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| 內容簡介： |
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本书主要对JWG 报告和SG—SG 小组研究中明确的智能电网建设的关键要素和核心标准进行了介绍，并重点介绍了智能电网安全性需求的不同标准：IEC 61850 和CIM，以及智能电网架构模型SGAM的使用指南。此外，还介绍了适用于电力企业的智能电网架构模型，适用于未来市场通信、电动汽车和工业自动化领域的标准。本书适合于有意进入和了解智能电网领域的读者作为入门级教材使用。
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| 關於作者： |
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原著作者MathiasUslar毕业于德国奥尔登堡大学就读计算机科学辅修法律信息，后任职于OFFIS-信息系统研究所，从事电网领域智能电网标准化的工作。是德国GI,IEEE,ACM会员。译者赵江河，国家电网智能电网专家，中国电科院配用电所副总工，长期从事调度自动化和配电自动化工作。中国电机工程学会电力系统自动化专委会，配电自动化学科组成员，中国电机工程学会高级会员,国家电网公司新技术推广专家。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会委员。主持开发过多个调度自动化系统和配电自动化系统。主持参与国家电网《智能电网技术标准体系研究与标准编制规划》、《智能电网关键技术研究》、《智能电网关键设备研制规划》等国家电网的智能电网主要纲领性技术报告的编写工作。
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译者序序一序二前言致谢第Ⅰ部分 基础知识和介绍第1 章 简介和智能电网基础知识31.1 什么是智能电网31.2 智能电网标准化的一般驱动因素51.3 国际通信与数据模型核心推荐标准61.4 欧盟M490 政令对CENCENELEC 和ETSI 的授权71.5 结论10参考文献10第Ⅱ部分 要 求 和 架 构第2 章 智能电网需求工程152.1 动机152.2 需求工程的概念和工作流程（过程管理）162.3 智能电网的互操作需求182.4 智能电网需求构架观点202.5 利用“智能电网架构模型”完成“高级计量基础设施”的需求分析212.6 智能电网的长期需求管理282.7 总结与展望32参考文献32第3 章 基于IECPAS 62559 的智能电网用例管理353.1 智能电网用例模型的简介353.2 智能电网用例描述需求 363.3 智能电网用例方法 373.4 总结和展望 48参考文献 48第4 章 智能电网架构开发 504.1 架构开发的动力 504.2 架构 514.3 企业架构视角 554.4 企业架构开发及其管理方法 564.5 结论和展望 61参考文献 63第5 章 能源领域中信息模型的管理 655.1 智能电网和企业面临的挑战 655.2 信息模型介绍 675.3 德国能源领域用于需求分析的信息源 705.4 能源领域的信息系统 725.5 能源参考模型目录 755.6 总结和展望 77参考文献 78第Ⅲ部分 标 准 和 应 用第6 章 ICT 和能源供应：IEC 6197061968 公共信息模型 836.1 简介 836.2 数据模型 846.3 子集 866.4 序列化 876.5 组件接口规范（CIS） 936.6 接口参考模型（IRM）946.7 工具 946.8 结论和展望 96参考文献 96第7 章 智能电网自动化：IEC 61850 变电站自动化和DER 通信 987.1 IEC 61850 标准系列简介 987.2 历史与概况 997.3 架构1007.4 标准系列的各部分1027.5 结论和展望106参考文献106第8 章 智能电网安全性：IEC 62351 及其相关标准1088.1 引言与推动因素1088.2 先前事件和攻击模式1098.3 推荐的安全标准1108.4 安全指标1188.5 