IBM智慧电力之路白皮书.docx
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IBM智慧电力之路白皮书
IBM智慧电力之路白皮书
前言
在风风雨雨中，IBM就要迎来它的百岁生日。
回首我们成长的历程，我们一直在坚守一个信念：
人类、社会和企业进步是可以通过INTELLIGENT和SCIENCE来推动和实现的。
●1952年12月研制出第一台存储程序计算机IBM701，也是通常意义上的电脑。
这是IT历史上一个重要的里程碑。
人类从繁重的统计工作中解放出来；
●1964年4月7日，发布世界上第一台大型机System360。
它帮助银行业、保险业和其它众多行业，迈向了一个更加现代化的阶段；
●1971年，IBM公司生产的计算机引导"阿波罗14号"和"阿波罗15号"宇宙飞船成功登月。
人类进入太空时代；
●1981年，IBMPC诞生。
由此引发了互联网上的电子商务和网上购物的网络时代……
今天，面对环境污染、能源危机、新经济增长方式的种种挑战，我们相信，利用INTELLIGENT和SCIENCE同样能探索出解决之道。
在中国，我们利用全球实验室的科技力量，针对中国电力企业在建模，分析与优化等方面的需要，开发出了一系列解决方案，如管理及优化企业停电计划的“智能停电管理系统”、帮助电网企业优化建设改造投资计划的“智能电网评估与投资优化决策系统”、感知电网实时运行状态智能并辅助监管人员决策的“电网状态智能感知与报警系统”等。
不仅如此，IBM的专业咨询和技术支持团队还能够从规划、设计到实施、维护，为企业提供“一站式”服务。
让先进的理念真正在中国落地开花。
让我们一起走进更智慧、更科学的时代。
中国电力行业目前面临的挑战
中国电力工业经过近三十年的超常规发展，到今天已经达到年发电3.43万亿千瓦时的规模，预计到2020年会突破4.3万亿千瓦时。
电力工业不仅为国民经济发展提供基础动力，自身也成为扩大内需、拉动投资的主战场，更是落实“节能减排”基本国策的重点领域。
但中国电力工业面临的问题同样也很多，这其中有机遇，也有挑战。
归纳起来，挑战主要集中在以下三方面。
新能源带来新挑战
我国政府在“联合国气候峰会”上，向世界承诺，“到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年有显著下降、非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右”。
这一承诺对电力企业意味着重大的挑战。
首先，尽管我国在大力发展清洁能源，但新能源的电压变化很大，对于电网提出的很高要求。
同时，不同能源对接入电网的要求差别巨大，如果采用单个电网传输，必然导致高能耗。
其次，现有电网的节能降耗改造难度也很大。
电网的复杂性决定了影响电网损耗的因素很多，而企业又缺乏精细化的损耗分析，造成决策者在分析、制定和选择改造方案时一定的盲目性。
再次，由于缺乏准确高效的测量、验证温室气体排放的手段，全球“碳交易”市场的发展速度和规模都还不尽如人意。
影响了发电企业减排的积极性。
来自电网可靠性的挑战
我国用电集中在东南沿海和环渤海地区，而发电却分布在中西部地区，电网企业不但要全面掌控区域用电情况，还要能对用电做出预测和判断，发生突发事件时能够及时采取措施。
而超大规模、超远距离交直流混合互联电网，将使电网的调度管理和安全稳定运行面临前所未有的新挑战。
在配电方面，由于城市快速发展，用电需求增长很快，配送的波峰和波谷会有较大的差异性，这要求配电网反应迅速且能承受相当的负荷。
高效运营成为新挑战
随着电力体制改革的深入，电力企业面临的竞争压力也在增大。
近年不断上涨的电煤价格使发电企业陷入亏损，而销售电价保持不变又把电网企业拖入亏损。
