智能配电与物联网是传统电力工业技术与物联网技术深度融合产生的一种新型电力网络运行形态,具体地,就是通过赋予配电网设备灵敏、准确的感知能力及设备间互联、互通、互操作的功能,构建基于软件定义的高度灵活和分布式智能协作的配电网络体系,实现对配电网的全面感知、数据融合和智能应用,满足配电网精益化管理需求。
智能配电与物联网的建设发展,使配电网的形态、功能定位发生了改变,现有的智能配电应用技术标准难以满足技术发展要求。为了更好地支撑智能配电应用技术创新需求,亟须开展标准体系研究,制定标准体系路线图,支撑和服务智能配电与物联网创新发展。
梳理、完善智能配电与物联网领域技术标准体系,识别关键标准制修订需求,不仅可提升关键标准的适用性,加快标准化工作进度,支撑标准的推广应用,引导标准化工作有序开展,还可有效保证智能配电与物联网与电力系统、电力用户的互操作性,为参与智能配电与物联网建设的设备/器件制造商、系统集成商、配电网建设单位提供技术指导,保证智能配电与物联网建设的质量与进度,促进产业规模化发展。
与智能配电和物联网密切相关的标准化技术委员会标准体系现状如下所述。
3.1.1.1 国际标准组织
1.IEC/TC 8 SC8B(分布式电力能源系统分技术委员会)
IEC/TC 8 SC8B主要负责组织制定包括分布式能源、虚拟电厂、多能互补系统、非传统配电网在内的交流、直流及交直流混合分布式电力能源系统在建模仿真、规划设计、运行控制、试验检测及保护等方面的IEC标准,以及与相关技术委员会的沟通和协作。目前下设五个工作组,如表3-1所示。
表3-1 IEC/TC 8 SC8B已有工作组名称
截至2021年3月,该分技术委员会共发布国际标准3项,分别为IEC TS 62898-1:2017《微电网—第1部分:微电网项目规划和规范指南》、IEC TS 62898-2:2018《微电网—第2部分:操作指南》、IEC TS 62898-3-1:2020《微电网—第3-1部分:技术要求—保护和动态控制》,正在编制的标准9项,如表3-2所示。
表3-2 IEC/TC 8 SC8B目前正在编制的标准
2.IEC/TC 57(电力系统管理及其信息交换技术委员会)
IEC/TC 57下设WG3(电控协议)、WG10(电力系统IED通信及数据模型)、WG13(能源管理系统应用程序接口:EMS-API)、WG14(配电管理系统接口)、WG15(数据和通信安全)、WG16(解除管制下的能源市场通信)、WG17(微电网、分布式能源和配电自动化的IED通信和相关数据模型)、WG18(水电站的监控通信)、WG19(TC57内长期互操作)、WG20(电力线载波规划:IEC 60495和IEC 60663)、W21(与连接到电网的系统相关的接口和协议配置文件)等工作组。
IEC确定的智能电网核心标准大多由TC57负责制定,如IEC 61968、IEC 61970、IEC 62325、IEC 62351、IEC 61850系列标准,这些标准为保证智能电网互操作奠定了基础。
3.IEC/TC 120(电力储能系统技术委员会)
IEC/TC 120负责并网电力储能系统领域的标准化工作。目前IEC/TC 120已经成立5个工作组,包含储能术语工作组、单位参数和测试方法工作组、规划和安装工作组、环境问题工作组、安全事项工作组。IEC/TC 120的国内技术对口单位为全国电力储能标准化技术委员会,目前已发布IEC 62933系列标准。
4.ISO/IEC JTC1(国际标准化组织/国际电工委员会的第一联合技术委员会)
ISO/IEC JTC1成立了若干分委员会,负责云计算、物联网、人工智能、大数据方面的标准研究和制定,包括SC24(计算机图形图像)、SC27(信息技术的安全性)、SC35(用户接口)、SC38(云计算)、SC40(信息技术治理)、SC41(物联网和数字孪生)、SC42(人工智能)。其中,大数据工作组包含在SC42中。这些分委员会成立时间不久,目前主要开展系统层面(如术语、架构和用例)标准研究。
3.1.1.2 国内标准组织
1.SAC/TC 82(全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会)
SAC/TC 82主要负责全国电力系统管理及其信息交换等专业领域标准化工作,下设变电站、配电网、电网调度控制、数据与信息安全、调度计划与电力市场、电力系统动态监测、电力通信技术、战略协调8个专业工作组,对口IEC/TC 57,其中,变电站工作组对口WG3、WG10、WG17、WG18;配电网工作组对口WG14、WG17;电网调度控制工作组对口WG13;数据与信息安全工作组对口WG15;调度计划与电力市场工作组对口WG16;电力通信技术工作组对口WG20;战略协调工作组对口WG19、WG21。秘书处挂靠在国网电力科学研究院。
电力系统管理及其信息交换标准体系主要包括变电站自动化、配电网自动化、调度自动化、调度计划与电力市场、广域测量、电力物联网、电力通信、用电自动化、电网与用户接口、数据与信息安全、互操作、测试验证等方面的标准,如图3-1所示。
图3-1 电力系统管理及其信息交换标准体系
