智能电网的社会效益与风险防范

葛晓慧，赵 波

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

智能电网将极大地提高电网的运行和管理水平，为预防电网事故、保障电力供应、缩小停电范围和停电时间提供保障；同时可以降低电网运行损耗，减少能源消耗，为建设资源节约型、环境友好型社会作出贡献[1]。

智能电网是全社会能源资源优化配置的系统工程。广义上讲，涉及国家能源可持续发展战略、产业政策、行业与企业利益、社会资源再分配等方面，需要各方联动；狭义而言，将打破电力领域各单位、各部门、各业务之间传统的关联关系，强调资源的整合、流程的优化、效益的提升。因此，智能电网的建设是全社会联动的复杂工程。而国内外智能电网建设刚刚开始，没有既定的发展路线和模式，缺乏统一的标准和技术路线。本文在分析智能电网社会效益的基础上，着重探讨智能电网技术标准的制定和风险的防范。

1 智能电网的社会效益

智能电网的社会效益主要体现在提高系统的可靠性、安全性、经济性等方面。

1.1 提高系统可靠性，稳定供电质量

首先，先进的传感器和量测技术有助于有效获取电网的运行状况。实时的数据采集和传输技术支持电网在不利条件下进行主动分析和保护。其次，智能配电网含有新型保护、通信和控制功能，可以有效感知系统的运行状态，快速隔离故障，并通过自愈功能迅速恢复系统供电[2]。此外，先进的交互系统，可以让客户主动参与需求侧响应和实时负荷管理，有利于电网的优化调度和运行。分布式电源（DER）和各种储能装置实时参与系统的各种优化控制[3]，可以增强配电网的可靠性，提高日常、紧急情况和系统恢复时操作的灵活性，缩短系统恢复时间，降低局部事故导致整个电网崩溃的风险。

先进的量测装置可以监测供方和需求方的状态，确定将要出现或存在电能质量问题的区域，以采取适当的措施，满足用户对电能质量的更高要求。在输电网中，利用柔性交流输电系统（FACTS）或动态无功补偿装置提供瞬时电压支撑，以减少系统扰动所引起的电压降低。在配电网中，可利用高速静态转换开关快速切除干扰源并更换备用电源[4]。分布式电源、微网将提供短时电压支持，减少用户的停电时间。

1.2 提高系统安全性

智能化以及高渗透率的分布式电源将使传统电网更加坚强，有效抵御各种突发灾害。面对突发事件，智能电网的综合通信和量测系统将快速提供系统所需的关键数据。随着大型集中发电厂（煤炭、石油、天然气、核能、水力发电）的多样化和各种分布式电源（风能、太阳能、氢燃料电池等）的接入，扩展了燃料的供应范围，在事故状况下有更多的处理和应对措施，提高了系统的安全性。先进的监测和决策支持系统还可以迅速找出系统危险区域存在的问题，如识别当前设备是否存在故障，减少维修人员接触事故的机率，保障工作人员人身安全。

1.3 提高经济性

智能电网具有负荷管理、分布式发电、能源存储和需求侧响应等特性，吸引更广泛的电力市场参与者，提高了电网的经济性。一方面，允许分布式电源并网运行将激励消费者使用更多的小型电源和储能设备，使其成为电网有益的补充。另一方面，通过价格信号引导消费者错时用电，缓和用电高峰压力，减少电网阻塞和计划外停机，从而提高系统的调峰能力和备用容量，减少或延缓发电厂和相关输配电线路的投资，保证设备的高利用率[5]。通过减少低效率调峰机组的运行时间，提高电网运行的综合环境效益。

1.4 提高系统效益，提高节能水平

智能电网高级监控系统可以对设备进行动态（连续）评估，获得详细的组件和设备运行状况，优化设备负载管理，从而更有效地利用现有资产。其次，通过改善资产和管理计划，减少设备的维修和停机，提高整体资产的可靠性，降低整体运行维护成本，提高生产效益。有利于对输、配电网的资产投资和管理进行整体规划，优化中长期的投资效益。

