数字化电网关键技术研究框架.doc

i 数字化数字化电电网关网关键键技技术术研究框架研究框架 （评审稿） ii 目目 录录 1.前言.1 1.1国内外研究发展现状综述.1 1.1.1国外数字化电网研究情况1 1.1.2国内数字化电网技术研究及应用进展情况2 1.1.3国内数字化电网研究及应用中存在的问题4 1.2数字化电网的内涵.4 1.3数字化电网的目标.7 1.4目的和意义.8 1.5本框架的总体思路.9 1.6与其他研究框架的关系.9 2.总体研究思路.10 2.1总体技术路线.10 2.2主要研究内容和课题设置.12 2.3总体目标.13 3.研究内容与预期成果.13 3.1体系和标准研究.13 3.1.1数字化电网体系及相关标准规范研究14 3.1.2数字化变电站体系及相关标准规范研究14 3.2电网数据采集控制及通信共性技术研究.15 3.2.1电网数据采集控制关键技术研究15 3.2.2电网通信关键技术研究19 3.3电网信息集成共性技术研究.20 3.3.1电网分层协调统一建模技术研究21 3.3.2电网信息集成与共享技术研究22 3.4电网分析决策共性技术研究.23 3.4.1基于海量数据的分析决策技术研究24 3.4.2智能调度关键技术研究25 3.4.3配电网分析决策关键技术研究25 3.5综合应用示范系统研究.26 3.5.1数字化电网示范应用26 3.5.2数字化变电站示范工程28 3.5.3电网统一时间同步系统示范应用30 3.6前瞻技术研究.31 3.6.1数字化电网前瞻技术研究31 3.6.2数字化变电站前瞻技术研究32 4.实施计划.34 4.1实施计划.34 4.2后续研究安排.35 1 1. 前言前言 “十一五”是国家电网公司发展的重要机遇期。公司将大力推进坚强电网建设， 着力提高大电网安全稳定经济运行水平，构建环境友好与资源节约型电网，提高 服务能力和管理水平。根据国家电网公司“十一五”科技发展规划，公司将以 “构建数字化电网，打造信息化企业”为战略目标，大力实施集团化运作、集约化 发展、精细化管理和标准化建设，不断推进数字化电网、信息化企业建设进程， 到“十一五”末，数字化电网建设取得重大进展，信息化企业建设基本实现。 为建设国际一流电网，支撑电网安全、经济、优质运行，根据公司“一流三大” 科技发展战略，有必要编制关键技术研究框架，整合科研力量，对数字化电网共 性技术、综合应用技术和相关体系、标准进行专项研究。 1.11.1国内外研究国内外研究发发展展现现状状综综述述 1.1.1国外数字化国外数字化电电网研究情况网研究情况 到目前为止，国际上尚未有关于“数字化电网”的正式报道，但对于电网的数 字化、智能化，欧美发达国家都已提出了目标，启动了相关研究。 美国电力研究院、美国能源部、ibm 公司等研究组织，政府部门和商业公司 先后给出了对未来电网的定义，例如，美国电力研究院（epri）将未来的电网定 义为“智能电网”（intelligrid）；美国能源部的电力输配局在 2003 年 7 月发布的“对 电力第二个百年的全国范围的构想”的报告中提出了”grid 2030”的概念；美国 的 battelle 研究所和 ibm 公司也先后分别提出了“智能电网”（gridwise 或者 intelligent power grid）的概念。这些概念主要为数字化社会，也为整合电力用户 2 和电力市场提供科学和技术支持，他们认为新的电力系统基础架构将是综合的、 自愈的、电子控制的（具有特别好的灵活性和响应）可把实时信息和能量交换融 合为一体的网络。 欧洲于 2005 年提出了欧洲技术平台（etp）的智能电网（smartgrid）的概念， 对欧洲 2020 年左右的电力网络提出了构想，与此类似，美国提出了综合能源及 通信系统体系结构（iecsaintegrated energy and communication systems architecture）。这些概念的共同点是均包含了可靠、灵活和经济的电力和信息流 传送，以及安全的通信，主张全面的信息集成和数字化监控、自由的电力交易、 分布式的电源供应、电网和用户之间双向的互动，实现提高电网运营的安全性、 效益和效率，以及最小化对环境的影响的目标。 对于数字化变电站技术的研究，国外走在了前面。设备方面，基于不同原理 的电子式互感器工艺日趋成熟，在全球不同地区的多座变电站已经成功应用；标 准方面，iec 集中国际主流科研机构和制造商从 1995 年就开始制定 iec61850 系列标准，abb、siemens 等满足该标准系列的产品也已开始规模化推广应用。 1.1.2国内数字化国内数字化电电网技网技术术研究及研究及应应用用进进展情况展情况 作为资产和技术密集型企业，国家电网公司高度重视电网数字化建设与管理， 坚持以数字化为基础，信息化为手段，带动电网生产自动化和企业管理现代化， 各种先进计算机技术、信息技术、网络技术、通信技术、自动控制技术得到广泛 应用，公司在数字化电网建设方面取得了长足进步。 服务于电力生产和统一调度的发展需要，以宽带网络为主要标志的数字化电 网信息基础设施已具规模，骨干网络覆盖全部网省公司。数据交换体系建设加快， 实现了统计数据等关键信息的及时上报、自动汇总和动态发布。以安全、经济地 3 生产、运营电力为基础的各类电力自动化系统大大提高了生产自动化水平。