2.SAC/TC 550(全国电力储能标准化技术委员会)
SAC/TC 550主要负责电力储能技术领域国家标准制定(修订)工作,对口IEC/TC 120,秘书处设在中国电力科学研究院有限公司(简称中国电科院)。
电力储能标准体系包括基础通用、规划设计、施工验收、运行维护、检修、设备及试验、安全、技术管理等方面的标准,如图3-2所示。
图3-2 电力储能标准体系
3.SAC/TC 575
SAC/TC 575主要负责电力需求侧管理基础、需求侧设备与系统、需求侧节能与能效管理、需求侧互动与市场交易(不包含用户用电策略管理)等方面的国家标准制定(修订)工作。秘书处挂靠在南方电网科学研究院。
全国电力需求侧管理标准化技术委员会标准体系如图3-3所示。
图3-3 全国电力需求侧管理标准化技术委员会标准体系
4.DL/TC 02(电力行业电力变压器标准化技术委员会)
DL/TC 02主要负责归口管理电力变压器、电抗器、互感器和消弧线圈等设备的技术条件、运行、安装、试验方面的标准化工作。秘书处设在中国电力科学研究院有限公司。
电力变压器标准体系包括变压器,电抗器,互感器,组部件、原材料及配套设备,消弧线圈及配电设备等方面的标准化,如图3-4所示。
图3-4 电力变压器标准体系
5.DL/TC 27(电力行业信息标准化技术委员会)
DL/TC 27主要负责电力信息技术领域行业标准,以及信息编码、信息技术在电力工业中的应用标准等,下设信息资源规划设备、信息应用系统、信息运行维护、网络安全、电力通信、电力地理信息、电力北斗、电力物联网、能源互联网信息通信、电力大数据、电力遥感气象共11个专业工作组。秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
电力行业信息标准化技术委员会标准体系主要包括12个技术领域,分别为信息通信基础通用、信息资源规划设备、信息应用系统、信息运行维护、网络安全、电力通信、电力地理信息、电力北斗、电力物联网、能源互联网信息通信、电力大数据、电力遥感气象,如图3-5所示。
图3-5 电力行业信息标准化技术委员会标准体系
6.DL/TC 30(电力行业农村电气化标准化技术委员会)
DL/TC 30主要负责农村电气化、农村电气化规划、供用电及安全、农业用电设备和风电、太阳能发电等方面的标准化工作。秘书处挂靠于中国电力科学研究院有限公司。
电力行业农村电气化标准体系主要包括农村电网建设与改造、农村电网运行与控制、农村电网安全与检修三个领域,如图3-6所示。
图3-6 电力行业农村电气化标准体系
7.NEA/TC 3(能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会)
NEA/TC 3主要负责研究电动汽车充电设施标准的体系建设、标准制定(修订)及储能装置在电动汽车上的应用等标准化工作。秘书处设在中国电力企业联合会标准化管理中心。下设无线充电工作组、大功率充电工作组、充电设施检测工作组、信息安全工作组、换电设施标准工作组、特种车辆充电设施标准工作组。
电动汽车充电设施标准体系划分为基础标准、电能补给标准、服务网络标准、建设与运行标准,如图3-7所示。
图3-7 电动汽车充电设施标准体系
8.NEA/TC 35(能源行业电力机器人标准化技术委员会)
NEA/TC 35主要负责电力机器人标准体系统筹管理、基础通用、关键部件、产品类、检验检测类、报废回收等领域的标准化工作。秘书处设在国网山东省电力公司。
电力机器人标准体系划分为基础通用标准、模块及部件标准、系统及应用标准三大部分,如图3-8所示。
图3-8 电力机器人标准体系
9.NEA/TC 42(能源行业配网系统标准化技术委员会)
NEA/TC 42主要负责能源行业配电网系统技术标准化工作,围绕配电网发展的标准化需求,开展基础通用、规划与设计(侧重于技术部分)、施工与验收、运行与维护、配电自动化系统与智能化(系统接口与通信技术除外)等方面标准和规范的制定(修订),构建配电技术标准化体系,为配电网的规划、建设、运维及管理的规范化和标准化提供支撑。秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
能源行业配网系统标准体系主要包括配电网建设(侧重于技术部分)、施工与验收、运行与维护、自动化与智能化(系统接口与通信技术除外)、农村电气化,如图3-9所示。
图3-9 能源行业配网系统标准体系
10.CEC/TC 01(中国电力企业联合会配网规划设计标准化技术委员会)
CEC/TC 01主要负责配网规划设计标准体系的研究及配电网设计相关技术领域的标准化工作,包含配电网规划、勘测、设计等技术标准的研究、编制、审定、推广。秘书处设在国网经济技术研究院有限公司。
配网规划设计标准体系包括技术原则、系统规划、工程设计、设施布局与选型、评价五部分,如图3-10所示。
图3-10 配网规划设计标准体系
11.CEC/TC 04(中国电力企业联合会直流配电系统标准化技术委员会)
