2014年美国智能电网系统报告(中)

　　3. 交叉科学的工作

　　3.1 通信系统

　　智能电网技术的应用——如ami、配电自动化、客户端系统、同步相量技术等，增加了对传统公用事业机构数据通信的挑战。为应对这些挑战，公用事业机构投资多种涉及不同带宽、延迟、可靠性和安全性特点的技术。每个智能电网应用要求有各自的带宽和延迟时间，这需要公用事业机构使用不同的通信技术。这些技术可以被部署在现有的公共网络（例如蜂窝技术和无线电频率[rf]网格），这是一种经济和普遍的方式；还可以部署在有许可的专用网络（例如光纤通信、有执照的无线电频率网格或微波链路）。成本、可靠性、性能和技术寿命影响公用事业机构在通信技术上的决策。

　　虽然一些公用事业机构在使用专用通信网络，但是较低的成本和较高的技术优势正在令公共网络受到公用事业机构的青睐。近日，公众蜂窝网络运营商纷纷下调ami通信的每兆字节收费，使得无线宽带技术（如2g / 3g和4g lte网络）更受欢迎。然而，某些应用中，如馈线开关和同步相量，需要的速度比蜂窝网络提供更快。虽然光纤电缆也在使用，但基于无线电频率的网状网络已经使ami和配电自动化部署在北美成为领先技术，许多美国市政公用设施也使用微波或无线网络广域通信的ami回程和配电应用。为了满足高速、高安全性需求，西部电力协调委员会使用安全的光纤广域网，建成与国家空中交通管制网络同一水平、发送pmu数据不到30毫秒的电网控制中心。

　　3.2 网络安全措施

　　为应对13636号行政命令，美国国家标准技术研究所（nist）在2014年2月发布了提高关键基础设施网络安全的框架，提供优先的、灵活的、可重复的和划算的方法来应对跨部门产生的网络风险（nist 2014）。这种努力依赖于nist与其他行业的协同工作，建立开发nistir 7628来指导智能电网网络安全（nist 2010）。同月，美国能源部公布的电力网络安全界别能力成熟度模型（es-c2m2）第二个版本（1.1），通过使用自我评价方法，帮助电网运营商评估其网络安全能力，并立刻行动和投资去改善网络安全问题（doe 2014b）。es-c2m2提供了一个补充的、可扩展的工具来帮助nist框架实现。迄今为止，104家公用事业机构覆盖6900万用户已经下载了es-c2m2工具。美国能源部在2012年发布的风险管理程序结合即将推出的网络安全采购语言，公用事业机构现在有跨业务流程中网络安全最佳实践的整体视图（doe 2012b）。

　　3.3 互操作性

　　互操作性是两个或多个网络、系统、设备、应用程序或元件，可以有效连接、安全地共享信息，并对系统或操作很少或没有中断。互操作性是电网现代化的重要推动者，允许服务提供商和终端用户针对大量的技术问题和功能保持可靠操作性。

　　美国国家标准技术研究所在2009年为了加快互操作性，形成公私智能电网互操作性小组（sgip）。sgip截止到2013年吸收了800个组织和1900名个人，成为一个独立的、成员资助的组织。在此期间，nist协调sgip发展和更新智能电网互操作性标准的框架和蓝图，为今后的发展鉴定一致的标准和差距。sgip积极致力于减小差距和更新审核标准，迄今已加速形成消费者交换能源使用数据的标准（绿色按钮）；定义能源使用计划、价格和需求响应信号（在openadr使用）；并且有助于扩展sep2信息模型（信息的通用词汇），以支持电动汽车充电（csep）。

　　4. 形成未来部署的机遇和挑战

　　4.1 智能电网技术评估正在演进，且在各公共事业和行政辖区不尽相同

　　评估智能电网技术的全部成本和收益需要时间，特别是许多公用事业机构开始利用新的数据和信息技术（it）应用程序，使智能电网系统的部署产生附加价值。公用事业机构及其州和地方监管机构对智能电网技术有着不同经验，对成本和收益有不同的看法。因此，投资决策和部署率应在各州层面确定——根据各州能源目标、监管机构对投资额度的观点以及智能电网的成熟水平和个别公共事业的经验水平。美国能源部已经与美国电力研究协会（epri）为公用事业机构制定了一个一致的、按部就班的框架，根据以往的示范估算项目成本和收益（epri 2012）。随着新数据涌现和额外收益产生，这种方法通过将可用技术应用于现有智能电网中不断演进。提高互操作性和系统集成将使公用事业智能电网技术之间实现新的协同效应。

　　支持智能电网设备的it和通信基础设施建设在很大程度上给公用事业机构带来更多的责任、费用和综合挑战，且挑战很难估计。整合新的网络和系统所需要的精力和时间是难以预料的；数字设备和系统的生命周期在很大程度上是不能确定的；所有新功能和运算能力只能随着时间逐渐实现。公用事业机构不知道随着技术的发展，it和通信基础设施需要升级和维护的程度。同时，虽然几个公用事业机构已经实现了简化操作，但系统集成问题依然在挑战很多示范项目。这些智能电网技术和it技术发展较高的公用事业机构和地区正面临智能电网下一步技术革新和政策挑战。

　　公用事业和监管机构正在考虑为估价技术和投资决策提供新的收益流。例如，当向监管机构提交智能电网技术的成本/效益分析时，现在一些公用事业机构提供的是减少客户停电损失的估计，而不是采用传统的可靠性指标（即仅提供停电的持续时间和频率）。这些增值服务（vos）预计会有助于公用事业和监管机构了解为提高可靠性采用自动支流转换和其他系统升级给消费者和社会带来的好处。这种估值方法将使公用事业机构和监管机构了解停电的真正成本，有利于优先投资，提高可靠性和应对能力。

　　此外，目前智能电网技术提供的数据分析将提高这个新兴领域的运营和经营效率（例如，停电管理、资产管理和系统规划）。行业分析师预测，美国实用数据分析市场将每年增长33％，从2011年的2.15亿美元增加到2016年的9.02亿美元。it基础设施和数据分析将使更多的公用事业机构超越基本的传感和通信技术部署，利用智能电网的数据改善运营和政策。

　　各种极端天气带来的灾害激发了人们对提高现代电网可靠性和应对能力的关注。2012年，11次极端天气中每个造成的破坏损失均超过10亿美元——包括飓风桑迪造成的65亿美元损失——这也使2012年成为自1980年以来灾难（其中包括风暴，干旱，洪水，森林火灾）损失最大的一年。2012年超级风暴桑迪之后，纽约州和新泽西州州长对基础设施强化和升级的支持带动地区公用事业机构制定了数十亿美元的投资计划。例如，新泽西州的电力和天然气公共服务公司（pse＆g）已经提出了能源强化计划，该计划在今后的10年将投资39亿美元，以提高和强化脆弱的变电站（17亿美元），提高对智能电网技术故障的检测和应对（4.54亿美元），并加强或埋藏配电线路（6000万美元），还有其他的升级（pse＆g 2013年）。

　　对应对能力和持久性的关注也增加了人们发展微电网的兴趣，微电网可以在紧急情况下提供专用电源和隔离能力（即从周围电网中快速连接或断开）。行业分析师预测北美的微电网容量可能从2013年992mw增加到2020年的6000mw（navigant2013年）。不过，理想的微电网交互和微电网功能需要应用了先进的传感、开关和控制技术，有效整合配电自动化技术与分布式发电的更加智能和高级的系统。因为有较大的需求和良好的经济实力，终端用户如军事设施、医院以及大学校园可能是微电网的早期尝试者。