智能电网标准 规范 需求与技术

对于现存的众多智能电网标准，世界各国政府和工业组织已经了解并认可这些标准所发挥的关键作用。《智能电网标准——规范、需求与技术》可以帮助智能电网专业人员对基本智能电网标准进行分类，并快速找到分析和实施智能电网系统所需的构建模块。根据电网要求，本书对不同标准进行系统地编排以方便查找。它还涵盖了更广泛的智能电网领域，包括但不限于以下内容：
? 1）全面介绍智能电网标准及其面向开发人员、消费者和服务提供商的应用；
? 2）介绍智能电网的新标准，包括NIST、IEC、ISO ZigBee、IEEE、HomePlug、SAE及其他国际和地区标准化组织的关键标准；
? 3）涵盖风能、太阳能光伏、燃料电池、抽水蓄能、核能发电，以及地热能和生物质能等其他替代能源的简短技术概述和标准；
? 4）为智慧储能和插电式电动汽车提供简短的技术概述和标准，包括分布式能源（DER）、储能和电动/插电式汽车；
? 5）探讨未来低碳电网的情景，描述新能源并网的潜力，以及智能电网的相应政策和运营挑战；
? 6）总结了本书中提到的所有标准。
针对智能电网标准这一需要综合论述的主题，《智能电网标准——规范、需求与技术》是电网公司、信息和通信技术制造商、电信运营商、工程师和研究人员、电气工程专业的研究生以及政府和行业监管机构的理想选择。本书对测试型实验室和认证机构也大有裨益。

《智能电网标准——规范、需求与技术》是一本全面介绍智能电网标准的译著。全书涵盖了智能电网所涉及的相关技术内容和标准，包括智能电网发展政策、全球范围内的关键项目取得的进展、各国和国际标准组织之间的合作，以及未来发展趋势等。全书共分为10章，探讨了可再生能源发电、电网、智慧储能和电动汽车、智慧能源消费、智能电网通信、智能电网防护与安全、智能电网的互操作性、多种可再生能源并网等内容。《智能电网标准——规范、需求与技术》内容丰富，全面展示了智能电网的概念。《智能电网标准——规范、需求与技术》适用于电力系统、电气工程等专业高年级本科生、研究生的智能电网课程，也可作为电力行业的研究人员或相关政策和标准制定人员的参考用书。

Takuro Sato分别于1973年和1994年获得新潟大学电子工程专业学士和博士学位。他曾在日本东京电气工业株式会社的研发实验室工作，主要从事脉冲编码调制传输系统和移动电话系统研究，并为1983-1997年CCITT SG17移动数据传输、1990-1995年美国电信行业协会(TIA)/TI宽带码分多址（W-CDMA）系统以及1995-1996年第三代合作伙伴计划（3GPP）的标准化工作做出贡献。于1995年在新潟理工学院信息与电子工程系担任教授。他在2000年成立公司Key Stream，为Wi-Fi系统提供大规模集成电路，并于2001年成立WiViCom，通过产学研合作提供无线系统设计。自2004年以来，他一直担任早稻田大学全球信息与电信研究院院长。目前主要研究下一代移动通信系统、智能电网/能源和社会信息基础设施网络。自2010年以来，他一直担任IEICE ICT-SG（日本电子信息通信学会智能电网信息技术专委会）的主席，是美国电气电子工程师学会（IEEE）会士。

Daniel M.Kammen是加州大学伯克利分校核工程系高曼公共政策学院能源与资源集约管理学的特聘教授，是可再生能源实验室（RAEL）和运输可持续性研究中心（TSRC）的主任。在2010-2011年，担任可再生能源与能效首席技术专家。他已发表300多篇同行评审论文、50份政府报告，出席美国众议院和参议院听证会40多次。他现在是美国国务院美洲能源和气候伙伴关系（ECPA）的研究员、政府间气候变化专门委员会（IPCC）的首席科学家，曾获得2007年诺贝尔和平奖。

段斌分别于1992年和2004年获得北京航空航天大学和湘潭大学的硕士和博士学位。现任湘潭大学信息工程学院教授、副院长，并于2012年在美国弗吉尼亚大学担任客座教授。他是智能电网领域国家自然科学基金（NSFC）多个项目的带头人，中国国家863计划基金项目副主任，中国教育部教育管理信息中心校园卡标准化研究所副所长。研究领域包括信息安全、智能电网和软件工程。出版了两本著作，获得5项专利，并在中国期刊和相关SCI/EI国际期刊以及会议上发表大量论文。他是中国电工学会的高级会员，也是IEEE会员。

Martin Macuha分别于2007年和2011年获得斯洛伐克理工大学和早稻田大学电信专业硕士学位和无线通信专业博士学位。他于2007年加入Orange Slovakia，于2008年成为早稻田大学研究生，2011年成为早稻田大学研究员，自2012年起，在日本东京的Orange Labs工作。研究领域包括无线技术、智能电网通信网络、异构网络和分布式系统。