再加上全球经济危机带来的用电需求减少，电力企业的承受的经营压力愈发增大。
化解这些压力最现实的手段就是提高企业经营效率，依靠科学决策来达到增收减支。
企业除了要做好现有资产的维护、维修和运行工作，还要在新的项目规划、立项、投资等环节做到科学决策，科学管理。
对于需求侧的管理，要将反馈信息从大用户延伸到低压用户，同时完善智能计量体系建设，实现自动计量系统的升级改造，构建能够覆盖全业务流程的智能用电系统和双向互动的营销技术支持平台，为客户提供可靠、优质的用电服务和多元、互动的增值服务，为客户提供能效管理策略，通过与用户的友好互动实现电网设备利用效率的有效提高。
信息化是中国电力行业应对未来挑战的利器
不可否认，经过数十年的高强度投资，中国电网的基础设施已经位居世界前列，许多发达国家的同行都羡慕我们有如此先进的设备。
但要应对以上挑战，继而更上层楼，进一步提升中国电力工业的服务水平，这些还不够。
就如一位优秀的拳师不仅要有强健的体魄，还要练就精妙的拳法，才能所向无敌。
而信息化正是中国电力工业需要潜心研究的“拳法”。
为什么说需要“潜心”研究呢？
首先是因为信息化的作用举足轻重。
它能够将孤立的设备、系统连接起来，挖掘出蕴藏在其中的数据“宝藏”，然后“提炼”成有用的知识。
这些知识不仅能提高能源综合利用效率和电网供电可靠性，还能够促进节能减排，促进新能源的利用，促进资源优化配置，甚至能深刻的改变整个产业模式，最终实现电网效益和社会效益最大化，使人们的生活更加简便高效。
其次，我国现有的信息化系统基本覆盖了发电、输电、配电和用电环节，实现了大部分操作自动化。
但在数据分析，支持企业管理和战略的层面还有待提升。
信息系统在应对上文提到的种种挑战时，还显得力不从心。
许多国外同行在比我们老旧的设备上实现了比我们更高的服务效率，为用户提供了更多的服务，也说明我国电力行业的信息化还有很大的提高空间。
电力企业信息化的工作千头万绪，但最重要的有两个。
第一是建立标准的数据平台。
信息的基础是数据，数据质量的好坏直接决定了应用的效果。
每家电力企业都在历史上部署了很多单独的应用系统，每个系统中存储着不同格式的数据，这些数据不但很难被其他系统使用，还可能存在冗余和错误。
但目前企业经营和决策所需要的数据往往要从多个系统中抽取而来，所以必须要建立标准的数据平台，来整合企业内部多种多样的数据类型，提供清晰的业务视图及服务，实现数据一体化，让不同应用之间的数据都可以按照统一的标准互相通信。
另外一个重要工作就是建立强大的分析优化系统。
电力企业每天都会积累大量数据，数据分析优化系统针对电力企业不同的业务主题，建立完整的分析结构层次，指导对数据的深度利用。
电力企业内部不同层次的人员，可以从这个完整的分析结构中订阅自己需要的分析功能。
这样一个分析结构层次中，实际上包含了电力企业的重要运营和管理指标体系，能够清楚地表征电力企业的整体运营状况，从而指导业务优化和决策。
比如在销售环节，可以从时间、机构、电价类型、用电类型等角度对用电量、售电量、用电负荷等指标进行全面分析，发现各行业用电量的构成特点，企业生产经营活动基本态势，为科学地进行电力需求预测和电力投资决策提供合理的依据。
IBM智慧电力发展之路
IBM与智慧电力
针对包括中国在内的全球电力企业面临的种种挑战，IBM早在2006年就提出了智能电网的概念。
智能电网中引入了“信息流”的概念，即电网要能够把电能流、信息流结合在一起，实现传输能源的同时实现数据的采集。
智能电网还通过优化模型对数据进行深度挖掘和分析，预测电能流的情况，如电压变化，和用电量分布，为发电、输电、配电、用电各方及监管单位提供信息决策，最终实现清洁发电、高效输电、动态配电、合理用电的智慧电力的目标。
IBM不仅提出了智能电网的概念，还切实为智能电网的落地作了大量工作。
