赛迪顾问信息化研究中国智能电网云计算应用研究Word文档下载推荐.docx
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当前智能输电网主要面临的问题是设备利用率低,可靠性不高;
安全裕度过大,节能减排优化调度较差;
接受间歇式可再生能源接入能力较差。
基于上述问题,需要利用云计算技术的强大数据存储和处理能力发展动态信息监测平台,线路在线监测,基于实时参数的潮流计算等应用解决这些问题。
2、变电环节云计算应用需求
智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一,是智能电网的重要组成部分,也是实现风能、太阳能等新能源接入电网的重要支撑。
智能变电站是衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键,在技术和功能上能更好地满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求。
在智能变电站的建设中存在全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化的需求,需要利用云计算技术的强大数据存储和处理能力实现设备数字化管理、信息流双向流动、多业务协同、智能告警等应用。
3、配电环节云计算应用需求
智能配电网络是坚强智能电网的基石,可以满足用户对供电可靠性、电能质量及优质服务的要求,满足分布式电源、集中与分布式储能的无扰接入,保证电网安全经济运行和提高电能质量。
需要利用云计算技术的强大数据存储和处理能力推进配电自动化系统和配网调控一体化,实现对配电网的灵活调控与优化运行;
加强配电网生产指挥与运维管理的信息化建设,并实现各类应用系统的有机整合以及与调度、用电等环节的双向互动。
4、调度环节云计算应用需求
对于智能电网的调度运营来说,需要实现广域预警、高度一体化的协调控制等功能,需要有效控制分布在网络上的众多组件之间的数据流向和顺序,实现数据交换、传输和存储的高速、可信、易于扩展和管理,并在此基础上,通过有效地分析处理,指导电网企业电网调度过程中正确决策和合理资源调配,这就要求具备强大的数据存储和数据处理能力。
5、用电环节云计算应用需求
随着客户的服务需求升级,客户对电网企业的服务理念、服务方式、服务内容和服务质量不断提出新的更高要求,智能电网通过传感器连接,形成完整的用电和信息交互网络,并对其中信息加以整合分析,指导用户或直接进行用电方式调整,实现电力资源的最佳配置,达到降低客户用电成本、提高供电可靠性和用电效率的目的。
智能电网需要利用云计算的强大数据存储和处理能力,实现电网需求侧的监测和控制,自动完成购、售电市场分析与预测,以提高电能质量和供电可靠性,创新商业服务模式,提升电网与用户双向互动能力和用电增值服务水平。
6、管理环节云计算应用需求
电网经营管理数据广域分布、种类众多,包括实时数据、历史数据、文本数据、多媒体数据、时间序列数据等各类结构化和半结构化数据,各类数据查询与处理的频度及性能要求也不尽相同。
电网企业需要建立基于云计算的企业级搜索应用通过强大的运算能力对结构化数据和非结构化数据进行索引,提供对用户检索的支持。
二、智能电网云计算应用架构
(一)总体架构
智能电网云计算总体架构如下图所示,通过虚拟化技术对电力基础设施资源进行池化,通过IaaS管理实现基础设施资源的统一管理,按照业务系统的需求。
动态分配资源供业务系统使用。
同时建立PaaS支撑管理平台,通过将IT支撑系统的共性需求进行抽象汇总,形成服务能力,最后以API的形式提供业务系统使用。
图1智能电网云计算应用总体架构图
资料来源:
赛迪信息2012,02
✧综合管理层:
基于虚拟化和分布式的软、硬件架构,将各个管理模块尽量集约化的同时却不丧失灵活性。
✧应用管理层:
为电网企业提供尽可能丰富的创新功能,为用户简化IT流程。
智能电网云计算应用种类繁多,既可以是受众庞大的标准应用,如邮件、OA等;
也可以是定制的服务应用,如电力互动营销、CRM、ERP等;
也可以高级应用,比如智能电网云计算搜索、电力调度和决策分析。
✧表示层:
提供应用的接口,交付的不仅是一组服务集合,并且要求这些功能协调的、方便的、完全统一的应用。
✧云终端:
通过统一的高效能智能电网云计算支撑平台门户,为电网用户、合作伙伴和内部员工三类用户提供服务。
