全球能源互聯(lián)網(wǎng)可以推動能源發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)清潔能源在全球能源的優(yōu)化配置,保障互聯(lián)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。為指導(dǎo)全球能源互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,滿足對于全球能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場需求和投資需求,首先梳理了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀。采用國際組織及機(jī)構(gòu)的先進(jìn)理念、方法和工具,描述了全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念模型和參考框圖。遵循系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性原則,從智能電網(wǎng)、特高壓及新型輸電、清潔能源以及電網(wǎng)互聯(lián)這四個方面,提出了全球能源互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的層次結(jié)構(gòu)及體系表。分析了技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)需求,列出了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)系列。最后,結(jié)合全球能源互聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展,給出了標(biāo)準(zhǔn)化工作建議。

0 引言

全球能源互聯(lián)網(wǎng)(global energy interconnection,GEI)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架,以輸送清潔能源為主導(dǎo),全球互聯(lián)泛在的堅強(qiáng)智能電網(wǎng),其實質(zhì)是“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”[1]。GEI能夠?qū)崿F(xiàn)分布式能源的廣泛接入和市場化交易,從而最大程度地利用清潔低碳的新型能源[2]。它具備網(wǎng)架堅強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動等重要特征,是集電能輸送、資源配置、市場交易、產(chǎn)業(yè)帶動和公共服務(wù)等功能于一體的綜合平臺[3]。構(gòu)建GEI,可以提高電網(wǎng)安全性和電力生產(chǎn)的效率,為應(yīng)對全球氣候變化及可持續(xù)發(fā)展提供一個新的解決方案,使得能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)能源分享可以跟互聯(lián)網(wǎng)信息分享一樣無比便捷,是信息技術(shù)與能源電力技術(shù)融合發(fā)展的必然趨勢。

GEI標(biāo)準(zhǔn)體系是指導(dǎo)GEI標(biāo)準(zhǔn)制定的一項戰(zhàn)略性、綱領(lǐng)性工作,是GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的頂層設(shè)計[1]。建立GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的總體架構(gòu),豐富GEI標(biāo)準(zhǔn)體系具體內(nèi)容,目的是促進(jìn)全球能源互聯(lián),滿足全球?qū)τ贕EI產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場需求和投資需求。按照GEI發(fā)展路線圖,技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究是第一階段的重點工作。GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立是制定GEI核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范和指導(dǎo)GEI關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā),引導(dǎo)發(fā)展部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為GEI核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一項戰(zhàn)略性、綱領(lǐng)性工作。

本文通過對國際標(biāo)準(zhǔn)組織、世界各主要國家、以及跨國機(jī)構(gòu)GEI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展現(xiàn)狀的梳理,基于系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性原則,從智能電網(wǎng)、特高壓及新型輸電、清潔能源以及電網(wǎng)互聯(lián)這4個方面描述了標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建原則和內(nèi)容。采用國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)研究系統(tǒng)方法論,參考了IEC、IEEE等國際標(biāo)準(zhǔn)組織以及美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(National Institute of Standard and Technology,NIST)等專業(yè)機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)分類方法、架構(gòu)框架和概念模型的構(gòu)建[4-5],吸取了各國在智能電網(wǎng)、特高壓、清潔能源、互聯(lián)電網(wǎng)等方面的研究實踐經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)化成果,進(jìn)而確立了GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的總體架構(gòu),為標(biāo)準(zhǔn)化工作奠定了基礎(chǔ)。

1 GEI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

國際標(biāo)準(zhǔn)組織、世界各主要國家、以及跨國機(jī)構(gòu)在智能電網(wǎng)、特高壓、清潔能源及互聯(lián)電網(wǎng)方面均開展了大量的研究,并形成了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系或標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.1 智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系

智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系是建設(shè)智能電網(wǎng)的制度依據(jù)[6]。2009年4月,IEC成立了智能電網(wǎng)戰(zhàn)略工作組(SG3),并于2010年發(fā)布了IEC智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系報告,即《IEC智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》(IEC Smart Grid Standardization Roadmap v1.0)[5]。同時,SG3認(rèn)為核心標(biāo)準(zhǔn)對智能電網(wǎng)建設(shè)具有重大影響,適用于智能電網(wǎng)多個技術(shù)領(lǐng)域,并推薦IEC 61850、IEC 61970、IEC 61968等5個標(biāo)準(zhǔn)系列,總共54個標(biāo)準(zhǔn)為IEC智能電網(wǎng)核心標(biāo)準(zhǔn)[7],如表1所示。

