智能电网国外指标体系-lee

1、2、国外智能电网评估现状及评估体系研究目前，针对智能电网的相关研究主要体现在 4 个方面，包括高级量测体系(AMI)高级配电运行(ADO)高级输电运行(ATO)和高级资产管理(AAM)美国生产力和质量中心(APQC)与全球智能电网联盟(GIUNC)在 IBM 的支持下提出了智能电网成熟度模型(Smart Grid Maturity Model)，它为电力企业发展智能电网提供了一个行动!投资和实践的路线图；美国能源部(DOE)提出了智能电网发展评价指标体系；美国电力协会(EPRI)提出了智能电网建设评估指标；欧盟提出了智能电网收益评估体系。2.1智能电网成熟度模型智能电网成熟度模型认为智能电网的

2、发展可以提高系统的可靠性和效率，接纳更多的新能源，使用户更多的与电网互动。智能电网成熟度模型将智能电网的发展分为五个不同的成熟度阶段：1)仅具有发展智能电网的设想，尚未有明确的规划和发展策略；2)具有一定的战略规划，并至少一个智能电网的重要业务领域开始投资和实施；3)智能电网的各个组成部分开始相互整合，实现两个或两个以上的业务领域整合或产业链升级；4)电网能够实现整个企业范围的跨环节综合观测及综合控制，有可能形成新的经济或商业模式；5)电网有能力在新的业务、运行环境等机会出现时，充分利用并发展壮大。智能电网成熟度模型从 2 大领域的 8 个维度对智能电网的发展进行评估，具体评价体系如附 1 所

3、示。可见，该模型对智能电网进行了较深入的刻画，通过共约 200 个特征给出智能电网各个阶段的特点和具体表现由于评价体系中有大量的定性指标描述，该评估体系对评价者有着较高的要求。采用该体系应用于指标评估时，需要将被评对象按照该表中所提到的性征和期望进行打分判断其当前水平，然后参照各等级的期望水平，判定被评对象所处的等级和层次，给出评价结果。表1 智能电网成熟度模型维度评价内容等级1等级2等级3等级4等级5策略、管理与监管有发展智能电网的远景;支持试点工作;与监管机构的非正式讨论;发展规划的确认;初步战略和业务计划的批准;初步规划的投资建设;良好的智能电网建设预算;与监管机构和相关单位展开协作;实

4、践并验证想过概念;将智能电网发展战略和行动纳入公司整体战略中;部署智能电网管理机构;保证智能电网跨行业的合作;与监管机构协商合作使资金投资智能电网;智能电网驱动公司战略制定并影响公司发展方向;智能电网是公司的一个核心竞争力;与外围相关行业共享发展战略;由智能电网衍生全局的发展战略;优化税率和监管政策;新的商业模式的出现和实施组织公司表明需要进行变革;公司执行改变承诺;具有新的视野以影响发展;更多的终端到终端的合作方式;完整的跨环节设计和建设梯队;评估智能电网的绩效和收益;智能电网驱动公司结构的改变;平衡的发展智能电网;以绩效和收益作为智能电网建设成功的标准;继续引导交叉业务的合作;公司结构采用

5、矩阵结构或者覆盖结构;一体化的系统和控制引领组织结构的变革;允许相关利益者改革的终端到终端的电网结构;编制压平,缩小编制;所有相关行业的协作运行;出现支持新型服务的组织结构;技术探索智能电网IT支持体系发展战略;更改智能电网IT控制过程;确定需要发展的新技术;建立评估体系跨环节平台采用一致的IT战略;选择通用的硬件;不同业务直接的通用的技术标准;通用的数据通讯概念;实施信息安全IT技术改进的业务流程;通用的数据和架构标准;先进的智能分析;先进的传感器;改进的跨环节合作性能;数据通讯部门有详细的战略和技术终端到终端的数据流;IT化的业务流程;真实世界感知系统复杂事件的处理、监测和控制;预测模型和

6、近实时仿真,分析优化;实现企业范围内的安全管理自计算、学习技术;社会与环境意识到智能电网解决当前问题的作用;公司运行符合环保要求;倡导节能,绿色;可再生能源计划为客户建立了能源效率方案;“三底线”的观点(财务,环境和社会);证明环保概念;向客户提供消费信息积极的方案;分段的为客户定制信息,考虑环境和社会效益在内;计划、鼓励削峰;可持续性的报告;各环节三底线的同步与外部利益相关者的协作;环保驱动型投资;环境记分卡/报告;削峰计划;分布式电源的容纳能力;节能的用电设备实现三底线;客户可自己管理自己的消费;为客户量身定制的分析和建议;管理分布式电源电网运行探索新的传感器,开关,通讯设备和技术;组件测