云终端即包括家家户户的智能电表,也包括了电力专业控制终端,还包括了电网企业员工都使用的桌面终端。
✧安全体系:
智能电网云计算安全体系从组织、制度、流程、标准和信息安全技术等方面,对电力企业的云计算安全建设进行统一的规范。
✧管理体系:
在集中统一的智能电网云计算管理模式下,按照管理任务科学设置或调整组织机构,划分任务、角色、岗位,合理配置管理资源,达到人、工具、流程的有机融合。
✧标准体系:
相应的智能电网云计算标准规范集,包括硬件资源接入标准规范、数控设备接入标准规范、软件资源的集成规范和用户与终端交互操作标准规范等。
(二)应用体系
智能电网云计算的建设应以社会用户服务需求为导向,以先进信息、通信和控制技术为手段,以满足经济社会可持续发展为目标,以智能电网网架为基础,以信息平台为支撑,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,构建贯穿发电、线路、变电、配电、用电服务和调度全部环节和全电压等级的电网可持续发展体系。
图1智能电网云计算应用体系过程视图
在智能电网云计算平台的支撑下,可实现全面支撑电网行业各个业务环节的应用。
其应用过程如上图所示,首先是电力生产运营资源的共享与整合,信息采集可通过平台进行虚拟化云端接入,封装形成虚拟化的资源,由智能电网云计算服务平台统一进行管理和控制。
如平台用户有智能表计业务需求、客户服务需求、实验仿真需求、经营管理需求等,则通过平台需求发布、供需匹配寻找到所需服务资源。
智能电网云计算平台基于云服务资源构件进行高效、动态的服务聚集、服务整合,从全局和局部的角度来进行服务提供者和服务资源的匹配技术和优化选择算法,最后基于网络提供智能电网云计算服务。
(三)支撑保障体系
1、管理体系
根据赛迪信息研究,智能电网云计算管理体系架构分为智能电网云计算组织、智能电网云计算制度与流程、智能电网云计算管理工具三个层次,实现智能电网云计算规划、建设、运行维护、升级改造、资金预算管理、智能电网云计算培训、智能电网云计算绩效管理等各个环节的管理。
图2智能电网云计算管理体系架构图
2、安全体系
对于电网行业,解决云计算安全问题的当务之急是,针对威胁,建立综合性的智能电网云计算安全框架,并积极开展其中各个智能电网云计算安全的关键技术研究。
根据赛迪信息研究,初步提出一个参考性的智能电网云计算安全架构,该架构包括物理和环境安全、通信和操作安全、访问控制安全、系统开发运维安全、信息安全事件管理和业务连续性,为实现智能电网云计算用户安全目标提供技术支撑。
图3智能电网云计算安全体系架构图
3、标准体系
标准制定是智能电网云计算发挥其价值的必要基础,智能电网云计算标准化工作是推动电网行业云计算技术、应用及发展,以及智能电网建设的重要基础性工作之一。
智能电网云计算相关标准体系的建设,可参考如下的标准体系架构图进行规划和研制,主要包括智能电网云计算基础标准、智能电网云计算数据类标准、智能电网云计算技术类标准和智能电网云计算管理标准。
图4智能电网云计算标准体系架构图
三、智能电网云计算应用场景
(一)应用场景综述
根据赛迪信息研究,智能电网云计算主要的应用场景集中6大环节,分别是智能输电、智能变电、智能配电、智能调度、智能用电和智能管理。
云计算是支撑智能电网建设的重要手段,智能电网的建设对云计算应用提出了更高的需求,要求贯通智能电网的发电、输电、变电、配电、用电、调度6个环节,实现信息的全面采集、流畅传输和高效处理,支撑电力流、信息流、业务流的高度一体化;
建立信息共享透明、集成规范、功能强大的业务协同和互操作平台;
实现海量信息的可靠存储与管理,充分挖掘信息的潜在价值,提升智能分析和决策支持水平。
图5智能电网云计算应用场景总体框架
(二)云计算与智能输电
1、应用概述
输电和变电、配电、用电一起,构成了电力系统的整体功能。
通过输电,把相距甚远的发电厂和负荷中心联系起来,使电能的开发和利用超越地域的限制。
和其他能源的传输(如输媒、输油等)相比,输电的损耗小、效益高、灵活方便、易于调控、环境污染少;
输电还可以将不同地点的发电厂连接起来,实行峰谷调节。
输电是电能利用优越性的重要体现,在现代化社会中,它是重要的能源动脉。
基于智能电网云计算的智能输电具有以下特征:
✧面向过程。
电网控制保护的实时数据基础从基于断面逐步转变为面向过程。
✧突出协调。
