智能电网设计迈向商用化

　　服务提供商领域

　　在服务提供商领域，"服务"是指类似开帐单和管理用户帐号等功能，用于支持电力系统生产商、配电商和用户的业务流程。主要挑战包括维护网络安全以及电网的可靠性、稳定性、完整性和安全性。

　　服务提供商领域与市场、运营和用户领域相连。与运营领域的通信可以让人了解系统控制和状态。与市场和用户领域的通信将支持新的"智能"业务，特别是用户与市场的交互。

　　用户领域

　　智能电网的根本目的是随着用户变成供应链中的主动参与者，实现功耗的降低和发电量的增加。

　　用户领域根据典型需求通常被分成三个子领域，分别是家庭（小于20kW）、商业/大楼（20至200kW）和工业（大于200kW）子领域。每个子领域都有多个参与者和应用，每种应用又有一个电表以及可以放在电表、能源管理系统（EMS）或独立网关中的能源服务接口（ESI）。

　　ESI是主要的服务接口，它可以通过高级计量基础设施（AMI）或其它一些方式（如互联网）实现与其它领域的通信。ESI还通过家庭局域网或其它局域网与用户端中的设备和系统通信。

　　EMS是远程负载控制、分布式发电的监视及控制、用户使用情况的室内显示、非电表读数以及与大楼管理系统和企业集成等应用的接入点。它还能提供对网络安全性的审查/记录功能。

　　每个用户可能有多个EMS，因此可能有多条通信路径。用户领域通过电气连接到配电领域，并与配电、运营、市场和服务提供商领域互通。重要的是，用户领域也可能向电网提供小型发电电能。

　　运营领域

　　运营领域中的参与者负责电力系统的顺利运行，其中包括卡车上的工人以及办公室内提供支持的职员。

　　在输电操作中，电力公司使用EMS，而配电操作采用类似的配电管理系统。在智能电网中，责任可能从受规管的电力公司转向新的电力业务阶层：外包服务提供商。

　　大规模集中发电领域

　　大规模集中发电领域涉及各种发电技术：热电、核裂变、水力、风力、太阳能或地热。这个领域通常通过硬连线与输电领域连接。但大规模集中发电领域同时也与运营和市场领域相邻。

　　该领域必须就性能和服务质量问题沟通，例如资源缺乏（特别是风能和太阳能）和发电机故障，这些故障可能会影响电能从其它源级传送到输电系统的路径。供电不足可以直接（通过运营）或间接（通过市场）解决。参与者包括保护型继电器、远程终端单元、设备监视器、故障记录器、用户接口和可编程逻辑控制器等设备。

　　输电领域

　　这里的输电指的是将电能从发电站通过多个变电站大量地传送给配电系统。这个领域可能包括电能储存或峰值发电单元等DER。

　　输电网络通常是由地区性的输电运营商（RTO）或独立的系统运营商（ISO）运作的，他们的主要责任是通过平衡发电（供）和负荷（需）保持电网的稳定。

　　这个领域中的参与者包括远程终端设备、变电站电度表、保护型继电器、电力质量监视器、相量测试单元、垂度（sag）监视器、故障记录仪和变电站用户接口。在需要时能够发送的电量是从市场领域获得的，并由运营领域调度和操作，然后通过输电领域传送到用户领域。

　　配电领域

　　配电领域包括输电领域和用户领域之间的电气互连。工作人员有邻近的工人以及派遣这些工人的办公室职员。配电领域包括电能消费计量点、分布式储电和分布式发电。其可靠性取决于结构、参与者类型、参与者相互间以及与其它领域中参与者的沟通程度。

　　过去，配电系统的拓扑是放射状的，基本没有遥感测量功能，也就是说，这个领域中几乎所有的通信都是由人工用电话和双向无线电设备完成的。在智能电网中，配电领域将与运营领域更紧密地进行实时通信，管理与市场领域相关的电力流向。在一些场合中，第三方用户服务提供商可使用配电领域中的基础设施与用户领域通信。

　　相关工作

　　概述模型中的"参与者"为新的硬件设计提供了机会。设计工程师如何把握设计中需加入的内容呢？下面给出了一些线索。为了确定标准工作的优先级，NIST选择了一些关键功能以及网络安全和网络通信方面的内容。这份列表提供了一系列潜在的工作领域。

　　对广大区域状态的了解：应该在大范围区域上通过互连以近乎实时的方式监视并显示电力系统的组件和性能。

　　需求响应和消费能效：在高负荷期间或电源存在可靠性风险时，应有针对电力公司、商业、工业和住宅用户的机制和鼓励措施以减少能源使用。

　　能源存储：如今谈得最多的是抽水蓄能水力发电，即在夜晚将水从低水位的湖泊抽取到有坝的高水位湖泊，然后在白天获取电能。这种方法技术含量较低，但非常有效。不过，NIST指出，"新的储电功能，特别是分布式储电将使从发电到最终使用的整个电网受益。"

　　电力输送：主要是将插电式电动汽车（PEV）与电网进行大规模的集成。

　　网络安全：必须确保电子信息通信系统和电网控制系统的机密性、完整性和可用性。

　　网络通信：由于智能电网领域和子领域将使用各种公共和私有通信网络，因此需针对运作要求制定性能规格和标准。

　　AMI：电力公司确实需要AMI，以便可以通过动态调价实现住宅需求响应。AMI由通信硬件和软件加上系统与数据管理软件组成，可实现高级电表和电力公司业务系统之间的双向网络。

　　配电网管理：尽可能优化连网配电系统中的馈电线、变压器和其它元件性能，并与输电系统和用户操作集成的新方法。

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