表1 SG3推薦的5個核心標(biāo)準(zhǔn)系列

根據(jù)對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)缺失的分析結(jié)果,SG3提出了15項智能電網(wǎng)重點領(lǐng)域。其中,通用領(lǐng)域2項：通信和安全領(lǐng)域;應(yīng)用領(lǐng)域13項,包括：高壓直流(HVDC)/柔性交流輸電(FACTS)、停電預(yù)防/能量管理系統(tǒng)、高級配電管理、配電自動化、變電站自動化、分布式能源、高級量測體系(AMI)、需求響應(yīng)和負(fù)荷管理、智能家居和樓宇、電力儲能、電動交通、狀態(tài)監(jiān)測及可再生能源發(fā)電等。

IEEE P2030工作組發(fā)布的《IEEE P2030：能源技術(shù)、信息技術(shù)與電力系統(tǒng)運(yùn)行、最終應(yīng)用及負(fù)荷的智能電網(wǎng)互操作性指南》(簡稱IEEE P2030指南)奠定了智能電網(wǎng)互操作的基礎(chǔ)[8]。該指南建立了智能電網(wǎng)互操作參考模型,為理解智能電網(wǎng)中電力系統(tǒng)、終端用電設(shè)施及用戶之間的互操作提供知識基礎(chǔ),包括其描述術(shù)語、特點、功能性能和評價標(biāo)準(zhǔn),也提供了電力系統(tǒng)與最終應(yīng)用/負(fù)荷的智能電網(wǎng)互操作工程應(yīng)用。國家電網(wǎng)公司參與組織編寫的IEEE P2030部分標(biāo)準(zhǔn),并歸口IEEE-SA。IEEE P2030相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 IEEE P2030相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)主導(dǎo)研究美國的智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。NIST在2010年1月至2014年9月之間,先后發(fā)布了3個版本的《智能電網(wǎng)互操作標(biāo)準(zhǔn)框架和技術(shù)路線圖》[4],并審查通過了美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會、IEEE、IEC等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)指定的71個標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 特高壓輸電標(biāo)準(zhǔn)

為推進(jìn)特高壓交流標(biāo)準(zhǔn)化工作,IEC批準(zhǔn)成立了TC122特高壓交流系統(tǒng)技術(shù)委員會。該技術(shù)委員會主要負(fù)責(zé)特高壓交流系統(tǒng)領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)的制定,包括規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)驗收、可靠性與可行性評估、運(yùn)行與維護(hù)等。TC122正在制定3項與特高壓交流相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：IEC 63042-1、IEC 63042-2和IEC 63042-3。在特高壓直流方面,IEC于2008年批準(zhǔn)成立了TC115高壓直流輸電技術(shù)委員會,專門進(jìn)行高壓(特高壓)直流輸電系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作[9]。目前TC 115已經(jīng)發(fā)布了IEC/TS 61973、IEC/TS 62344、IEC/TS 62672、IEC/TR 62681等4項高壓直流標(biāo)準(zhǔn),還有13個工作組正在開展直流標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。

IEEE于2011年成立了“特高壓交流”工作組,負(fù)責(zé)特高壓交流系列標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,目前已有3項IEEE特高壓交流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,分別是絕緣配合(IEEE P1862)、現(xiàn)場試驗(IEEE P1861)和無功電壓(IEEE P1860)。

國際大電網(wǎng)委員會(CIGRE)的B3.29工作組(特高壓交流變電站現(xiàn)場試驗技術(shù))隸屬于CIGRE B3(變電站)專委會,主要為IEC特高壓交流變電站建設(shè)及運(yùn)行中的現(xiàn)場試驗技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條款制定做技術(shù)準(zhǔn)備[10]。