首先，IBM联合一些具有前瞻性的电力企业组建了全球智能电网联盟（GlobalIntelligentUtilityNetworkCoalition），旨在加速智能电网的实施，并分享实施的经验。
不仅如此，IBM还积极地参与行业国际组织，如GridWise®Alliance,GridwiseArchitectureCouncil,中国电力科学研究院（EPRI）的智能电网项目和世界能源委员会（WorldEnergyCouncil）的运作，参与制定了许多行业标准。
IBM做的这些基础性贡献，有力地推动了整个电力行业向智能化迈进，也影响了全球电力工业的发展内涵。
第二，IBM在多年的“智慧电力”实践中，形成了一套有效的方法论。
比如在智能电网领域，IBM的方法论与专家知识库包括：
智能电网成熟度模型，业务模型，智能电网概念体系，业务工具与体系等，可以与电网企业已有的业务实践紧密结合，形成电网企业所特有的智能电网创新业务模式和最佳实践，推动企业战略目标的实现。
智能电网方法论是指导建设智能电网的方法，指导何时以及如何将资源应用到一个智能电网业务中，为讨论智能电网的作用域以及发展生命周期提供依据，以确认何项工作何时完成，查阅具体某一部分智能电网转变的具体内容和方法。
第三，实现智能电网，需要一个完整的IT支持架构。
IBM提供了全面的电力一体化IT解决方案（SolutionArchitectureForEnergy，SAFE），有效支持智能电网的技术实现。
SAFE为电力企业提供了一个总体的业务整合IT架构蓝图，帮助电网企业成为"随需应变"的企业。
从而使整个电网运作更自动化、更优化，最终达到解决前述挑战的目的。
SAFE采用面服务向的架构（SOA），利用企业信息总线，实现电力企业信息的集成、交换和共享；同时，SAFE帮助电力企业完成采集数据的安全可靠传输、数据管理、IT服务管理以及信息安全保障；SAFE支持开放标准，灵活、自由的组件选择，支持最新的软件技术，实现系统的快速设计、开发、部署和运行；SAFE兼容电网企业已有的应用系统，保护客户投资。
第四，IBM在整合、分析数据方面的经验对电力企业的帮助巨大。
作为一家IT公司，IBM的近百年历史都和数据紧紧结合在一起，而智慧电力的本质就是利用信息技术改造现有的业务系统。
因此，中国电力企业要实现智能化的目标，正可以借助IBM在整合数据，分析数据，提炼知识方面的深厚积累。
IBM可以帮助电力企业全面的监控电网，提高电网的“可观测性”，消除监测盲点。
在全面的集成和整合信息的基础上，形成反映电网运营情况的整体视图。
继而从整体上对电网企业进行数据分析和运营优化，提高电网运营的安全性、效益和效率。
下图集中反映了IBM对如何用科学的方法建设“智慧电力”的理解。
AdvancedElectricMeters
AdvancedGasMeters
AdvancedWaterMeters
SolarPanels
Reclosers
ConditionSensors
VoltageControllers
Switches
Substation&GridDevices
SmartMeters
Distributed
Resources
WindTurbines
1.智能设备和新能源
（一次和二次设备）
2.综合通信网络
3.StatusDetectionandMonitoring
4.Modeling/Analytic
/Intelligent
IntelligentDistributionMgmt
TransmissionStatusMonitoring
CHP
Extranet
HomeArea
Network
Neighborhood
Network
Access
Network
Backhaul
Network
Office
Network
设备
Instrumented
互连
Interconnected
