1、第 ?卷 第 ?期 计 算 机 学 报 Vol. ? No. ? 20?年？月 CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS ?. 20? 收稿日期：年 -月 -日 *投稿时不填写此项 *；最终修改稿收到日期：年 -月 -日 *投稿时不填写此项 *. 本课题得到 国家 973基础研究计划课题（ 2011CB302805） ， 国家自然科学基金委项目（ 61233016） 的资助 . 曹军威（通信作者），男， 1973年生，博士， Email: ， 清华大学信息技术研究院研究员， 主要研究领域 为先进计算技术与应用 。 万宇鑫，男， 1987年生，博士生， Email: ，主要 研究
2、领域为物联网技术与智能电网应用。涂国煜，女， 1981年生，博士后， Email: ，主要研究领域 为信息技术在智能电网中的应用。张树卿，男， 1983年生，博士 ， 清华大学电机工程系讲师， Email:，主要研究领域 为电力系统次同步振荡 ,电磁 /机电暂态混合仿真和电力物联网。夏艾萱，女， 1990年生，本科生 ， Email:。刘小非，女， 1990年生，本科生 ， Email: 。陈震，男， 1975年生， Email: ，副研究员，主 要研究领域 为信息中心网络技术及其应用。陆超，男， 1975年生，副教授， Email: ，主要研究领域 为柔性输配电技术和储能系统。 智能电网信息
3、系统体系结构研究 曹军威 1),2) 万宇鑫 3) 涂国煜 1) 张树卿 4) 夏艾瑄 3) 刘小非 3) 陈震 1),2) 陆超 4) 1)（清华大学信息技术研究院，北京 100084） 2)（清华信息科学与技术国家实验室，北京 100084） 3)（清华大学自动化系，北京 100084） 4)（清华大学电机工程与应用电子技术系，北京 100084） 摘 要 智能电网是在传统的电网基础上，通过先进的信息技术手段实现能源和电力的进一步精密化调控。本文在总结智能电网的概念定义、国内外发展现状 、 主要技术难点和挑战 的基础上，着重从信息技术的角度提出适合于智能电网发展的信息系统体系结构。该结构
4、分为三个层次： 基础设施层 ，包括电力系统基础设备及通信网络；支撑平台层，包括 传感量测、数据存储、分析决策 和 控制执行 四 个支撑平台 ；应用体系层，包括 以及 电源侧、电网侧和用电侧三 类 应用 ； 真正实现物理、信息与应用系统的融合互动，信息、能量与业务流的高度一体化。本文详细总结了该体系结构涉及到的各方面技术的发展现状，同时指出了未来可能带来突破的研究方向。 关键词 智能电网；信息系统体系结构；传感网络；高级量测系统；信息中心网络；数据存储；广域监 控。 中图法分类号 * DOI 号 ： *投稿时不提供 DOI 号 * 分类号 Information System Architect
5、ure for Smart Grids CAO Jun-Wei1),2), WAN Yu-Xin3), TU Guo-Yu1) , ZHANG Shu-Qing4) , XIA Ai-Xuan3), LIU Xiao-Fei3), CHEN Zhen1),2), LU Chao4) , and HAN Ying-Duo4) 1) (Research Institute of Information Technology, Tsinghua University, Beijing 100084) 2) (Tsinghua National Laboratory for Information S
6、cience and Technology, Beijing 100084) 3) (Department of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084) 4) (Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084) Abstract Smart grid is built on top of traditional power grid. With supports of the advanced information technology
7、, fine-grained power scheduling and control can be better achieved in smart grids. In this survey, the concepts of smart grids are summarized, with detailed introduction to the state of the art technologies. Information system architecture of smart grids is proposed on basis of major difficulties an
8、d challenges in smart grid development. The architecture is composed of three layers: infrastructure layer, including power grid devices and communication network; supporting platform layer, including sensing application layer, including generation-side, grid-side and demand-side three types of appl
9、ication. The architecture interacts with physical, cyber, and application systems 2 计 算 机 学 报 20?年 with highly integrated information, energy, and business flows. Related techniques are summarized in details. Future research directions on information technology for smart grids are also proposed. Key
10、 words Smart Grid; information system architecture; sensor networks; advanced measurement infrastructure; information-centric networking; data storage; wide-area monitoring and control. 1 引言 随着现代通信、计算、网络和控制技术的发展，信息技术运用领域的不断开拓，信息与能源技术的结合已然成为一种发展的必然趋势，而这种结合也催生了一个新的概念，智慧能源 1， 即 利用先进的信息技术，提升能源管理水平， 实现能源
11、进一步的精密化调控 。由于电网在能源 领域的基础性 ，智能电网方面的研究成为其中的核心。 传统电网在能源利用效率，环保性等方面的问题比较突出。据文献 2， 2008 年北美电力系统的能源使用效率约为 1/3，发电和输配电的能源损耗却占到 2/3。同时， 65%以上的电力均来自于化石能源（煤、天然气），对于环境污染较大。为解决这 些问题，未来智能电网将改进现有电网的运行结构，基于新能源构建的大量分布式发电设施将被引入电网系统，电力的供应将多元化；同时电力终端的用电模型也将变得更加弹性。未来智能电网将表现出与许多分布式计算系统相类似的特性，智能电网的研究将与计算网络系统的联系更加紧密。 传统电力系
12、统目前面临着一 系列问题，如峰值使用时的 电荒 、 信息获取 的 不及时 及造成的 设备利用率低。在这样背景下智能电网技术应运而生，智能电网和传统电力系统之间的区别如图 1 所示： 智能电网主要解决以下几个方面的问题： 保证电网安全、稳定和可靠性的同时提高设备利用率 。由于电网系统高度耦合，调度控制不当，单一故障可引发连锁故障，甚至引起大面积停电事故和设备损坏，从而导致不可估量的直接和间接损失，故电网系统对于可靠性的要求非常高。智能电网的智能调度 就 是要在保证安全可靠的基础上解决广域 信息的采集、传递、分析和处理问题 。 实现发电与用电的互动 。电网的基本特征是发电与用电的平衡。从终端用户的角度讲，用户可以通过智能电力终端获取到电网的运行参数（比如电力的成本，自己各种设备的用电量），从而对自己的电力使用情况进行调整。而对于电网系统来说，则可以根据用电设备的用电信息构建精确的负荷模型，有效地提高供电效率。传统电网的建设基于发 输 变 配 用的单向思维，大量冗余造成浪