周振宇分别于2008年和2011年在早稻田大学获得无线通信专业硕士学位和博士学位。2011-2012年，他担任日本东京KDDI技术部的首席研究员；2012年起，担任华北电力大学电气与电子工程学院副教授，智能网络技术研究所副所长；2019年起，担任华北电力大学电气与电子工程学院教授、博士生导师，学院科研助管。研究领域包括无线通信系统、无线传感器网络、需求响应以及智能电网的数据挖掘。已发表30多篇同行评议论文，已获得两项专利。他是IEEE和IEICE会员。

伍军出生于中国湖南。他于2011年9月在日本早稻田大学全球信息与电信研究院（GITS）获得博士学位。2011年12月至2012年，他担任日本国家先进工业科学与技术研究所（AIST）安全系统研究所（RISEC）的特别研究员。他目前是上海交通大学的助理教授，研究领域包括智能电网中传感器网络安全和传感器网络应用。他是IEEE会员。

Muhammad Tariq于2009年获得汉阳大学的硕士学位，并获得日本政府（MEXT）奖学金，并于2012年获得早稻田大学的博士学位。目前，他是巴基斯坦白沙瓦FAST-NUCES电气工程系的助理教授，巴基斯坦高等教育委员会（HEC）在电气工程领域的博士生导师。研究领域包括无线自组织和传感器网络系统，以及智能电网中的有线和无线系统。他在IEEE VTC 2010中荣获学生论文奖，并在JSST 2011中荣获杰出演讲奖，在2008-2009届会议上荣获韩国IT部颁发的Brain Korea 21（BK21）研究基金。已发表25篇论文，包括SCI索引和同行评审论文以及本地和国际会议论文集。他是IEEE、IEICE、日本模拟技术学会（JSST）和巴基斯坦工程委员会（PEC）会员。

Solomon Abebe Asfaw分别获得巴赫达尔大学和挪威科技大学物理学学士学位与硕士学位；获得本-古里安大学第二硕士学位与博士学位，专攻能源系统建模。他是以色列大学杰出博士生2010年度沃尔夫奖的获得者，目前是加州大学伯克利分校的博士后研究员。研究领域包括高间歇性可再生能源（太阳能和风能）渗透下，电网、储能的设计、调度和规划等。他在同行评议期刊、著作及会议论文集中发表多篇文章。

