?？紤]使用這種天然的狀態(tài)信息和更先進(jìn)的控制設(shè)備避免電源產(chǎn)生波動。
傳統(tǒng)的方法可以保證電力系統(tǒng)能夠很好的運行，方法如下：
－ 在發(fā)電有限不能提供足夠電能時，安裝新的可控發(fā)電裝置。使電力系統(tǒng)具有足夠可控的發(fā)電量，滿足瞬時最遭的負(fù)載變化。
－ 裝置等級足夠大，可以應(yīng)對最遭情況運行條件。
智能電網(wǎng)技術(shù)提供了使用新方法的機(jī)會，可優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行。這些方法可以與智能電網(wǎng)技術(shù)一起運行，包括：
－ 使用更多的可控發(fā)電、存儲和負(fù)載，優(yōu)化發(fā)電和負(fù)載的平衡。
－ 改變當(dāng)前條件優(yōu)化裝置容量。條件可以包括室溫、電流和維護(hù)等。
－ 使用本地控制的發(fā)電、存儲和負(fù)載，減小裝置容量變化和電源質(zhì)量問題。
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三、IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中SGIRM電力系統(tǒng)互操作架構(gòu)遠(yuǎn)景
IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中SGIRM 的PS-IAP主要表現(xiàn)為一種傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)景象，CT-IAP提供一種從一地到另一地得到數(shù)據(jù)的方法，IT-IAP提供一種使用數(shù)據(jù)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(tǒng)的功能。圖1顯示了來自電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景的域、實體和接口。PS- IAP的域（在所有遠(yuǎn)景中相同）表現(xiàn)了一種接近于現(xiàn)存電力設(shè)施的劃分方法。PS-IAP的實體（在所有遠(yuǎn)景中具有獨特性）反應(yīng)了電力系統(tǒng)的裝置或功能。在電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景實體間的接口可以通過多個數(shù)據(jù)連接的多種數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)的部署可以覆蓋一個小型地區(qū)、一個電力設(shè)施、一個控制區(qū)域或一個全國范圍的系統(tǒng)。對于一個完成的部署，每個實體可以代表任何數(shù)量的物理或邏輯設(shè)備。
圖1—IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中的PS-IAP
四、通信系統(tǒng)的互操作
端到端的智能電網(wǎng)通信模型可以在圖2看到。這些通信架構(gòu)映射到發(fā)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(shè)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(wǎng)的通信域。通信安保和管理架構(gòu)需要在IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中SGIRM部分定義和規(guī)范。
圖2—智能電網(wǎng)端到端通信模型
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五、IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)SGIRM 通信技術(shù)互操作架構(gòu)遠(yuǎn)景
IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中SGIRM 的CT-IAP通過圖3表現(xiàn)出來，可以包括出現(xiàn)的新技術(shù)，也可以使用由開發(fā)者定義的目標(biāo)架構(gòu)。它是智能電網(wǎng)中通信系統(tǒng)、變電站和關(guān)鍵組件等所有相關(guān)系統(tǒng)的圖形表示，是一種通用、靈活和動態(tài)的體系架構(gòu)，會隨著技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展。
CT-IAP（圖3）顯示了通信系統(tǒng)遠(yuǎn)景中的域、實體和接口。CT-IAP域（所有的遠(yuǎn)景都相同）劃分出了7個部分，接近于現(xiàn)存的電力設(shè)施。這些域包括：
－發(fā)電；
－輸電；
－配電；
－消費者；
－服務(wù)供應(yīng)商；
－控制和運行；
－市場。
在每個域中或在域之間（內(nèi)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(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或相關(guān)的通信系統(tǒng)元件。接口要按照通用互連要求進(jìn)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(xié)議類型和其他需求進(jìn)一步確定規(guī)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(xiàn)為在兩個實體間的―“接口”或―“連接”。應(yīng)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。
圖3—IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中的CT-IAP
六、信息系統(tǒng)的互操作
IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)的SGIRM涉及了在7個域之間的信息交換，在ISO OSI（開放系統(tǒng)互連）模型中，位于傳輸層（第4層）之上。所以，智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)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(shù)替換老技術(shù)的任務(wù)。比如，只要服務(wù)接口兼容，可以設(shè)計一種傳輸層協(xié)議，完成對很多種數(shù)據(jù)鏈路類型的操作。很多老協(xié)議和直接連接數(shù)據(jù)鏈路層的技術(shù)（比如，專用電話線路）仍在電網(wǎng)中運行。這些通信鏈接可能還要在智能電網(wǎng)中存在很多年。在開發(fā)新的應(yīng)用和使用新的協(xié)議時，要考慮與現(xiàn)存的協(xié)議的兼容問題，確保今后通信網(wǎng)絡(luò)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(fā)送到電網(wǎng)的任何點，為決策提供支撐。通過配置和操作條件的進(jìn)步，智能電網(wǎng)會更加動態(tài)，為優(yōu)化使用信息創(chuàng)造更多的機(jī)會。
智能電網(wǎng)是隨電力裝置技術(shù)的發(fā)展和由配電和輸電設(shè)施中計算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)視、分析、優(yōu)化和控制運轉(zhuǎn)而一起推動的。因此，系統(tǒng)受到了很多分布式自動化技術(shù)的影響，針對來自IT遠(yuǎn)景，今后還要解決諸如數(shù)據(jù)交換的互操作、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安保、現(xiàn)存系統(tǒng)與將來系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信和應(yīng)用集成等問題。
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七、IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)SGIRM 信息技術(shù)架構(gòu)遠(yuǎn)景
IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中智能電網(wǎng)IT-IAP描繪了智能電網(wǎng)從IT應(yīng)用和與應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)流的遠(yuǎn)景，到完成操作和管理電力系統(tǒng)的主要目標(biāo)：允許獨立開發(fā)系統(tǒng)的互操作。IT-IAP（圖4）按照功能和IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)SGIRM中7個域的互操作來定義。
目標(biāo)不是定義新信息交換架構(gòu)，而是與當(dāng)前的最佳實踐和技術(shù)一起工作，彌補(bǔ)在7個域之間信息交換的不足。為了在智能電網(wǎng)中確保一致性結(jié)構(gòu)框架，要盡可能使用與NIST和SGIP相同的術(shù)語。
圖4—IEEE P2030標(biāo)準(zhǔn)中的IT-IAP
在IT-IAP中表示的一些實體是協(xié)議或數(shù)據(jù)庫的集合，其他實體可以分布在多個域中，但應(yīng)該放在最恰當(dāng)?shù)牡胤?。連接實體所標(biāo)出的線代表了數(shù)據(jù)流。在本文中，數(shù)據(jù)流在應(yīng)用級定義，從數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者到數(shù)據(jù)的消費者。
八、結(jié)論
美國智能電網(wǎng)的互操作參考模型可以為中國的智能電網(wǎng)提供某些借鑒，取人之長，為我所用，避免在實施智能電網(wǎng)的過程中走彎路，提前考慮在發(fā)電、輸電、配電、用電中的互連問題，協(xié)調(diào)好市場、運營、服務(wù)的責(zé)任劃分，建設(shè)好有中國特色的智能電網(wǎng)。
