全球正在開(kāi)展大量活動(dòng)來(lái)升級(jí)電網(wǎng)，使電力能以更有效、更可靠、更環(huán)保也更經(jīng)濟(jì)的方式傳輸。
全球正在開(kāi)展大量活動(dòng)來(lái)升級(jí)電網(wǎng)，使電力能以更有效、更可靠、更環(huán)保也更經(jīng)濟(jì)的方式傳輸。其中包括升級(jí)電網(wǎng)發(fā)電、輸配電和計(jì)量部分所用的各種設(shè)備和技術(shù)。這些升級(jí)活動(dòng)的一個(gè)重要方面是在各種監(jiān)控和計(jì)量設(shè)備中加入通信能力。目前有多種無(wú)線和有線通信技術(shù)在世界各地進(jìn)行評(píng)估和部署。RF通信已成為許多地區(qū)和應(yīng)用的首選技術(shù)，但也面臨著自己的挑戰(zhàn)。
在電網(wǎng)中加入通信能力的一般原則是在網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電點(diǎn)、輸配電點(diǎn)和用電點(diǎn)之間提供雙向通信。為使電網(wǎng)更高效地運(yùn)作，這種通信鏈路是至關(guān)重要的工具。然而，RF技術(shù)最初采用時(shí)并不是出于此目的，其初衷是讓電表、水表和煤氣表的抄表工作自動(dòng)化，從而不需要通過(guò)人工來(lái)記錄消費(fèi)數(shù)據(jù)。
這種自動(dòng)抄表(AMR)系統(tǒng)旨在支持從電力公司到消費(fèi)者的單向電力流。AMR系統(tǒng)還向電力公司提供單向信息流用以計(jì)費(fèi),并在一定的時(shí)間內(nèi)傳輸用電信息。數(shù)據(jù)速率很低，傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量也很少，每月通常不到1 kb。目前大約有1.5億只在用的電表、水表和煤氣表具有通信能力，其中大部分具有這種低數(shù)據(jù)速率、單向通信能力。
在多種力量的共同推動(dòng)下，一種與上世紀(jì)所開(kāi)發(fā)的電網(wǎng)截然不同的新型電網(wǎng)已浮出水面。隨著全球電力需求迅速增長(zhǎng)，以及人們減少對(duì)化石燃料依賴的強(qiáng)烈愿望，新一代能源將越來(lái)越多地來(lái)自可再生能源，如風(fēng)能和太陽(yáng)能等。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，未來(lái)25年全球電力消耗增長(zhǎng)將超過(guò)80%，可再生能源將成為第二大發(fā)電來(lái)源(見(jiàn)圖1)。
與傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電廠相比，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電更加難以預(yù)測(cè)，因而其管理系統(tǒng)也更加復(fù)雜。此外，來(lái)自電動(dòng)汽車的電力需求預(yù)計(jì)會(huì)大幅提高，這會(huì)導(dǎo)致需求量不均衡。最后，為了減慢電力需求的增長(zhǎng)速度，企業(yè)和家庭用戶需要通過(guò)新的方式來(lái)管理用電。
因此，我們需要一種擁有更高層次測(cè)量、通信、控制和保護(hù)功能的“智能電網(wǎng)”�！�智能電網(wǎng)”的功能遠(yuǎn)不止是抄表，它還可以運(yùn)用雙向信息流讓通信變得更加頻繁。在智能電網(wǎng)的支持下，許多功能將得以實(shí)現(xiàn)，包括：平衡集中式發(fā)電廠的發(fā)電量;優(yōu)化電力配送;改善電力質(zhì)量監(jiān)控和停電響應(yīng);支持對(duì)最終用戶的負(fù)荷量進(jìn)行控制;實(shí)現(xiàn)按天計(jì)費(fèi)制;兼容多種能源，包括再生能源; 支持遠(yuǎn)程連接/斷開(kāi);向消費(fèi)者實(shí)時(shí)反饋其需求曲線。
一旦這種通信方式部署到位，電力公司和消費(fèi)者就可以合作降低耗電量，提高電網(wǎng)的效率和可靠性，支持電動(dòng)汽車和再生能源的更廣泛使用。
驅(qū)動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展的要求和挑戰(zhàn)
智能電網(wǎng)計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)，并且設(shè)定了一系列宏大目標(biāo)。許多情況下，為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，在我們尚未充分了解相關(guān)問(wèn)題及其解決方案之前，需要構(gòu)建一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)解決現(xiàn)有的問(wèn)題并迎接將來(lái)的挑戰(zhàn)�！懊绹�(guó)能源獨(dú)立和安全法案(2007)”針對(duì)智能電網(wǎng)列出了10多個(gè)關(guān)鍵政策目標(biāo)，其中既有籠統(tǒng)性的目標(biāo)，例如“利用數(shù)字技術(shù)提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和效率”，也有更為具體的目標(biāo)，例如“采用自動(dòng)化計(jì)量、電網(wǎng)運(yùn)作和狀態(tài)管理以及分布式電網(wǎng)管理”。根據(jù)這些目標(biāo)，期望中的電網(wǎng)應(yīng)能整合分布式可再生資源，落實(shí)需求響應(yīng)資源，支持電力儲(chǔ)存，支持插電式電動(dòng)汽車，集成“智能”電器和其它設(shè)備以向消費(fèi)者提供及時(shí)用電信息并允許其加以控制。