7、试、验证概念;探索停运和调度与自动化变电站;建立基于功能技术的试点项目最初的子站自动化项目;实施先进的停电恢复方案;关键设备的远程监控试点;扩大和延伸通信网络投资跨职能/系统共享数据;使用辅助分析、控制、决策支持系统;开始从利用估计值计划到基于实际数据的计划的转变用户电表成为重要的电网管理感应器一体化的运行;动态电网管理;基于实际数据的预测技术;通过终端到终端实现信息的获取;自动保护装置自愈能力;全网范围的自决策系统;优化的税率设计和监管政策;用户管理和体验研究如何通过智能电网技术重塑客户体验;试点高级量测;基于可靠性的投资;用户远程控制;细化的客户用电数据;评估新的服务和交费方式的影响高度细

8、分的客户数据;双向计量,远程控制技术;客户可以参与需求响应;基于价格体系的用户消费分析;电路停电通知;家庭网络的计费方案;自动价格响应信号;一般客户的综合经验;最新的客户用电信息;客户自主管理能源终端和消费;家居停电自检;即插即用的发电设备;产业链整合基于产业价值链的负荷管理;支持分布式电源;发展多种资源组合战略;引入、支持家庭能源管理系统;包含电力行业生态系统的价值链体系;投资支持多种资源组合的试点项目;针对分布式电源,需求响应等的资源综合规划;向用户开发的市场和消费信息;通过辅助服务改进能源的调度、交易;考虑新资源和实时市场的投资优化模型;能和家庭网络沟通,可视的控制用户的大型用电设备协调

9、管理整个能源供应链;协调控制所有的资源;通过日益细化的市场实现优化调度资源;2.1美国能源部（DOE）发布的智能电网发展评价指标体系美国能源部(DOE)评估框架体系于 2009 年 7 月发布，其主要包含两个方面：一是对美国的智能电网的理解；二是给出智能电网发展的评价指标。美国能源部提出智能电网应具有以下六种性能：1)基于充分信息的用户参与；2)能够容纳所有的发电和储能装置；3)允许新产品!新服务和新市场的引入；4)根据用户需求提供不同的电能服务质量；5)优化资产利用效率和电网运行效率；6)电网运行更具柔性能够应对各类扰动袭击和自然灾害。 表2智能电网发展评价指标体系(DOE)指标分组指标名称

10、指标类别局部、区域和全国协作机制动态定价建设性实时运行数据共享建设性分布式电源互联政策建设性政策与监管进步建设性分布式能源技术基于电网状态的负荷参与建设性微网服务建设性联网的分布式发电(包括可再生和非可再生)建设性电动汽车与混合动力汽车建设性响应电网的非发电的需求侧设备建设性输配电基础设施输配电系统可靠性数值性自动化水平建设性高级计量(AMI，Advanced Metering Infrastructure)建设性高级系统量测(PMU及WAMS等)建设性容量因数数值性发电和输配电效率数值性动态线路容量建设性电能质量数值性信息网络和财务计算机安全建设性开放架构/标准建设性风险投资数值性根据以上特

11、性的描述，提出了一个由 20 项指标构成的评估体系，如表 2所示。在该体系中，评价指标被分为两类:建设性指标和数值性指标。建设性指标是指描述支撑智能电网的属性的指标，其可以反映智能电网发展的推进程度，从量的角度智能电网建设的进展情况；数值性指标是指能够描述智能电网达到某种程度的数值指标，反映智能电网发展的成熟程度，从质的角度衡量智能电网建设的效果。使用该指标体系进行评估时，根据被评对象的表现，对建设性的指标采用低、中、高三层次的定性描述，对数值性的指标采取直接量化的方式获取指标值。指标结果可以采用各种组合用于分析，如按照电网运行领域进行分析和按照智能电网特性分类等。2.3 EPRI 发布的智能

12、电网建设项目成本/收益评估指标EPRI 在 DOE的基础上建立了美国智能电网建设及其项目的评估指标体系，该指标体系可以用于智能电网整体建设进程和单个建设项目的评估，其评价目的是智能电网建设进程的推进程度和收益情况，并为估算智能电网建设的成本/收益分析提供基础。EPRI 对美国智能电网特性描述为：1)基于充分信息的用户参与；2)能够容纳所有的发电和储能装置；3)允许新产品、新服务和新市场的引入；4)根据用户需求提供不同的电能服务质量；5)优化资产效率和电网运行效率；6)通过自动预防、隔离和回复来应对扰动，即自愈功能；7)电网运行更具柔性能够应对各类扰动袭击和自然灾害。相比 DOE 提出的智能电网