中國在特高壓輸電技術(shù)研究和實踐取得了世人矚目的成就。2009年建成世界首條商業(yè)運(yùn)行的晉東南–南陽–荊門1000 kV特高壓交流輸電工程。截至2016年9月,中國已投運(yùn)和已開工建設(shè)的特高壓工程共計23項,其中特高壓交流工程9項,特高壓直流工程14項。中國國家電網(wǎng)公司研究提出了特高壓交流輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。該標(biāo)準(zhǔn)體系由六大類79項國家標(biāo)準(zhǔn)和能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成,全面涵蓋規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備材料、工程建設(shè)、測量試驗、運(yùn)行檢修、環(huán)境保護(hù)與安全六大領(lǐng)域。其中,33項國家標(biāo)準(zhǔn)、41項電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已獲頒布。依托特高壓直流技術(shù)研究成果和工程建設(shè),中國國家電網(wǎng)公司建立了±800 kV特高壓直流成套標(biāo)準(zhǔn)體系,該標(biāo)準(zhǔn)體系包括五大類143項特高壓直流系列標(biāo)準(zhǔn),涵蓋了規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備材料、工程建設(shè)、測量試驗、運(yùn)行維護(hù)等特高壓直流輸電所有環(huán)節(jié)[11]。其中,13項國家標(biāo)準(zhǔn)、20項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已獲頒布。

1.3 清潔能源標(biāo)準(zhǔn)

清潔能源的大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用日趨成熟,但是目前已經(jīng)發(fā)布的清潔能源國際標(biāo)準(zhǔn)主要集中在新能源發(fā)電及其設(shè)備部分。在大容量清潔能源接入電網(wǎng)方面,缺少系統(tǒng)級的接入標(biāo)準(zhǔn),還未對新能源電廠的性能及其與電力系統(tǒng)的互動,包括新能源電廠的并網(wǎng)、設(shè)計、建模、測試、監(jiān)控和運(yùn)行等方面做出要求和規(guī)定[12]。由IEC技術(shù)委員會制訂或正在制訂的相關(guān)接入標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 與新能源電廠接入電網(wǎng)相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)

1.4 電網(wǎng)互聯(lián)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

用于電網(wǎng)互聯(lián)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要包括電網(wǎng)互聯(lián)的安全穩(wěn)定分析、評價及調(diào)節(jié)控制,IEC 62325是IEC頒布的電力市場運(yùn)營領(lǐng)域重要的國際標(biāo)準(zhǔn),包含歐洲式電力市場標(biāo)準(zhǔn)和北美式電力市場標(biāo)準(zhǔn)2個分支。IEEE系列的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括《工業(yè)和商業(yè)電力系統(tǒng)分析推薦導(dǎo)則》、《低壓交流電力回路中浪涌電壓推薦導(dǎo)則》、《電力系統(tǒng)中諧波控制推薦規(guī)程和要求》等電能質(zhì)量相關(guān)的二十多項標(biāo)準(zhǔn)。

2 GEI標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計

GEI標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)是GEI標(biāo)準(zhǔn)體系的層次結(jié)構(gòu),是標(biāo)準(zhǔn)的劃分、關(guān)系和擴(kuò)展的基礎(chǔ)。本文按照構(gòu)建原則和方法論,結(jié)合GEI標(biāo)準(zhǔn)需求,提出了GEI標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)。

2.1 構(gòu)建原則

按照分類信息學(xué)理論,架構(gòu)的分類應(yīng)該遵循“由大到小、由簡到繁”的一般原則[13]。對于具體的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的構(gòu)建原則,可以借鑒生物學(xué)“門綱目科屬種”的分類體系,將其概括為系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性原則。

GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的構(gòu)建主要遵循以下原則：

1)系統(tǒng)性原則。GEI是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng),具有涉及領(lǐng)域多樣,參與環(huán)節(jié)眾多,覆蓋范圍廣泛的特點。因此,需要GEI標(biāo)準(zhǔn)體系協(xié)調(diào)和指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展,協(xié)調(diào)和統(tǒng)一有關(guān)技術(shù)問題,連接系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié),確保互操作性。制定GEI標(biāo)準(zhǔn)體系要從系統(tǒng)角度出發(fā),根據(jù)系統(tǒng)的各種組成要素從多角度綜合考慮,形成有機(jī)完整的體系,指導(dǎo)GEI標(biāo)準(zhǔn)的制定。