CEC/TC 04主要负责直流配电系统标准体系的研究,制定(修订)直流配电施工安装调试、运行维护检修、设备技术要求、试验检测等技术标准。秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
直流配电系统标准体系主要分为基础通用、规划设计、交直流互联、设备选型和试验、施工及验收、并网及检测、运行维护评价、用户接入八个环节,在此基础上,增加了定义、编码导则基础通用类标准。直流配电系统标准体系如图3-11所示。
图3-11 直流配电系统标准体系
直流配电系统标准化技术委员会共组织立项1个IEC工作组、1个CIGRE工作组、23项团体标准,完成了13项团体标准的报批发布工作。
12.CEC/TC 15(中国电力企业联合会电能替代标准化技术委员会)
CEC/TC 15主要负责电能替代技术领域标准化技术归口工作,负责专门针对电能替代领域的国家标准、行业标准、团体标准及规范制定(修订)的专业管理。
电能替代技术标准体系形成了通用和专用两大类。在“双碳”目标下,完善已有电能替代技术标准体系,在通用部分中纳入术语、认定、评价、接入电网、与电网互动接口、集群控制等技术。按照建筑、工业、农业、交通四大重点领域和其他领域梳理电能替代相关技术,如图3-12所示。
图3-12 电能替代技术标准体系
13.CEC/TC 31(中国电力企业联合会人工智能标准化技术委员会)
CEC/TC 31主要开展电力人工智能标准化相关工作,秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
CEC/TC 31围绕人工智能的通用技术、共性技术、标准数据库、标准算例、评价方法五个方面开展标准研制工作。电力人工智能标准体系如图3-13所示。
图3-13 电力人工智能标准体系
14.能源行业综合能源服务标准化工作组
能源行业综合能源服务标准化工作组负责能源综合利用、能源服务、能效监测与诊断、能源托管与运营、系统运行质量、服务质量评价等(规划设计类除外)综合能源服务领域的标准化工作,同时在综合能源供应、综合能源技术装备、综合能源建设运营和综合能源互联网+等与综合能源服务有交集的领域开展标准化工作。综合能源服务标准体系如图3-14所示。
图3-14 综合能源服务标准体系
15.SAC/TC 321(全国电力设备状态维修与在线监测标准化技术委员会)
SAC/TC 321主要负责输变电设备安全运行、维修试验及在线监测技术领域的标准化工作。秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
电力设备状态维修与在线监测标准体系主要包括基础通用类、状态监测类、状态评价及预测类、状态检修类及设备智能化类,如图3-15所示。
图3-15 电力设备状态维修与在线监测标准体系
16.SAC/TC 564(全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会)
SAC/TC 564主要负责微电网与分布式电源并网的规划设计、运行维护、调度运行和试验检测等领域国家标准制定(修订)工作,对口国际电工委员会电能供应系统方面技术委员会(IEC/TC 8),由中国电力企业联合会负责日常管理和业务指导,秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
17.SAC/TC 549(全国智能电网用户接口标准化技术委员会)
SAC/TC 549主要负责电网(运行管理、市场交易、营销管理等应用系统)、第三方服务商与用户之间的接口,以及需求响应、能效管理等智能用电服务领域国家标准制定(修订)工作,对口国际电工委员会智能电网用户接口项目委员会(IEC/PC 118),秘书处挂靠在中国电力科学研究院有限公司。
SAC/TC 549下设4个工作组,其中,架构组为第一工作组,工作范围包括术语、体系架构、总体要求、概念模型、用例分析、安全防护等内容。第二工作组为电力需求响应工作组,主要围绕需求响应系统、终端、测评及业务管理等方面开展标准化工作。
18.SAC/TC 189(全国低压电器标准化技术委员会)
SAC/TC 189负责专业范围为低压开关设备和控制设备,如低压断路器,开关、隔离器、隔离开关与熔断器组合电器,接触器、起动器、过载继电器,控制电路电器,多功能电器,自动转换开关电器、控制和保护电器,接线端子排,模数化组合电器等。秘书处设在上海电器科学研究院。
19.SAC/TC 266(全国低压成套开关设备和控制设备标准化技术委员会)
SAC/TC 266负责专业范围为低压成套开关设备和控制设备。秘书处设在天津电气科学研究院有限公司。
20.DL/TC 43(电力行业供用电标准化技术委员会)
DL/TC 43负责供用电系统规划、配电网设备及运行、配电网系统与自动化、电力营销及信息管理、电力需求侧管理、配电系统线损等领域的标准化工作。
智能配电应用技术标准体系密切结合智能配电与物联网总体发展目标需要,并遵循系统性、继承性和开放性的原则进行构建。
1.系统性
智能配电与物联网涉及领域相对较广,需要以系统性视角,从生产制造到运维检修,从设备到系统,对智能配电与物联网领域进行多层次、多维度、多方向的划分,打造一个协调、完整的智能配电应用技术标准体系。
