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美國國家標準技術(shù)研究院（NIST）的智能電網(wǎng)概念模型涉及多個“領(lǐng)域”之內(nèi)和之間的控制和通信。這些領(lǐng)域包括消費者、服務(wù)提供商、市場、輸電、配電、運營和大規(guī)模集中發(fā)電。每種控制和通信接口都為電子工程師提供了新的設(shè)計機會。
就大眾媒體的理解而言，智能電網(wǎng)主要見于“智能電表”，比如這種電表能讓電力公司關(guān)掉消費者的干衣機。但事實上智能電網(wǎng)正面臨三項挑戰(zhàn)：目前相當脆弱的電網(wǎng)急需修復(fù)；不管哪里如果想建新的發(fā)電廠或鋪設(shè)電力線，準有許多人出來強烈反對；電能是一種商品，需要像商品一樣交易。
更進一步的因素是，歐盟、中國和美國政府正向智能電網(wǎng)投資數(shù)十億的歐元、人民幣和美元，用于研發(fā)目前還不存在，或者以上百種不同形式存在而缺乏互操作性必須加以協(xié)調(diào)的技術(shù)。因此技術(shù)專家有著很好的機會去開發(fā)這些技術(shù)，并得到豐厚的回報。
研究這些技術(shù)有助于理解現(xiàn)在大家都在討論的話題。美國國家標準技術(shù)研究院、IEEE能源工程協(xié)會（PES）和數(shù)百家公司一直致力于制定智能電網(wǎng)方面的標準，這些標準將用來指導工程師設(shè)計比電表更高級的真正的智能電網(wǎng)產(chǎn)品。事實上，智能電網(wǎng)的需求大部分存在于信息技術(shù)領(lǐng)域：包括有線和無線聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)視、控制和信息處理。
本文提到的大部分信息來自145頁的“NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards， Release 1.0”，這是今年1月19日在美國馬里蘭州Gaithersburg市IEEE/NIST聯(lián)合舉辦的創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù)會議上發(fā)布的標準。雖然這次會議的計劃在2009年10月份才啟動（參見“IEEE And NIST Smart Grid Conference Hits The Ground Running”），但這次會議還是吸引了約700位與會者參加為期三天的討論會和技術(shù)專題會議。
正如NIST和其它參與者正在開發(fā)的路線圖中列出的25個最重要標準（見表）表明的那樣，通信已經(jīng)滲透到了智能電網(wǎng)的各個方面。這份列表主要偏重于信息技術(shù)和信息安全。
概念模型
為了方便討論智能電網(wǎng)，在報告中和其它地方詳細給出的“概念模型”從各個領(lǐng)域（用戶、市場、服務(wù)提供商、運營、大規(guī)模集中發(fā)電、輸電和配電）描述了智能電網(wǎng)。該模型還引用了參與者、應(yīng)用、關(guān)聯(lián)（邏輯連接）和互連（物理連接）。注意其中用到的“參與者”一詞，因為它通常指明了需要設(shè)計的硬件部分。
圖1：智能電網(wǎng)的基本概念模型。
表述智能電網(wǎng)概念模型的方法通常是依據(jù)領(lǐng)域分層表述，從用戶開始，往后回溯到大規(guī)模集中發(fā)電、輸電和發(fā)電。有一個非常簡單的總體領(lǐng)域布局（圖1） （還有代表每個領(lǐng)域的其它圖），但這張圖沒有展示各領(lǐng)域間的依賴關(guān)系。另外一張圖則表明了智能電網(wǎng)交互（圖 2）的復(fù)雜性，雖然它繁冗得讓人倍感頭痛。
為突出智能電網(wǎng)的革命性變化，接下來將不按各個領(lǐng)域通常的順序來解釋，重點放在運營考慮的財務(wù)事項上面，也即意味著從市場開始。
市場領(lǐng)域
雖然不是所有人都同意，但市場領(lǐng)域確實是使智能電網(wǎng)具有智能的地方。這是一個商品交易場所，電能和電能期貨在這里進行買賣。（例如unlamented Enron公司現(xiàn)在就開展這種業(yè)務(wù)，但不是實時的。）
市場領(lǐng)域中的參與者交易價格，并平衡電力系統(tǒng)中的供需關(guān)系。市場領(lǐng)域的分界包括運營領(lǐng)域、發(fā)電并提供電能給消費者（發(fā)電、輸電等）的供電領(lǐng)域以及用戶領(lǐng)域的邊界。
制定電能價格這個市場領(lǐng)域的功能使得智能電網(wǎng)超越了跨地區(qū)工業(yè)控制系統(tǒng)這樣一個“簡單的”角色。其財務(wù)成份使得它在通信方面必須具有可追溯性和可審計性。通信功能必須支持電子商務(wù)標準，以獲得完整性并得到公眾的認可。
這是一個發(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域。隨著小型分布式能源（DER）提供的能量比重增加，與這些資源通信所允許的時延必須縮短。
NIST的報告指出，“市場領(lǐng)域中的高優(yōu)先級挑戰(zhàn)包括：價格和DER信號延伸到每個用戶子領(lǐng)域；市場規(guī)則的簡化；擴展集成商的能力；市場信息的所有供應(yīng)商和消費者之間的互操作性；管理能源零售和批發(fā)的增長（和調(diào)節(jié)）；貫穿整個市場和用戶領(lǐng)域以及他們相互之間不斷演變的價格與能源特性通信機制。
根據(jù)NIST報告中的定義，市場領(lǐng)域的參與者由市場管理者、零售商、集成商和貿(mào)易商組成。市場管理者包括批發(fā)市場中的獨立系統(tǒng)運營商（ISO），或期貨市場中的紐約和芝加哥商品交易所（NYMEX/CME）。還有輸電、服務(wù)、需求響應(yīng)市場以及基本電力市場。
“零售商將電能出售給最終用戶，未來也許還能在用戶之間集成或買賣DER（作為中間人），或?qū)⑺鼈兺葡蚴袌�。大多�?shù)零售商與貿(mào)易組織相關(guān)聯(lián)，從使其能參與批發(fā)市場。”報告指出。
“集成商將較小的參與者（如供應(yīng)商、用戶或節(jié)能公司）整合起來，以使分布式資源也能進入大型市場。”報告繼續(xù)表示，“貿(mào)易商也是市場的參與者，包括從事部署、消費和節(jié)能的集成商以及其它有資格的實體。有許多公司的主要業(yè)務(wù)就是購買和銷售能源。”
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