译者序
原书前言
致谢
作者简介
第1章 智能电网概述1
1.1简介1
1.2智能电网相关组织概述2
1.2.1智能电网标准发展组织3
1.2.2面向智能电网的技术联盟、论坛和专家组6
1.2.3其他政治、市场及贸易组织、论坛和联盟8
1.3美国智能电网发展现状10
1.3.1战略发展规划11
1.3.2政策和执法12
1.3.3政府和公司试点项目13
1.4欧盟智能电网发展现状13
1.4.1欧盟的活动13
1.4.2欧盟成员国的活动15
1.5日本智能电网发展现状17
1.6韩国智能电网发展现状18
1.7中国智能电网发展现状19
1.8小结20
参考文献20
第2章 可再生能源发电24
2.1简介24
2.2可再生能源系统与智能电网25
2.2.1水力发电25
2.2.2太阳能29
2.2.3风能35
2.2.4燃料电池40
2.2.5地热能43
2.2.6生物质能46
2.3可再生能源系统面临的挑战51
2.3.1成本过高51
2.3.2可再生能源集成并网51
2.3.3供电可靠性51
2.3.4输电51
2.3.5配电52
2.4小结52
参考文献52
第3章 电网55
3.1电网系统56
3.2电网重要标准概述57
3.3智能电网通信57
3.3.1变电站通信：IEC 61850标准57
3.3.2远程控制通信：IEC 60870-5标准62
3.3.3控制中心通信：IEC 60870-6标准65
3.4能量管理系统69
3.4.1应用程序接口: IEC 61970标准69
3.4.2软件应用程序间集成：IEC 61968标准74
3.5远程保护设备82
3.5.1IEC 60834概述82
3.5.2远程保护指令方案的类型83
3.5.3指令型远程保护系统的要求83
3.5.4远程保护系统的性能要求84
3.5.5远程保护系统性能测试84
参考文献85
第4章 智慧储能和电动汽车89
4.1简介89
4.2电能存储90
4.2.1电能存储概述90
4.2.2电能存储技术及应用90
4.2.3标准化项目和工作93
4.3分布式能源95
4.3.1分布式能源概述95
4.3.2技术和应用96
4.3.3相关标准化进程和项目97
4.4电动汽车99
4.4.1电动汽车概述99
4.4.2电动汽车的发展历史100
4.4.3电动汽车的类型101
4.4.4电动汽车的电池102
4.4.5电动汽车并网技术的机遇与挑战104
4.4.6电动汽车的标准化106
4.5小结112
参考文献113
第5章 智慧能源消费116
5.1简介116
5.2需求响应116
5.2.1需求响应技术概述116
5.2.2需求响应技术与障碍117
5.2.3需求响应相关标准化工作118
5.3高级计量体系标准120
5.3.1 AMI系统121
5.3.2 IEC 62056和ANSI C12标准122
5.3.3计量标准化项目和相关工作125
5.4智能家居与楼宇自动化标准127
5.4.1 ISO/IEC 信息技术——家庭电子系统（HES）132
5.4.2 ZigBee/HomePlug SEP 2.0135
5.4.3 OpenHAN 2.0143
5.4.4 Z-Wave147
5.4.5 ECHONET149
5.4.6 ZigBee家庭自动化（ZHA）公共应用程序配置文件150
5.4.7 BACnet153
5.4.8 LONWORKS154
5.4.9 INSTEON156
5.4.10 KNX156
5.4.11 ONE-NET158
5.4.12智能家居与楼宇自动化标准的比较159
5.5小结161
参考文献161
第6章 智能电网通信165
6.1简介165
6.1.1智能电网通信要求166
6.1.2标准列表167
6.2智能电网的通信系统架构171
6.2.1智能电网中的互联网协议172
6.3有线通信173
6.3.1电力线通信173
6.3.2光纤通信177
6.3.3数字用户线和以太网180
6.4无线通信180
6.4.1概述180
6.4.2无线超短距离通信183
6.4.3无线个域网和未授权频谱中的相关技术185
6.4.4授权频谱中的蜂窝网络和WiMAX技术193
6.4.5卫星通信197
6.5小结199
参考文献200
第7章 智能电网防护与安全204
7.1简介204
7.2智能电网的威胁性和脆弱性205
7.2.1网络脆弱性205
7.2.2通信错误206
7.3智能电网通信网络标准206
7.3.1无线网络标准206
7.3.2有线网络标准及其安全扩展206
7.4智能电网无线网络防护机制207
7.4.1无线标准化智能电网防护机制概述207
7.4.2设备接入207
7.4.3保护正常通信210
7.5智能电网中有线网络的防护/安全机制212
7.5.1有线智能电网安全技术概述212
7.5.2通信基础设施的基本安全机制214
7.5.3安全扩展原则214
7.5.4安全拓展中的安全措施214
7.6功能性安全的典型标准217
7.6.1 IEC 62351 标准217
7.6.2 IEC 61508 标准219
7.7讨论221
7.7.1安全与防护221
7.7.2防护等级222
7.7.3安全等级222
7.7.4开放性问题222
7.8小结224
参考文献224
第8章 互操作性227
8.1简介227
8.1.1互操作性和互换性227
8.1.2网络互操作性的挑战228
8.1.3增加互操作性的应用程序228
8.2互操作性标准229
8.3 NIST确定的标准清单233
8.4 NIST互操作性233
8.5智能电网概念参考模型234
8.6标准化确定的不同优先领域235
8.6.1广域态势感知235
8.6.2需求响应和消费者能源效率236
8.6.3智能储能236
8.6.4电力交通236
8.6.5网络安全236
8.6.6网络通信237
8.6.7AMI237
8.6.8配电网管理237
8.7优先行动计划238
8.8不同层次的互操作性239
8.9小结240
参考文献241
第9章 多种可再生能源并网242
9.1简介242
9.2间歇性可再生能源系统并网的挑战243
9.2.1传统电力系统的运行243
9.2.2间歇性可再生能源系统并网的影响244
9.3向高可再生电网的过渡246
9.3.1规划研究246
9.4高并网率和规模化电网储能251
9.4.1电网匹配分析——以色列电网案例251
9.4.2存

气候变化的不利影响和可持续发展战略需要改变目前的发电、输电、配电和用电的方式。智能电网的研究是实现这一目标的关键途径。在《智能电网标准——规范、需求与技术》中，我们简单地将智能电网视为多种技术和政策交融的枢纽，这使得未来的电网更加高效、可靠和清洁。如今，各种标准发展组织（SDO）和行业正在努力研究与智能电网相关的标准和技术；同时，世界各国政府正在逐步颁布面向电网现代化的行政指令。《智能电网标准——规范、需求与技术》概述了全球在智能电网标准制定方面的进展及其未来发展趋势、智能电网发展政策以及主要国家发起的关键项目，以及国家、地区和国际标准制定组织之间的合作。
《智能电网标准——规范、需求与技术》并不是一份提供智能电网技术描述文档，而是各个研究领域的工作者之间合作的结果，他们的研究兴趣包括环境和可持续性、能源技术、发电、电力电子以及信息和通信技术。因此，《智能电网标准——规范、需求与技术》的主要目的是汇集智能电网的各个方面，例如电网自动化、清洁能源技术方面的进展，在互操作性、潜在技术方面的挑战，克服这些挑战的政策，以及在智能家居和需求响应措施领域的进展。我们希望本书能够更全面地展示智能电网概念。此外，《智能电网标准——规范、需求与技术》特别适用于工程专业本科生和研究生的智能电网课程。对于在物理学、政策学和工程科学领域广泛开展工作的研究人员而言，它也可作为研究智能电网的简明参考。

作者