3. 交叉科學(xué)的工作

　　3.1 通信系統(tǒng)

　　智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用——如ami、配電自動化、客戶端系統(tǒng)、同步相量技術(shù)等，增加了對傳統(tǒng)公用事業(yè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)通信的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)投資多種涉及不同帶寬、延遲、可靠性和安全性特點(diǎn)的技術(shù)。每個(gè)智能電網(wǎng)應(yīng)用要求有各自的帶寬和延遲時(shí)間，這需要公用事業(yè)機(jī)構(gòu)使用不同的通信技術(shù)。這些技術(shù)可以被部署在現(xiàn)有的公共網(wǎng)絡(luò)（例如蜂窩技術(shù)和無線電頻率[rf]網(wǎng)格），這是一種經(jīng)濟(jì)和普遍的方式；還可以部署在有許可的專用網(wǎng)絡(luò)（例如光纖通信、有執(zhí)照的無線電頻率網(wǎng)格或微波鏈路）。成本、可靠性、性能和技術(shù)壽命影響公用事業(yè)機(jī)構(gòu)在通信技術(shù)上的決策。

　　雖然一些公用事業(yè)機(jī)構(gòu)在使用專用通信網(wǎng)絡(luò)，但是較低的成本和較高的技術(shù)優(yōu)勢正在令公共網(wǎng)絡(luò)受到公用事業(yè)機(jī)構(gòu)的青睞。近日，公眾蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商紛紛下調(diào)ami通信的每兆字節(jié)收費(fèi)，使得無線寬帶技術(shù)（如2g / 3g和4g lte網(wǎng)絡(luò)）更受歡迎。然而，某些應(yīng)用中，如饋線開關(guān)和同步相量，需要的速度比蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供更快。雖然光纖電纜也在使用，但基于無線電頻率的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使ami和配電自動化部署在北美成為領(lǐng)先技術(shù)，許多美國市政公用設(shè)施也使用微波或無線網(wǎng)絡(luò)廣域通信的ami回程和配電應(yīng)用。為了滿足高速、高安全性需求，西部電力協(xié)調(diào)委員會使用安全的光纖廣域網(wǎng)，建成與國家空中交通管制網(wǎng)絡(luò)同一水平、發(fā)送pmu數(shù)據(jù)不到30毫秒的電網(wǎng)控制中心。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò)安全措施

　　為應(yīng)對13636號行政命令，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（nist）在2014年2月發(fā)布了提高關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)安全的框架，提供優(yōu)先的、靈活的、可重復(fù)的和劃算的方法來應(yīng)對跨部門產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)（nist 2014）。這種努力依賴于nist與其他行業(yè)的協(xié)同工作，建立開發(fā)nistir 7628來指導(dǎo)智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全（nist 2010）。同月，美國能源部公布的電力網(wǎng)絡(luò)安全界別能力成熟度模型（es-c2m2）第二個(gè)版本（1.1），通過使用自我評價(jià)方法，幫助電網(wǎng)運(yùn)營商評估其網(wǎng)絡(luò)安全能力，并立刻行動和投資去改善網(wǎng)絡(luò)安全問題（doe 2014b）。es-c2m2提供了一個(gè)補(bǔ)充的、可擴(kuò)展的工具來幫助nist框架實(shí)現(xiàn)。迄今為止，104家公用事業(yè)機(jī)構(gòu)覆蓋6900萬用戶已經(jīng)下載了es-c2m2工具。美國能源部在2012年發(fā)布的風(fēng)險(xiǎn)管理程序結(jié)合即將推出的網(wǎng)絡(luò)安全采購語言，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)現(xiàn)在有跨業(yè)務(wù)流程中網(wǎng)絡(luò)安全最佳實(shí)踐的整體視圖（doe 2012b）。

　　3.3 互操作性

　　互操作性是兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、設(shè)備、應(yīng)用程序或元件，可以有效連接、安全地共享信息，并對系統(tǒng)或操作很少或沒有中斷。互操作性是電網(wǎng)現(xiàn)代化的重要推動者，允許服務(wù)提供商和終端用戶針對大量的技術(shù)問題和功能保持可靠操作性。

　　美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所在2009年為了加快互操作性，形成公私智能電網(wǎng)互操作性小組（sgip）。sgip截止到2013年吸收了800個(gè)組織和1900名個(gè)人，成為一個(gè)獨(dú)立的、成員資助的組織。在此期間，nist協(xié)調(diào)sgip發(fā)展和更新智能電網(wǎng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)的框架和藍(lán)圖，為今后的發(fā)展鑒定一致的標(biāo)準(zhǔn)和差距。sgip積極致力于減小差距和更新審核標(biāo)準(zhǔn)，迄今已加速形成消費(fèi)者交換能源使用數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)（綠色按鈕）；定義能源使用計(jì)劃、價(jià)格和需求響應(yīng)信號（在openadr使用）；并且有助于擴(kuò)展sep2信息模型（信息的通用詞匯），以支持電動汽車充電（csep）。

