了得網工業技術_智能電網標準化：信息技術相關的方法、架構與標準

內容簡介

本書主要對JWG 報告和SG—SG 小組研究中明確的智能電網建設的關鍵要素和核心標準進行了介紹，並重點介紹了智能電網安全性需求的不同標準：IEC 61850 和CIM，以及智能電網架構模型SGAM的使用指南。此外，還介紹了適用於電力企業的智能電網架構模型，適用於未來市場通信、電動汽車和工業自動化領域的標準。本書適合於有意進入和了解智能電網領域的讀者作為入門級教材使用。

作者簡介

原著作者MathiasUslar畢業於德國奧爾登堡大學就讀計算機科學輔修法律信息，後任職於OFFIS-信息繫統研究所，從事電網領域智能電網標準化的工作。是德國GI,IEEE,ACM會員。譯者趙江河，國家電網智能電網專家，中國電科院配用電所副總工，長期從事調度自動化和配電自動化工作。中國電機工程學會電力繫統自動化專委會，配電自動化學科組成員，中國電機工程學會高級會員,國家電網公司新技術推廣專家。全國電力繫統管理及其信息交換標準化技術委員會委員。主持開發過多個調度自動化繫統和配電自動化繫統。主持參與國家電網《智能電網技術標準體繫研究與標準編制規劃》、《智能電網關鍵技術研究》、《智能電網關鍵設備研制規劃》等國家電網的智能電網主要綱領性技術報告的編寫工作。

譯者序序一序二前言致謝第Ⅰ部分基礎知識和介紹第1 章簡介和智能電網基礎知識31.1 什麼是智能電網31.2 智能電網標準化的一般驅動因素51.3 國際通信與數據模型核心推薦標準61.4 歐盟M/490 政令對CEN/CENELEC 和ETSI 的授權71.5 結論10參考文獻10第Ⅱ部分要求和架構第2 章智能電網需求工程152.1 動機152.2 需求工程的概念和工作流程（過程管理）162.3 智能電網的互操作需求182.4 智能電網需求構架觀點202.5 利用“智能電網架構模型”完成“高級計量基礎設施”的需求分析212.6 智能電網的長期需求管理282.7 總結與展望32參考文獻32第3 章基於IEC/PAS 62559 的智能電網用例管理353.1 智能電網用例模型的簡介353.2 智能電網用例描述需求 363.3 智能電網用例方法 373.4 總結和展望 48參考文獻 48第4 章智能電網架構開發 504.1 架構開發的動力 504.2 架構 514.3 企業架構視角 554.4 企業架構開發及其管理方法 564.5 結論和展望 61參考文獻 63第5 章能源領域中信息模型的管理 655.1 智能電網和企業面臨的挑戰 655.2 信息模型介紹 675.3 德國能源領域用於需求分析的信息源 705.4 能源領域的信息繫統 725.5 能源參考模型目錄 755.6 總結和展望 77參考文獻 78第Ⅲ部分標準和應用第6 章 ICT 和能源供應：IEC 61970/61968 公共信息模型 836.1 簡介 836.2 數據模型 846.3 子集 866.4 序列化 876.5 組件接口規範（CIS） 936.6 接口參考模型（IRM） 946.7 工具 946.8 結論和展望 96參考文獻 96第7 章智能電網自動化：IEC 61850 變電站自動化和DER 通信 987.1 IEC 61850 標準繫列簡介 987.2 歷史與概況 997.3 架構1007.4 標準繫列的各部分1027.5 結論和展望106參考文獻106第8 章智能電網安全性：IEC 62351 及其相關標準1088.1 引言與推動因素1088.2 先前事件和攻擊模式1098.3 推薦的安全標準1108.4 安全指標1188.5 安全模式1198.6 結論120參考文獻120第9 章智能電網測試：規範性、一致性、互操作性1229.1 測試原理1229.2 IEC 61850 測試1269.3 公共信息模型（CIM）測試129參考文獻133第10 章電動汽車領域標準13510.1 引言13510.2 路線圖13510.3 場景13610.4 電動汽車信息安全14210.5 電動汽車領域的現有ICT 標準14410.6 結論和展望145參考文獻145第11 章歐洲智能電能表14711.1 引言14711.2 CEN/CENELEC/ETSI 智能電能表協調小組對歐盟授權M/441 的報告14811.3 IEC 62056 DLMS/COSEM14911.4 DLMS 和CIM 之間的協調15011.5 智能信息語言15111.6 計量總線15111.7 ANSI C12 15111.8 KNX15211.9 ZigBee 智能能源框架15211.10 結論和展望 153參考文獻 154第Ⅳ部分未來應用和展望第12 章 OPC UA：未來智能電網的自動化標準 15912.1 簡介與歷史 15912.2 信息建模 16112.3 通信服務 16312.4 技術映射 16412.5 功能子集（Profile） 16512.6 安全性 16612.7 電力領域數據建模 16712.8 結論和展望 172參考文獻 172第13 章市場通信 17513.1 市場通信及其對IT 標準的需求 17513.2 市場通信的IT 標準及其制定組織 17713.3 小結 187參考文獻 189第14 章前景展望：未來的智能電網通信和標準化 19114.1 有利的方面 19114.2 不利的方面 19214.3 惡劣的一面 19314.4 建議和趨勢 194參考文獻 194附錄A CIM 類包描述 196附錄B CIM RDF 拓撲結構 198附錄C 根據擴展的IEC/PAS 62559 模板建立的示範性用例 200內容索引 206