安全模式1198.6 结论120参考文献120第9 章 智能电网测试：规范性、一致性、互操作性1229.1 测试原理1229.2 IEC 61850 测试1269.3 公共信息模型（CIM）测试129参考文献133第10 章 电动汽车领域标准13510.1 引言13510.2 路线图13510.3 场景13610.4 电动汽车信息安全14210.5 电动汽车领域的现有ICT 标准14410.6 结论和展望145参考文献145第11 章 欧洲智能电能表14711.1 引言14711.2 CENCENELECETSI 智能电能表协调小组对欧盟授权M441 的报告14811.3 IEC 62056 DLMSCOSEM14911.4 DLMS 和CIM 之间的协调15011.5 智能信息语言15111.6 计量总线15111.7 ANSI C12 15111.8 KNX15211.9 ZigBee 智能能源框架15211.10 结论和展望 153参考文献 154第Ⅳ部分 未来应用和展望第12 章 OPC UA：未来智能电网的自动化标准 15912.1 简介与历史 15912.2 信息建模 16112.3 通信服务 16312.4 技术映射 16412.5 功能子集（Profile） 16512.6 安全性 16612.7 电力领域数据建模 16712.8 结论和展望 172参考文献 172第13 章 市场通信 17513.1 市场通信及其对IT 标准的需求 17513.2 市场通信的IT 标准及其制定组织 17713.3 小结 187参考文献 189第14 章 前景展望：未来的智能电网通信和标准化 19114.1 有利的方面 19114.2 不利的方面 19214.3 恶劣的一面 19314.4 建议和趋势 194参考文献 194附录A CIM 类包描述 196附录B CIM RDF 拓扑结构 198附录C 根据扩展的IECPAS 62559 模板建立的示范性用例 200内容索引 206
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译者序“智能电网”就是电网的智能化。其最本质的特点是电力和信息的双向流动性，通过信息实时交换，达到电力一次设备层次上近乎瞬时的供需平衡。它以集成的、高速双向通信网络为基础（信息流），实现高度自动化和广泛分布的能量交换网络（电力流）。“智能电网”经过几年的发展，在国内外已颇具规模，其相关的研究也取得了很大的进步。欧美国家在政府资金支持下开展的研究和示范项目大部分已完成，正在建立各方普遍认可的标准体系，以激励电力公司和其他私有资金投入以及用户的积极参与，为智能电网技术的大范围推广实施扫清障碍。我国将“智能电网”设定为国家战略，制定了详细的发展计划和路线图，标准体系也在逐步建立，在起步阶段，电网公司也有计划地部署了一大批研究和工程示范项目，一些成熟的技术目前已进入全面推广阶段。无论是国内还是国外，对于智能电网的发展和建设，标准先行已经成为共识，因为标准化的缺乏会抑制各个运行单元（发电、输电、配电和电力消费者）之间的数据（信息）交换，阻碍系统的完全优化，使系统效率降低，甚至有可能出现重复建设等问题。智能电网欧洲技术论坛为应对当前电网向智能电网的演化，在早期的研究中提出在技术层面处理来自不同领域、不同学科的知识整合，以及系统集成技术与互操作等问题，进而制定和使用智能电网标准的解决方案。欧洲三大标准组织ETSI，CEN 和CENELEC 建立了智能电网协调小组（Smart Grids Co-ordination Group，SG-CG），其主要任务是制定智能电网标准化方案，以保证欧洲智能电网标准化领域的相关技术委员会能够在接下来几年保持一致。国内电网公司也为此做了大量工作，专门成立了智能电网标准化组织，负责研究、制定相关的智能电网标准，其中大部分已经作为企业标准发布。本书作者Mathias Uslar 博士在德国FFIS-信息技术学院从事“互操作性和标准化”工作，其重点是在公用事业侧开展软件工程应用和互操作研究，着重于智能电网标准的应用和扩展。SG-CG 参考架构工作组（Reference Architecture Working Group，RAWG）的召集人，Emmanuel Darmois 对本书进行了高度的评价，认为这是一本对于“有意进入和了解智能电网这一有趣而复杂领域”的读者有意义的教科书。