美国“电网智能化”(GridWise)计划基本情况

美国“电网智能化”（GridWise）计划基本情况华东电力试验研究院科技信息所 迟峰1 美国开展“电网智能化”研究的背景安全、可靠、价格合理的电力供应是国家繁荣、安全的重要保证。

美国的电力工业曾经被认为是现代工程的典范，在过去几十年中为该国的持续繁荣、稳定做出过重要贡献。

然而，近年来，美国发生了一系列影响范围广、后果严重的大规模停电事故，尤其是2003年8.14美加大停电事故，影响范围涉及俄亥俄州、密歇根州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和加拿大安大略省5000万人。

美国学者和官员认为，美国的电力系统正变得日益陈旧和过时。

目前美国电力系统中的很多设备都是在上世纪50、60年代设计。

这些设备占地大、价格高，同时也与数字信息技术相脱节，无法应用最新的信息、通信及自动控制等技术。

如果目前的电力系统运行、规划方式没有重大改变，那么至2020年，美国还至少需要在电力基础设施上投资5000亿美圆，以满足日益增长的负荷。

利用信息技术对电网进行改造，建设一个高效能、低投资、安全可靠运行的电力系统成为美国社会的一致要求。

“电网智能化”工程由美国能源部牵头，通过向现有的电力基础设施中安装远程通讯设备、传感器和计算机装置来改进国家电网，以减少电费开支，减轻电网负荷。

研究人员把主要电气设备与因特网联网，监控实时电价，并在其他电器上安装专门芯片，追踪电网稳定性。

他们希望借此更新陈旧的电力设施，改善电力实时追查系统，以优化电能的利用。

电网智能化的关键就是与用户的互动，将用户的需求及时反映到电网的运行控制中。

其目的是在不断降低成本和提高效率的同时，提高整个电网的可靠性及可用性。

2“电网智能化”研究的组织情况“电网智能化”由美国能源部（DOE）、能源部所属的太平洋西北国家实验室（PNNL）和来自电力工业的参与者共同推动。

“电网智能化”的研究工作最初起源于DOE一个名为电网智能化的项目，由美国能源部及其所属的太平洋西北国家实验室所推动。

但很快，DOE对未来电网的描绘及兰德公司关于该项目的收益评估报告吸引了为数众多的企业界人士，遂于2004年8月成立了电网智能化联盟（GridWise Alliance），并与DOE签署了协议，共同推动电网智能化的发展。

2.1 美国能源部美国能源部是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。

美国能源部输配电网办公室（Office of Electric Transmission and Distribution）是DOE电网智能化研究的管理部门。

输配电网办公室的主要工作有：协调各方达成一致，拓宽电网智能化的远景，安排并协助相关研究及论证的实施，并在经过评估后对某些领域进行投资。

2.2电网智能化联盟电网智能化联盟是一个企业、私人联合组成的合作组织，其目的是为美国能源部实现其提出的输配电网的远景提供技术上的支持与帮助。

电网智能化联盟的成员包括商业用户、电力企业、监管机构及国家实验室等，这些成员为电网智能化的远景所吸引，认为目前的电力技术和信息技术有能力彻底改变美国电力系统的面貌，使其效率大大提高，给电网拥有者、运行者和用户带来巨大的收益。

电网智能化联盟下设5个工作组，分别是：协同合作工作组、论证工作组、技术工作组、商务方案工作组和拓展工作组（outreach working group,负责拓展、精炼GridWise的远景和范围，扩大GridWise的影响，吸收新成员以加强组织的力量），其主要工作内容是与PNNL及能源部相配合，做一些功能需求、设想等方面的研究。

2.3电网智能化架构委员会（GWAC）除了上述两个机构外，电网智能化架构委员会（GWAC）也在致力于电网智能化项目的研究工作。

GWAC是一个独立机构，其研究范围涉及一系列相关的工作，包括DOE的电网智能化项目和EPRI推动的“智能电网”（IntelliGrid）项目。

GWAC并不是DOE正式的咨询部门，但在电网智能化项目中，DOE向GWAC提供有限的资助。

GWAC集合了一系列的专家，试图对建立未来电网架构的原则做出清晰的阐述，并希望这些原则不会随着电网发展和技术革新而失效。

GWAC已于2005年12月成功的举行了费城会议。

在费城会议上，与会代表在商业原则、可用性原则、信息技术原则、监管原则和管理原则方面达成了一定程度的共识，并签订了“电网智能化协同工作章程”等文件。

3“电网智能化”研究的主要内容及成果3.1电网智能化的远景及其作用“电网智能化”描绘了未来电力系统的景象。

“电网智能化”建立在这一前提假设之上：信息技术将彻底改变电力系统的运行方式，正如信息技术对商业、教育和娱乐业的改变。

“电网智能化”将形成所谓的“神经系统”，将新的分布式技术——需求响应、分布式发电以及存储技术——与传统的电网发电、输电和配电设备相融合，一起协调控制整个电网，如同一个协作的“设备的社会”。

“电网智能化”的主要作用有：♦给用户及第三方设备以激励，使其能够与电网中的其他设备一起控制成本，改进系统的可靠性。

♦通过拓宽通信带宽，使实时电价评估信息得到共享，从而为电网间设备、用户的协作提供坚实的基础。

♦通过配电控制系统和电子商务应用的迅速发展，提供合作获利的机会。

3.2电网智能化的主要技术电网智能化在技术应用方面可以总结为以下三类：分布式能源领域：目前，电网中存在部分发电设施、电力存储设备和用电设备，尚未作为电网资产加以充分的考虑和使用。