2.继承性
智能配电与物联网建设涵盖配电设备及物联网、配电网智能运检、配电主站、分布式电源与微电网、配电网新业务与新业态、信息通信等,而上述领域目前已有大量理论研究成果和工程实践基础。智能配电应用技术标准体系应与之相适应,继承和完善已有相关技术标准,固化新技术、新装备、新方向的研究成果。
3.开放性
随着智能配电与物联网建设的深入,配电设备及物联网、配电系统智能运维、配电主站、分布式电源与微电网、配电网新业务与新业态、信息通信等技术领域将面临许多创新需求,需要坚持“标准先行”的工作思路,持续制定或修订相关技术标准。因此,其标准体系应是一个开放、包容、可扩展的系统。
智能配电应用技术标准体系框架如图3-16所示。
图3-16 智能配电应用技术标准体系框架
智能配电基础标准是指在智能配电应用技术标准体系中,普遍使用的、具有广泛指导意义的标准,主要包括术语定义、通用规范等内容,如表3-3所示。
表3-3 智能配电基础标准
1.基础通用
随着智能配电应用技术的发展,需制定普遍使用的、具有广泛指导意义的标准作为其他标准的基础。
(1)在综合能源领域,综合能源基础标准是其他子体系标准制定的基础,在综合能源系统基本原则方面尚未形成统一标准,可优先制定区域综合智慧能源系统方向类标准,以规范和指导建筑楼宇、社区、园区、工业企业场景下智慧能源系统规划设计、工程建设、运行维护和综合服务。
(2)在数字平台领域,目前电力领域缺少物模型行业标准,导致不同的设备厂商、业务部门对同一类设备采用不同的物模型,因此可制定电力物联网信息模型规范方向标准。
2.术语定义
随着智能配电应用技术的发展,为使智能配电与物联网术语标准化,需制定相关的术语标准。
(1)在配电变压器领域,配电变压器的智能化术语与定义标准存在空白。
(2)在虚拟电厂领域,为促进虚拟电厂规范建设,基础规范方面需编制相关国家标准。
(3)在电能替代领域,随着业务发展,亟须规范电能替代相关术语,建议制定相应行业标准。
(4)在数字平台领域,国内区块链领域尚未有成熟的术语标准,建议制定国家标准,确保对区块链和分布式记账技术的主要概念有共同的认知与理解。
3.规划设计
为了规范智能配电与物联网今后的发展方向,需对智能配电与物联网在技术层面的发展进行规划,同时对其技术路线进行顶层设计,制定相应的标准。在综合能源规划方面,可制定区域综合智慧能源系统规划设计及评价导则类标准,以规范和指导建筑楼宇、社区、园区、工业企业场景下智慧能源系统规划设计和评价相关工作。
4.评估评价
随着智能配电与物联网的发展,为了找出智能配电与物联网在建设和运行过程中的问题和差距,提升智能配电与物联网的发展水平,需制定相应的标准。
(1)在直流配电网、新型负荷电能质量指标及限值方面,需制定直流配电网电能指标评价、新型负荷电能质量指标评价等相关规范。同时,为进一步完善电能质量监测系统的技术要求及功能规范,需建立电能质量数据融合及电网运行性能评价标准和评价规范。
(2)在虚拟电厂领域,需制定虚拟电厂领域技术监督与评价规范的相关标准。
3.2.2.1 配电一次设备
近年来,在配电网中涌现出许多新型电气设备,引起了配电网电压波动、闪变和三相不平衡现象,危害到电网中电气设备的经济安全运行。需要修订目前已不满足实际电能质量治理设备应用的标准,制定行业内缺少的设备标准。同时,在新能源、电力电子设备等新型电网电能质量特性方面,需修订电能质量相关标准,以完善标准中的指标及限值内容。
3.2.2.2 一二次融合设备
一二次融合设备包括一二次融合成套柱上开关、一二次融合成套环网箱两种设备,主要是在传统柱上开关/环网箱功能的基础上,将中压一次开关、二次终端、通信模块、自动化模块及电源、监测设备等模块整合设计,实现一二次设备的融合,提升一次设备的智能化水平,同时简化系统接口,减少内部线缆接线,提高系统的可靠性。
目前,该领域相关标准规定了配电网二次终端设备通用的功能和性能、电磁兼容性能、产品安全要求,以及与主站侧的101、104通信协议类型和方式;同时,一些团体标准规定了一二次融合设备交流传感器、柱上开关、电容取电等模块的使用条件、技术要求、试验检验等内容。一二次融合领域的核心标准有1项,如表3-4所示。
表3-4 一二次融合领域的核心标准
除上述已发布实施的核心标准之外,中国电力科学研究院正组织《12kV一二次融合成套柱上开关》《12kV一二次融合成套环网箱》两项电力行业标准及国家电网企业标准《配电一二次融合设备技术条件及检测技术规范》的制定,后续也可作为本领域的核心标准。
为解决传统配电一二次柱上开关存在的接口不匹配,兼容性、扩展性、互换性差等问题,配电设备一二次融合技术正逐步推广。现阶段,一二次柱上开关领域的技术标准体系不完善,需针对设备运维检修、安装运行等方面制定新标准,以指导及推动工程应用。
3.2.2.3 故障指示器
故障指示器为安装在配电线路上,用于检测线路短路故障和单相接地故障并发出报警信息的装置。故障指示器经过几十年的发展,目前已经发展出电缆型、架空型等9种类型,形成了门类较齐全的产品体系。