全部 网省公司、地区级电力调度机构均配置了电网调度自动化系统，引入了电能量计 费系统和广域测量系统；新规则下的电力市场交易技术支持系统正在建设之中； 变电站实现了计算机监控和无人、少人值守。地理信息系统（gis）已开始应用于 输电、变电和配电管理等业务。以提高信息化水平和生产效率为目标的生产运营 管理信息系统，如电网生产运行管理系统、设备检修管理、变电站建设视频监控 系统等在电网生产管理业务方面发挥了重要作用。以提高经济效益、优质服务为 中心的电力客户服务系统，如集中抄表计费、用电查询等系统直接提供了高效快 捷的客户服务。电力负荷管理、电力营销管理等现代化管理手段得以广泛应用。 总而言之，以数字化为特征的各类信息系统已全面覆盖了电网规划、设计、建设、 运行、调度和维护等各个方面，信息技术的应用领域深入到电网生产运行、经营 和管理的各个环节。 其中，国产调度自动化系统总体技术已经达到国际先进水平，在 iec61850 和 iec61970 系列国际标准的应用方面也处于国际先进水平。国调已分别组织了 六次 iec61850 和 iec61970 标准的互操作试验。基于 iec61970 系列标准的新一 代电网调度自动化集成系统、调度数据整合和调度综合数据平台等已得到大量 应用。分布式建模及模型拼接和基于 e 格式的电网运行动态数据交换为电网信 息共享和一体化分析计算提供了重要基础。基于 iec61850 系列标准的变电站自 动化系统产品也已经开始试点应用，国调已着手制订工程实施规范。 在公司科技、生产和调度等部门的领导下，各级科研和生产单位在数字化变 电站和电力生产数字化建设方面进行了积极探索和开展了卓有成效的应用实践。 4 1）数字化变电站已经成为当前建设的一大热点，一些数字化变电站的试点应 用工程已经建成并投入试运行。基于不同原理的数字式互感器和智能化高压电 器，在不同地区的多座变电站已经开始试用。 2）部分省公司以建立“数字电力公司”为目标，通过宽带互联网实现了省级电 网输电、配电、调度、营销的网络化管理，通过变电站建设视频监视系统实现了 对变电站建设的远程实时监控。 3）部分省公司在关于实时/历史数据库管理系统在电网企业的应用研究方面 取得了成果，通过数字来全方位地描述电网和设备的实际状态，在支撑电网和设 备运行、维护、管理精细化和电网规划科学决策的精细化方面进行了有益的尝试。 4）部分省市公司在“数字化供电系统”方面进行了尝试：以电力公司物理供电 网络为模型，研究了“数字化供电系统”的内涵，建设了城区“数字化供电系统”。 5）部分网省公司开展了电网地理信息系统（gis）的研究，初步形成了以电网 设备为中心，以空间信息技术为主要支持手段，贯通变电站、输配电线路、用电 客户等信息的统一数字电网模型。 6）海拉瓦先进地理测量技术已开始应用于输电线路路径优化、杆塔排位优化、 变电所选址等方面，为减少工程造价、保护环境、提高工程勘测设计质量和缩短 工期等方面取得了明显效益。 综上所述，无论是传统的生产运行系统还是数字化变电站和数字化电网应用 系统的探索，在电力规划、设计、建设、生产、调度、管理、经营、决策及科研等方 面发挥了显著作用，有力地促进了电力工业现代化。 5 1.1.3国内数字化国内数字化电电网研究及网研究及应应用中存在的用中存在的问题问题 现有电网生产各应用系统都是基于本业务或本部门的需求，存在不同的平台、 不同的应用系统、不同的数据格式，难以从整个电网公司生产全流程的角度来考 虑数据的使用，导致电力公司内部不同的系统信息资源分散，横向不能共享，上 下级间纵向贯通困难。这些系统虽然有丰富的信息资源，却形成了以纵向层次多、 横向系统多为主要特征的“信息孤岛”。就厂站端的应用系统来说，存在着规约繁 杂、信息承载率低、信息不完整、信息杂乱、系统联调复杂、数据采集资源重复浪 费等问题。 目前还有一些生产所需信息没有纳入计算机应用系统，电力企业的生产自动 化系统与管理信息系统处于相互分离状态，彼此不能有效结合，不能实现管控一 体化，数据信息不能集成共享，不利于实现电网企业的综合管理。 另外，国内对于数字化变电站的研究起步较国外晚，体系结构方面还没有形 成统一的认识，一窝蜂的投资建设势必带来建设模式缺乏标准、建设水平参差不 齐的问题；另一方面，对数字化变电站的技术体系、计量、检验及验证也缺乏统一 的标准，随着一次设备的数字化，带来了如何进行入网试验、计量检验、验证评 价的难题。 上述问题，已经制约了电网生产水平、应用水平和工作效率的进一步提高， 造成系统资源的浪费，难以适应公司“构建数字化电网，打造信息化企业”和电网 生产运行系统下一步技术发展进步的要求。因此必须从信息资源的整合和数字 化变电站的关键技术入手，着手研究数字化电网的基础技术体系和关键技术。构 建数字化电网是打造信息化企业的必由之路。 6 1.21.2数字化数字化电电网的内涵网的内涵 数字化电网将实际物理电网上分散的信息和数据集中到电脑网络上进行共 享和展示，使得物理电网有了一种数字化的表述方式，这种表述方式的变化，意 味着传统电网生产运行理念正面临一场新的革命。 