智能电网本质上是一种发电，输电和配电系统，可以自动化和管理与现代电力网络相关的日益增加的复杂性和要求。智能电网的一个更重要的方面是监控和控制电网的能力，从而实现对电网资产的最佳管理，并且直接导致减少意外中断的发生。

此外，用于实施智能电网的技术将集成和支持可再生能源，如太阳能，风能和水电，以及为消费者提供有关其能源消耗的实时信息，从而使他们能够有效地管理他们的用电量。

智能电网在的智能电网战略研究议程2035中被定义为“一个能够智能地整合所有用户的行动的电力网络 – 发电机，消费者和那些两者兼而有之 – 以便有效地提供可持续，经济和安全的电力供应。“(报告，27)。

为什么需要智能电网?

传统电网的运行方式与近100年前相似，即能源从电厂流向消费者，并通过保留剩余电​​量来确保可靠性。这种理念的结果是一个无能和环境奢侈的系统，它是温室气体和化石燃料消费者的主要排放源。然而，化石燃料继续成为主要的能源，特别是在工业化。现有的电网拓扑结构根本不适合分布式，可再生的太阳能和风能资源，因为这些资源的反复无常且经常间歇性的特性在网格中造成严重问题，无法快速向控制中心传播信息。

最近，电力生成，传输和消费的方式发生了转变。老化的电网也面临着更高的需求和不断增加的数字和非线性负载带来的新挑战。数字设备(如数据中心和消费电子产品中所见)对间歇性中断的敏感性无疑已经重新定义了可靠性的概念。

持续的经济增长和人类生活质量的提高在很大程度上取决于获得负担得起的可靠电力。然而，现有网格往往遭受基础设施问题，因为系统过时且不适合应对不断增长的需求。结果，由于不存在快速反应的能力，网络拥塞更频繁地发生。最终，由于电网与其控制中心之间缺乏通信，这些限制可能导致停电和随之而来的多米诺骨牌效应。

目前，消费者无法获得实时信息，这些信息可以使他们能够就相对于市场的电力使用做出最佳决策。这可以使他们在最昂贵的高峰时段减少消耗，并在非高峰时段利用降低的关税。

智能电网代表了许多解决方案，可以解决上述所有问题。实际上，完整的实施将使可再生能源变得可行，并使电网满足不断增长的能源需求。更重要的是，该技术还可以让消费者近乎实时控制其能源账单，并促进大规模电动汽车充电。

智能电网的特点和优点

总之，智能电网涉及创新产品和服务，以及智能监控，控制，通信和自我修复技术。以下属性可与智能网格关联：

允许消费者在系统的优化和运行中发挥作用，并为消费者提供更多的信息和供应选择

通过整合智能电表，智能电器和消费者负载，微型发电和电力存储(电动汽车)以及向客户提供与能源使用和定价相关的信息，实现需求响应和需求侧管理

动态能源定价允许消费者调整何时以及如何操作高负荷设备，最终降低能源费用并减少可能导致停电的需求高峰

促进所有可再生能源，分布式发电和住宅微型发电的整合，这在本质上是不可预测的。这包括存储选项的集成，例如插入电动车辆

通过交付系统的智能操作(重新路由功率，自主工作)和追求有效的资产管理，有效地运营资产。这包括根据需要和何时需要使用资产

提高物理，操作和网络安全属性，从而提高对攻击和/或自然灾害的抵御能力

通过以自我修复的方式预测和响应，提高供应的可靠性和安全性

通常改善供应质量，从而更加符合敏感数字设备所要求的质量

值得注意的是，消费者的能源成本也是如此。看似无情的价格增长肯定至少部分归因于与当前电网基础设施相关的众多低效率。由于智能电网肯定会解决其中许多问题并带来额外的改进，因此可以设想，由此减少的公用事业所带来的运营和管理成本将最终降低最终消费者的能源成本。

智能电网与标准电网

有许多问题导致传统电网无法有效地满足对稳定电源的需求。表1包含tra的特征之间的比较

ditional网格和等效智能网格的网格，而图1以图形表示说明了这一点。

通讯

在智能电网环境中，可靠和实时的信息是确保从发电机组向最终用户可靠地提供电力的关键方面。因此，通过现代信息和通信技术实现的智能监视和控制是确保系统有效操作和管理的关键要求。

假设公用事业公司已经拥有广泛的回程网络，AMI(高级计量基础设施)通信的额外要求通常涉及在智能电表和公用事业回程网络之间提供在线通信设施。基本上，需要两种类型的通信基础设施来提供智能电网系统内的信息流：

1)从传感器和电器到智能电表; 和

2)智能电表和公用事业数据中心之间。

使用两种主要通信介质(有线和无线)的许多不同通信和网络技术可用于支持智能电网应用。这些包括传统的铜缆电话线(DSL和ADSL)，电缆线，光纤电缆(OPGW等)，蜂窝电话(GSM，GPRS)，卫星，微波，WiMAX，电力线载波以及电力线宽带等。作为WiFi和ZigBee等短距离家庭技术。

智能电网应用，如HAN(家庭区域网络)，WASA(广域情境感知)，增强型SCADA(变电站监控和数据采集)系统，分布式发电监控和控制，需求响应和定价系统以及插头充电系统在电动车辆中，可以通过上述电信技术容易地支持。