当前,该领域标准主要面向配电线路故障指示器技术要求、试验方法、检验规则,以及选型原则、检测等,其中,核心标准1项,如表3-5所示。
表3-5 故障指示器领域的核心标准
3.2.2.4 成套设备
成套设备包含配电变压器、智能低压综合配电箱(JP柜)、智能箱式变电站、智能配电柜、智能环网柜等。
在配电变压器方面,传统配电变压器虽然结构简单、效率高、运行可靠、经济性好,但可控性差、功能单一,难以满足智能配电变压器的相关需求。智能配电变压器大大提高了传统配电变压器的功能,但目前缺少标准规范,需制定智能配电变压器定义及功能等相关设备标准。
3.2.2.5 智能传感设备
1.低压智能开关
低压智能开关包括低压智能断路器和剩余电流动作保护器等。低压智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立的新的断路器二次系统。剩余电流动作保护器俗称漏电保护器,主要用来对危险并可能致命的电击提供保护,也能对过电流保护电器不能动作而长期持续的接地故障电流产生的火灾危险提供保护。
目前,低压智能开关领域标准主要面向低压智能开关的总体要求、性能要求、技术要求、试验方法、认证规则等,其中,核心标准6项,如表3-6所示。
表3-6 低压智能开关领域的核心标准
未来配电网将变成一个动态高效、便捷交互、可用于实时信息和功率交换的超级架构网络。为满足低压配电业务全球智能化发展,亟须对低压智能开关相关的各项标准进行修订,以此来进一步推动该领域的发展。
2.智能传感器
智能传感技术对于准确感知配电状态参量,保障配电安全稳定运行具有重要意义。由于被感知对象的复杂性,当前智能传感技术呈现出多样性、边缘性和多领域性。
智能传感设备领域标准主要面向智能传感规定了总体架构,基本概念、术语和定义,传感器信息模型的建模要求、服务及配置方法等,其中,核心标准2项,如表3-7所示。
表3-7 智能传感设备领域的核心标准
3.移动作业终端
随着智能化设备的不断增多,现场运维人员对远程状态查看、数据实时分析的需求越来越多,因此配电移动运维作业将是重要的发展方向,需要针对当前及今后一定时期的配电移动作业标准进行规划和制定。
需要对配电网移动作业终端功能规范、终端配置、数据交互、现场应用、检测检验等方面的标准化和通用性开展相关技术调研,以及开展广泛的讨论和意见征集,并结合现场应用的检验验证,归纳、提炼配电网移动作业的需求,形成符合现场应用要求的移动作业标准。
4.智能换相开关
我国低压配电网长期存在着三相不平衡问题,影响了电网的安全稳定和经济运行。智能换相开关是一种用于改善低压配电网三相负荷不平衡的自动化装置,能在不中断用户供电的情况下,通过对用户侧接入相序进行调整,把用电负荷在各相中均匀分配,从而达到三相平衡的目的。
目前,智能换向开关领域内共有4项相关标准,主要面向智能换相开关装置规定了产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志,以及包装、运输及储存等主要要求,其中,核心标准1项,如表3-8所示。
表3-8 智能换相开关领域的核心标准
目前,智能换相开关方面的标准相对缺失,可制定相关标准以弥补国家标准、行业标准和团体标准空白的问题。
3.2.3.1 台区智能融合终端与边缘物联代理
台区智能融合终端是配电物联网云管边端架构的边缘计算节点,采用“硬件平台化、软件App化”的设计思路,是配电物联网边缘计算的核心载体,是传统工控设备和物联网技术深度融合的最佳实践。
该领域目前共有相关标准43项,其中,国际标准11项、国家标准8项、行业标准12项、团体标准5项、国家电网公司企业标准4项、南方电网公司企业标准3项。国际标准方面,主要面向电信运营商边缘计算、企业与物联网边缘计算和工业边缘计算领域,从边缘计算架构、通信协议和移动边缘计算三个方面定义国外标准系列;国家标准方面,主要面向全域物联网,从体系结构、接口要求、信息安全及信息交换和共享四个方面定义系列标准,适用于各应用领域物联网系统,为物联网系统设计提供参考;行业、团体和企业级标准及相关产业报告方面,主要面向配电物联网及边缘计算领域,从行业的采集协议、接口规范、设备技术规范及边缘计算方面定义系列标准和白皮书。该领域的核心标准共4项,如表3-9所示。
表3-9 台区智能融合终端与边缘物联代理领域的核心标准
续表
随着5G、物联网等新技术的应用,智能分布式FA、配电网差动等技术的推广完善,以及台区智能融合终端工程应用的深入,需对已有标准规范进行修订完善,并制定一批标准。为满足低压配电业务在敏捷连接、实时性、数据优化、业务智能及安全方面的关键需求,传统配变终端引入边缘计算技术,重新定义为融合计算、网络、存储和应用核心能力的台区融合终端,综合考虑边缘设备、边缘微应用和边缘协同三个维度。
3.2.3.2 馈线终端、站所终端
馈线终端(Feeder Terminal Unit,FTU)为安装在配电网馈线回路的柱上和开关柜等处,并具有遥信、遥测、遥控和馈线自动化功能的配电自动化终端。站所终端(Distribution Terminal Unit,DTU)为安装在配电网馈线回路的开关站、配电室、环网柜和箱式变电站等处,并具有遥信、遥测、遥控和馈线自动化功能的配电自动化终端。两类终端在配电网中已大规模应用。