　　4. 形成未來部署的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

　　4.1 智能電網(wǎng)技術(shù)評估正在演進(jìn)，且在各公共事業(yè)和行政轄區(qū)不盡相同

　　評估智能電網(wǎng)技術(shù)的全部成本和收益需要時(shí)間，特別是許多公用事業(yè)機(jī)構(gòu)開始利用新的數(shù)據(jù)和信息技術(shù)（it）應(yīng)用程序，使智能電網(wǎng)系統(tǒng)的部署產(chǎn)生附加價(jià)值。公用事業(yè)機(jī)構(gòu)及其州和地方監(jiān)管機(jī)構(gòu)對智能電網(wǎng)技術(shù)有著不同經(jīng)驗(yàn)，對成本和收益有不同的看法。因此，投資決策和部署率應(yīng)在各州層面確定——根據(jù)各州能源目標(biāo)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)對投資額度的觀點(diǎn)以及智能電網(wǎng)的成熟水平和個(gè)別公共事業(yè)的經(jīng)驗(yàn)水平。美國能源部已經(jīng)與美國電力研究協(xié)會（epri）為公用事業(yè)機(jī)構(gòu)制定了一個(gè)一致的、按部就班的框架，根據(jù)以往的示范估算項(xiàng)目成本和收益（epri 2012）。隨著新數(shù)據(jù)涌現(xiàn)和額外收益產(chǎn)生，這種方法通過將可用技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有智能電網(wǎng)中不斷演進(jìn)。提高互操作性和系統(tǒng)集成將使公用事業(yè)智能電網(wǎng)技術(shù)之間實(shí)現(xiàn)新的協(xié)同效應(yīng)。

　　支持智能電網(wǎng)設(shè)備的it和通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在很大程度上給公用事業(yè)機(jī)構(gòu)帶來更多的責(zé)任、費(fèi)用和綜合挑戰(zhàn)，且挑戰(zhàn)很難估計(jì)。整合新的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)所需要的精力和時(shí)間是難以預(yù)料的；數(shù)字設(shè)備和系統(tǒng)的生命周期在很大程度上是不能確定的；所有新功能和運(yùn)算能力只能隨著時(shí)間逐漸實(shí)現(xiàn)。公用事業(yè)機(jī)構(gòu)不知道隨著技術(shù)的發(fā)展，it和通信基礎(chǔ)設(shè)施需要升級和維護(hù)的程度。同時(shí)，雖然幾個(gè)公用事業(yè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了簡化操作，但系統(tǒng)集成問題依然在挑戰(zhàn)很多示范項(xiàng)目。這些智能電網(wǎng)技術(shù)和it技術(shù)發(fā)展較高的公用事業(yè)機(jī)構(gòu)和地區(qū)正面臨智能電網(wǎng)下一步技術(shù)革新和政策挑戰(zhàn)。

　　公用事業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在考慮為估價(jià)技術(shù)和投資決策提供新的收益流。例如，當(dāng)向監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交智能電網(wǎng)技術(shù)的成本/效益分析時(shí)，現(xiàn)在一些公用事業(yè)機(jī)構(gòu)提供的是減少客戶停電損失的估計(jì)，而不是采用傳統(tǒng)的可靠性指標(biāo)（即僅提供停電的持續(xù)時(shí)間和頻率）。這些增值服務(wù)（vos）預(yù)計(jì)會有助于公用事業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)了解為提高可靠性采用自動支流轉(zhuǎn)換和其他系統(tǒng)升級給消費(fèi)者和社會帶來的好處。這種估值方法將使公用事業(yè)機(jī)構(gòu)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)了解停電的真正成本，有利于優(yōu)先投資，提高可靠性和應(yīng)對能力。

　　此外，目前智能電網(wǎng)技術(shù)提供的數(shù)據(jù)分析將提高這個(gè)新興領(lǐng)域的運(yùn)營和經(jīng)營效率（例如，停電管理、資產(chǎn)管理和系統(tǒng)規(guī)劃）。行業(yè)分析師預(yù)測，美國實(shí)用數(shù)據(jù)分析市場將每年增長33％，從2011年的2.15億美元增加到2016年的9.02億美元。it基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)分析將使更多的公用事業(yè)機(jī)構(gòu)超越基本的傳感和通信技術(shù)部署，利用智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)改善運(yùn)營和政策。

　　各種極端天氣帶來的災(zāi)害激發(fā)了人們對提高現(xiàn)代電網(wǎng)可靠性和應(yīng)對能力的關(guān)注。2012年，11次極端天氣中每個(gè)造成的破壞損失均超過10億美元——包括颶風(fēng)桑迪造成的65億美元損失——這也使2012年成為自1980年以來災(zāi)難（其中包括風(fēng)暴，干旱，洪水，森林火災(zāi)）損失最大的一年。2012年超級風(fēng)暴桑迪之后，紐約州和新澤西州州長對基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)化和升級的支持帶動地區(qū)公用事業(yè)機(jī)構(gòu)制定了數(shù)十億美元的投資計(jì)劃。例如，新澤西州的電力和天然氣公共服務(wù)公司（pse＆g）已經(jīng)提出了能源強(qiáng)化計(jì)劃，該計(jì)劃在今后的10年將投資39億美元，以提高和強(qiáng)化脆弱的變電站（17億美元），提高對智能電網(wǎng)技術(shù)故障的檢測和應(yīng)對（4.54億美元），并加強(qiáng)或埋藏配電線路（6000萬美元），還有其他的升級（pse＆g 2013年）。

　　對應(yīng)對能力和持久性的關(guān)注也增加了人們發(fā)展微電網(wǎng)的興趣，微電網(wǎng)可以在緊急情況下提供專用電源和隔離能力（即從周圍電網(wǎng)中快速連接或斷開）。行業(yè)分析師預(yù)測北美的微電網(wǎng)容量可能從2013年992mw增加到2020年的6000mw（navigant2013年）。不過，理想的微電網(wǎng)交互和微電網(wǎng)功能需要應(yīng)用了先進(jìn)的傳感、開關(guān)和控制技術(shù)，有效整合配電自動化技術(shù)與分布式發(fā)電的更加智能和高級的系統(tǒng)。因?yàn)橛休^大的需求和良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，終端用戶如軍事設(shè)施、醫(yī)院以及大學(xué)校園可能是微電網(wǎng)的早期嘗試者。