前言

譯者序“智能電網”就是電網的智能化。其本質的特點是電力和信息的雙向流動性，通過信息實時交換，達到電力一次設備層次上近乎瞬時的供需平衡。它以集成的、高速雙向通信網絡為基礎（信息流），實現高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡（電力流）。“智能電網”經過幾年的發展，在國內外已頗具規模，其相關的研究也取得了很大的進步。歐美國家在政府資金支持下開展的研究和示範項目大部分已完成，正在建立各方普遍認可的標準體繫，以激勵電力公司和其他私有資金投入以及用戶的積極參與，為智能電網技術的大範圍推廣實施掃清障礙。我國將“智能電網”設定為國家戰略，制定了詳細的發展計劃和路線圖，標準體繫也在逐步建立，在起步階段，電網公司也有計劃地部署了一大批研究和工程示範項目，一些成熟的技術目前已進入全面推廣階段。無論是國內還是國外，對於智能電網的發展和建設，標準先行已經成為共識，因為標準化的缺乏會抑制各個（發電、輸電、配電和電力消費者）之間的數據（信息）交換，阻礙繫統的完全優化，使繫統效率降低，甚至有可能出現重復建設等問題。智能電網歐洲技術論壇為應對當前電網向智能電網的演化，在早期的研究中提出在技術層面處理來自不同領域、不同學科的知識整合，以及繫統集成技術與互操作等問題，進而制定和使用智能電網標準的解決方案。歐洲三大標準組織ETSI，CEN 和CENELEC 建立了智能電網協調小組（Smart Grids Co-ordination Group，SG-CG），其主要任務是制定智能電網標準化方案，以保證歐洲智能電網標準化領域的相關技術委員會能夠在接下來幾年保持一致。國內電網公司也為此做了大量工作，專門成立了智能電網標準化組織，負責研究、制定相關的智能電網標準，其中大部分已經作為企業標準發布。本書作者Mathias Uslar 博士在德國FFIS-信息技術學院從事“互操作性和標準化”工作，其重點是在公用事業側開展軟件工程應用和互操作研究，著重於智能電網標準的應用和擴展。SG-CG 參考架構工作組（Reference Architecture Working Group，RAWG）的召集人，Emmanuel Darmois 對本書進行了高度的評價，認為這是一本對於“有意進入和了解智能電網這一有趣而復雜領域”的讀者有意義的教科書。本書前言、章、第二章和附錄由趙江河翻譯，第十三、十四章由劉海濤翻譯，第三章和第八章由呂廣憲翻譯，第五章和第六章由劉軍翻譯，第七章和第九章由王立岩翻譯，第十章和第十一章由陸一鳴翻譯，第四章和第十二章由劉鵬翻譯，全書由趙江河、呂廣憲統稿。在翻譯過程中，得到了中國電力科學研究院配電研究所的大力支持，感謝蘇劍、王猛、李蕊、於輝、吳鳴、季宇、李洋、呂志鵬、梁惠施、馬文媛等諸位同仁的大力支持。本書承蒙配電網領域資深專家、教授級高工侯義明老師審閱，侯老師詳細通讀了本書全部譯稿，並提出了寶貴的意見，在此表示由衷的感謝。本書得到了中國電力科學研究院專著出版基金資助，在此表示由衷的感謝。本書的譯者參與了國家電網公司智能電網標準體繫的研究、規劃、撰寫工作，也較早讀到本書的原版，並從本書獲益匪淺，希望本書的出版能使智能電網標準有興趣的讀者快速獲得手和高度密集的智能電網信息通信技術標準知識，但限於譯者水平，錯誤和缺陷在所難免，希望讀者批評指正。譯者2017-9-19序一積極應對歐洲未來電力能源供應是歐盟委員會（所定義的）“20—20—20” 計劃的重要目標。為了達成這個目標，必須將目前的電力基礎設施演進成為一個智能化、分布式、資源利用高效（減排高效）、穩定可靠、技術與經濟均可實現的（繫統集成體繫）。