驱动智能电网发展的要求和挑战

　　智能电网计划已经启动，并且设定了一系列宏大目标。许多情况下，为了实现这些目标，在我们尚未充分了解相关问题及其解决方案之前，需要构建一个基础设施来解决现有的问题并迎接将来的挑战。“美国能源独立和安全法案(2007)”针对智能电网列出了10多个关键政策目标，其中既有笼统性的目标，例如“利用数字技术提高电网的可靠性、安全性和效率”，也有更为具体的目标，例如“采用自动化计量、电网运作和状态管理以及分布式电网管理”。根据这些目标，期望中的电网应能整合分布式可再生资源，落实需求响应资源，支持电力储存，支持插电式电动汽车，集成“智能”电器和其它设备以向消费者提供及时用电信息并允许其加以控制。

　　除了这些挑战以外，并存的风险要求我们制定网络安全和互通标准。这些标准将使得电力公司初期部署的网络基础设施有能力兼容将来由许多公司开发的数以百万计的互连设备。但这数以百万计能够轻松互连的节点，其中一些还能关闭或接通家庭和变电站的电源，或者向电网增加难以控的负荷，无疑会令人们担忧心怀不轨者可能通过恶意攻击而使严重依赖电力的国家瘫痪。除了这种广泛的风险之外，还存在对个人隐私的担忧。有人认为，对能源使用情况的持续跟踪是在人们的家庭和生活中打开的又一扇不受欢迎的数字窗户。

　　所有这些目标和风险加在一起，代表了一个复杂的闭环系统问题。如果只比较智能电网与互联网或蜂窝网络各自所需的数据速率，现有通信技术似乎绰绰有余，但真正的挑战在于寿命、可靠性成本和未来需求之间的平衡。智能电网对于电力公司和政府来说将是一笔巨大的投资(Pike’s Research估计到2015年全球累计支出将达到2000亿美元)，而且电力公司对设备的投资还会持续20年甚至更长的时间。这些通信系统要求能够适应未来的发展，设计留有足够的余量，应考虑到10年后可能出现的问题。电力公司和设备供应商需要不断比较和权衡当前的实施成本与未来相对模糊的需求。

　　智能电网通信：多个互连网络

　　由于智能电网将不同发电形式之间的双向通信扩展到电力消费者，因此它会涉及到多个具有不同控制、测量、数据记录、保护和优化程度的系统。主要的系统可以分为以下组别：1) 输配电现场和广域网络;2) 连接到数据采集器或网络接入点的智能表计;3)连接到家用电器或充电站的智能表计(见图2)。

　　以智能计量为中心的通信系统吸引了最多的目光，成为不同技术的必争之地。美国的潜在表计更换量超过1.4亿只，全球超过10亿只，因此智能表计代表了智能电网通信系统中的绝大部分节点，大部分成本都集中于此。

　　世界各地不同程度地采用了两种主要的竞争技术：RF和电力线载波(PLC)。北美市场以RF解决方案为主。由于免执照高功率ISM频段中存在可用的频谱，并且每个变压器对应的表计相对较少，因此一般来说，RF解决方案在北美市场能以较低的成本进行部署。

　　智能计量RF通信技术使用现状

　　进一步分析目前用来连接表计与电力公司的RF系统，我们会发现另一层次的竞争技术：网格系统和星型系统。这两种系统试图通过不同方式应对智能计量的RF挑战。

　　将数百万只表计连接到电力公司是一个巨大的挑战。仅就美国而言，连接现有表计意味着需要创建超过1亿个预定位置的RF链路。其中许多位置处在对RF通信不利的环境中，例如地下室和混凝土墙后面。还有许多位置是在RF干扰源众多且不断变化的城市区域。