智能电网体系结构

4.1 体系结构建立的好处
● 过去，电力系统基础设施和信息系统
基础设施都是按照各自的模式运行和 管理，而IECSA项目是要将电力系统 基础设施和信息系统基础设施(通信， 网络和智能设备) 集为一体化的基础设 施，以完成未来复杂交互式电力系统 越来越复杂的安全性、鲁棒性、经济 性和扩展性等各种功能需求。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
(6) DAC系统非关键的运行环境； 包括控制中心与现场配电自动化设备、变电站设备、DER 设备和用户装置(例如，非电力系统设备的监视、少数安 全性敏感的变电站、用户电能质量PQ监视和用户计量等) 之间低安全性的相互影响(仅身份认证，而非秘密性) 。 (7) 控制中心内部环境； 指一个控制中心内部，例如SCADA系统、EMS系统、 ADA(先进配电自动化，Advanced Distribution Automation) 功能和实时运行。 (8) 控制中心之间环境； 主要指控制中心之间的运行环境，例如电力公司控制中心 之间、RTO(区域输电运营者)之间以及远方的分公司或监 控中心等。
4.2 IECSA三项基本功能
IECSA项目将为电力系统数据通信和分布式计算基础设施
开发一个开放的、基于标准的系统体系结构，这个体系结 构具备以下三项基本功能：
— 使智能电网所有各种各样的元部件在同一 标准下实现一体化，以支持电网的自愈能 力和用户通信接口的集成化； — 该体系结构是基于已有的工业基础设施之 上，采用最先进的、有效的通信和分布式 计算技术，为系统的开发提供具有互操作 性和互通性的基础平台； — 该体系结构将提供一些新的服务，例如提 供即时电价、能量消耗监控管理等。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
(16) 用户内部站点的通信环境；如大楼管理系统、DER管理。 (17) 用户之间站点的通信环境；如，用户的微型电网的管理。 (18) 用户至ESP的通信环境； 在用户与ESP、收购人，计量数据管理代理MDMA (Meter Data Management Agent，例如DER管理、用户计/ 量、RTP、需求响应)之间的通信； (19) 高压发电站通信环境； 主要指高压发电站场所内部(例如，从发电站的电气的和 物理的场所 直至与区域电力系统的公共连接点) 的通信 环境。 (20) 现场设备的维护环境。 包括维护监控、统计汇总、测试、诊断、资产管理(例 如，可能需要移动的相互影响、明显的数据的不同标准、 不同的基于安全角色的访问以及资产的鉴别管理等等) 。
4 IECSA：智能电网的体系结构
4 IECSA：智能电网的体系结构
建立新的IECSA体系结构，目
的就是釆用经过科学鉴定的、 统一通用的标准接口迅速整合 和更新原有混杂的遗留接口， 在信息基础设施覆盖范围日益 扩大和复杂性日益增长的情况 下提供低费用解决方案。
4.1 体系结构建立的好处
因为体系结构是站在全局的高度提出的，它可以有效地指
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
(3) 系统管理和网络管理，强调针对大的统一的 系统，这些方面必须统一考虑管理接口和标准; (4) 在系统数据管理方面，必须考虑数据的实时 性、有效性和完整性，指出目前没有惟一的技术 可以解决所有问题，应根据不同情况采用不同解 决方案; (5) 在互操作性实现方面，考虑统一的对象和服 务建模，采用与平台无关的模型，综合利用元数 据表示、协议网关、设备统一编号等技术加以实 现。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
(12) 控制中心到企业之间的环境； 这里指控制中心与外部企业(例如气象资料、调整者、稽核 员和销售商) 之间的运行环境。 (13) 企业内部的环境； 这里指电力公司内部之间的通信环境。例如，计划、工程、 ADA 系统接入调幅/调频无线通信和接入客户信息系统(按 照IEC TC57 WG14颁发的接口标准)。 (14) 企业之间的通信环境； 这是指各电力公司与外部企业之间的通信环境，例如电子 商务的进行。 (15) DER的监控环境； 主要DER与ESP/DER运营者(例如，ESP作为收购者履行的 监控) 之间的通信环境。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
●策略视图； IECSA的策略视图反映了体系结构针对分布式计 算基础设施的根本的目标。策略视图的要素包括: (1)抽象建模技术，例如用UML表示的 RM-ODP 参考模型、基于IEC 61850和lEC 61970 的对象 模型和接口模型等，同时强调了抽象模型的自描 述、自发现和与技术无关的实现等特性; (2)系统安全要素的考虑，主要考虑新的信息共享 和控制共享可能带来的安全问题，从而引入安全 评估等概念;
4 IECSA：智能电网的体系结构
现代能源工业的信息基础结构被遗留系统、专有
的协议、陷入困境的应用和专门的接口所困扰。 这种混乱严重妨碍着计算机系统、软件应用和新 设备的扩展和升级。 现有电力工业的信息基础设施的各种接口标准同 样十分混杂，导致系统结构的复杂性，而釆用 IECSA体系结构后，实行了统一的接口，系统的 建设犹如搭积木一样，方便、快捷、节约、高效、 安全。