這對電力公司、供應商、監管機構方及消費者來說，都是一個極大的挑戰。在此背景下，智能電網（發展）已經成為行業關注的焦點。歐盟委員會將現有電網向智能電網的演化視作一個復化的轉換過程，在早期就已經建立了組織架構來應對這個問題。面向未來電網的歐洲技術論壇（European Technology Platform for Electricity Networks of the Future， SmartGrids ETP）是其中一個重要的論壇性組織，致力於推進智能電網領域的政策、技術、研究和發展路徑的研究和成果化，以及聯繫和協調歐洲其他相關計劃。在復雜的智能電網中，價值鏈從發電環節一直延伸到用電環節。除政策法規和市場層面之外，還需要在技術層面處理來自不同領域、不同學科的知識整合，以及繫統集成技術與互操作等問題。上述問題通常通過標準的制定和使用來得到解決並固定下來，標準類型包括過程、數據模型、功能與通信鏈路等。標準化是智能電網發展的關鍵問題之一，所涉及的標準數量大且關繫復雜。因此，歐洲三大標準組織ETSI、CEN 和CENELEC 首先建立了一個聯合工作組（Joint Working Group，JWG），首次在歐洲範圍內將相關領域的專家召集在一起進行協調。該聯合工作組在2011 年5 月發布了一個報告，在充分考慮當時全球範圍內相關工作與進展的基礎上，對歐洲在智能電網領域的標準化前景進行了概述。基於JWG 的工作成果，歐盟委員會向歐洲標準化組織（European Standardisation Organisations，ESOs）發布了M/490 標準化授權和政令，以支持歐洲智能電網的部署和發展。歐洲標準化組織響應M/490 的核心舉措是成立了 CEN、CENELEC 和 ETSI 智能電網協調小組（Smart Grids Coordination Group，SG-CG）。SG-CG 的主要任務是制定智能電網標準化方案，以保證歐洲智能電網標準化領域的相關技術委員會能夠在接下來的幾年內保持一致。此方案以兩個方面為中心：，為智能電網用例、參考架構、通信技術、數據模型和信息安全模型開發提出統一的方法論；第二，篩選出現有標準中適用於智能電網的標準，並提出需要由各技術委員會制定的新標準。本書對 JWG 報告和 SG-CG 小組研究中明確的智能電網建設的關鍵要素和核心標準進行了介紹。此外，還介紹了適用於電力企業的智能電網架構模型（Smart Grid Architecture Model，SGAM），以及適用於未來市場通信、電動汽車和工業自動化的標準。作為 SG-CG 參考架構工作組（Reference Architecture Working Group，RAWG）的召集人，我期待著這樣一本有意義的書能夠對源於 M/490建議的各項智能電網標準進行介紹。我相信，對於有意進入和了解智能電網這一有趣而復雜領域的讀者，本書會成為一個好的入門書籍。Sophia-Antipolis Emmanuel Darmois M/490 參考架構工作組召集人阿爾卡特-朗訊 2012 年9 月序二在2004 年12 月舉行的“屆可再生能源和分布式能源並網”國際會議中，行業的利益相關方和研究團體建議建立一個面向未來電網的歐洲技術論壇。2006 年 4 月，該論壇的咨詢委員會發布了名為“未來歐洲電網的前景與戰略”的智能電網報告（Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future）。