2)繼承性原則。GEI就其系統(tǒng)而言,既不是完全新建更不是一切推倒重來,是現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上的互聯(lián)、整合、提升,就其支撐技術(shù)而言,許多關(guān)鍵技術(shù)已發(fā)展了若干年,已具備眾多的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);但需要基于GEI發(fā)展愿景,予以重新審視,進(jìn)行完善和提升。因此,GEI標(biāo)準(zhǔn)體系具有繼承性,能夠與現(xiàn)有的智能電網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)兼容。

3)擴(kuò)展性原則。GEI標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)該是一個具有擴(kuò)展性、開放的體系,能夠隨著技術(shù)的進(jìn)步和認(rèn)知的提高及時更新、擴(kuò)展,保持一定的先進(jìn)性,以適應(yīng)GEI技術(shù)的發(fā)展需求。

2.2 構(gòu)建思路和方法

2.2.1 構(gòu)建思路

全球能源互聯(lián)網(wǎng)的核心是智能電網(wǎng),因此智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系也就構(gòu)成了全球能源互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的核心基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的智能電網(wǎng)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展相對其他領(lǐng)域較快,但所構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)體系較為分散,且存在重合/交叉領(lǐng)域。國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備(系統(tǒng))研制規(guī)劃》和《智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃》為GEI標(biāo)準(zhǔn)體的構(gòu)建提供了重要參考。

在制定GEI標(biāo)準(zhǔn)體系的過程中,不僅要立足于已有的標(biāo)準(zhǔn)體系及核心標(biāo)準(zhǔn),更要根據(jù)未來GEI發(fā)展趨勢,構(gòu)造可用于未來靈活擴(kuò)展的框架。借助于GEI標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建的契機(jī),可以從戰(zhàn)略高度審視能源互聯(lián)網(wǎng)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域,系統(tǒng)地分析現(xiàn)有智能電網(wǎng)領(lǐng)域、特高壓領(lǐng)域、清潔能源領(lǐng)域以及電網(wǎng)互聯(lián)領(lǐng)域所存在的問題(系統(tǒng)性原則),盡可能最大化沿用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系(繼承性原則),重新梳理各領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系,結(jié)合全球能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(擴(kuò)展性原則),打造更為合理的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)。

2.2.2 體系構(gòu)建方法

在制定標(biāo)準(zhǔn)體系過程中,需要科學(xué)的方法論指導(dǎo)相關(guān)的工作,從而形成具有豐富內(nèi)涵的標(biāo)準(zhǔn)化框架。目前各個國家在具體實施全球能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系時,具體的落地形式與技術(shù)制式并不完全相同,因此所構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)體系既要滿足不同國家之間的共性需求,還應(yīng)當(dāng)滿足某些國家的特殊需求。

目前智能電網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展速度較快,已經(jīng)初步形成了獨(dú)特的體系。然而,在全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大背景下,需要打破原有的標(biāo)準(zhǔn)體系壁壘,本著先破后立的原則,將原有智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系融入到全球能源互聯(lián)網(wǎng)的大框架下。本文在建立GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系時,采用了自上而下和自下而上相結(jié)合的系統(tǒng)方法[14]。自上而下的方法是從GEI的愿景出發(fā),分析實現(xiàn)GEI發(fā)展目標(biāo)的相關(guān)技術(shù)需求,并提出標(biāo)準(zhǔn)需求;自下而上的方法則是面向需求、梳理現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、分析需求和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)之間的差距。綜合自上而下和自下而上的分析結(jié)果,可識別出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺失性,提出需要制修訂的標(biāo)準(zhǔn),具體步驟如圖1所示。

2.2.3 概念模型

基于國際標(biāo)準(zhǔn)組織對智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)域的劃分,結(jié)合GEI的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)需求,可以細(xì)化GEI與相關(guān)聯(lián)領(lǐng)域的關(guān)系[15]。NIST提出的概念模型適用于編制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、技術(shù)發(fā)展路線圖,可以把龐大、復(fù)雜的GEI關(guān)聯(lián)子域、系統(tǒng)和設(shè)備組織在一起。按照專業(yè)方向,GEI可分為4個領(lǐng)域,每一領(lǐng)域包括相應(yīng)主體或子域,如圖2所示。特高壓是4個領(lǐng)域中的核心,其標(biāo)準(zhǔn)制定應(yīng)當(dāng)能夠支撐大規(guī)模清潔能源遠(yuǎn)距離輸送,以實現(xiàn)清潔能源大規(guī)模利用、消納的目標(biāo)。該圖也表現(xiàn)了GEI各領(lǐng)域之間電力流與信息流的連接關(guān)系。

