IEEE智能电网标准体系及研究进展

王 涛，赵晓明，余志慧，张 彩，陈建梅

（1.国网浙江省电力公司，杭州 310007；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；3.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009）

IEEE智能电网标准体系及研究进展

王 涛1，赵晓明2，余志慧3，张 彩2，陈建梅2

（1.国网浙江省电力公司，杭州 310007；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；3.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009）

智能电网的发展离不开技术标准的支撑，IEEE作为全球最大的专业技术组织，其标准协会IEEE-SA已经着手规划和推动智能电网标准的研究和实践，颁布了一系列智能电网新技术标准，初步形成了智能电网标准体系。以IEEE智能电网标准为研究对象，系统介绍了IEEE智能电网标准的发展历史、标准框架、专业分布、智能电网标准远景规划和研究进展等内容，以期为我国智能电网标准的制定和标准化工作提供借鉴和参考。

标准体系；智能电网；IEEE；远景规划

0 引言

随着全球资源环境压力的日益增大、电力市场化进程的持续推进、用户环保意识的与日俱增，以及对电能可靠性、质量要求的不断提高，全球能源向多元化、清洁化、电气化和智能化方向快速推进和演化。灵活、安全、可靠、经济、友好的智能电网不仅能够保障能源供应，还可以大规模接纳可再生能源并实现智能互动，成为世界电网发展的主流趋势[1-8]。

与任何技术的发展一样，智能电网的发展离不开技术标准的支撑，技术的执行者、生产者和整合者只有通过统一的标准才能定义和执行新的技术。为此，以美国和欧盟为代表的一些国家和地区，以及国外研究机构和标准化组织着手开展了规划和推动智能电网标准的研究和实践，颁布了一系列以互操作技术为代表的智能电网新技术标准[9-10]。例如，IEC（国际电工委员会）于2008年成立SG3智能电网战略专家组负责制定智能电网标准框架，重点关注智能电网设备和互操作协议与模型，先后推出了涉及开放架构的IEC 62357标准，涉及公共信息模型的IEC 61970标准，涉及变电站自动化的IEC 61850标准，涉及配电管理的IEC 61968标准，涉及网络安全的IEC 62351标准等5个关键标准。NIST（美国国家标准技术研究所）也是智能电网标准的主要研究单位之一，2010年1月由其主导并发布的《智能电网互操作标准框架和技术路线图》推动了智能电网互操作标准的广泛采用。

IEEE（电气电子工程师学会）作为全球最大的专业技术组织，在智能电网概念普及之初，其下设的IEEE-SA（IEEE标准协会）就已经开始着手制定相关标准，至今已颁布智能电网标准198项，包括IEEE P2030系列在内的多项智能电网标准在全球处于领先地位，并且新技术标准仍在源源不断地推出[11-13]。

针对IEEE智能电网标准的研究，国内还鲜有开展，下面以IEEE智能电网标准为研究对象，系统介绍IEEE智能电网标准的发展历史、标准框架、专业分布、相关合作标准和智能电网标准远景规划等内容，以期为我国智能电网标准的制定和标准化工作提供借鉴和参考。

1 IEEE智能电网标准概述

1.1 国内外智能电网定义

由于发展环境和驱动因素的不同，各个国家的电网企业都在按自己的理解对智能电网进行研究和实践，各国智能电网发展的思路、路径和重点也各不相同。因此，智能电网概念本身也在不断发展、丰富和明晰中[6]。文献[14]提出，智能电网是将信息技术、通信技术、计算机技术、先进的电力电子技术、可再生能源发电技术和原有的输配电基础设施高度集成的新型电网。然而，有国外学者指出此种智能电网体系是当代尚处在转型中的一种智能电网体系拓扑结构，未来的新型智能电网则是一种即插即用的集成智能微电网群，不仅依靠“电力交换高速公路”进行能量交换，还通过“数据交换高速公路”互联，实时进行协调控制[15]。这种新型智能电网体现了IEEE所倡导的用户广泛参与、高度双向互动、自愈安全兼容、交互协调高效的特征[16]。在IEEE的智能电网定义中，信息交换和控制技术、分布式计算技术、新型储能技术和电动汽车技术广泛融合于电力系统传统技术中，构成了完整的信息构架和基础设施体系，形成一个新型的现代化电网[17]。