数字化数字化电电网面向网面向输电输电网和配网和配电电网，网，综综合运用各种先合运用各种先进进科技和数字化手段，科技和数字化手段，对对 实际电实际电网网进进行全面、精确的数字化描述，行全面、精确的数字化描述，为电为电网生网生产产全全过过程提供完整、程提供完整、统统一、准一、准 确的信息，确的信息，实现对电实现对电网直网直观观、 、实时实时的的监监控和智能分析，并控和智能分析，并为规为规划、划、计计划、划、设计设计、建、建 设设、运行、运行、调调度、度、营销营销等各个等各个环节环节的科学决策提供技的科学决策提供技术术支持，保支持，保证电证电网安全网安全稳稳定、定、 经济优质经济优质运行，提高运行，提高电电网公司生网公司生产产效率，效率，为为建建设设信息化企信息化企业业奠定基奠定基础础。 。 如如图图 1 所示，数字化所示，数字化电电网和管理信息化均服网和管理信息化均服务务于信息化企于信息化企业业，信息化企，信息化企业业服服 务务于建于建设设“一一强强三三优优”的国家的国家电电网，数字化网，数字化电电网目网目标标定位于建定位于建设设“坚强电坚强电网网”，以，以 sg186 工程工程为为主体的管理信息化定位于建主体的管理信息化定位于建设设“资产优资产优良、服良、服务优质务优质、 、业绩优业绩优秀秀” 的的现现代公司。代公司。 数字化数字化电电网网管理信息化（管理信息化（sg186） ） 数据源 基基础础支撑支撑 信息化企信息化企业业 图图 1 数字化数字化电电网与信息化企网与信息化企业业及及 sg186 的关系的关系 作为数字化电网当中的一个节点，数字化变电站是数字化电网的重要组成部 分。由于“数字化”贯穿变电站自动化的始终，业内普遍认为，我们目前所研究讨 论的“数字化变电站”是数字化的变电站自动化发展过程中的一个阶段，在这个阶 7 段，符合 iec61850 标准的变电站通信网络和系统、智能化的一次设备、网络化的 二次设备、信息化的运行管理系统，是其最主要技术特征。数字化数字化变电变电站是以站是以变变 电电站一、二次站一、二次设备为设备为数字化数字化对对象，以高速网象，以高速网络络通信平台通信平台为为基基础础，通，通过对过对数字化信数字化信 息息进进行行标标准化，准化，实现实现信息共享和互操作，并以网信息共享和互操作，并以网络络数据数据为为基基础础， ，实现测实现测量量监视监视、 、 控制保控制保护护、信息管理等自、信息管理等自动动化功能的化功能的变电变电站。站。 从应用的角度上看，数字化电网是要在电网公司生产信息纵向、横向普适共 享基础上建立科学分析决策和综合应用体系。数字化电网面向电网设备，以统一 的设备命名体系和电网拓扑为核心，将电网模型信息、地理信息运行及统计信息、 计划及规划信息、设备状态等各种生产信息有机的结合在一起，为电网生产运行 的各个环节服务，如图 2 所示。 图 2 数字化电网的应用视角示意图 从空间和对象维度看，数字化电网提供发、输、配、用所有的模型和运行信息。 从时间维度看，数字化电网提供历史、当前和未来及规划的电网信息（如图 3 所 示）。与现阶段相比，数字化电网能够提供更精确、更及时、更完整和更一致的电 电电网网调调度度 电电网网规规划划 电电网网运运行行 电电网网建建设设 数数字字化化电电网网 信信息息平平台台 市市场场交交易易 管管 理理 信信 息息 化化 变变电电站站保保护护与与监监控控 电电网网维维护护 电电网网设设计计 配配电电网网自自动动化化 通通讯讯 电电网网调调度度自自动动化化 8 网信息。在此基础上实现对数据的挖掘与分析，保障电网企业的信息通畅和高效 运转。 图 3 数字化电网的时间视角示意图 数字化电网的逻辑层次结构分为设备层、数据层、应用层、展现层等四层，如 下图 4 所示： 9 图 4 数字化电网的层次结构示意图 1.31.3数字化数字化电电网的目网的目标标 数字化电网的总体目标是要实现电网生产的信息化和智能化：更加智能的电 网监控和更加安全的电网运行，降低电网运行的风险；更科学高效地进行电力投 资建设决策，减少电网固定资产投资支出；更安全经济地进行电网运营，减少电 网运行费用并提高供电可靠性；更高效的实现电网业务梳理和流程完善，提高运 营管理水平和生产效率。 为达到以上目标，可以分为三个层次，第一层次，实现对电网运行状态、电网 设备状态和电力信息的更实时、更全面和更精确的监控，提高电网的科学决策水 平；第二层次，实现对电网生产信息的传输和集成，实现电网生产全流程的信息 共享，提高电网经济性和生产效率；第三层次，在信息集成的基础上，进行各种高 级综合应用系统，提高电网安全性、稳定性和可靠性，实现对大电网的智能控制 10 和综合协调防御。 数字化数字化电电网和数字化网和数字化变电变电站的站的实现实现是一个是一个过过程，只有程，只有发发展展阶阶段，没有段，没有终终极目极目 标标。数字化电网通过电电网模型的精确描述、网模型的精确描述、电电网状网状态态的量化表述、的量化表述、电电网网设备设备的的实实 时监时监控、控、电电网分析的可网分析的可视视表达和表达和应应用系用系统统的的简简化化维护维护等方面以达到信息描述数信息描述数 字化、信息采集集成化、信息字化、信息采集集成化、信息传输传输网网络络化、信息化、信息处处理智能化、信息展理智能化、信息展现现可可视视化和化和 生生产产决策科学化决策科学化的目的。 现阶段的首要目标是实现电网生产信息的集成与整合。