分布式能源的主要研究对象是：需求侧响应、分布式发电以及电力存储技术。

通信技术：电网协作运行的参与者之间的通信技术与机制，包括通信媒介，信息安全，私钥与认证，设备间的通信以及电子商务。

控制与软件应用：主要的研究内容是，如何利用通信技术和传感器等装置提供的信息，对输配电网进行控制，使整个系统融合在一起，提供更加安全、可靠的电力和更低的电价。

这方面的应用研究很多，包括：用户信息入口、智能测量和自动读表装置、需求响应和能量管理系统、电网友好型装置/设备/程序、配电自动化、市场运行、电能买卖自助工具、负荷预测、输配电网交易控制以及紧急状况下的终端用户切除。

3.3电网智能化的架构原则目前，对“电网智能化”的架构原则已有初步的成果。

在费城会议上，与会代表在原则上达成了一定程度的共识，并签订了“电网智能化协同工作章程”。

在该章程中，为今后的技术、标准的应用确立了商业原则、可用性原则、信息技术原则、监管原则、管理原则等多项原则：3.3.1商业原则1)在遵守监管要求的情况下，协同工作方法应当聚焦于交易各方之间的信息交换和互动，但必须充分尊重其内部事务的私密性。

2)协同工作方法必须能够在合同变更或市场规则变化时与之相适应，并保证整个系统的稳定运行。

3)协同工作方法必须致力于研究一般性的市场交易类型，并与电网的服务水平相适应。

4)协同工作方法必须考虑其应用的成本/收益及其对交易各方的影响。

5)协同工作方法必须支持对市场交易的查证和审计，且不会影响已签订的合同条款的有效性。

3.3.2可用性原则1)协同工作方法必须具有充分的技术能力，帮助用户根据其需要选择适当的电力服务。

2)当互动各方之间无法进行通信时，各市场参与者都必须采用最佳运行方式，以维持整个系统的稳定。

3)协同工作策略应当以合适的方法进行沟通，使系统中各方都能够理解与接受。

3.3.3信息技术原则1)一个广泛采用的协同工作策略能够有助于组织和推动自动化设备、商业流程和人际互动的大范围融合。

2)协同工作策略应当采用能够广泛适用的信息科学的最佳方法，以改善商业流程和电力系统的运行与管理流程。

3)一个协同工作框架应当有明确识别系统中实体的策略，以明晰系统中的相互影响，该策略应不受各组织间边界的限制；协同工作框架同时也应当支持对系统实体组合的命名。

4)一个协同工作框架应当包含信息建模方法，能够定义信息共享的内涵和各实体间的关系以及适用于工、商业领域内互动的概念。

5)协同工作策略应当能够实现时间同步、明了事件的先后顺序、标记时刻以及其他与时间相关的要求，从而能够提供合适的服务。

6)协同工作策略应当有能力装配系统组件，使系统中各组件能够加入、变更（如升级）和终止其在系统中的位置，即所谓的即插即用。

7)协同工作框架必须提出信息系统安全和私密保护，在服务中适当的对两者加以平衡。

该框架还应当支持为应对未来可能的风险而做出的调整。

8)协同工作框架还应提出电子商务的策略，包括交易的产生、谈判、计划安排、运作、结算、帐单编制以及金融支付。

9)协同工作框架必须是可行的，而且能够建成的：满足性能要求可靠的可升级的有足够带宽以满足商业需要10)协同工作框架必须能够在电网各处容许几代IT技术标准的共存与发展。

3.3.4监管原则1)协同工作策略及结果的通信必须以能够被监管机构和政策制定者理解的方式进行。

2)各组织间的协同工作方法必须允许监管机构有能力审查该商业活动是否遵循已有的规则，所有相关的事务必须是可以审计的。

3.3.5管理原则1)协同工作框架必须考虑整个电力系统所有参与者的需求与意见。

2)管理流程应当权衡该框架的成功与缺陷，并驱动其不断完善。

3)该章程的管理必须独立于任何一个标准组织，在技术上对这些标准、原则保持独立。

4)关于促进标准和标准应用，该章程的管理应当：鼓励发展适合该章程目标的标准；与现有团体一起引导标准向更有利于完成协同工作的方向发展。

任何并/或推荐适合该章程目标的标准。

鼓励适合该章程目标的协作、合并及标准的合理化工作。

不开发具体的标准规范。

5)这些长期的原则声明以及源于这些原则的协同工作方法必须能够以谨慎、可控的方式随时间的变化而变化。

这份由GWAC完成的原则性声明描绘了“电网智能化”的蓝图，参考了业界重要成员的意见。

这些公认的原则得到了电网智能化最初参与者的认可，并将以此作为目标，开展今后的工作；同时，GWAC也希望在以后的工作中吸收更多的成员，吸收更多的意见，达成更多的共识，对该章程进行补充和完善。

4“电网智能化”的进一步研究计划一般认为，电网智能化实现手段有三步，一是数字化程度更高，有更多的传感器连接大量的资产和设备以进行需求的采集；二是在共同的信息模式的基础上建立数据的整合体系和数据的收集体系，目标是整合各系统中的数据；三是分析数据，以优化运行和管理。

比如现在的电表只是达到能自动读取，如果将这种电表变成双向的、互动的交流，就能够对需求和供应有一个更好的平衡。

在电力供应的高峰期，实时的数据显示超过供给的时候提高电价，或者在不同区域间进行及时调度，从而克服有的地方没电用，而有的地方电过剩的现象。

4.1架构原则目前GWAC正致力于推进“电网智能化”架构原则的建设，在2005年12月费城会议上，与会代表在商业原则、可用性原则、信息技术原则、监管原则和管理原则方面达成了一定程度的共识，并签订了“电网智能化协同工作章程”等文件。