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美國國家標準技術研究院（NIST）的智能電網(wǎng)概念模型涉及多個“領域”之內和之間的控制和通信。這些領域包括消費者、服務提供商、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；不管哪里如果想建新的發(fā)電廠或鋪設電力線，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)調的技術。因此技術專家有著很好的機會去開發(fā)這些技術，并得到豐厚的回報。
研究這些技術有助于理解現(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計比電表更高級的真正的智能電網(wǎng)產品。事實上，智能電網(wǎng)的需求大部分存在于信息技術領域：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”從各個領域（用戶、市場、服務提供商、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、應用、關聯(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域布局（圖1） （還有代表每個領域的其它圖），但這張圖沒有展示各領域間的依賴關系。另外一張圖則表明了智能電網(wǎng)交互（圖 2）的復雜性，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域通常的順序來解釋，重點放在運營考慮的財務事項上面，也即意味著從市場開始。
市場領域
雖然不是所有人都同意，但市場領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，但不是實時的。）
市場領域中的參與者交易價格，并平衡電力系統(tǒng)中的供需關系。市場領域的分界包括運營領域、發(fā)電并提供電能給消費者（發(fā)電、輸電等）的供電領域以及用戶領域的邊界。
制定電能價格這個市場領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)展中的技術領域。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（和調節(jié)）；貫穿整個市場和用戶領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，市場領域的參與者由市場管理者、零售商、集成商和貿易商組成。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、需求響應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），或將它們推向市場。大多數(shù)零售商與貿易組織相關聯(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)務就是購買和銷售能源。”
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