该领域目前的标准主要面向FTU、DTU,规定了总体要求、技术要求、性能要求、结构要求、技术指标、性能指标等主要要求,针对终端应用规定了装置与主站协议、馈线自动化等具体功能实现、检测,以及招标等规范,其中,核心标准3项,如表3-10所示。
表3-10 馈线终端、站所终端领域的核心标准
续表
3.2.3.3 配电网同步相量测量装置(配电网PMU)
配电网同步相量测量装置主要用于配电网,以及用于同步相量测量装置和传输装置,可具备配电网终端“三遥”功能。
目前,该领域标准主要定义了装置的通用技术要求、功能、通信及数据传输协议,以及检测规范等,其中,核心标准3项,如表3-11所示。
表3-11 配电网同步相量测量装置(配电网PMU)领域核心标准
3.2.4.1 数字平台
数字平台是融合技术、聚合数据、赋能应用的机构数字服务中枢。下面从物联管理平台、技术中台和数据中台三个方面重点进行介绍。
1.物联管理平台
物联管理平台是实现物与物、物与人的敏捷连接和智能管理的物联网连接管理平台,提供灵活的应用服务部署和业务交互共享模式,为上层应用提供不同的数据服务,解决不同设备通信协议的数据交互,实现各类数据融合。
物联网领域的相关标准很多,但与配电物联管理平台直接相关的标准较少,目前的标准主要围绕物联平台功能架构展开,规定了物联平台应用场景、功能架构、技术要求、性能指标等,其中,核心标准1项,如表3-12所示。
表3-12 物联管理平台的核心标准
目前在国内可提供物联管理平台的厂商有华为、阿里、京东、信产等,各厂商平台的功能类似,但数据结构、物模型规范不同,导致各平台间难以实现全域物联数据共享。
目前电力领域缺少物模型行业标准,也没有物模型的认证管理机制,从而导致不同的设备厂商、业务部门对同一类设备采用不同的物模型,不利于通过物联管理平台实现全域数据共享。同时,电力物联网络中设备和网络是受限的,因此在选择数据通信协议时需要考虑设备的计算量、存储量、能耗、窄带宽和网络不稳定等因素。常见的数据通信协议有HTTP、XMPP、CoAP、MQTT,其中,HTTP和XMPP网络开销大,CoAP和MQTT更适合物联网受限环境中设备的通信。从市场应用层面看,MQTT发展相对成熟、应用相对广泛,也比较适合设备的远程监控与管理,因此物联管理平台主要基于MQTT实现。但是目前各厂商实现MQTT的方案不同,应制定相关标准,统一规范MQTT的安全防护、消息结构、数据结构、认证鉴权等。
2.技术中台
1)人工智能
人工智能是研究、开发用于模拟人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新技术科学,目标是使用机器代替人类实现认知、识别、分析、决策等功能。以配电物联网为骨干,引入人工智能等技术,可助力城市能源实现智慧化,以及实现综合能源清洁、安全和高效利用。该领域目前有标准1项,为中国电机工程学会团体标准,主要面向智能配用电领域的大数据平台规定了数据内部交互方式及平台对外服务及接口方式。
配电物联网的人工智能应用正蓬勃发展,但相关标准几乎空白。随着配电物联网人工智能领域体系的逐渐完善和经验的逐步丰富,相关标准也应加快制定。
2)区块链
区块链在本质上是一个去中心化的数据库,是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。
目前,该领域的标准主要面向配电物联网区块链,规定了区块链的概念、特征、技术要求,为智能配电及物联网体系内区块链的参考模型、能力要求、主要工作流程和应用用例提供规范性指导和参考。
目前国内缺乏配电领域内区块链的相关标准,智能配电行业开发和应用区块链技术缺乏参考和指导,需要面向区块链基础共性、核心技术、服务、业务应用和保障等方面开展技术标准的布局及研究。
3)移动互联
配电物联网移动互联是指通过移动化管理,可获得相关用户设备的精确定位和移动性信息,其中,核心标准1项,如表3-13所示。
表3-13 移动互联领域的核心标准
当前配用电设备相关安全监测预警与处置体系不完善,缺乏统一协调下的配用电安全互联检测预警体系,导致政府部门、运营企业、安全组织、行业组织和公众用户在应对配用电设备安全威胁方面缺少统一的标准指导。因此应制定配用电设备安全互联相关国家标准。
3.数据中台
配电物联网数据中台主要从后台及业务中台获取相关数据,完成海量数据的存储、计算、产品化包装,为前台定制化创新应用和业务中台持续交互提供支撑。
需对配电各环节的数据建立统一数据标准、赋予统一数据标识、提供统一数据服务,以构建配电数据服务开放共享机制,搭建数据安全防护体系,面向电力企业内外提供各类数据服务。
3.2.4.2 通信接入网
低压电力线宽带载波通信是利用低压电力配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。
目前该领域的标准主要面向低压电力线载波通信互联互通规定了总体技术、物理层协议、链路层协议、应用层协议、检验方法等主要要求,针对互联互通检验方法规定了宽带载波通信单元在传输、电气安全、电磁兼容方面的测试技术要求,其中,核心标准6项,如表3-14所示。