圖1 GEI標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建方法

圖2 全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念模型

為清晰表示GEI概念模型中各個實體間的關(guān)系,表4給出了不同領(lǐng)域中的詳細(xì)主體內(nèi)容。

表4 全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念模型中的領(lǐng)域及主體

圖3給出了GEI的概念模型的細(xì)化框圖,不僅列出了GEI中每個領(lǐng)域中的子域,同時還把各子域的電力流和信息流清晰地做了描述,為GEI標(biāo)準(zhǔn)體系的制定提供了參考,各部分內(nèi)容描述如下：

智能電網(wǎng)是GEI的重要支撐,是清潔能源利用和消納的主體,直接保障區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)互通、安全穩(wěn)定、綠色高效運(yùn)行。主要包括智能輸變電、智能配電域、智能用電、電力物聯(lián)網(wǎng)4個子域。前3個子域之間建立電氣與通信連接,電力物聯(lián)網(wǎng)通過信息流將3個子域關(guān)聯(lián)起來,通過多領(lǐng)域協(xié)作實現(xiàn)智能輸變電與其他國家智能電網(wǎng)和清潔能源基地互聯(lián)的目標(biāo)。

圖3 全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念參考框圖

GEI的輸電域包括特高壓交直流輸電、柔性直流、新型輸電等子域。特高壓及新型輸電是連接各國、各洲的智能電網(wǎng)輸電子域與清潔能源發(fā)電子域的輸電載體,為國家電網(wǎng)跨國/洲際互聯(lián)奠定了基礎(chǔ),也是GEI的核心。

清潔能源域包括清潔能源發(fā)電裝備系統(tǒng)、并網(wǎng)運(yùn)行控制和大規(guī)模儲能3個子域,是由分布在各國的大規(guī)模清潔能源和北極風(fēng)電、赤道一帶的光伏發(fā)電等基地組成,通過輸電域完成電能輸送,實現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模利用和消納,同時還需要接受互聯(lián)電網(wǎng)的運(yùn)行和控制,以保證清潔能源存儲、并網(wǎng)和運(yùn)行控制的安全。

電網(wǎng)互聯(lián)域包括規(guī)劃與仿真、安全控制與保護(hù)、調(diào)度與交易3個子域,以支撐全球能源基地的接入并網(wǎng)和跨國/洲際電網(wǎng)互聯(lián)。

2.3 層次結(jié)構(gòu)與體系表

根據(jù)GEI概念模型的劃分,按照系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性原則,GEI標(biāo)準(zhǔn)體系可分為4個專業(yè)方向、13個技術(shù)領(lǐng)域、45個標(biāo)準(zhǔn)系列、若干具體標(biāo)準(zhǔn)四層結(jié)構(gòu),用于指導(dǎo)GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定,如圖4所示。

標(biāo)準(zhǔn)體系的第1層是專業(yè)方向(大領(lǐng)域)。包括智能電網(wǎng)、特高壓及新型輸電、清潔能源和電網(wǎng)互聯(lián)等4個方向。

圖4 GEI標(biāo)準(zhǔn)體系層次結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)體系的第2層是技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)領(lǐng)域的劃分參考了國際標(biāo)準(zhǔn)組織和研究機(jī)構(gòu)的已有成果,也考慮了現(xiàn)有的工程實踐和實際應(yīng)用。同時關(guān)注GEI的主要發(fā)展方向,滿足GEI研究與建設(shè)的需求,共包括13個技術(shù)領(lǐng)域。

標(biāo)準(zhǔn)體系的第3層是標(biāo)準(zhǔn)系列。第3層中各標(biāo)準(zhǔn)系列構(gòu)建是基于技術(shù)領(lǐng)域,提煉技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵的技術(shù)點。共包括45個標(biāo)準(zhǔn)系列。