13、特性，EPRI 提高了电网自愈功能的重要性，使其单独成为智能电网的一大特性。这意味着 EPRI 对电网本身建设的重视程度要大于 DOE，其提高了智能电网特性描述中电网自身运行情况所占的比重基于以上工作，EPRI 建立的智能电网建设项目收益评估体系如表 3 所示。表3 智能电网建设评估指标(EPRI)智能电网特性智能电网建设评估指标基于充分信息的用户参与能够收到电网信息的用户比例客户端的数量选择做出决定或委托决策全的客户数能实现数据同学的电表安装数量能发送货介绍电网信息的电表数量具备数据通讯、自动控制电器能力的客户数量及其所占的负荷比例负荷控制比例通过价格和成本信息为客户节约的电费能通过储能或发

14、电系统参与需求响应的用户数能够容纳所有的发电和储能装置可控的分布式电源比例及能进行价格响应的比例分布式电源发电量和装机容量比存储的非可再生能源用于削峰的比例不同时间、节点的负载系数采用热电联产的分布式电源用于辅助服务的电量(或电力)热电联产的分布式能源或可再生能源比例配网容纳双向潮流的能力允许新产品、新服务和新市场的引入具备终端到终端、互操作认证产品的数量智能住宅的数量辅助服务提供的电量或电力比例插入式电动汽车的销量及比例根据用户需求提供不同的电能服务质量电能质量指标的改善情况电能质量测量点占客户总数的比例可识别并预测的电能质量事件用户抱怨电能质量的次数电能质量提高所减少的系统损失和设备故障次

15、数微网数量和微网负荷比例SCADA 的安装数量及其覆盖的负荷和电量比例PMU 的安装数量及其覆盖负荷和电量比例数据源于 PMU 且能共享的负荷及电量比例具备实时数据管理和可视化服务的系统数量及其负荷和电量的比例自动化输电系统或先进量测工具所覆盖的负荷及电量比例优化资产利用效率和电网运行效率由于智能电网技术而延缓的发电机投资容量由于智能电网技术而延缓的输电线路和变电站投资总量资产利用率水平或负荷系数运维成本的减少停电恢复时间的减少电网设备故障数量的减少通过自动预防、隔离和恢复来应对扰动实时监测的节点和客户数量比例可靠性指标的提高大面积停电事故的减少停电时间的减少通过分布式电源和需求响应所减少的停

16、电次数电网运行更具柔性能应对各类扰动袭击和自然灾害配电网负荷替代途径数量分布式能源普及率及地理分布广泛性成功抵御网络攻击的次数停电恢复时间的缩短2.4欧洲智能电网收益评估指标体系欧洲发展智能电网的主要驱动力是应对能源和环境的挑战，尤其是欧盟能源和环境协议设定的一系列目标：1)减少 20%的温室气体排放；2)达到 20%的可再生能源比例；3)减少 20%的主要能源消耗因此，欧洲对智能电网的描述是可以整合所有连接到它的用户的行为，包括发电机，消费者和其他所有连接的客户在内，已实现可持续的!经济的!安全的电力供应的智能电力网络。欧盟智能电网的发展目标主要是通过智能电网的建设实现低碳的电网和能源系统，

17、如通过提高风电等可再生能源的并网比例和分布式电源!需求侧管理等技术的发展以实现电力行业节能减排的目的。基于以上对智能电网的描述，欧洲发布了如表 4 所示的智能电网收益评估指标体系。该体系将智能电网的收益分为九部分，包含 21 个 KPI（关键性能指标），通过这些 KPI 值的获取可以对智能电网建设的收益进行估算该体系的作用是适当的促进和发展有效的、高效的智能电网技术和设备，并以对智能电网建设项目的收益进行评估，优先选取更有效!更高效的建设项目。表4 智能电网收益评估体系收益指标增加可持续性CO2减排量能够有效的将基于各类能源的发电机所发的电量传输给用户分布式电源容量减少由于阻塞造成的分布式电源

18、弃电量可安全容纳的最大注入功率开放的、统一的接入标准,使用户都能够连接电网减少新用户连接电网的时间统一的用户接入标准更安全和更高质量的电力供应负荷高峰削峰率提高新能源的比例减少客户的平均停电时间提高电压质量提高输电网和配电网的协调运行能力提高紧急事件的预测和控制效率紧急时间后的协调恢复供电能力提高电网运行和供电效率及质量网损减小量提高需求侧参与比例通过用户参与提高电能使用效率电动汽车容量系统设备可靠性的提高电网的可用容量提供输配电网的辅助服务通过潮流控制支持欧洲范围的电力市场,减少环流、增强联网能力跨国联络线容量的提高协调地方、区域和欧洲的联合电网规划和发展已实施方案的成本效率支持新的业务模式