在标准规范、采集控 制技术和信息集成技术研究的基础上实现现有和未来建设的计算机应用系统之 间的信息互联互通、信息资源共享，保证数据的统一性、准确性、及时性、完整性、 规范性和实效性。 1.41.4目的和意目的和意义义 国家电网公司“十一五”科技规划中明确提出了基于先进的传感技术、广域监 测及通信和信息技术，建设结构清晰、运行可靠、信息全面的实时数字化电网， 满足电网安全运行决策支持所需的实时性、系统性和综合性的要求，为电网安全 运行提供信息支持。为了实现这个目标，对数字化电网中信息的产生、获取、传 输、处理、共享、应用及管理等各个方面等方面关键技术的研究是摆在我们面前 的一个紧迫任务。 现阶段，数字化电网主要解决当前生产实践中迫切需要解决的问题，包括信 息采集、交换、共享与应用，提高电网生产数据的共享度、集成度、开放性及利用 率，为电网企业生产、运行和决策等提供及时、完整、准确、统一的电网模型、历 史数据和运行信息。 数字化电网是建设信息化企业的基础，也是实现公司“四化”运行的基础。通 11 过实现数据源的统一性，构筑一体化电力信息系统，实现信息纵向贯通、横向集 成，支撑集团化运作；通过信息描述的标准化、统一的数据交换以及统一的数据 通道共享数据资源，促进集约化发展；构建统一应用支撑体系，实现功能共享和 数据挖掘，优化业务流程，实现精细化管理；同时，数字化电网以标准化为最重要 特征。 数字化电网服务于建设资源节约型、环境友好型社会和科技创新型企业。数 字化电网通过节能调度实现节能降耗，通过标准化实现信息共享和系统的互联 互通，减少投资，降低维护工作量，提高效率和效益。数字化电网没有国际先例， 本身就是重大创新。数字化电网是国家电网公司进一步发展和技术创新的方向， 对于提高大电网的安全稳定水平和灾变防治能力，提高电网生产的科学、智能决 策水平，显著提高电网生产效率具有重要的现实意义。 1.51.5本框架的本框架的总总体思路体思路 综上所述，为了落实公司“十一五”科技发展规划，面向支撑国家电网建设和 发展的重点领域，面向生产一线，面向电力科技前沿，国家电网公司科技部组织 编写了数字化电网关键技术研究框架（以下简称研究框架），研究框架是在 全面总结电网生产全流程运行已取得的理论研究和生产实践的成功经验和成果， 充分调研和广泛征求生产第一线的需求，跟踪国内外技术发展动向的基础上编 写完成的，期间组织开展了多次不同层面专家的研讨和评审，数易其稿，编制完 成本研究框架。 研究框架主要针对现阶段生产实际的困难，解决公司在数字化电网和数字化 变电站建设方面的共性问题和关键技术问题，主要涉及数字化电网体系及其相 关标准规范，数据采集控制及通信、信息集成、分析决策、综合示范应用和前瞻 12 技术研究等方面，从标准制定、共性技术研究、装置研制、软件开发和示范应用 等方面开展研究工作。 数字化电网不是简单的数据集中，也不推翻原有系统，而是对现有成果的继 承和提高。数字化电网是一项极为复杂、艰巨的系统工程，涉及到电网公司生产 的所有专业和领域，没有现成的技术体系可供参考，因此必须重视数字化电网技 术体系的建立，进行广泛充分的调研和技术论证。随着数字化程度的深入，将会 面临新技术应用带来的新问题以及新旧技术融合后产生的新问题。数字化电网 是一个不断发展和更加完善的系统，其内涵和外延是动态的，因此， 研究框架也 是开放的，可根据技术发展和生产实践的需要，不断滚动修改。 1.61.6与其他研究框架的关系与其他研究框架的关系 数字化电网通过综合运用各种先进科技和数字化手段，对实际电网进行全面、 精确的数字化描述，为电网生产全过程提供完整、统一、准确的信息，实现对电 网直观、实时的监控和智能分析，并为规划、计划、设计、建设、运行、调度、营销 等各个环节的科学决策提供技术支持。数字化电网是一项综合性非常强，复杂度 很高、涉及面很广的系统工程，数字化电网关键技术研究框架必然与其他研究框 架存在交叉，因此在本研究框架中并没有涵盖数字化电网领域所有的课题。 总体而言，本研究框架为电力市场、提高电网输送能力、提高城网供电可靠 性、电力需求侧管理、输变电设备状态检修、生物质能发电、间歇式新能源及接 入系统等的研究提供信息基础支撑，为避免重复研究，其涉及到信息方面的共性 技术课题放在本框架中进行研究，而与各具体领域相关的专业课题则安排在相 应的框架中。此外，与检测技术、实验验证环境有关的课题安排在重大实验能力 关键技术研究框架中进行研究。 13 2. 总总体研究思路体研究思路 研究框架面向生产第一线的实际需要，结合国家电网公司长远发展目标， 对电网生产全流程进行充分调研，在现有国家电网公司科研成果和应用系统的 基础上，以信息模型的标准化为基基础础，以电网设备和网络拓扑为核心核心，以电网生 产流程为研究研究对对象象，以规范建设数字化电网的信息源为切入点切入点，对数字化电网和 数字化变电站的共性问题和关键技术问题进行研究。 研究框架以提高电网安全稳定运行水平、经济效益和生产效率为根本目标， 以进一步理顺电网生产系统各应用系统的数据流向、规范数据的交换与应用为 前提，充分利用计算机、信息、网络、通信、数据库等技术，以电网生产实际面临 的问题为落脚点，以相关规范标准为基础，以广义测控、信息集成、科学分析决 策为手段，以综合示范应用为成果检验的形式，全面推进数字化电网示范建设。 