標(biāo)準(zhǔn)體系的第4層是若干具體標(biāo)準(zhǔn),體量巨大并且會不斷增加。GEI標(biāo)準(zhǔn)體系表如圖5所示。

3 GEI標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)成

3.1 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)技術(shù)是全球能源互聯(lián)的重要支撐技術(shù),直接保障區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)互通、安全穩(wěn)定、綠色高效地運(yùn)行,并將推動GEI結(jié)構(gòu)形態(tài)、能源形態(tài)、控制形態(tài)、設(shè)備形態(tài)、通信方式的不斷演進(jìn)與發(fā)展[16]。智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系是GEI的核心,所涉及技術(shù)領(lǐng)域包括智能輸變電、智能配電、智能用電和電力物聯(lián)網(wǎng)4個領(lǐng)域：

圖5 GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系表

1)智能輸變電。智能輸變電是保障電力輸送和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能變電站主要關(guān)注變電站自動化技術(shù)與智能高壓設(shè)備技術(shù);智能輸電線路主要關(guān)注輸電線路新材料、巡檢運(yùn)維和監(jiān)測預(yù)警;柔性交流輸變電設(shè)備是提高輸電線路動態(tài)調(diào)節(jié)容量、優(yōu)化潮流、提升輸送能力和系統(tǒng)安全裕度的重要保證。智能輸變電是保障全球能源互聯(lián)互通、安全穩(wěn)定、可靠高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。本技術(shù)領(lǐng)域包括智能變電站、智能輸電線路和柔性交流輸變電設(shè)備3個標(biāo)準(zhǔn)系列。

2)智能配電。智能配電是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成,實現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電和配電管理的智能化。智能配電網(wǎng)是GEI中承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是能源消納和分配的關(guān)鍵點[17]。本技術(shù)領(lǐng)域包括配電自動化、柔性配電、微電網(wǎng)和分布式電源4個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3)智能用電。智能用電通過靈活的電力網(wǎng)絡(luò)、智能設(shè)備和信息網(wǎng)絡(luò)相連,形成高效完整的用電和信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò),通過電網(wǎng)和用戶的靈活雙向互動實現(xiàn)電力資源的最優(yōu)配置和高效利用。本技術(shù)領(lǐng)域包括高級量測體系、需求響應(yīng)、能效管理與能效測評、智能用電互動服務(wù)、電動汽車充放電和電能替代6個標(biāo)準(zhǔn)系列。

4)電力物聯(lián)網(wǎng)。電力物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)各種智能傳感設(shè)備與通信信息資源的(互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)甚至電力通信專網(wǎng))結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)實體,具有自我標(biāo)識、感知和智能處理的功能。本技術(shù)領(lǐng)域包括智能傳感、傳輸網(wǎng)通信技術(shù)、接入網(wǎng)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)共享及分析、云計算及數(shù)據(jù)平臺、移動互聯(lián)及人機(jī)交互、信息通信安全7個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3.2 特高壓及新型輸電

超遠(yuǎn)距離、超大容量、超低損耗、靈活可靠地傳輸清潔能源是GEI面臨的巨大挑戰(zhàn),特高壓輸電、柔性直流及直流電網(wǎng)、新型輸電等多種輸電技術(shù)的應(yīng)用將是應(yīng)對極端輸電環(huán)境和運(yùn)行維護(hù)條件的綜合解決方案。

1)特高壓輸電。特高壓輸電是實現(xiàn)全球能源互聯(lián)的核心技術(shù)之一,其超遠(yuǎn)距離、超大容量、超低損耗的特點賦予了電網(wǎng)更大范圍調(diào)配能源資源的能力,為世界電網(wǎng)跨國跨洲大范圍互聯(lián)奠定了基礎(chǔ)。本技術(shù)領(lǐng)域包括特高壓交流和特高壓直流2個標(biāo)準(zhǔn)系列。

2)柔性直流和直流電網(wǎng)。柔性直流輸電技術(shù)是構(gòu)建靈活、高效、可靠電網(wǎng)和充分利用清潔能源的有效途徑,使用柔性直流和直流電網(wǎng)技術(shù),將全球范圍內(nèi)風(fēng)電、水電、火電等電源進(jìn)行互聯(lián),可在大范圍內(nèi)平抑可再生能源發(fā)電的波動性、間歇性等問題,最大限度地降低其對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊,實現(xiàn)GEI清潔替代和全球配置的目標(biāo)。本技術(shù)領(lǐng)域包括柔性直流和直流電網(wǎng)2個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3)新型輸電。在洲際、跨國等特定工作環(huán)境和特殊地域條件下常規(guī)輸電技術(shù)無法實現(xiàn)的場合,需要采用新型輸電技術(shù)(如半波長交流輸電、超導(dǎo)輸電、無線輸電和管道輸電)來提供電力(能源)輸送的有效解決方案。本技術(shù)領(lǐng)域包括半波長交流輸電、超導(dǎo)輸電、無線輸電、管道輸電4個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3.3 清潔能源

