智能电网国外指标体系-lee

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

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)

根据以上特性的描述，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)

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，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

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 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，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 常规变电站与智能变电站对比

6） 数据采集信息化。模拟量、开关量采集传输网络化、数字化。相比常规变电站，控制电缆减少50％，电缆沟截面减少三分之一。

7） 系统调试工厂化。43天完成全站二次系统108面348套装置的工厂联调和数字动模试验，节约现场安装调试60天，整体缩短工期30天。

8） 具备无人值班功能。采用一体化全景信息平台，优化整合全站数据，提高了变电站运行水平，实现了一次设备可视化、状态检修、智能告警等高级应用功能，首次实现了750千伏变电站无人值班。

9） “一键”式倒闸操作。综合应用顺序控制、智能告警、故障推理与分析决策等高级应用，实现自动操作，改变了传统倒闸操作方式。

10）优化设备安装布置。330kV

电子式互感器与刀闸静触头共柱安装，可节约占

地约4亩。

2、经济性

1）技术含量最高、创新技术最多的智能变电站。大量集成应用国产智能一次设备、电子互感器、一体化全景信息平台等智能化关键技术，以及“三通一标”、“两型一化”等标准化成果，统筹安全、效能、寿命期成本关系，节能、节地、节水、节材。工程建设成果涵盖多项原始创新和集成创新，引导推动了我国电工装备业技术创新和进步。

2）同等规模占地最小的750千伏变电站。在变电站安全可靠前提下，优化变电站接线和间隔布置、优化配电装置型式和道路设置，应用超跨距构架大联合技术、一次设备组合技术，显著减少变电站占地。

3）厂房面积最小的750千伏变电站。根据智能站和无人值班特点，整合二次系统功能配置，优化房间设置，减少冗余，首次在750千伏变电站采用单层结构主控通信楼，显著减少变电站厂房面积。

4）首次采用750kV 变压器智能通风系统。采用节能电机和风扇，根据变压器负载匹配冷却器投入，实现通风系统经济运行，减少站用负荷，节能降耗。

5）首次在750千伏变电站全面采用构架大联合技术。取消了全站构架温度伸缩缝，节省占地，减少钢材耗量。

6）首次在最高等级湿陷性黄土地区，采用挤密桩和灌注桩复合地基处理技术。针对湿陷性和大荷载对桩基的不同要求，采用挤密和灌注复合桩，减少桩基数量，节省投资。

3、社会性

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，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。