智能
Intelligent
EnergyStorage
PowerConsumptionInformationCollecting
IntelligentDistribution
IntelligentOutageMgt
AMM
5.IntelligentGridPlanandMatureModelingConsulting
New
Energy
Access
Distribution
MonitoringandControl
NuclearIPLM
UtilityAsset/SolutionGovernance
UtilityStrategicDrivers
UtilityBiz/ProcessOptimization
UtilityFramework
SOAFoundation&Infrastructure
UtilitySolutions
IBM领先的技术和对行业的深刻认识，得到了全球电力企业的广泛认可。
迄今为止，IBM已成功地为全球五十多家电力企业部署了“智慧电力”解决方案。
全球最大的十项智能电表工程中有七项是由IBM完成的。
在中国，IBM也和国家电网、南方电网、各大发电企业及研究机构建立了长期的合作关系。
IBM助中国企业制定智慧电力发展战略
实现“智能电网”的路径有很多条，每个企业制定的智能电网发展战略都是根据自身的实际情况，发展目标制定的。
不可能有一条全球普适的道路，帮助所有企业实现智慧电力的目标。
但有一件事是所有企业都要做的，那就是准确把握自身现状，明确发展目标。
然而电力企业往往都是资产密集型的巨无霸，本身的情况就很复杂，还要考虑社会影响等方方面面的因素，所以能准确摸清自身这一点就殊非易事。
而且仅了解到自身的情况还不够，企业还不知道自己和国际先进企业的差距在哪里，应该在什么地方改进，怎么改，改进到什么地步？
要解决企业的这个难题，就需要采用标准化的工具和方法，设计一套结构化的问题，工具和标准。
这才能有效的帮助电网公司找出差距和需要提高的方面，指导制定明确的业务模型和计划，制定从现阶段到下一个阶段的发展路径。
由IBM及一些行业组织共同推出的智能电网成熟度模型（SGMM）正是解决这个问题的工具。
它提供了一种方法来衡量智能电网发展成功与否的关键绩效指标（KPI），企业可以以此了解现在所处的发展阶段，并且与先进同行对比，找出差距和需要提高的方面，以达到更高的阶段。
智能电网成熟度分为五个阶段。
在第1层阶段，只是一个智能电网的设想，对技术的试验和评价以及建立业务模型是成功的关键；在第2层阶段，电力公司在至少一个智能电网的重要业务领域开始投资和实施。
例如智能表计系统，电力需求侧管理（DSM）或部署一个分布式智能监控网络，以提高电网的可靠性，进行故障处理；到了第3层阶段，智能电网的各个组成部分开始相互整合，实现两个或两个以上的业务领域整合或是产业链升级。
在第4层阶段，企业能够实现整个企业范围的跨业务综合观测及综合控制，有可能形成新的经济或商业模式；最后，在第5层阶段，企业有能力在新的业务、运行、环境等机会出现时，充分利用并发展壮大。
智能电网成熟度模型是从以下8个维度进行评估的。
它们分别是
（1）策略、管理和监管；
（2）配合的组织；（3）技术；（4）社会与环境；（5）电网运行；（6）人员及设备的资产管理；（7）产业链的整合；（8）用户的体验与管理。
各阶段、各方面特征和描述近200条，是由多家国际知名电力公司的智能电网项目工作人员，以及IBM和APQC的电力行业和商业咨询顾问、信息技术专家，共同研究并经过了长时间的评估发展而来。
每一家经过评估的公司都可以得到一张类似下图的分析结果。
大家可以直观地看到企业在每一方面所处的成熟度水平，目标应该设在哪里。
当然目标也不是越高越好，需要综合自身需要，改造成本等因素设定。
期望水平
当前水平
?