無論是輸電網，還是配電網，其前景由市場自由化、以環保為目標的發電技術變化及未來電能使用等多種因素共同驅動。此外，發布於 2007年的戰略研究議程描述了歐洲中短期的主要研究領域，包括技術和非技術兩方面。之後，這些文件啟發了若干歐盟及國家機構的研究與發展項目。除極其重要的市場和政策法規方面，委員會資助的若干示範項目還特別關注和明確了技術互操作和標準化等方面的問題。2011 年 3 月，這個問題通過 M/490 提出並授權委托給相關歐洲標準化組織（ESOs）。 M/490 的目標是在一個共同的框架內發展和更新一繫列標準，將計算與通信技術集成到電力繫統架構、業務過程和服務中，這不僅可以實現互操作，也能夠促成或輔助由智能電網工作組定義的不同等級智能電網服務與功能在歐洲的實施，並確保相當的靈活性以適應未來的發展需求。建築、工業、電器和家庭自動化雖不在M/490 的範圍之內，但它們與智能電網的接口與相關服務需要在該政令框架下解決。本書作者提到了上文所述的Smart Grid Coordination Group 報告中的目標。根據該政令，可持續化過程小組（Sustainable Processes Group）依據IEC PAS2559 方法論對歐洲智能電網的用例進行了收集和協調。基於 JWG 的工作，首批標準工作組創建了智能電網核心標準列表。本書介紹了其中重要的兩個標準——CIM 和IEC 61850。另外，SGIS 在智能電網安全性方面的研究在本書相關章節中也有所體現。本書有三個章節中對參考架構工作組（Reference Architecture Working Group）的核心——智能電網架構模型（SGAM）的起源和應用進行了介紹。本書還討論了其他與M/468 有關的內容，如電動汽車、認證、標準測試、商用通信，以及OPC UA 等自動化標準。本書從多種角度介紹了當前智能電網相關的通信標準及如何應對未來智能電網的方法。希望讀者可以從中受益，明確和清晰了解如何從技術角度實現歐洲可持續和高效智能電網的目標。願本書版一切順利。Thomas Theisen RWE Deutschland AG Essen 新技術主管2012 年9 月前言標準化是智能電網這一新興領域中的一個重要主題。隨著現有保護技術、自動化技術與信息通信解決方案的融合，這些技術在融入智能電網基礎設施中時，互操作問題日益突顯。標準已被證明是應對這個問題的有力解決方案之一。從2008 年以來，標準化這個主題在各種政治和技術議程中成為關注的熱點。在OFFIS 信息技術學院，我們從2004 年已開展該主題相關的研究工作。 2009 年，作為能源研發部門的一部分，互操作和標準化小組成立，工作重點是在公用事業側開展軟件工程應用和互操作研究，著重於智能電網標準的應用和擴展。本書描述了我們的研究趨勢和標準應用方面的工作，個別章節簡要介紹了新出現的智能電網標準及可應用於智能電網發展的衍生方法。本書的主旨，包括IEC 62559 智能電網方法學在用例管理中的應用、歐盟M/490 政令中智能電網架構模型（Smart Grid Architecture Model，SGAM）的使用，以及重要的IEC 標準——CIM 和IEC 61850。此外，還介紹了未來的發展趨勢和新標準。編輯和作者既希望本書能夠成為一本有用的入門級讀物，幫助讀者獲得手和高度密集的智能電網信息通信技術標準知識，也希望本書成為一個參考教材，為讀者提供各類適用於智能電網的標準。作者Oldenburg2012 年9 月

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