智能电网允许分布式电源并网，通过需求侧响应和储能系统与间歇性的可再生资源联合，提高可再生能源在电网中的供电比例，降低能耗，缓解环境污染压力。通过柔性输电和动态补偿技术，提高现有输电线路的传输容量，减少线路走廊，降低电磁、噪音等对环境的影响。通过设备故障预测/预防系统，有效进行事故预警，例如减少变压器着火和油气泄露事件等，减少对环境的污染。

2 智能电网的技术标准

智能电网将包含更多的智能设备，信息种类更多，不同节点间交互更加频繁，各种系统功能和设备装置间的互操作要求更高。因此，要做好相关技术标准的制定，满足产品开发和工程建设的需要，使相关智能设备、接口与通道配套，保证电网建设有序进行。标准是规范智能电网市场的技术法规，是市场参与者必须遵守的技术依据，具有法律约束性。经济全球化浪潮使标准竞争上升到了战略地位，发达国家纷纷制定各自的标准化发展战略，实现产业和经济的跨跃式发展。

2.1 国外智能电网标准

美国2007年颁布的能源独立法案，明确由国家技术研究机构（NIST）组织美国智能电网的技术标准制定。NIST联合美国电力研究院（EPRI）、美国电气电子工程师学会（IEEE）、美国国际电工委员会（IEC）、美国机动车工程师学会（SAE）、美国国家可再生能源实验室（NREL）等15家机构共同研究智能电网标准，于2009年6月初颁布了首批16个标准，作为智能电网协同标准框架[6]。IEEE主要致力于与电网互联的标准，如分布式电源和储能设备如何与整个智能电网相连，计量设备的接入（如电表）和时间同步性的标准等。SAE主要关注电动车接入电网的标准，IEC则负责信息自动化的模式和环境标准的制定等[7]。

2008年欧盟委员会发布《欧洲未来电网的战略部署文件》，在原有愿景和框架研究的基础上进一步落实了智能电网建设的战略规划，提出了智能电网各技术领域的技术架构、规章制度、风险和机会、成本和收益、环境影响和社会效益。文件建议，欧洲必须采取行动，包括现有的标准化机构，如欧州电工标准化委员会（CENELEC）和欧州电信标准化协会（ETSI），审议和报告智能电网对现有标准的影响。在对目前的情况进行初步评估之后，共同商定工作计划，发展现有的标准或引进新的标准[8]，以满足新的需求。

2.2 国内智能电网标准

2009年6月底，在国家电网公司科技部等部门的共同组织下，通过充分调研和交流，中国电力科学研究院牵头启动国内智能电网标准体系的制定。目前该项工作的主要任务是结合国际标准体系研究进展，对现有的相关标准进行梳理、分析，提出适应发展的智能电网标准体系，并进行相应的修改、补充和完善。

为适应分布式电源快速发展和电网信息化进程发展的需要，应优先规范分布式电源的接入和标准化通信信息。

（1）分布式电源并网标准。分布式电源并网运行会对电力系统运行、控制、保护和环境等产生影响，为此必须制定统一的并网规范和标准。制订的标准除了必须符合国家各种法规和制度、保障电力系统运行安全外，还应满足非干扰的操作，即不应改变现有电力系统的特性，尽量减少不良操作对电力系统的影响，包括谐波、闪变、同步、保护配合、孤岛等。目前，获得最广泛认可的IEEE 1547系列标准，给出了分布式电源性能、运行及测试方面的软硬件技术要求，以及应用于分布式电源控制及通信的互连产品及维修方面的安全要求[9]。该标准将进一步扩展到产品质量、互用性、设计、工程、安装及认证等方面。

我国目前还没有专门针对分布式电源的并网标准，但国家电网公司已于2009年2月颁布了《风电场接入电网技术规定（修订版）》，2009年7月颁布了《光伏电站接入电网技术规定（试行）》，为我国分布式电源并网标准的制定奠定了基础。