控制保护的功能从局部逐步走向全局,推进解决全局与局部的功能协调、全局控制方案与电网快速动态的速度协调2个协调问题。
✧强调适应。
强调电网控制适应复杂系统的变化,不仅重视在线稳态计算,而且重视在线动态计算,强化电网深度计算对控制保护方案的支撑作用。
✧控制灵活。
信息技术、自动化技术和输电技术的融合应用与发展,使电网控制方式更加灵活。
✧实现自愈控制。
智能电网云计算可以为输电网计算与控制提供高性能的并行处理能力,通过云技术推进自愈电网或电网自愈控制(selfhealingcontrol)的实现,是电力输送控制的必然趋势。
2、体系架构
云计算可以为电力系统计算提供高性能的并行处理能力,并提供并行编程模式使并行算法的开发变得简单方便。
通过基于智能电网云计算的实时或超实时仿真技术的应用,可实现故障发展快速仿真的实时预测功能,为调度员提供紧急状态下的决策支持。
基于智能电网云计算的输电电力系统,以协调、有效和可靠的组合方式实现电网正常运作,具有自愈功能,能够快速地响应电力市场和用户的需求;
具有强大而智能化的通信架构,能够实现实时、安全和灵活的数据交换,从而为用户提供安全、可靠、优质、经济的电力服务。
基于智能电网云计算的智能输电仿真计算体系架构包括物理层、虚拟资源层、核心服务层、应用接口层和应用服务层五个层次。
图6基于智能电网云计算的智能输电仿真计算体系架构图
1)物理资源层:
是智能电网云计算的物理设备和资源的基础。
智能电网云计算中的资源包括发电、输电、变电、配电、调度、计量等各种能力单元。
2)虚拟资源层:
把数据资源、计算资源和算法虚拟化封装和规范化描述,物理资源影射成逻辑资源能力,形成虚拟化的电力资源和能力。
3)核心服务层:
主要包括电网自愈控制、智能电网云计算搜索、电力云监控、大规模仿真、复杂环境模拟、复杂问题求解等功能模块。
4)应用接口层:
通过对智能电网云计算服务平台中已有的、适合的云服务进行重用、组合、验证,构成即时应变的松耦合智能电网云计算服务应用。
5)应用层:
在知识、语义、数据挖掘、机器学习、统计推理等技术的支持下,为用户提供智能化的主动服务,包括基本潮流计算、拓朴分析、状态估计、短路电流计算机、静态安全分析、保护定值在线整定、电力故障诊断、故障预测、电压稳定分析与控制、分布式电源规划、电网规划等。
3、典型应用场景-潮流计算
电力系统潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算,是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。
潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行状态下的计算,包括节点电压和功率分布,用以检查系统各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求,功率的分布和分配是否合理的等。
潮流计算机结果可用于电力系统稳态研究、安全估计或最优潮流等,对潮流计算的模型和方法有直接影响力。
云计算平台的集成计算引擎将赋予支持系统强大的计算处理能力,特别是时间要求高、计算量大的应用,能给调度业务相关人员提供足够的时间来响应紧急问题并将数据转化成信息用于快速决策,从而更有效地确定现有的、正在发展的和潜在问题的解决方案,并提交给系统管理人员进行判断。
电力系统模型可以在云环境下直接搭建,这充分发挥了其仿真平台的优越性。
再借助丰富的工具箱资源,可以很方便在电力系统中实现超实时仿真,同时利用其中的模糊逻辑工具箱和神经网络工具箱可更方便实现各种复杂的控制方法。
图7基于智能电网云计算的智能输电仿真实现潮流计算
(三)云计算与智能变电
变电站作为电网中的基础节点,智能变电站是衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键,智能化变电站是智能电网中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的重要电力设施,是智能电网“电力流、信息流、业务流”三流汇集的焦点,对建设智能电网具有极为重要的作用。
通过研究基于智能电网云计算的智能变电站,可以极大的提高智能电网的可扩展性,为虚拟变电站的实现提供的新方法,减少电网扩建的大量投资,为智能电网在我国的建立和实现提供强有力的技术支持。
基于智能电网云计算的智能变电站具有以下特征:
✧站域保护。