表3-14 低压电力线载波通信领域的核心标准
3.2.5.1 配电自动化主站系统
配电自动化主站应用配电网智能调度与控制、主配电网协同、运行状态管控、配电网数字化服务等技术,构建配电网动态数据感知中心,实现配电网运行状态的动态感知和基于实时/准实时信息分析的决策控制,其中,核心标准13项,如表3-15所示。
表3-15 配电自动化主站领域的核心标准
续表
总体分析,配电自动化支撑系统的标准化设计、施工、验收等工程标准存在滞后情况,需要从配电网规划与设计、施工与验收、设备与设施、运行与维护、自动化等几个方面,对现有标准进行更新,以满足现代配电网的发展需求,支撑新形势下配电网的快速、有序发展。
3.2.5.2 配电物联网主站系统
配电物联网云平台基于微服务架构技术、分布式海量数据存储技术、配电网多元数据的大数据分析技术和人工智能技术等关键技术,支撑物联网架构下的配电主站全面云化和微服务化,实现配电网业务的灵活、快速部署,实现电网状态全息感知、运营数据全面连接、公司业务全程在线、客户服务全新体验、能源生态开放共享。
配电物联网属于新兴业务,标准化尚处于起步阶段,现有核心标准3项,如表3-16所示。
表3-16 配电物联网主站领域的核心标准
随着“云大物移”技术与配电网业务的结合,衍生出新的业务需求:
(1)配电物联网技术方向目前还是空白,尤其在配电物联网云主站方面,围绕“安全、功能、场景、模型”尚无规范。
(2)配电物联网智能终端从接入物联网平台到业务应用的全链路即插即用技术方案还是空白。
(3)电网资源业务中台是支撑配电网业务共性服务沉淀及标准化服务发布的平台。目前该类技术方向在标准化信息模型、共性服务规范和交互规范方面为空白状态。
3.2.6.1 配电设备状态监测
1.配电一次设备状态监测
环网柜是一组输配电气设备装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备,广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站及箱式变电站中。
目前,该领域标准主要面向配电一次设备技术要求、试验方法、检验规则,以及选型原则、检测等,核心标准共3项,如表3-17所示。
表3-17 配电一次设备状态监测领域的核心标准
2.配电线缆状态监测
配电线缆是配电网系统非常重要的组成部分,其质量直接与电力输送是否能够保证高质量及高稳定性有密切关系。配电线缆的运行状态影响整个配电系统的运行可靠性。配电线缆状态监测领域的核心标准有1项,如表3-18所示。
表3-18 配电线缆状态监测领域的核心标准
对配电设备的实时状态进行监测以实现运行状况的预判及告警很有必要。需要修订目前的标准,制定行业内缺少的相关标准,以此来进一步推动该领域的发展。
3.2.6.2 配电设备检测技术
配电设备检测包括配电设备的超声、特高频、高频、暂态地电压、红外、紫外、振荡波局部放电检测,以及超低频电缆耐压、介损、局部放电检测,通过这些检测可有效发现配电网设备的健康水平,为配电网设备的状态检修提供可靠的依据,从而提高配电网供电的可靠性。
该领域的核心标准共6项,如表3-19所示。
表3-19 配电设备检测技术领域的核心标准
续表
配电设备的运行环境恶劣,数量繁多,负荷增长迅速,造成其故障频发,给用户和电力企业造成了较大的经济和社会影响。为了改善目前的状况,配电设备检测新设备、新技术不断涌现,而相应标准规范检测工作亟须补充。
3.2.6.3 配电设备设施电子标签
电子标签是指用于物体或物品标识、具有信息存储机制的、能接收读写器的电磁场调制信号并返回响应信号的数据载体。
目前,该领域标准主要规定了电子标签的基本性能要求、结构要求、技术指标、性能指标等,规定了采用密码技术的电子标签的安全认证、数据存储和通信安全等要求,适用于电子标签的设计、生产、测试和应用等环节。该领域的核心标准共1项,如表3-20所示。
表3-20 配电设备设施电子标签领域的核心标准
近年来,随着配电网标准化建设的不断深入,配电设备设施电子标签的应用日益普及,而配电物联网的应用给电子标签带来新的使用场景。需要修订当前标准,制定缺少的标准。
3.2.6.4 配电站房巡检机器人
配电站房巡检机器人安放(装)于配电站房内和配电站房外,对配电站房环境、局部放电、设备温度、声音、气体、开关位置、表计读数等多维度数据实时感知监控,并做出预测性分析,为精准决策提供科学依据。配电线路巡检机器人用于架空配电线路巡检作业的移动巡检,可自动或人工辅助确定上下线路、自主巡检、遥控巡检、制订巡检计划,对输电线路局部或全线开展自主巡检。配电站房和配电线路智能巡检能有效解决人工巡检消耗大、巡检数据主观性强、巡检过程可追溯性差、巡检质量和实时性无法保证等问题。目前配电站房和配电线路智能巡检机器人技术规范为空白状态,需要制定配电站房巡检机器人技术条件。
3.2.6.5 环境监测终端