（2）通信信息的标准化。智能电网中，信息采集装置提供的各种信息在光纤以太网中高速流动，在不同节点间频繁交互。只有标准化的通信信息才能被快速、可靠地传输，并被不同的功能系统无差别地应用，使各功能系统真正实现无缝集成。现已发布的标准如IEC 61970，IEC 61968和IEC 61850等，在一定程度上促进了电网信息的标准化进程。在智能电网建设中，要坚持统一的通信标准，才能真正实现“电力流、信息流、业务流”的高度融合。

3 智能电网的风险防范

智能电网的社会效益非常明显，但由于很多相关的技术还处于开发阶段，也存在一定的风险，主要表现在以下几方面。

（1）信息安全问题。高级量测系统（Advanced Metering Infrastructure，简称AMI）是智能电网的重要组成环节，能够按主站请求或定时通过双向通信网从智能电表读取、采集相关数据，以供分析之用[10]。随着双向互动要求的提高，越来越多的终端用户将安装智能电表，而智能电表可能成为黑客的攻击对象。黑客可能利用智能电表或电力通信的漏洞，篡改电表的读数以骗取电费，或将篡改电表技术非法转让给用户，给电网企业造成巨大的经济损失。

另外，存储在智能电表中的用电信息暴露了用户的生活习惯，属于个人隐私，万一泄露用于商业用途或不法目的，将侵害用户的合法权益。比如，谷歌公司的谷歌电表（Google PowerMeter）服务，用户可以通过互联网实时了解自己的用电状态。虽然谷歌公司承诺对客户信息保密，但早期的版本却给某些商户提供了信息[11]。如果通过获取用电信息判断用户是否在家，从而进行推销活动，将对用户的正常生活造成影响。

对于上述信息安全问题，国家应通过立法和制定有关规定，保护信息采集和传输安全，明确信息采集范围、采集主体的权限与义务以及信息泄露应承担的责任和处罚。其次，科研和工业界应充分评估相关设备的安全性，在统一的安全标准下，研发可靠技术、保障信息安全。通过第三方的严格认证，明确相关设备的安全性能权责。最后，对AMI实施过程中出现的问题，要有专门机构负责及时进行修正，包括软件加装补丁或硬件的改进等。

（2）海量数据处理问题。智能电网产生的大量数据是需要关注的。目前电力企业拥有的电表及电网监测设备数量庞大，随着智能电网的发展，这个数字可能会增加1 000倍，每个设备传输的数据量与现在相比也会增加1 000倍，如此海量数据的处理和保密是一个巨大的挑战，必须找到一种可靠且便利的数据管理方法。

（3）分布式电源对电网运行的影响。以风力发电、光伏发电为代表的可再生能源发电，其出力大小受外界环境影响较大，而且可能具有反负荷特性，比如，风力发电在夜间及凌晨的出力较大，而此时负荷却处于低谷，对电网公司的运行调度及辅助服务带来影响。属于用户的分布式电源，其技术和维护水平不同，机组的可靠性参差不齐，对配电网的安全运行也是隐患。

4 结语

智能电网带来显著的社会效益，可以全面提高电网的资源优化配置能力和电力系统的运行效率，很多国家都在加快智能电网的建设。但目前智能电网技术还不成熟，也没有既定的发展路线。中国有自己的国情和发展基础，为此建议：

（1）制定适合我国国情的智能电网发展规划，根据实施的进度和形势的发展，滚动修订发展规划，引导智能电网又快又好地发展。

（2）加快智能电网技术标准的制定，规划相关智能设备的接口和互操作性，促进资源和信息的整合和优化配置。

（3）对智能电网建设带来的风险进行充分评估，对技术严格认证，通过立法和相关规定进行约束，防范可能存在的风险。

[1]余贻鑫,栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源,2009,25（1）∶1-5.

[2]李天友.智能配电网的自愈能力[C].第一届智能电网研究学术论坛，2009.

[3]胡学浩.分布式发电与微型电网技术[J].电气时代，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，李扬，高赐威.智能电网框架下的需求侧管理展望与思考[J].电力系统自动化，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]余贻鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J].南方电网技术，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.