19、,创新性的产品和服务2.5 四种评估体系对比综上所述，这些科研机构经过大量的调查和研究，耗费巨资建立这些指标体系能够充分考虑诸多因素，以促进!鼓励并引导当地的智能电网建设和发展如表5所示，对 4 套评价指标进行了汇总。通过对 4 套评价指标体系的分析可见4套评价体系规模和指标定义均存在很大区别，其主要原因是由于各地区智能电网的发展战略和驱动力存在差异。以上 4 套评价体系对评价方法都没有具体的研究，IBM 的智能电网成熟度模型通过对智能电网的 5 个成熟度等级进行定义并通过对被评对象在其所提出的 200个特征指标的表现打分获取其最终定位；DOE 对建设性指标采用低、中、高等级进行描述，最终的评

20、价结果需要根据 20 个指标的情况进一步分析才能获取：EPRI 和 EU 的指标体系以智能电网建设收益为评价目标，其指标体系用于搜集基础数据，需要进一步进行收益估算，而不直接通过指标体系给出评价结果，因而其本身不涉及评价方法。表5 四种评估体系比较2.7案例分析与美国其他国家相比，欧洲的国家智能电网更加关注的是新能源的接入和环境保护的问题，下面以英国edf energy作为一个案例进行评估。1、 edf将近海风电场接入英国本土电网图x 风力发电场2、 通过 HVDC直流输电、FACTS技术，减少风电场对主网架的影响3、 通过动态储能技术，减少功率波动对电网的影响，允许更多风电与现有电网连接图x

21、 储能技术4、 通过“Power Donut”装置， 安装在架空输电线路上，实时监测导线的电流、环境温度以及风速，有效地保障了对导线输电限额的动态确定。该技术研究从电网侧出发，有别于其他直接对风电场控制的技术，对我国研究风电接入提供了新的思路。 图x 在线监测装置通过上述描述可知，英国edf energy合理利用风能新能源的接入，减少传统能耗的同时，基本上不排放温室气体，符合欧洲智能电网收益评估指标。此外，HVDC直流输电、FACTS技术和在线监测技术的应用使得电网健康地发展下去。3、国内智能电网评估体系3.1“两型”电网指标体系“两型”电网即“资源节约型、环境友好型”电网。“两型”电网指标体

22、系，是在电网固有的安全性、可靠性和经济性指标体系基础上，进一步科学反映电网发展中资源节约效果与环境友好程度。“两型”电网评价指标体系包括措施性指标和效果性指标，如表6所示。通过对该指标体系的应用分析，将有助于从“两型”电网的角度认识电网当前的情况，来指导“两型”电网的规划发展，落实“两型”电网的建设目标。表6 “两型”电网评价指标体系3.2智能电网发展评估指标体系电网发展评估指标体系主要针对电网快速发展环境下，开展有关衡量经济发展、电网发展速度、建设规模、发展质量和效益的分析和研究。从安全、经济、优良、协调、智能五个方面建立了电网发展评估指标体系，并给出了各指标定量计算方法。指标体系主要内容如

23、表7所示。表7 电网发展评估指标体系该指标体系对电网发展提出了量化评估方法和评估模型。该评估体系研究过程中，智能电网的概念尚未明确提出，仅对电网智能化评估进行了初步探讨。3.3智能电网试点项目评价指标体系智能电网试点项目评价指标体系主要针对国家电网公司开展的智能变电站、配电自动化等各项智能电网试点项目，分别进行项目成效分析和评估，指标体系如表8所示。该评价体系针对三类智能电网试点项目，从技术水平、经济效益、社会效益以及实用化等方面，进行量化分析评估，以便调整完善、统一规范及全面推广智能电网重点项目的建设。表8 智能电网试点项目评价指标体系3.4国内外智能电网评价体系的对比分析（1）国外智能电网

24、评价体系研究起步较早，其发展与智能电网建设紧密联系。由于国外发达国家在电网发展建设评价方面已经积累了相当丰富的经验，对智能电网评价体系的作用和定位也更加明确，因此在智能电网规划建设初期，就十分重视智能电网的评价工作，与智能电网技术研发、工程建设等相关工作同步开展，同时，除了电力公司、咨询机构之外，一些国家的政府也积极支持和引导相关工作的开展，起到了重要的推动作用。2009年7月，美国能源部在其第一次关于智能电网的系统报告智能电网系统报告中就将智能电网的评价指标作为重要内容进行了论述；IBM作为世界最早倡导发展智能电网的国际性著名机构之一，在2009年提出了智能电网成熟度模型，并在全球50多个电