到目前为止，全球已经有38家电力公司利用智能电网成熟度模型进行了评估。
有了这些量化的评估数据，企业的发展目标、发展路径以及发展战略就很容易制定了。
IBM智慧电力解决方案
“智慧电力”是IBM重点打造的解决方案，IBM投巨资在全球三座实验室同时展开研发。
在美国奥斯丁的体验中心，LaGaude的实验室和北京的研发中心，有一支由数十名博士领衔的庞大研发团队，在不断完善和丰富着“智慧电力”解决方案。
此外，IBM还和研究机构及合作伙伴一起致力于将这些先进的解决方案应用到全球电力企业的生产中。
如IBM成功的帮助澳洲能源公司对其配电网进行监视与控制，有效的提高了其可靠性。
再比如，IBM与意大利电力公司合作，完成了大型的低压用户远程管理和智能表计管理系统，在降低峰值的同时，缓解了用电高峰的断电困境。
诸如此类的案例还有很多，下面我们就与大家分享这些解决方案，看看它们是怎样帮助中国电力企业化解业务挑战的。
绿色电力解决方案
GreenCert
企业面临的挑战
对电力企业来说，节能减排不仅是在响应政府号召，尽企业公民义务，更是降低成本，获取更高收益，从而获取竞争优势的必由之路。
根据世界银行的报告，全球碳排放交易市场的规模已从2006年的300亿美元增长到2008年的1,250亿美元。
尽管投入了如此巨大的投资，但该市场仍继续受到法规的不确定性、拼凑出的自愿性标准以及复杂多变的定量方法等因素的困扰。
1.现有对应于废气排放定量问题的软件解决方案，主要系依赖一般性的模式来计算其实际绩效，或者依靠摘要性数据、查表对号入座的方法来满足每个行业、工业部门和/或地区的需要。
由于这种运作过程中所包含的不确定因素，将很难获取在科学上可令人信服的基准资料，以正确反映某一个企业的碳排放情况。
2.藉由温室气体（GHG）的减排、清除和避免排放之查证与验证来进行碳抵减（CarbonOffset）的程序，一直是一件费钱、费时、费工的事。
面对超额排放可能导致的重罚，企业需要一套技术上可信的解决方案。
GreenCert™正好提供了能够帮助他们解决此问题的完整软件包。
IBM解决方案
GreenCert™是一套建立在IBM硬件和软件的解决方案，它透过以SOA为基础架构的应用，将系统间各彼此运作的服务紧密的整合在一起。
它的能力经得起科学方法论证且提供高质量标准的碳排放信用额度，充分显示其量测和管理个别企业的温室气体（GHG）排放能力。
由于GreenCert™的应用，企业集团可以将其二氧化碳的排放量统计出来，进而进行排放量降低的建议计划。
此软件解决方案将信息储存于一个安全保密的资源库中，同时在所有碳排放纪录的信息生命周期内有效的管理。
而且，此软件解决方案还可以因应法律的修正，轻易的进行调整以符合新的法律规范，不论其使用的标准是依据碳税之征收规定，还是依循总量管制与碳排放交易（cap-and-trade）系统。
C-Lock验证碳减排量（CCERs）可以藉由终端用户直接提供的信息、或终端用户厂（场）址的传感器所输入的信息来测定。
此软件解决方案的设计目的在于：
在向外部注册登录平台或全球性碳交易市场提交经过验证的碳减排量（VERs）之前，协助第三方验证机构有效率的查证碳减排量，并对第三方验证机构的工作进行审核。
企业获得的价值
GreenCert™软件解决方案提供了准确与可靠测量和管理温室气体排放的工具。
它是以科学分析为依据的工具，因而能提供更高的透明度、适应性、准确性、精确度、可证明性和可测量性。
电力企业可以准确的管理自己的碳排放，监管机构和第三方验证机构也可以准确地获得碳排放数据。
综合节能模型和平台方案
企业面临的挑战
电网企业作为电力能源的管理者与运营者，不但需要关注其社会效益，更需要不断提高自身的经济效益，电网企业降损是其提高经济效益的重要途径，但企业在技术性和管理性节能降损规划工作中时往往会碰到以下难题：
1.缺少精细化的损耗分析：
对于城乡配电网的损耗，缺乏精细化的分析度量；并且对于电网改造的节能效果，缺乏必要的跟踪分析。
2.缺乏建立各种改造措施技术经济模型的手段：
改造规划人员缺乏能够帮助他们建立并积累电网改造中实施的各种措施的综合成本、设备选型等技术和经济数据的技术平台，。