在全球范圍內(nèi),開發(fā)應(yīng)用綠色清潔能源是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。目前不僅需要制定清潔能源發(fā)電設(shè)備或系統(tǒng)本身的清潔能源國際標(biāo)準(zhǔn),還需要制定系統(tǒng)級的運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn),對清潔能源發(fā)電裝備、系統(tǒng)及清潔能源并網(wǎng)、運(yùn)行控制、大規(guī)模儲能等方面做出要求和規(guī)定。

1)清潔能源發(fā)電裝備及系統(tǒng)。清潔能源作為GEI輸送的主導(dǎo)能源,主要包括水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電、海洋能發(fā)電等多種發(fā)電形式。為了支撐GEI發(fā)展,要深入分析當(dāng)前清潔能源標(biāo)準(zhǔn)體系的優(yōu)勢與不足,為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的完善奠定基礎(chǔ)。本技術(shù)領(lǐng)域包括水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電和海洋能發(fā)電5個標(biāo)準(zhǔn)系列。

2)清潔能源并網(wǎng)及運(yùn)行控制。制定清潔能源并網(wǎng)及運(yùn)行控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對于解決大量間歇性、波動性的清潔能源接入電網(wǎng)等問題具有重要意義。本技術(shù)領(lǐng)域包括并網(wǎng)接入系統(tǒng)、并網(wǎng)試驗與監(jiān)測、資源評估與功率預(yù)測和清潔能源集群控制4個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3)大規(guī)模儲能。大規(guī)模儲能技術(shù)是把大規(guī)模電能或熱能轉(zhuǎn)換為其他便于儲存的能量形式,又能在需要時利用電能的技術(shù),具有大容量、高性能、規(guī)模化的技術(shù)特點。大規(guī)模儲能在新能源接入、削峰填谷、平滑負(fù)荷、調(diào)頻等方面具有積極的作用,貫穿能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)、輸、配、用的各個環(huán)節(jié)。本技術(shù)領(lǐng)域包括電化學(xué)儲能、物理儲能、大容量高效氫儲能3個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3.4 電網(wǎng)互聯(lián)

電網(wǎng)互聯(lián)不僅可以協(xié)調(diào)平衡各區(qū)的緊急功率支援,提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平,還能協(xié)調(diào)電源負(fù)荷結(jié)構(gòu)的不平衡,實現(xiàn)各區(qū)域間能源資源優(yōu)化配置[18]。逐步實現(xiàn)跨區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián),使電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大,不同地區(qū)的資源通過電網(wǎng)互聯(lián)得以有效的利用。

1)互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)劃與仿真分析。電網(wǎng)規(guī)劃是電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié),科學(xué)的規(guī)劃對于指導(dǎo)電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。電力系統(tǒng)仿真分析是電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計和運(yùn)行的重要支撐,在電力系統(tǒng)研究體系中處于基礎(chǔ)地位。隨著跨國跨洲電網(wǎng)加強(qiáng)互聯(lián),然而各國的地理環(huán)境、電網(wǎng)發(fā)展程度以及電力設(shè)備都不盡相同,因此,在制定互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)劃與仿真分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時要因地制宜,結(jié)合區(qū)域內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀。本技術(shù)領(lǐng)域包括電網(wǎng)規(guī)劃和電網(wǎng)仿真分析2個標(biāo)準(zhǔn)系列。

2)互聯(lián)電網(wǎng)安全控制與保護(hù)。電網(wǎng)互聯(lián)在擴(kuò)大電力系統(tǒng)規(guī)模的同時,也增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度以及可靠運(yùn)行的風(fēng)險,電網(wǎng)的安全控制與保護(hù)涉及到互聯(lián)電網(wǎng)每一個節(jié)點,同時又互相影響,現(xiàn)有的國際繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)繼電保護(hù)設(shè)備的硬件及功能應(yīng)用,已形成了涵蓋通用、功能、應(yīng)用等在內(nèi)的較為完整的系列標(biāo)準(zhǔn),但是系統(tǒng)級保護(hù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步地制定。本技術(shù)領(lǐng)域包括電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制2個標(biāo)準(zhǔn)系列。