利用云控中心采集全站信息并进行分析计算,优化后备保护、辅助保护性能,提高保护对智能变电站多种运行方式的自适应能力。
利用冗余信息比对相关数据和装置状态,实现继电保护的状态检测和检修。
✧信息流双向流动。
智能电网云计算支持信息流的双向流动,信息不仅从站端流向调度,同时也可以实现站端从调度以及其他站端获取相关信息。
✧多业务合作协同。
通过智能电网云计算,实现信息资源的实时在线互操作能力、动态处理和协调能力,实现全站数据唯一化、应用一体化、业务智能化。
✧设备可视化管理。
可采集主要设备(变压器、断路器等)状态信息,进行可视化并发送到上级调度中心,为实现设备的状态监测和综合优化管理提供基础。
✧智能告警及故障信息综合分析。
通过智能电网云计算,对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理,自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见,为主站提供智能告警。
在故障情况下对保护装置、相量测量、故障录波等数据综合分析,并将故障分析结果可视化。
传统变电站的综合自动系统虽然基本实现了计算机化和网络化,但是由于缺乏统一的通信规约标准,设备间互操作性差,很难实现全站设备信息及操作一体化;
而基于智能电网云计算的智能变电站可以对站内智能电子设备的信息描述与访问方法都进行全面的定义和规范,形成统一的通信规约平台,设备间可实现无缝连接,具有互操作性,便于维护和更新,减少投运时间,提高工作效率。
基于智能电网云计算的智能变电站的一、二次设备可以分为三层:
智能云控层、间隔层和过程层。
图8基于智能电网云计算的智能变电站体系架构图
(1)过程层:
包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。
(2)间隔层:
指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主IED等二次设备,实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能,即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。
间隔层由各种不同间隔的装置组成,这些装置直接通过局域网或者串行总线与智能云控层联系;
也可设有数据管理机或保护管理机,分别管理各测量、监视元件和各保护元件,然后集中由数据管理机和保护管理机与智能云控层通信。
(3)智能云控层:
包括自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统、对时系统等,实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能,完成数据采集和监视控制(SCADA)、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。
通过智能云接口,实现与智能电网云计算平台的数据流的互动,实现包括在线监测、故障分析、保护仿真和故障预警等功能。
3、典型应用场景-共享联动
电力系统通常包括多套信息化子系统,如调度自动化系统、配电自动化系统、生产管理系统等。
由于这些系统通常由不同的公司提供,其管理也往往分属于电网公司中的不同部门,如调度、营销、配电等,站端相应的也存在多个系统,因此往往存在着数据来源不一,数据模型维护不及时、彼此间缺乏必要的协商和沟通等问题。
智能电网云计算平台通过安装在各处的自动监测装置负责搜索设备运行中的各种信息,纵向上负责与上级调度的信息交互,横向上负责与相邻站、与其它新能源、与用户之间的信息交互、行为互动,在掌握充分信息的情况下协调、决策这些设备的运行。
基于智能电网云计算的智能变电站通过全景广域实时信息统一同步采集,实现变电站自协调区域控制保护,支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用;
设备信息和运行维护策略与电力调度实现全面互动,实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理。
图9基于智能电网云计算的智能变电站实现信息共享联动
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