3.难以灵活建立电网状态评估规则和改造措施选型分析：
用户缺少根据行业规程和自定义原则自动分析评估电网薄弱环节的工具，以及相应的改造措施的分析。
4.决策者缺乏科学决策支持和量化依据：
面对繁多的节能技术及管理手段，难以权衡各种节能技术在配电网各个环节的综合应用和资金分配，难以获得能够平衡资金、降损等多种目标的最佳决策方案。
IBM解决方案
IBM电力行业解决方案实验室利用ILOG优化引擎打造的“综合节能模型和平台”正可以解决以上这些难题。
这套解决方案的功能包括以下四点：
1.精确整合企业配电网模型和数据，提供配电网精细化损耗数据分析，帮助企业了解和评估电网损耗分布状态。
2.提供改造措施技术经济模型的建模平台，全面建立并不断积累各种单项技术性/管理性节能降损措施的电气参数、单位综合成本、实施风险等数据信息。
3.提供业务规则分析平台，基于行业管理规程和专家经验灵活建立电网评估规则，利用潮流损耗数据和电网设备参数，自动评估电网薄弱环节，以及分析相应可用改造措施。
4.为决策者提供最优的改造规划决策支持，分析并建立节能降损技术、改造投资、节能效益、运行风险之间的数学模型，利用高效的优化算法和优化引擎，得到满足改造资金、降损指标、风险控制等多目标多约束的优化决策方案和施工排程优化方案。
JRULES
业务规则分析
ODMS
优化决策分析
审核/评估
实施/跟踪
电网基础建模
绘图建模
运方及负荷数据
潮流损耗分析
规划场景管理
电网状态评估
单体改造措施模型
按管理分区的备选
改造方案分析
总体目标/约束管理
区域优化分析
全局优化决策
生产排程优化
企业获得的价值
通过实施这套方案，企业不但可以有效的辨识电网薄弱环节，从而保障电网运行安全稳定，提高供电可靠性和服务质量，更主要的是可以有效的降低成本。
以一个售电量在300亿元的区域电网来说，损耗每降低0.1个百分点，将产生2400万元的收益。
由此带来的能源消耗及温室气体排放减少更是企业履行社会责任的体现。
高精度清洁能源发电预测解决方案
企业面临的挑战
以风电和光伏发电为代表的新能源装机比例不断加大，但由于它们受天气等的影响很大，所以在接入电网的时候会带来调峰问题和电网适应性不够的问题。
这些问题极大的制约了新能源的发展。
IBM解决方案
IBM的“高精度清洁能源发电预测解决方案”可以帮助电力企业解决以上难题。
它具有以下三个功能：
1.基于IBM研发的DeepThunder高精度天气预测模型，对微观区域内云层、降雨量、风速、风向、气压、温度等快速和准确预报。
2.针对风能发电功率预测，解决关键性的风力和风向预测问题，并基于此预测结合功率曲线给出高精度发电功率预测。
3.基于天气预报结果，结合电厂布局、机组特性和历史数据，实时预测风机出力和光伏发电功率
光伏发电功率预测
气象数据
天气预报模型
风电功率预测
企业获得的价值
这套解决方案使用了IBM的高性能计算机，复杂模型的求解速度大大加快，预测范围和精度大幅度增加。
预测精度可达到1km，运算速度十倍于实际时间。
应用这套解决方案后，企业可以在以下方面获得收益：
1.电力企业可以在事前采取主动性措施，避免损失，而不是等事后再被动地采取防御手段。
2.风力发电企业可以预测发电量，提升了企业的核心竞争力。
3.电网公司可以此做为电网调度、风能整合等的基础，从而提高了风力发电量的可靠度。
4.高精度的天气预报和发电预测可以提高电厂规划建设的科学性、电网接入的稳定可靠和机组的合理利用。
5.电网企业还可以在此解决方案基础上进行停电预测、电力需求预测。
为稳定供电提供保障。
可靠电力解决方案
电网状态智能感知与报警
企业面临的挑战
当前超大规模、超远距离交直流混合互联电网，将使电网的调度管理和安全稳定运行面临前所未有的新挑战。
作为电网调度管理工作的根本依据，电网运行方式规程是保证电网安全稳定运行的核心。
在对电网运行方式规程的有效管理，以及如何基于运行规程，实现电网稳定运行状态的准确高效的
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