3)互聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度與交易。全球電網(wǎng)互聯(lián)對電網(wǎng)調(diào)度提出了新的挑戰(zhàn),一旦出現(xiàn)較小的擾動,勢必影響整個電網(wǎng)格局的健全與完善,因此,必須充分考慮各國調(diào)度通信基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀以及法律和規(guī)章制度等方面的差異,從技術(shù)、管理兩方面同時入手,制定系統(tǒng)性的安全防護(hù)體系架構(gòu)。在市場交易方面,隨著國際能源供需格局的變化,在更大范圍內(nèi)優(yōu)化資源配置成為全球能源利用的內(nèi)在需求。未來GEI的形成和有效運(yùn)營也需要建立在全球電力市場機(jī)制的基礎(chǔ)上[19-20]。本技術(shù)領(lǐng)域包括互聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度和互聯(lián)電網(wǎng)市場交易2個標(biāo)準(zhǔn)系列。

4 標(biāo)準(zhǔn)化工作建議

本文基于智能電網(wǎng)、特高壓輸電、清潔能源和電網(wǎng)互聯(lián)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究成果,遵循系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性原則,提出了GEI標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu);并按照GEI標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)詳細(xì)介紹了GEI標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)成和內(nèi)容;為GEI的標(biāo)準(zhǔn)制定提供了規(guī)范與框架,促進(jìn)全球能源的互聯(lián)互通。

該標(biāo)準(zhǔn)體系也存在一些不足,新技術(shù)的不斷研發(fā)使得標(biāo)準(zhǔn)體系需要及時更新,該標(biāo)準(zhǔn)體系在世界范圍內(nèi)的接受程度有所不同,需要在保證標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性和一致性的基礎(chǔ)上,提出GEI標(biāo)準(zhǔn)化工作建議如下：

1)以GEI標(biāo)準(zhǔn)體系為標(biāo)準(zhǔn)化工作指導(dǎo)原則。由于GEI涉及眾多專業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域,包括電力、信息、通信、新能源、新材料、交通等,內(nèi)容跨度大,綜合性強(qiáng),需要以系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性為原則的GEI標(biāo)準(zhǔn)體系為指導(dǎo)框架,開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

2)建立GEI標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制。標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制是指在GEI標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和宣貫工作組織開展過程所依賴的組織管理程序。建立GEI標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制包括制度保障、組織保障、技術(shù)保障、具體實施保障4個層面。

3)加強(qiáng)參與各方合作,提高GEI標(biāo)準(zhǔn)體系在世界范圍內(nèi)的接受程度。參與各方應(yīng)打破行業(yè)隔閡,廣泛地吸收相關(guān)行業(yè)的龍頭企業(yè)和國際或各國標(biāo)準(zhǔn)組織參與,聚焦利益相關(guān)方共同的發(fā)展關(guān)切,通力合作,確保標(biāo)準(zhǔn)的一致性和協(xié)調(diào)性,共同推動制定GEI標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

全球能源互聯(lián)網(wǎng)能實現(xiàn)清潔能源在全球能源的優(yōu)化配置,保障互聯(lián)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。GEI標(biāo)準(zhǔn)是建設(shè)GEI的必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)。GEI標(biāo)準(zhǔn)體系是指導(dǎo)GEI標(biāo)準(zhǔn)制定的一項戰(zhàn)略性、綱領(lǐng)性工作,是GEI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的頂層設(shè)計。

通過對國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀的梳理,提出了GEI概念模型和參考框圖。遵循系統(tǒng)性、繼承性、擴(kuò)展性原則,從智能電網(wǎng)、特高壓及新型輸電、清潔能源以及電網(wǎng)互聯(lián)這4個方面,提出了GEI標(biāo)準(zhǔn)體系的層次結(jié)構(gòu)及體系表。

本文分析這4方面的標(biāo)準(zhǔn)需求,總結(jié)了GEI標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)內(nèi)容,最后給出了標(biāo)準(zhǔn)化工作中應(yīng)建立GEI標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制、加強(qiáng)參與各方合作等建議。

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