2.1总总体技体技术术路路线线 研究框架总体分为体系和体系和标标准研究、共性关准研究、共性关键键技技术术研究、研究、综综合示范合示范应应用研用研 究和前瞻技究和前瞻技术术研究研究。以体系和以体系和标标准准为为支撑，以共性关支撑，以共性关键键技技术为术为突破口，以突破口，以综综合示合示 范范应应用用为为落脚点，在共性关落脚点，在共性关键键技技术术研究成果的基研究成果的基础础上，上，对对关关键键技技术进术进行行组组合，研合，研 发综发综合示范合示范应应用系用系统统， ，顺应顺应“一流三大一流三大”的科技的科技发发展展战战略，并略，并进进一步研究前瞻技一步研究前瞻技术术， ， 确保可持确保可持续发续发展。展。 体系和体系和标标准研究，准研究，主要进行数字化数字化电电网和数字化网和数字化变电变电站技站技术术体系体系的软课题研 究，数字化数字化电电网和数字化网和数字化变电变电站的相关站的相关标标准、准、规规范的制定范的制定。通过研究数字化电网 的信息体系、技术支撑体系、标准体系、管理体系、建设体系、运行体系等来指导 和规范数字化电网的研究与建设。 14 共性关共性关键键技技术术研究，研究，研究电电网数据采集控制及通信技网数据采集控制及通信技术术、电电网信息集成技网信息集成技术术、 电电网分析决策技网分析决策技术术等共性技等共性技术术。电网数据采集控制及通信技术是实现数字化变 电站、数字化电网各项应用功能的基础。电网信息集成技术是建立互联电力系统 分层分解协调模型, 在分层分布的调度管理体制下实现包括电网运行、规划信息 等在内的全面信息的“需则共享”， 实现电力生产信息化的集成与整合，达到纵 向贯通和横向共享。通过一系列标准规范、广义的数据采集、信息集成和共享技 术的研究，为电网的科学分析决策奠定了监视的基础。电网的科学分析决策技术 研究包括对电网的运行和调度进行辅助分析和优化决策的研究，从而促进电网 的安全稳定可靠性、调配能力、运行效益和服务水平的持续提高，增进电网与环 境、社会和用户之间的和谐发展。 综综合示范合示范应应用研究，用研究，在充分研究关键共性技术的基础上，进行各种技术的集 成应用示范，不但符合公司“大研发、大成果”的科技发展战略，而且可以有针对 性的解决当前电网生产实践中迫切需要解决的问题。 前瞻技前瞻技术术研究，研究，在充分研究关键共性技术的基础上，进行各种先进前瞻技术 的研究，提供可持续发展动力，支撑公司创新型企业建设。 研究框架首先进行标准规范制定和关键技术研究，然后在统一规划、明确 技术路线的基础上，分阶段、分步骤积极、稳妥的推进数字化电网的示范建设。 需要科研机构、高校、电力公司、设计院、试验所的广泛参与，主要对单一或部分 关键共性技术成果进行试验验证，在广泛试点、取得经验的基础上，进行综合应 用示范工程。数字化电网和数字化变电站的建设不可能一蹴而就，需要一个逐步 深入和完善的过程。 15 2.2主要研究内容和主要研究内容和课题设课题设置置 研究框架主要服务于数字化电网的规划建设，包括四个方面：体系及标准 研究、共性关键技术研究、综合示范应用系统研究和前瞻技术研究。 “体系及体系及标标准准 研究研究”是基是基础础， ， “共性关共性关键键技技术术研究研究”是关是关键键， ， “综综合示范合示范应应用系用系统统研究研究”是升是升华华， “前瞻 技术研究”是助推剂。此四者相互依存、相互关联、相互促进，它们的有机结合构 成了完整的数字化电网的关键技术研究框架。根据生产实际的需要， 研究框架 现阶段重点关注调度自动化、配电网自动化、数字化变电站等方面的研究，计划 安排 6 个专题， 14 项研究课题，39 项研究子课题及 21 项示范应用，总述如下： 专题专题一：体系和一：体系和标标准研究。准研究。包括研究数字化电网和数字化变电站技术体系、制 定数字化电网及数字化变电站相关标准。数字化电网的技术关键是集成化和标 准化，要实现集成化，前提是标准化。标准化要体现在生产流程和电网信息的标 准化。建立一套完整、科学的信息分类与编码体系，来解决目前电网公司系统信 息代码不统一，同一信息在各专业应用系统重复录入和重复制定信息分类编码 标准的矛盾。标准化为数据共享和后续应用扩展奠定基础。 专题专题二：二：电电网数据采集控制及通信技网数据采集控制及通信技术术。主要研究数字式互感器、高压电器数 字化、电力系统通信以及保护、测控等关键共性技术。 专题专题三：三：电电网信息集成技网信息集成技术术。主要研究电网统一建模、电网模型与地理信息集 成技术、信息辨识及重构技术、电力数据网格、海量电力信息处理技术、信息共 享、配电网信息集成等关键共性技术。从信息采集、处理、存储、交换到信息资源 共享，对各专业信息进行描述、定义和分类和编码，使之具有共同的语言，发挥 数字化电网信息系统最大的综合效益和经济效益。 专题专题四：四：电电网分析决策技网分析决策技术术。 。主要研究电网数据挖掘技术、可视化数据展现技 16 术、智能预警与智能调度技术、计算网格在分布式潮流计算中的应用技术、节能 及经济调度技术、配网动态无功补偿技术和配网自动重构技术等关键共性技术。 通过海量的数据和分析决策技术支撑电网和设备运行、维护、管理精细化和电网 规划科学决策的精细化。 专题专题五：五：综综合示范合示范应应用系用系统统研究。研究。