本书前言、第一章、第二章和附录由赵江河翻译，第十三、十四章由刘海涛翻译，第三章和第八章由吕广宪翻译，第五章和第六章由刘军翻译，第七章和第九章由王立岩翻译，第十章和第十一章由陸一鸣翻译，第四章和第十二章由刘鹏翻译，全书由赵江河、吕广宪统稿。在翻译过程中，得到了中国电力科学研究院配电研究所的大力支持，感谢苏剑、王猛、李蕊、于辉、吴鸣、季宇、李洋、吕志鹏、梁惠施、马文媛等诸位同仁的大力支持。本书承蒙配电网领域资深专家、教授级高工侯义明老师审阅，侯老师详细通读了本书全部译稿，并提出了宝贵的意见，在此表示由衷的感谢。本书得到了中国电力科学研究院专著出版基金资助，在此表示由衷的感谢。 本书的译者参与了国家电网公司智能电网标准体系的研究、规划、撰写工作，也较早读到本书的原版，并从本书获益匪浅，希望本书的出版能使智能电网标准有兴趣的读者快速获得第一手和高度密集的智能电网信息通信技术标准知识，但限于译者水平，错误和缺陷在所难免，希望读者批评指正。译 者2017-9-19序一积极应对欧洲未来电力能源供应是欧盟委员会（所定义的）“20—20—20” 计划的重要目标。为了达成这个目标，必须将目前的电力基础设施演进成为一个智能化、分布式、资源利用高效（减排高效）、稳定可靠、技术与经济均可实现的（系统集成体系）。这对电力公司、供应商、监管机构方及消费者来说，都是一个极大的挑战。在此背景下，智能电网（发展）已经成为行业关注的焦点。欧盟委员会将现有电网向智能电网的演化视作一个复杂和多元化的转换过程，在早期就已经建立了组织架构来应对这个问题。面向未来电网的欧洲技术论坛（European Technology Platform for Electricity Networks of the Future， SmartGrids ETP）是其中一个重要的论坛性组织，致力于推进智能电网领域的政策、技术、研究和发展路径的研究和成果化，以及联系和协调欧洲其他相关计划。在复杂的智能电网中，价值链从发电环节一直延伸到用电环节。除政策法规和市场层面之外，还需要在技术层面处理来自不同领域、不同学科的知识整合，以及系统集成技术与互操作等问题。上述问题通常通过标准的制定和使用来得到解决并固定下来，标准类型包括过程、数据模型、功能与通信链路等。标准化是智能电网发展的关键问题之一，所涉及的标准数量大且关系复杂。因此，欧洲三大标准组织ETSI、CEN 和CENELEC 首先建立了一个联合工作组（Joint Working Group，JWG），首次在欧洲范围内将相关领域的专家召集在一起进行协调。该联合工作组在2011 年5 月发布了一个报告，在充分考虑当时全球范围内相关工作与进展的基础上，对欧洲在智能电网领域的标准化前景进行了概述。基于JWG 的工作成果，欧盟委员会向欧洲标准化组织（European Standardisation Organisations，ESOs）发布了M490 标准化授权和政令，以支持欧洲智能电网的部署和发展。欧洲标准化组织响应M490 的核心举措是成立了 CEN、CENELEC 和 ETSI 智能电网协调小组（Smart Grids Coordination Group，SG-CG）。SG-CG 的主要任务是制定智能电网标准化方案，以保证欧洲智能电网标准化领域的相关技术委员会能够在接下来的几年内保持一致。此方案以两个方面为中心：第一，为智能电网用例、参考架构、通信技术、数据模型和信息安全模型开发提出统一的方法论；第二，筛选出现有标准中适用于智能电网的标准，并提出需要由各技术委员会制定的新标准。本书对 JWG 报告和 SG-CG 小组研究中明确的智能电网建设的关键要素和核心标准进行了介绍。此外，还介绍了适用于电力企业的智能电网架构模型（Smart Grid Architecture Model，SGAM），以及适用于未来市场通信、电动汽车和工业自动化的标准。作为 SG-CG 参考架构工作组（Reference Architecture Working Group，RAWG）的召集人，我期待着这样一本有意义的书能够对源于 M490建议的各项智能电网标准进行介绍。