1.2 IEEE及其标准体系

IEEE的前身是成立于1884年的AIEE（美国电气工程师协会）和成立于1912年的IRE（无线电工程师协会）。前者主要致力于有线通信、光学以及动力系统的研究，后者则是国际无线电领域不断扩大的产物。1963年，AIEE和IRE宣布合并，IEEE正式成立。如今，IEEE在全球160多个国家拥有400 000多名会员，在航空航天、生物科技、计算机工程、新能源、地理信息系统、神经网络、无线通信等高科技领域都走在了前沿。

IEEE标准协会IEEE-SA是世界领先的标准制定机构，并和多个国际标准组织建立了战略合作关系，其中包括IEC、ISO（国际标准化组织）、ITU（国际电信同盟）等。目前，IEEE-SA已成为包括智能电网在内的新兴技术领域标准的核心来源。IEEE-SA至今共制、修订标准6 523项，其中现行有效标准1 838项，涉及航空航天、生物工程、能源电力、交通运输等领域，图1为IEEE标准体系及其行业分布。

图1 IEEE标准体系及其行业分布

1.3 IEEE智能电网标准发展历程

IEEE-SA围绕IEEE对智能电网的定义以及智能电网内涵的不断延伸，先后将其原有的32项标准纳入智能电网标准体系，特别是在2009年3月19日，IEEE批准成立了P2030工作组，专门负责智能电网相关标准的制定工作，智能电网标准不断扩充。IEEE智能电网标准发展历程和关键时间节点如下：

（1）2009年成立工作组。2009年3月IEEE批准成立P2030工作组，专门负责智能电网相关标准的制定工作。2009年6月工作组发布了《智能电网互操作框架》，涉及智能电网术语、特性、性能、评价标准以及电力系统、终端电器及负载的互操作工程应用准则。2009年7月在加拿大卡尔加里召开会议，关注可再生能源、灵活交流输电、需求侧管理、双向信息显示装置等内容。2009年10月在美国纽约讨论发电、输电、配电、储能及用户间的互操作性界面划分，连接限制，通信链路和数据存储要求等内容。

（2）2011年颁布智能电网互操作性指南。工作组推出了《能源技术和信息技术与电力系统（EPS）、最终应用及负荷的智能电网互操作性指南》，用于指导未来智能电网标准的开发。

（3）2013年关注可再生能源。工作组关注可再生能源、动态转换负载等内容，关注电动汽车与电网的互操作性问题、智能电网的离散和混合型存储设备的整合问题，以及对存储系统与电网互连标准方面的相关测试程序做出指导。

（4）2016年颁布智能电网远景标准及路线图。IEEE公布了智能电网远景标准及路线图2030系列和2050系列，主要集中在计算技术、通信技术、控制系统、车辆技术、网络安全、电能消费、家庭与智能电网，目标是利用潜在的应用场景，全面研究和提供下一代智能电网关键支撑技术。

P2030工作组聚焦电力、通信和信息技术三大领域，通过开放式流程，广泛调动行业团体参与标准制定工作，重点聚焦于智能电网的互操作，力图实现能源技术、信息技术和通信技术的融合，建立行业普遍认可的智能电网标准。

P2030工作组主要围绕智能电网的互操作性进行标准的制定，涉及发电、输电、配电、用户侧服务，具体包括可再生能源、储能、电动汽车充电桩、灵活交流输电、可适应性继电器、动态转换负载、自动故障隔离/电路恢复、需求侧管理、双向信息显示装置、运行数据和非运行数据安全等内容。

2011年起，IEEE-SA在智能电网标准制定上开始提速，全年总共发布了31项智能电网标准，直至今日颁布数量仍保持高位。表1给出了部分IEEE智能电网标准。

2 IEEE智能电网标准体系

图2为IEEE智能电网标准体系，包含智能电网基础标准181项，智能电网远景标准18项。181项智能电网基础标准分布在通信、网络、广播；组件、电路、设备和系统；场、波、电磁学；通用设计指南；电力、能源和工业应用5大类别中。IEEE 2030系列智能电网标准主要分布在智能电网基础标准的通信、网络、广播；组件、电路、设备和系统2个类别中。