环境监测终端安装在电缆隧道、廊道、沟道中,监测人员的身份、行为、装备是否符合安全等规范,并监测作业安全和进展状况,还监测环境状况。环境监测终端是将物联网技术运用于配电环境监测的新型产品,而有关环境监测的标准处于空白状态,需要制定环境监测终端的规范。
3.2.6.6 配电移动作业
配电移动作业是采用专用移动终端对配电设备的运行状态、故障信息、设备信息等进行本地或远程实时查看的一种作业方式。该方式能够降低作业成本,同时方便作业人员更加清晰地了解设备运行状态,提高作业效率,提升供电可靠性。
该领域目前的相关标准主要面向用电信息采集、智能电网接入领域与现场移动作业终端相关的安全防护技术、移动终端功能要求、微功率无线通信技术等。该领域的核心标准有3项,如表3-21所示。
表3-21 配电移动作业领域的核心标准
续表
随着智能断路器、智能传感器等各类智能化设备的不断增加,现场运维人员对远程状态查看、数据实时分析的需求越来越多,当前针对配电移动作业的标准无法满足应用需求,需要针对当前及今后一段时期的配电移动作业规划制定新标准。
3.2.7.1 分布式电源
分布式电源是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。
该领域目前的已有标准主要规定了总体要求、技术要求、性能要求、结构要求、技术指标、性能指标等,针对终端应用规定了装置与主站协议、馈线自动化等具体功能实现、检测及招标等规范。分布式电源领域的核心标准共1项,如表3-22所示。
表3-22 分布式电源领域的核心标准
为适应大规模的分布式光伏的建设和接入电网,坚持安全发展,亟须制定光伏设备性能强制性技术标准、管理规定或法律规范,建立光伏设备准入、检测和监管机制,明确分布式光伏可观、可测、可控及逆变器具备可靠低电压穿越能力等要求。
3.2.7.2 分布式电化学储能
《国家发展改革委国家能源局关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见》要求,“源网荷储一体化”应通过优化整合本地电源侧、电网侧、负荷侧资源,以先进技术突破和体制机制创新为支撑,探索构建源网荷储高度融合的新型电力系统发展路径。为了更好地提升新能源的消纳能力,分布式储能是“源网荷储一体化”最重要的一个环节。
目前该领域的相关标准主要面向分布式电化学储能系统接入配电网的技术要求、运行控制和测试等。该领域的核心标准共2项,如表3-23所示。
表3-23 分布式电化学储能领域的核心标准
在用户侧安装分布式电化学储能系统,迫切需要制定相关标准,规范接入技术要求,明确分布式电化学储能的安全防护措施,加强分布式电化学储能的监控,保障人身、设备和配电网的安全。
3.2.7.3 电动汽车V2G
电动汽车以电代油,能够实现零排放与低噪声,是解决能源和环境问题的重要手段。随着电动汽车数量的不断增加,充分利用电动汽车的“荷-源”双向属性,真正让大规模电动汽车由“电网的充电负担”变为“电网的调控法宝”。
该领域目前属于新兴方向,国内标准化方面主要面向充电设施接入电网技术、充换电设施电能质量、电网间歇性电源与电动汽车充电协同调度技术,以及充换电服务网络信息交换等。电动汽车与电网互动领域的核心标准共1项,如表3-24所示。
表3-24 电动汽车与电网互动领域的核心标准
目前,该领域内国际标准主要为电动汽车与电网互动的通用要求,涉及日本、中国、欧美的三个直流充电系统的连接描述、模型定义等。IEC TC69与ISO成立的JWG1车辆与电网之间的通信接口联合工作组致力于推进ISO 15118系列标准,该标准明确规定了车辆与电网之间通信接口的物理层、数据链路层、网络层及应用层的要求,以及一致性测试。结合中国充换电设施应用实际,中国尚没有采用ISO 15118的技术方案。
由中国主导发起的IEC 63119-1:2019《电动汽车充电漫游服务信息交互 第1部分:通用要求》已经发布,这是世界上首个电动汽车充电服务领域标准,定义了充电服务信息交换的架构和角色、数据传输过程、信息交换功能、安全机制和性能要求等,为电动汽车充电漫游服务信息交互建立了基本准则。目前IEC TC69 WG9充电漫游工作组正在推进IEC 63119-2《电动汽车充电漫游服务信息交互 第2部分:用例》和IEC 63119-3《电动汽车充电漫游服务信息交换 第3部分:消息结构》标准的编制。
由于当前电动汽车与电网互动的专业标准极少,仅限于术语定义、互动要求、有序充电等方面,因此仍需要完善标准体系,加快充放电技术标准的制定和实施。
3.2.7.4 微电网
微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统。微电网分为并网型微电网和独立型微电网,可实现自我控制和自治管理。并网型微电网通常与外部电网联网运行,且具备并离网切换与独立运行能力。微电网领域的核心标准如表3-25所示。
表3-25 微电网领域的核心标准
微电网的建设和维护成本相对较高,目前建成的微电网基本上是科技项目的试验示范工程,离网型微电网由于没有大电网的支撑,还有一些项目在运行,但是主要建立在高于现行电价的基础上。目前在运行的微电网很多仅是作为展示之用,相应的标准也不够完善,应尽快完善标准体系,加快相关标准的制定和实施。