除了這些挑戰(zhàn)以外，并存的風(fēng)險(xiǎn)要求我們制定網(wǎng)絡(luò)安全和互通標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)將使得電力公司初期部署的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有能力兼容將來(lái)由許多公司開(kāi)發(fā)的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的互連設(shè)備。但這數(shù)以百萬(wàn)計(jì)能夠輕松互連的節(jié)點(diǎn)，其中一些還能關(guān)閉或接通家庭和變電站的電源，或者向電網(wǎng)增加難以控的負(fù)荷，無(wú)疑會(huì)令人們擔(dān)憂心懷不軌者可能通過(guò)惡意攻擊而使嚴(yán)重依賴電力的國(guó)家癱瘓。除了這種廣泛的風(fēng)險(xiǎn)之外，還存在對(duì)個(gè)人隱私的擔(dān)憂。有人認(rèn)為，對(duì)能源使用情況的持續(xù)跟蹤是在人們的家庭和生活中打開(kāi)的又一扇不受歡迎的數(shù)字窗戶。
所有這些目標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)加在一起，代表了一個(gè)復(fù)雜的閉環(huán)系統(tǒng)問(wèn)題。如果只比較智能電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)或蜂窩網(wǎng)絡(luò)各自所需的數(shù)據(jù)速率，現(xiàn)有通信技術(shù)似乎綽綽有余，但真正的挑戰(zhàn)在于壽命、可靠性成本和未來(lái)需求之間的平衡。智能電網(wǎng)對(duì)于電力公司和政府來(lái)說(shuō)將是一筆巨大的投資(Pike’s Research估計(jì)到2015年全球累計(jì)支出將達(dá)到2000億美元)，而且電力公司對(duì)設(shè)備的投資還會(huì)持續(xù)20年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。這些通信系統(tǒng)要求能夠適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展，設(shè)計(jì)留有足夠的余量，應(yīng)考慮到10年后可能出現(xiàn)的問(wèn)題。電力公司和設(shè)備供應(yīng)商需要不斷比較和權(quán)衡當(dāng)前的實(shí)施成本與未來(lái)相對(duì)模糊的需求。
智能電網(wǎng)通信：多個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)
由于智能電網(wǎng)將不同發(fā)電形式之間的雙向通信擴(kuò)展到電力消費(fèi)者，因此它會(huì)涉及到多個(gè)具有不同控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)記錄、保護(hù)和優(yōu)化程度的系統(tǒng)。主要的系統(tǒng)可以分為以下組別：1) 輸配電現(xiàn)場(chǎng)和廣域網(wǎng)絡(luò);2) 連接到數(shù)據(jù)采集器或網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的智能表計(jì);3)連接到家用電器或充電站的智能表計(jì)(見(jiàn)圖2)。
智能計(jì)量通信：投資的主要部分
以智能計(jì)量為中心的通信系統(tǒng)吸引了最多的目光，成為不同技術(shù)的必爭(zhēng)之地。美國(guó)的潛在表計(jì)更換量超過(guò)1.4億只，全球超過(guò)10億只，因此智能表計(jì)代表了智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)中的絕大部分節(jié)點(diǎn)，大部分成本都集中于此。
世界各地不同程度地采用了兩種主要的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)：RF和電力線載波(PLC)。北美市場(chǎng)以RF解決方案為主。由于免執(zhí)照高功率ISM頻段中存在可用的頻譜，并且每個(gè)變壓器對(duì)應(yīng)的表計(jì)相對(duì)較少，因此一般來(lái)說(shuō)，RF解決方案在北美市場(chǎng)能以較低的成本進(jìn)行部署。