我相信，对于有意进入和了解智能电网这一有趣而复杂领域的读者，本书会成为一个最好的入门书籍。Sophia-Antipolis Emmanuel Darmois M490 参考架构工作组召集人 阿尔卡特-朗讯 2012 年9 月序二在2004 年12 月举行的“第一届可再生能源和分布式能源并网”国际会议中，行业的利益相关方和研究团体建议建立一个面向未来电网的欧洲技术论坛。2006 年 4 月，该论坛的咨询委员会发布了名为“未来欧洲电网的前景与战略”的智能电网报告（Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future）。无论是输电网，还是配电网，其前景由市场自由化、以环保为目标的发电技术变化及未来电能使用等多种因素共同驱动。此外，发布于 2007年的战略研究议程描述了欧洲中短期的主要研究领域，包括技术和非技术两方面。之后，这些文件启发了若干欧盟及国家机构的研究与发展项目。除极其重要的市场和政策法规方面，委员会资助的若干示范项目还特别关注和明确了技术互操作和标准化等方面的问题。2011 年 3 月，这个问题通过 M490 提出并授权委托给相关欧洲标准化组织（ESOs）。 M490 的目标是在一个共同的框架内发展和更新一系列标准，将计算与通信技术集成到电力系统架构、业务过程和服务中，这不仅可以实现互操作，也能够促成或辅助由智能电网工作组定义的不同等级智能电网服务与功能在欧洲的实施，并确保相当的灵活性以适应未来的发展需求。建筑、工业、电器和家庭自动化虽不在M490 的范围之内，但它们与智能电网的接口与相关服务需要在该政令框架下解决。本书作者提到了上文所述的Smart Grid Coordination Group 报告中的目标。根据该政令，可持续化过程小组（Sustainable Processes Group）依据IEC PAS2559 方法论对欧洲智能电网的用例进行了收集和协调。基于 JWG 的工作，首批标准工作组创建了智能电网核心标准列表。本书介绍了其中最重要的两个标准——CIM 和IEC 61850。另外，SGIS 在智能电网安全性方面的研究在本书相关章节中也有所体现。本书有三个章节中对参考架构工作组（Reference Architecture Working Group）的核心——智能电网架构模型（SGAM）的起源和应用进行了介绍。本书还讨论了其他与M468 有关的内容，如电动汽车、认证、标准测试、商用通信，以及OPC UA 等自动化标准。 本书从多种角度介绍了当前智能电网相关的通信标准及如何应对未来智能电网的方法。希望读者可以从中受益，明确和清晰了解如何从技术角度实现欧洲可持续和高效智能电网的目标。愿本书第一版一切顺利。Thomas Theisen RWE Deutschland AG Essen 新技术主管2012 年9 月前言标准化是智能电网这一新兴领域中的一个重要主题。随着现有保护技术、自动化技术与信息通信解决方案的融合，这些技术在融入智能电网基础设施中时，互操作问题日益突显。标准已被证明是应对这个问题的最有力解决方案之一。从2008 年以来，标准化这个主题在各种政治和技术议程中成为关注的热点。 在OFFIS 信息技术学院，我们从2004 年已开展该主题相关的研究工作。 2009 年，作为能源研发部门的一部分，互操作和标准化小组成立，工作重点是在公用事业侧开展软件工程应用和互操作研究，着重于智能电网标准的应用和扩展。本书描述了我们的研究趋势和标准应用方面的工作，个别章节简要介绍了新出现的智能电网标准及可应用于智能电网发展的衍生方法。本书的主旨，包括IEC 62559 智能电网方法学在用例管理中的应用、欧盟M490 政令中智能电网架构模型（Smart Grid Architecture Model，SGAM）的使用，以及最重要的IEC 标准——CIM 和IEC 61850。此外，还介绍了未来的发展趋势和新标准。编辑和作者既希望本书能够成为一本有用的入门级读物，帮助读者获得第一手和高度密集的智能电网信息通信技术标准知识，也希望本书成为一个参考教材，为读者提供各类适用于智能电网的标准。作 者Oldenburg2012 年9 月
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