25、力公司得到了应用。我国在智能电网规划、试点、技术研发等领域与其他国家差别不大，但是对于智能电网综合评价方面开展的工作相对薄弱。虽然电力行业、制造业、标准制订机构等相关企业单位已经开展了许多具体实施建设工作，但是在智能电网评价标准方面还没有形成共识，智能电网建设存在发展不平衡等风险。（2）智能电网的各种评价体系体现了对智能电网内涵理解的不同和侧重不同。目前，全球领域在智能电网战略意义、结构组成、推进措施等方面已经达成众多共识，如智能电网是包括发电、输变电、配电、用户等各个环节的完整电力系统，智能电网也是各国推动本国经济发展新的增长点等，但是由于各国基本国情以及电力行业发展阶段的不同，在具体制定智

26、能电网发展目标和实施路径时，考虑的评估指标和标准也不尽相同。如美国电网设施老化陈旧，安全稳定隐患比较突出，因此，美国电科院制定的评价指标中非常强调电力系统的安全可靠运行特性；而欧洲各国面临巨大的减排压力和资源相对溃乏的现状，因此，其制定的智能电网评价指标中对新能源的开发利用和低碳发展给予了特别关注。我国必须从自身国情出发，提出一种适合我国经济社会发展的智能电网发展模式。我国目前正处于城镇化、工业化快速发展阶段，智能电网作为公共基础设施，必须首先充分发挥智能电网服务于经济社会发展的基本属性，体现国家在能源战略调整、经济发展方式转变中的主要思路，服务于广大人民工作生活的需要，因此，我国智能电网评价

27、应该从全社会的角度出发，对智能电网的技术可行性、经济合理性以及社会效益进行综合评价。（3）我国亟需形成统一的智能电网综合评价体系，科学衡量智能电网发展现状并指导智能电网未来发展方向。 与国外提出的智能电网评价体系相比，我国目前关于智能电网的评价主要还停留在针对传统电网所提出的评估体系阶段，如 两型 电网指标体系主要是针对传统电网的建设实施效果进行评估；电网发展评估指标体系虽然体现了电网智能化的因素，但是囿于当时对于智能电网的理解还不成熟，智能化还仅仅是作为传统电网性能的一种补充，无法形成针对整个智能电网系统的科学评估；智能电网试点项目评价指标体系虽然是针对智能电网开展的专项评估，但是该评估目的

28、主要是针对单个具体项目，各个评估对象之间相互独立，缺乏相互影响的考虑和综合评判的职能，无法全面评估智能电网系统的建设运行状况和综合效益。我国智能电网评估体系必须将智能电网作为一个有机整体，深刻体现智能电网信息化、自动化、互动化特性，充分考虑智能电网带来的电动汽车、储能等增值服务模式，以及节能环保等社会效益，在能够体现智能电网发展的时域差别和区域差别的基础上，形成对智能电网系统的统一综合评价。3.5案例分析750千伏延安变电站作为国家电网公司首批智能变电站试点工程，是目前世界上电压等级最高的智能变电站。该站建成投产对完善陕西750千伏骨干网架，进一步提升陕西电网资源优化配置能力和安全稳定运行水平

29、，提高关中与陕北的电力交换能力，满足延安地区大型电源的接入，保障革命圣地延安经济社会发展的用电需求具有十分重要的意义。图x 延安750kV智能变电站1、 技术性1） 电气一次设备智能化。断路器加装机械、气体、局放状态监测单元和智能终端，实现测量数字化、控制网络化、状态可视化。主变压器嵌入油色谱、局放等传感器和智能终端，采用智能通风系统，节能15。图x 智能短路器2） 全站采用电子式互感器。750kV采用罗氏线圈电子式电流互感器，330kV采用罗氏线圈、全光纤式电流互感器，方便维护检修，改善互感器电磁特性，提高保护测控装置性能，提高安全可靠性。3） 统一状态监测平台。采用离线和在线相结合的方式，采集一次设备关键状态信息，可实现一次设备状态，节约200余万投资。4） 优化二次设备布置。整合监控、五防、保护、在线监测等系统，智能终端就地安装，减少功能冗余房间。主控楼由两层优化为单层，全站减少建筑面积20。5） 统一通信网络标准。全站采用DL860（IEC61850），实现了二次系统设备之间的通用互换和互操作。图x