4.1 体系结构建立的好处
● 两个基础设施按各自规范进行管理
4基础设施：IECSA示意图
1电力基础设施 2 信息基础设施
4.1 体系结构建立的好处
● IECSA描述的未来电力系统
— 由大量自动输电和配电系统组成的现代 化电力系统运行在一个高效、可靠及相 互协调的统一体系结构模式下； — 电力系统出现紧急状况时，系统具有自 愈功能，并对能源市场和电力公司的业 务需求给予快速响应；
4.1 体系结构建立的好处
— 系统能适应电力市场数百万用户进行数量 庞大及频繁交易的需求，为迅速增长的数 字经济提供可靠和经济的电力。 — 系统具备一个自适应的智能信息通信系统 ICS，以保证信息交换的及时和安全； — 系统具备一个高度智能化的监控系统 MCS，以满足系统安全、经济运行和系统 紧急状态下的自愈功能的需要，增强系统 的鲁棒性。
4.3 IECSA体系结构框架
— 创建通用信息模型CIM (Common information
models)并定义公共服务及通用接口(Common Services/Generic Interfaces)，建立技术上独立的 体系结构形式； — 应用自我描述(self-description)和元数据(Meta Data)减少建立结构的精力和错误，并且实现技 术语言之间的自动翻译； — 定义一组有需求的公用的、有实效的特殊环境； — 在每一个所定义的环境中，对于各种技术建议要 有一个能识别这些技术是否缺失或重叠的工具。
4.3 IECSA体系结构框架
建立IECSA体系结构的原则是： — 在用例(use cases)中，应用科学数据建模，以聚
集和分析用户的需求；
— 应用分层技术分离抽象的层次及其功能；在通信
网络和计算机系统中，使用分层技术，使每一层 提供一种特殊的功能，并制定相应的标准，使层 与层之间的接口规范化，这样不同的厂家可以按 照自己的方法去实现每层的功能，只要使各层之 间的接口符合标准，那么不同的系统就可以兼容。
导整个系统基础设施的建设，避免系统的重复建设； 可避免在以后的建设中采用不必要的私有系统和非标准的 协议； 从全局的高层角度去看整个系统，可以引入一些新的协作 程序，打破原有系统之间的界限，从而实现高度的信息共 享和互操作性； 体系结构的设计能够驱动系统按照统一的方式开发，从而 能实现一些目前还处于设想中的系统管理功能； 企业级的体系结构能够协调不同的标准，它对于将来的标 准开发和集成非常关键； 体系结构的开发同时考虑了企业的内外部环境， 因此， 能够系统地对可能出现的新需求做出适当的预期，并制定 出应对需求变化的合理的应对措施。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
(9) 控制中心至ESP (Energy Service Provider，能源服 务提供商)的通信环境； 主要指电力公司控制中心和ESP/收购人，例如， 远程传送点RTP (Remote Transfer Point )、计量和 结算、市场运营之间的运行环境。 (10) RTO对市场参与者之间的环境； 主要指电力公司/RTO/ISO(独立系统运行员) 控制 中心和市场参与者(如市场运营者) 之间的运行环 境。 (11) 控制中心到用户设备的环境； 指用户设备与电力公司控制中心之间，例如用户 计量与需求响应的互相影响，DER管理等之间的 运行环境。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
● 标准化技术及最优方法； (1) 在IECSA参考体系结构框架中，所描述的标准 化、技术和最优方法几乎含盖了所有产业所应用 的基于因特网的技术、特殊的传输媒介技术、安 全性对策、网络管理方案、系统管理方法以及现 有电力工业的特殊标准和许多遗留技术。 (2) 数据管理最优方法是描述没有任何具体技术解 决方案的数据处理管理问题的技术，例如数据的 有效性、手工数据输入的管理。 (3) 安全性最优方法能识别所指定方法的标准或对 安全性十分重要的技术，诸如，安全策略和安全 培训。
3.3 IECSA体系结构框架
IECSA技术上独立的参考体系结构：IECSA的骨干是由基于IEC 61850,
IEC 61968和IEC 61970标准的公用信息模型和公共服务及通用接口组 成，这种结构有利于网络的生长和演化。
4.4 IECSA的核心概念
在网络内的全部设备最终都能彼此通
信。通用信息模型和服务容易实现在 穿越所有权和功能的边界时经济地传 送信息，而不会造成保真度的损伤。 建立在自我描述(self-description) 基础 上的信息模型和翻译允许网络迅速适 应新技术、新应用和新设备。
4.5 IECSA参考体系结构框架研究的主要内容
● 业务需求； 主要归纳了电力系统的一些核心业务需求，并给出了这些 需求的详细描述;同时，通过对需求进行分析，抽象出20 种电力系统中常见的通信环境。 (1) 变电站内确定性快速响应环境； 例如继电保护、通过电流和电压互感器对电力系统参数 的直接监视等； (2) 变电站间和远距离变电站的确定性和快速响应环境； 例如，远距离变电站的继电保护和有限状态机FSM (Finite State Machine) 的响应等。FSM是基于可编程逻辑 器件,特别是利用硬件描述语言HDL (Hardware Description Language，类似于高级程序设计语言)实现带有状态控制 的复杂算法的必需手段。