从更细化的专业类别看，变电站通信设备标准、继电保护标准、通信协议标准数量排在IEEE智能电网标准中的前3位，其中变电站通信设备标准有42项之多，排在第1位，另外分布式能源标准、测量标准和断路器标准数量也较多（如图3所示）。

3 IEEE智能电网远景标准

2013年以来，IEEE公布了一系列旨在促进持续创新和全球智能电网发展的2030年、2050年标准研究项目。这些项目主要集中在计算技术、通信技术、控制系统、车辆技术、网络安全、电能消费、家庭与智能电网，目标是利用潜在的应用场景，全面研究和提供下一代智能电网关键支撑技术。

参与智能电网远景规划项目的IEEE组织包括IEEE通信协会，IEEE计算机学会，IEEE控制系统学会，IEEE智能交通协会和IEEE电力与能源学会。根据IEEE的要求，这些智能电网研究项目都包含一个长期的远景文件、参考模型和路线图，以及一些短期的有利于解决更为紧迫问题的研究，涵盖预测智能电网的未来发展和未来所面临的技术挑战和机遇。

表1 部分IEEE智能电网标准

图2所示IEEE智能电网标准体系包含了IEEE智能电网2030远景和2050远景。其中，IEEE 2050电网远景包含3个标准文件，分别是《IEEE 2050电网远景》、 《IEEE 2050电网远景、参考模型》、 《IEEE 2050电网远景、路线图》。IEEE 2050电网远景系列标准，旨在提供智能电网标准未来发展的指导方针和优先事项，特别是针对发电、输电、配电和终端使用领域，也涵盖了相关的操作和控制问题，定义了未来的能源供应、生产和使用等应用场景。

IEEE 2030智能电网远景系列标准，则涉及到计算技术、通信技术、控制系统、车辆技术，且每个技术主题各包含3方面内容，分别是未来图景、技术参考模型和技术路线图。

图2 IEEE智能电网标准体系

图3 IEEE智能电网标准专业类别细分

以通信技术为例，在未来图景文档中，首先介绍了智能电网通信基础设施基本架构，接着介绍了通信网络架构和层次，最后介绍了一些新兴技术，如固态变压器、无线电力传输和量子密钥分配等；在技术参考模型中提出，在同一时空模型中，在电网上直接“覆盖”通信网，使任何通信技术都可以为电网服务；而技术路线图则是其未来图景文档的进一步补充，提出通信技术将是未来智能电网的主要实现技术，因为数据交换的需求将扩大到整个智能电网。通信技术将有助于提高智能电网负荷预测水平、电网的自愈能力和可靠性，促进消费者主动参与需求侧响应机制，还能提高抵御物理和网络攻击的能力。智能电网通信也将有助于提高电能质量，让可再生能源更加方便地并入电网，协助优化资产和服务，提高经营效率。

有关计算技术的3个标准，则专注于广义的计算技术，跨多个计算学科，聚焦计算技术在未来电网中所扮演的角色，提出了多种应用场景下的应用模式，例如大功率输电系统、孤岛发电以及不同的需求侧参与，旨在提高电力系统的性能和容量、可靠性和弹性。在计算技术路线图中，提出了短期（0～5 年）、 中期（6～15 年）和长期（15年以上）的分时段阶段性演化的概念。

有关控制技术的3个标准，涉及控制系统在智能电网进化中的作用。同样聚焦控制技术在可再生能源利用、智能电网自愈技术、储能技术、电力市场、需求侧响应、微电网、虚拟发电厂等新技术领域的应用，提出一种新的控制理念，类似设计出一个分布式系统接口，与社会科学诸如经济学、社会学和心理学进行连接，并提供上述关键基础设施系统的蓝图，以确保在智能电网传统领域（如发电、输电、配电、电力市场、电力电子）和新兴领域（如可再生能源、电动汽车、需求侧响应、可控负载）之间进行优化控制，增加系统弹性和可靠性，构造一个整体的、普遍的闭环系统，关注底层的物理连接拓扑结构和各个领域之间的动态相互作用及其控制算法和结构。

汽车电动化将是未来智能电网的重要组成部分。IEEE有关智能电网电动汽车的2个标准从6个不同角度讨论了电动汽车技术在未来30年里的发展远景：社会、经济、政治的影响；电动汽车与智能电网互动；基础设施；旅行；通信；运行和应用场景。涉及到模型渗透，交通网格互操作，电动汽车高级应用和电动汽车外设技术。