主要开展数字化电网、数字化变电站和电网 统一时间同步系统等方面的综合示范应用，通过前面各项共性关键技术的研究 成果来解决实际生产问题，并在此基础上进行成果应用的推广。 专题专题六：前瞻技六：前瞻技术术研究。研究。在充分研究关键共性技术的基础上，进行各种先进前 瞻技术的研究，提供可持续发展动力，支撑公司创新型企业建设。 所有课题和子课题的研究根据基础性和紧迫性程度，分为三大类，分别在三 个阶段开展实施。 2.3总总体目体目标标 研究框架的总体目标是：建立数字化建立数字化电电网网标标准体系准体系、建立数字化建立数字化电电网数据网数据 采集控制和通信体系采集控制和通信体系、建立数字化建立数字化电电网数据共享网数据共享应应用体系用体系、建立基于数字化建立基于数字化电电网网 的科学分析、决策体系。的科学分析、决策体系。 数字化电网标准体系是指导和规范关键技术研究和数字化电网及数字化变 电站建设的前提，是研究框架的首要实现的目标。数字化电网数据采集控制和 通信体系实现电网生产输入输出的标准化和自动化，是数字化电网的基础。数字 化电网数据共享应用体系首先要实现数据源的统一性、标准的信息模型的建立。 基于数字化电网的科学分析、决策体系是要建立电网生产的完整的应用支撑体 系。 17 3. 研究内容与研究内容与预预期成果期成果 本章是“十一五”期间公司在数字化电网和数字化变电站关键技术研究领域 的项目指南，具体的项目研究内容和预期目标将在项目可行性研究和项目合同 中予以进一步细化。 数字化电网的研究方向非常多，课题范围十分广泛，需要分阶段进行研究。 目前主要是在现有数字化变电站和数字化电网探索性研究成果的基础上，紧扣 现阶段生产迫切需要解决的问题，研究数字化电网体系和相关标准，研究数字化 变电站、输电网和配电网的调度、运行和维护等领域的相关课题。对于规划、设 计、建设、营销等环节的相关课题将根据情况对框架进行滚动修订。 3.13.1体系和体系和标标准研究准研究 技术进步，标准先行。标准是国家主权在经济领域中的延伸，又是实施非关 税贸易壁垒的重要手段，对保护民族工业发展至关重要。总体说来，我们对数字 化电网和数字化变电站技术标准的研究还很不够，随着大量新技术的应用和新 系统的建设，如何进行入网试验、计量检验、验证评价等成为新的难题。为实现 公司资源的优化利用和数字化变电站的规范化建设，必须尽快研究相关国际标 准，加强国际合作，打破技术垄断，掌握核心技术，保护自主知识产权，进行相关 国际标准的试点应用，总结试点经验，进而制定国内系列标准规范，在国家电网 公司领导下指导和检验数字化电网和数字化变电站的研发和建设。 3.1.1数字化数字化电电网体系及相关网体系及相关标标准准规规范研究范研究 3.1.1.1数字化电网技术体系研究 研究内容：研究内容： 基于现实和发展的眼光、对数字化电网的国内外现状进行全面评估，研究数 18 字化电网的定义、内涵、外延、发展阶段及目标等内容，对数字化电网的信息体 系、技术支撑体系、标准体系、管理体系、建设体系、运行体系等进行研究，用于 规范和指导数字化电网的建设。 预预期目期目标标： ： 提交数字化电网体系研究报告，用于规范和指导数字化电网的建设。 实实施安排：施安排：20072008 3.1.1.2数字化电网统一建模和信息分类标准规范研究 研究内容研究内容: 研究数字化电网的建模标准，用于共享数字化变电站和调度自动化系统的 一次和二次设备模型；研究数字化电网的分层、分区和分类的信息分类标准，用 于规范数字化电网的各种信息的综合利用；研究数字化电网信息传输标准，以适 应海量电力数据传输的要求。 预预期目期目标标： ： 制定或者修订原有的技术标准，包括建模标准，信息分类标准和信息传输标 准。 实实施安排：施安排：20072008 3.1.2数字化数字化变电变电站体系及相关站体系及相关标标准准规规范研究范研究 3.1.2.1数字化变电站技术体系研究 研究内容：研究内容： 研究数字化变电站内涵、外延、发展阶段、技术要求等内容。对数字化变电 站的国内外现状、技术体系、具体实施进程等进行全面研究及评估。研究数字化 变电站装备体系以及功能体系；研究数字化变电站保护及测控体系结构；研究数 字化变电站通信架构和通信接口；研究数字化变电站通信系统的实时性、完整性、 19 可靠性、安全性、稳定性要求。 预预期目期目标标： ： 提出数字化变电站技术体系研究报告。 实实施安排：施安排：20072008 3.1.2.2iec61850 工程实施规范研究 研究内容：研究内容： 全面系统研究 iec61850 系列标准，跟踪 iec61850 国际标准第二版的制订， 研究 iec61850 与国内技术发展状况的差异，制订 iec61850 国内实施规范。 预预期目期目标标： ： 制订 iec61850 国内实施规范。 实实施安排：施安排：20072008 3.23.2电电网数据采集控制及通信共性技网数据采集控制及通信共性技术术研究研究 电网数据采集控制技术是实现数字化变电站、数字化电网各项应用功能的 基础。该技术研究数字化电网的广义的数据采集控制技术，既有电网物理运行信 息的采集及控制，也有也有对通信、规划、地理等非运行信息的采集及控制应用。 同步采样技术是最近几年来电力系统开始研究并逐渐开始应用的新技术，它为 电力系统分析提供了更为有效的数据。数字式互感器及智能化电器的发展，开创 了电力系统一次信息采集的新思路。