标准化工作是能源行业的重要基础。互联网本质上是先有了TCP/IP等简洁的互联网协议,奠定了开放互联的基础,才引发了后续的迅速发展,几十年来新的应用和模式层出不穷。从国外的标准实践看,只有当业界对基本的概念模型和体系架构达成共识的情况下,才有可能进一步研发具体的标准。这就使得能源互联网标准的制定工作迫在眉睫,以实现标准引领并带动产业和市场的发展。
能源互联网涉及的各项功能的实现需要建立在一系列标准和协议的体系框架基础之上,以解决能源互联网中电网传输、能源精准计量等问题,并控制可再生能源发电和确保安全可靠的能源供应。同时,在电网运营中优化终端用能,集成实时电子通信的相关协议,保证能源生产和负载之间的平衡。
1)组成结构
标准限制的内容可分为规范指导和技术要求两大类,据此可将能源互联网相关标准划分为控制性标准和技术性标准。控制性标准是针对某一系统的综合、系统、指导性的要求。技术性标准是针对某一单元设备或某一功能具体、详细、强制性的要求。能源互联网的控制性标准主要包括系统建设前的规划要求、设计要求以及运行时的指标范围、状态评判和调整等,核心指标是区域内能源利用的最优化状态参数,即可再生能源利用率、系统能效、产品能效。能源互联网的技术性标准主要包括用于能量系统的设备、系统、接口的标准,应用于信息系统的设备、系统、接口的标准,以及应用于业务系统的设备、系统、接口的标准。这些标准设备的使用,保证了较高的系统能效和稳定安全的系统运行。
基于能源互联网三个功能子系统的划分,能源互联网的相关标准可详细划分为通信技术标准、能量系统标准和业务流程标准。通信技术标准主要包括电力质量传感和组网、热力质量传感和组网、数字化气网、多协议物联网网关、能量信息组网协议等。能量系统标准主要包括能源微网设计规范、新能源和分布式占比优化、过程能效和系统能效计算等能效设计标准,分布式发电、无功补偿和继电保护、分布式供热、多电源耦合、多热源耦合等相关设备标准,分布式电源和储能接入、智能配用电、供电和负荷联合预测、能量路由器等能量输配标准,电力快速热拔插、交互式能量管控终端、智能能量表等智能用能标准等。业务流程标准主要包括业务信息、市场准入、供需匹配、能效服务、交易活动等流程规范。
2)重点标准
与传统能源结构相比,能源互联网有三个显著特征:提高能效、优化电网结构、适宜新能源和分布式发展,这是能源互联网能量系统标准制定的关键。能效标准中,能源微网能效标准的制定是重点,产品能效在用电设备上已有较完善的评估体系,而在用热设备上需要重点加强。
完善的集成通信协议是能源互联网体系结构的关键组成部分,是实现信息能源基础设施一体化的基础。能源互联网的集成通信能够从各基础设施中获取大量的数据,以完成能源互联网的高级应用,如实时价格控制、能源传输双向控制等。目前的能源互联网还缺乏一个集成的通信基础架构和协议组,对于能源互联网的各功能部分,虽然其通信协议已经存在,但是这些协议通常局限于能源互联网体系结构的某一层。能源互联网的通信基础设施和协议应具备以下基本要求:能够实现双向通信,具备面向能源互联网高级应用的互操作性,并实现端到端的可靠安全通信。同时,能源互联网系统必须具备稳定性和可靠性,以抵御潜在的网络攻击。
智能电网是能源互联网发展的重要基础,目前对其标准的制定自成系统。国内外对智能电网标准制定均非常重视,在借鉴国际标准体系的基础上,中国也初步建立了自具特色的智能电网标准规划。
能源微网标准体系中,微电网的运行标准、分布式发电和储能系统的接入标准、新能源发电设备及系统的评估标准、智能用电的交互管理标准等是核心标准,一些标准正在制定之中。热电微网综合运行、多热源热力网的运行、分布式供热的接入等标准,亟须研究制定。
3)标准体系框架
能源互联网的标准体系可以划分为四层:
(1)第1层是能源互联网通用基础标准。
(2)第2层是能源互联网的公共支撑性标准,包括术语与缩略语、方法学、用例分析、概念模型、体系架构和技术指导原则等。(www.xing528.com)
(3)第3层是能源互联网的专业基础标准。这是各专业的共性要求,可以分为八个专业,分别是组网、运行管理、测量、互操作、信息集成、安全、市场和技术支持系统。这八个专业是目前的分法,以后不排除增加新的专业,或者在专业领域增加新的个性标准。
(4)第4层是针对各专业的个性标准。这样,通过将通用基础标准、公共支撑性标准和专业基础标准提取出来,既可以避免重复和不一致,也能使个性标准的专业针对性更强。
能源互联网有关的标准协议体系如图16所示。
具体能源互联网的标准体系,可以包括八个部分:
(1)基础与通用部分,包括能源互联网的术语和缩略语、能源互联网的概念模型与体系结构、能源互联网技术导则。
(2)组网与运行管理部分,包括能源互联网组网技术导则、能源组件接入能源互联网技术要求、能源互联网运行管理规程、能源互联网运行性能要求、能源互联网自动化运行导则、能源互联网安全稳定控制导则。
(3)测量与评价部分,包括能源互联网测量体系架构与一般要求、测量数据传输接口与管理规范、测量组件接入能源互联网技术要求。
(4)互操作部分,包括能源互联网互操作框架、能源互联网信息交换模型、能源互联网信息集成规范、能源互联网设备模型、能源互联网事件模型、能源互联网抽象通信服务接口、能源互联网报文映射规范、能源互联网模型符合度认证规范、能源互联网信息编码规范。
图16 能源互联网有关的标准协议体系
(5)安全防护部分,包括能源互联网安全防护导则、能源互联网安全认证规范、网络互联边界防护技术要求。
(6)互动与市场交易部分,包括能源生产与消费模型、能源交易与结算模型、信息披露与互动规范。
(7)质量监督与认证部分,包括能源组件技术要求、能源组件检验及入网认证规范、能源互联网自动化装置技术规范。
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