除了上述计算技术、通信技术、控制系统、车辆技术外，IEEE智能电网远景技术标准还提出了“智能电网消费者社会化”、“智能电网的网络安全”和“智能电网对其连接家庭的影响”3个远景标准，涉及网络安全漏洞、网络威胁和攻击、隐私、价值链、与消费者关系等方面。

4 结语

深入研究IEEE智能电网标准的发展历史、标准框架、专业分布、相关合作标准和智能电网标准远景规划等内容，有助于推动我国智能电网国际标准的制定和实施，提升我国标准的国际竞争力，支撑智能电网“中国制造2025”战略和能源互联网“走出去”、“一带一路”行动计划。研究内容将为完善我国智能电网领域的标准化工作提供借鉴和参考。

[1]张文亮，刘壮志，王明俊，等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009，33（13）∶1-11.

[2]谢开，刘永奇，朱治中，等.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008，41（6）∶19-22.

[3]倪敬敏，何光宇，沈沉，等.美国智能电网评估综述[J].电力系统自动化，2010，34（8）∶9-13.

[4]严太山，程浩忠，曾平良，等.能源互联网体系架构及关键技术[J].电网技术，2016，40（1）∶105-113.

[5]宋璇坤，韩柳，鞠黄培，等.中国智能电网技术发展实践综述[J].电力建设，2016，37（7）∶1-11.

[6]肖世杰.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化，2009，33（9）∶1-4.

[7]周骏汇，查理，马钧.电动汽车V2G接入电网对电网负荷的影响分析[J].浙江电力，2014，33（8）∶10-14.

[8]汪景，夏华丽，丁伟伟.电网工程造价标准体系框架建设研究[J].浙江电力，2016，35（11）∶54-59.

[9]刘文，杨慧霞，祝斌.智能电网技术标准体系研究综述[J].电力系统保护与控制，2012，40（10）∶120-126.

[10]李博，张书琦，汪可.特高压交流输电标准国际化需求与 IEC 标准修订建议[J].电网技术，2014，38（5）∶1156-1161.

[11]辛耀中.智能电网调度控制技术国际标准体系研究[J].电网技术，2015，39（1）∶1-10.

[12]马君华，张东霞，刘永东，等.能源互联网标准体系研究[J].电网技术，2015，39（11）∶3035-3039.

[13]乐文海，何春林，郑正仙，等.国内电动汽车充换电设施标准体系[J].浙江电力，2017，36（3）∶5-8.

[14]刘振亚．全球能源互联网[M]．北京∶中国电力出版社，2015．

[15]H FARHANGI.The Path of the Smart Grid[J].IEEE Power&Energy Magazine，2010，8（1）∶18-28.

[16]GW ARNOLD.Challenges and Opportunities in Smart Grid∶A Position Article[J].Proceedings of the IEEE，2011，99（6）∶922-927.

[17]X YU，C CECATI，T DILLON，et al.The New Frontier of Smart Grids[J].Industrial Electronics Magazine IEEE，2011，5（3）∶49-63.

Review and Research Progress of IEEE Smart Grid Standard System

WANG Tao1， ZHAO Xiaoming2，YU Zhihui3，ZHANG Cai2，CHEN Jianmei2

（1.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China；3.State Grid Hangzhou Power Supply Company， Hangzhou 310009，China）

Technical standards are essential to the development of smart grid.IEEE is the largest professional technical organization in the world and IEEE-SA is undertaking the planning and promotion of smart grid standard research and practice by issuing a series of technical standards for smart grid to form preliminary smart grid standard system.Taking IEEE smart grid standard as the research object，the paper introduces its development， standard framework， professions distribution as well as long range planning and research of smart grid standards，expecting to provide reference for the establishment of smart grid standards and the standardization work in China.

standard system；smart grid；IEEE；long range planning

10.19585/j.zjdl.201709002

1007-1881（2017）09-0008-05

TM76

B

国家863高技术基金项目（2015AA050104）

2017-07-27

王 涛（1976），男，高级工程师，从事人力资源管理工作。

赵晓明（1976），男，高级工程师，研究方向为电力系统继电保护、电力科技情报等。（通讯作者）

（本文编辑：方明霞）