这些新测量技术对传统的保护、测量、控制、 通信等装置也将带来很大影响。高速通信是数字化电网运行的有效载体，对通信 技术的研究目标是要在站内和主站之间实现高速、可靠通信，为大电网的分析监 控打下坚实的物理基础。 20 3.2.1电电网数据采集控制关网数据采集控制关键键技技术术研究研究 3.2.1.1数字式有源电流/电压互感器的研究 研究内容：研究内容： 研究低功耗、抗干扰的远端电子模块信号处理；研究 ct 感应取能；研究电容 分压传感器的稳定性，包括温度的影响及杂散电容的影响；研究光纤复合绝缘筒； 研究电子式电流互感器及电压互感器的暂态特性；研究电子式互感器长期工作的 稳定性及可靠性；研究电子式互感器采样的同步问题及数据的可靠传输等问题。 预预期目期目标标： ： 研制 110kv500kv 有源电子电流/电压数字式互感器（电流测量精度 0.2s 级， 电流保护精度 5tpe，电压测量精度 0.2 级，电压保护精度 3p 级），依托某一数字 化变电站进行有源电子电流/电压数字式互感器的应用研究。 实实施安排：施安排：20072008 3.2.1.2数字式互感器应用研究 研究内容：研究内容： 研究数字式互感器、合并单元在数字化变电站中的应用前景；研究数字式互 感器对数字化变电站体系的影响和变革；研究数字式互感器对电力系统相关专业 理论及实施架构的突破；研究现有规程对数字式互感器的约束，研究与规程、标 准、规范的协调方法。 预预期目期目标标： ： 提出数字式互感器、合并单元在数字化变电站中的应用前景和步骤；提出数 字式互感器、合并单元对数字化变电站体系的影响和变革；提出与规程、标准、规 范的协调方法，指导数字化变电站的实施。 实实施安排：施安排：20072008 21 3.2.1.3数模一体化合并单元的研制 研究内容：研究内容： 研究与数字化输出的 ect/evt 以及常规互感器、小信号互感器接口的一体 化合并单元；开发具有处理能力强、通讯速度高的高可靠性多串口和多网络接口 的通讯平台；研究高精度同步采样方法；研究互感器精度测试和误差补偿方法。 预预期目期目标标： ： 研制出数模一体化合并单元样机，并在示范工程中投入运行。 实实施安排：施安排：20072008 3.2.1.4基于合并单元数据的超高压线路保护技术研究 研究内容：研究内容： 开发适用于全数字化过程层接口的超高压线路保护装置，同时具有兼容传 统模拟和数字化混合应用的能力，适合于传统变电站的分步改造；研究继电保护 的采样率和采样相位实时转换、异步和失步采样条件下的实时采样数据处理、基 于实时重采样的数字化频率跟踪、过零点和峰值提取；研究数字化过程层接口技 术条件下继电保护的数据完整性和容错措施；研究基于数字化变电站的继电保护 原理改进和创新。 预预期目期目标标： ： 研制出基于 mu 数据的超高压线路保护装置，并在示范工程中投入运行。 实实施安排：施安排：20072008 3.2.1.5基于合并单元数据的超高压测控与中低压保护测控技术研究 研究内容：研究内容： 研究适用于未来采用合并单元和智能组合电器的超高压变电站的新一代测 控装置和中低压变电站成套保护测控装置的配置方式；开发符合 iec61850 标准 的具有高电磁兼容能力的网络化保护测控软硬件平台；研究高速、高精度同步数 22 据采集技术，以及采样数据同步抽取、同步合并、数据容错和补偿算法；研究采 用 goose 技术的同期和重合闸实现方法。 预预期目期目标标： ： 研制出基于 mu 数据的超高压测控装置和基于 mu 数据的中低压成套保护 测控装置样机，并在示范工程中投入运行。 实实施安排：施安排：20072008 3.2.1.6实时操作系统内核微型化技术研究 研究内容：研究内容： 通过对目前应用的具有代表性的嵌入式实时操作系统的技术特征分析以及 对各种实时操作系统开发产品存在问题的研究，对实时操作系统进行适用性研 究与开发，实现适用于电力系统各种装置如测控装置、保护装置、远动工作站的 实时性的微内核实时操作系统，满足电力系统各类装置对实时性的需求。 预预期目期目标标： ： 解决目前实时操作系统在开发产品存在问题，提出实现适用于电力系统各 种装置微内核实时操作系统的技术方案并进行实现。 实实施安排：施安排：20072009 3.2.1.7用于嵌入式监控软件的实时数据库技术研究 研究内容：研究内容： 研究嵌入式平台下监控软件开发的特定技术要求；研究嵌入式面向对象的实 时数据库访问存储与管理技术；研究基于嵌入式安全操作系统的监控软件开发平 台；研究基于嵌入式平台的高效图形显示软件；研究遵循 iec61850 标准的数据 模型、通信协议与通用配置工具。 预预期目期目标标： ： 提出和建立一套嵌入式面向对象的实时数据库管理系统,以及应用该系统的 23 基于嵌入式安全操作系统平台的计算机监控软件；支持 iec61850 标准的信息对 象模型和服务；提供通用的组态软件，满足装置互换性的要求；提供友善人机接 口，满足变电站安全操作、经济运行等管理需求。 实实施安排：施安排：20072009 3.2.1.8高压开关快速同步操控智能终端研制 研究内容：研究内容： 针对变电站过程层设备控制问题，研制满足 iec61850 过程层总线接口要求， 具有信号采集、高精度同步、快速操控、在线监测等功能的高压开关用智能终端。 