从上面可以确定，无论采用何种网络技术，无线通信将在智能电网通信系统的部署中起关键作用，因此，将需要大量额外的无线电频谱。因此，为了满足智能电网的频谱需求，公用事业公司必须谨慎使用监管机构来探索可用的替代方案; 这些可能包括租赁额外频谱，甚至调查与其他用户共享频谱的选项。

但是，在进行这些谈判之前，公用事业公司可能会与电信服务提供商一起进行研究，以准确确定频谱退役，并获得有关特定用途的良好见解，例如移动和/或固定访问。

技术

向智能电网的过渡并不能取代现有的电网; 相反，它代表了一项重大的改造，采用了新的传感，测量，控制和自动化技术 – 其中一些技术如图2所示。

一般而言，成功实施智能电网多样化必需品所需的技术将包括以下内容：

AMI(高级计量基础设施)是智能电网技术的一个方面，已在全球许多网络中运行。一般而言，AMI可以定义为双向通信网络，是传感器，智能仪表，监控系统和数据管理系统的集成，可以在客户仪表和公用事业之间传播和收集信息。

PMU(相量测量单元)和WAMPAC(广域监控保护和控制)确保电力系统的安全。

IED(智能电子设备)支持双向数字通信，其中网络上的每个设备都配备有感知功能，以收集重要数据，以便对电网进行广泛的态势感知。基于计算机的远程控制和自动化确保了在网格上发生变化和干扰时，可以在节点级别有效地控制和调整这些设备。此外，IED与SCADA系统相互通信，从而使得能够应用分布式智能以实现更快的自愈方法，以及故障定位和/或识别。

本文中的通信标题下讨论的双向通信技术。

电力电子和能量存储，包括HVDC(高压直流)，FACTS(灵活交流传输系统)，可实现长距离传输和可再生能源的集成，以及其他FACTS设备，如串联电容器和UPFC(统一功率流控制器) )。

障碍和担忧

与大多数新的和创新的技术发展一样，智能电网受到许多实施问题以及关注和反对 – 通常是公共消费者群体表达的问题。以下代表了当前更具挑战性的主题的非详尽列表。

初始成本高

毫无疑问，实施试点项目将产生巨大的成本，当然，这可以成为公用事业和消费者接受和最终采用的主要威慑力量。利益相关者和潜在受益者之间的成本分担可能有助于缓解这种担忧。

安全

典型的智能电网系统可以包含数百万的消费者和设备; 因此，可靠性和安全性是一个关键考虑因素。信息技术的重要性，如自动化，远程监控/控制以及监管实体的互连增加，很可能会引入新的网络安全漏洞。因此，降低安全风险可以说是最重要的研究和开发主题之一。

消费者反对

智能电表(AMI)是任何智能电网系统不可或缺的组成部分，虽然近年来这些设备的部署稳步增加，但和欧洲的许多公用事业公司仍然难以获得客户的全面认可。促使反对这些仪表的两个主要问题涉及健康和数据隐私问题。

健康

由于智能电表通常采用无线技术来传递信息，暴露于射频辐射，以及通常归因于手机使用的可能的致癌作用，已成为许多客户的严重关注。最终可能将发射装置并入所有家用电器中，这进一步加剧了这种情况。许多着名的研究表明，智能电网发射装置发出的辐射水平远低于被认为对哺乳动物生命形式有害的辐射水平。然而，这些看法仍然存在，并且确实构成了全世界许多极端吵闹的消费者团体所持反对的支柱。

隐私

智能电表以比标准电表更精细的时间增量测量客户用电量; 这导致一些客户认为公用事业公司可以获得有关其用电量的更多私密信息。无论是对还是错，一些客户对公用事业或任何其他外部方都感到不舒服，拥有如此精细的信息。

为了减轻隐私问题，建议公用事业公司向客户介绍其隐私政策; 特别是为什么他们的数据可以共享，他们可以访问他们的数据的方式，以及可以注册投诉的方式。此外，明确的公开可用策略当然可以减轻一些客户的顾虑，并且还将有助于创建对智能仪表技术及其实现的更普遍的接受。

害怕过时

早期采用任何尖端技术，特别是那些适用于特定制造商的技术，都会带来不兼容的风险以及有限的扩展和升级选项。为了有效地解决这一问题，必须将互操作性标准和技术的向后兼容性纳入新技术的开发中。

结论

上个世纪电网的增长无疑为整个人类带来了许多社会经济利益。不幸的是，基本原则自成立以来变化很小，大多数网格仍然严重依赖化石燃料，从而对全球环境产生严重影响。到2030年，全球对电能的需求预计将增长82%(能源信息管理局)，除非开发出革命性的新燃料，否则这一需求将主要通过建设新的煤炭，核能和天然气发电厂来满足。毫不奇怪，到2030年世界二氧化碳排放量估计将增加59%。

智能电网代表了一个前所未有的机会，将能源行业推向可靠性，可用性和效率的新时代，这可以为经济繁荣做出重大贡献，解决许多环境问题并降低总体消费。从最高层面来看，智能电网可以理解为有助于提高电网效率和可靠性的任何和所有技术，标准和实践。最后，智能电网的总体目标仍然是更大的消费者参与，并且正是这一方面才能实现智能电网系统的许多优越目标和理想。

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