预预期目期目标标： ： 提交变电站过程层控制关键技术和性能参数研究报告；研制高压开关快速同 步操控智能终端；与一次设备厂家合作，在现场示范应用。 实实施安排：施安排：20082009 3.2.1.9基于数字式互感器的输电线路精确故障定位技术研究 研究内容：研究内容： 研究数字化变电站中行波信号的提取方法，解决数字式互感器难以提供高 频信号的问题；研究基于 10khz 以下信号的精确故障测距的原理和算法，完善现 有的行波分析方法或阻抗法并应用于数字化变电站；综合分析利用不同频段、不 同间隔的故障信息，研究基于全站信息的故障定位技术。 预预期目期目标标： ： 解决数字化变电站中无法获取行波信号的问题；提出基于 10khz 以下信号 的精确故障测距方法；开发出基于全站信息的故障定位软件；研制出应用于数字 化变电站的新型故障测距装置。 实实施安排：施安排：20072008 24 3.2.2电电网通信关网通信关键键技技术术研究研究 3.2.2.1快速可重构千兆网络接口和信息交换传输技术研究 研究内容：研究内容： 研究 sopc/fpga 技术、快速可重构千兆网络接口技术及其先进的信息交换 技术；研究和分析电网核心业务(特别是保护和安稳等实时业务)的数据传输模型、 通道指标和接口规范；研究电网核心业务数据的实时可靠的超长站距光通信技术 和网络化传输技术；实现高速可靠的通信网络，提供高带宽、qos 保证和安全保 证的数据通道以及多种速率的规范接口；研究利用网络处理器的技术特征，实现 网络通信的流量控制、信息过滤、信息加密，实现基于 iec61850 的变电站自动化 系统与远方调度系统进行信息交换。 预预期目期目标标： ： 研制基于 sopc/fpga 技术的快速可重构千兆网络接口和无延时网络信息 交换装置样机；提出电网核心业务数据实时可靠的超长站距光通信系统的设计和 建设方案，建立实时可靠的信息传输系统；研制基于 iec61850 的变电站自动化 系统与远方调度系统进行信息交换的嵌入式协议处理单元。 实实施安排：施安排：20082009 3.2.2.2电网统一高精度时间同步网络技术及其核心设备的研制 研究内容：研究内容： 研究基于光纤传输网和 ip 以太网络的统一的高精度时间同步网络技术和同 步时间分配技术；研制时间同步系统核心的主站设备和从站设备，建立电网统一 的高精度地面时间同步系统，满足高精度的全网数据同步采集的要求。 预预期目期目标标： ： 提出电网的统一的高精度地面时间同步系统的设计和建设方案，研制时间 25 同步系统核心的主站设备和从站设备。提出厂站内的统一的高精度时间分配系 统的设计和建设方案，研制厂站内高精度的时间分配单元，为厂站内的设备进行 高精度的统一授时。 实实施安排：施安排：2007 2009 3.2.2.3城市区域性配电网系统自适应通信网络技术研究 研究内容：研究内容： 针对城市配网系统信息交互问题，研究基于配电载波、光纤网络、电力无线 通讯、无线公网通讯等技术的配电自动化系统综合通信方案，研究基于综合通讯 模式的自适应配电网系统自动化通信技术。 预预期目期目标标： ： 提出配电网综合通信方案；研制城市区域性配电网系统自适应通信接口系列 模块；提交配电网综合通信方案测试报告。 实实施安排：施安排：2008-2009 3.2.2.4一体化安全可信网关的研究与开发 研究内容：研究内容： 本课题开发的一体化安全可信网关充分考虑 iec61850 虚拟访问视图设计 标准和多类电力自动化应用系统实际情况，采用电力数字证书和密码技术等对 iec61850 应用协议进行安全控制和审计，确保变电站资源的可信授权访问和数 据的机密性、完整性保护。 预预期目期目标标： ： 建立基于 iec61850 虚拟访问视图设计标准的数字化变电站电力可信模型； 实现数字化变电站资源的可信认证和访问控制机制；iec61850 电力通信协议行 为模式库的研究与建立；电力密码技术在数字化变电站系统中的应用与研究；完 成一体化安全可信网关的推广和应用。 26 实实施安排：施安排：2008-2009 3.33.3电电网信息集成共性技网信息集成共性技术术研究研究 电网生产全流程离不开电网的基础数据, 重点是建立互联电力系统分层分 解协调模型, 在分层分布的调度管理体制下实现包括电网规划、运行和控制信息 在内的全面信息的“需则共享”， 实现电力生产信息化的集成与整合，达到纵向 贯通和横向共享。 本专题主要研究如何获取和建立大电网统一的分析决策数字化所必备的信 息基础。重点在电网模型、信息处理、信息共享、海量存储等关键共性技术方面 取得突破，为后续研究提供技术基础。信息的集成与共享是实现信息综合利用的 关键，因此本专题紧密围绕互联大电网发展的新特点，从电网统一建模、信息辨 识和重构、信息共享技术等方面开展理论和方法研究，信息集成是为电网监控和 安全分析提供全面、及时、准确、可靠的基础数据源。 3.3.1电电网分网分层协调统层协调统一建模技一建模技术术研究研究 3.3.1.1互联电力系统的分层分解时空协调建模研究 研究内容：研究内容： 研究 iec61970 标准在电网各级调度中心间以及不同调度自动化系统之间 电网模型交互中的应用，根据国情对标准进行扩展；研究模型协调/拆分/合并的 方法、规则和标准；研究电网全模型的等值模型和上下级