全國范圍內(nèi)的電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展被人們認為是20世紀的最高工程成就。盡管它取得了成功和巨大的影響，但是美國及其他國家的電網(wǎng)都在經(jīng)受著來自日益增長的需求和正在老化的基礎設施的雙重壓力。在一些經(jīng)濟上仍處于發(fā)展中的國家，現(xiàn)有的電網(wǎng)無法滿足大量人口的需求。這些壓力引發(fā)了人們對于如何設計和操作電網(wǎng)，及電網(wǎng)與終端用戶交互方式的新想法。重新設計電網(wǎng)的愿景仍然不斷涌現(xiàn)，但是這種現(xiàn)代化已經(jīng)被稱為“智能電網(wǎng)”。在美國，一個發(fā)展智能電網(wǎng)的國家政策已經(jīng)在2007年通過公共法律建立了起來。

　　現(xiàn)在的電網(wǎng)可以描述成為一個電能單向流動的自上而下系統(tǒng)，電能從中央發(fā)電廠發(fā)出，經(jīng)地區(qū)輸電系統(tǒng)傳送至本地的配電系統(tǒng)和終端負荷。市場運營中心和發(fā)輸電系統(tǒng)會根據(jù)有限的態(tài)勢感知及消費者交互信息來采取控制措施，以平衡供給與需求。由于自動化水平有限，在大多數(shù)情況下，除非消費者主動報送信息，否則設備無法自己檢測出服務中斷。在未來智能電網(wǎng)的背后，部分想法是改進用于管理電能發(fā)送和分配的監(jiān)控技術(shù)，但最主要的想法是通過信息技術(shù)的基礎設施與電網(wǎng)結(jié)合來轉(zhuǎn)變電網(wǎng)的基礎架構(gòu)，這將使電力流與信息流的雙向流動成為現(xiàn)實。

　　電網(wǎng)現(xiàn)代化的驅(qū)動力之一是希望大幅增加可再生發(fā)電資源的利用，主要是風電及光伏發(fā)電。這些資源的波動性很大，而利用大規(guī)模的儲能來平緩這種波動性目前還未被證實是經(jīng)濟可行的。隨著這些波動性能源的利用不斷增加，匹配瞬時的發(fā)電與需求變得困難了起來。結(jié)合了自動控制技術(shù)的電網(wǎng)與消費者間的雙向通信能夠快速地調(diào)節(jié)家庭和樓宇系統(tǒng)中的負荷或發(fā)電資源，能夠使家庭和樓宇在管控電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性方面成為伙伴。利用預測和轉(zhuǎn)移負荷所增加的能力有助于更好地利用電網(wǎng)資源，因為平滑負荷意味著只需較少的資源就能管理電力峰值。

　　圖1 智能電網(wǎng)將雙向通信的基礎設施和本地發(fā)電與傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)結(jié)合起來

　　智能電網(wǎng)與設備間接口的主要概念

　　在智能電網(wǎng)的環(huán)境中，正在形成的國際共識認為各種交互最有可能位于能源供應者與消費者之間。這些交互過程以用例的形式被記錄。能源供應者與消費者之間實現(xiàn)交互動作的接口的目的與特征也正在不斷取得共識。這些特征包括集成能力，即能夠輕易地集成各種各樣的、基于設施管理標準的環(huán)境。

　　已經(jīng)有國際標準支撐著的成熟產(chǎn)業(yè)，這些國際標準用于工業(yè)過程和商業(yè)樓宇的自動化和控制系統(tǒng)。在住宅應用的自動化和控制系統(tǒng)方面，正在不斷涌現(xiàn)新的產(chǎn)業(yè)和一些新興的標準。在這些環(huán)境中，技術(shù)、需求和成本約束是不同的。用于消費者設施領域（居民、商業(yè)、工業(yè)）的技術(shù)和標準不同于支撐電網(wǎng)運行的控制技術(shù)和標準。

　　為了使消費者設備領域的控制和自動化系統(tǒng)與智能電網(wǎng)系統(tǒng)以協(xié)作的方式交互，在這兩個領域之間需要接口的存在。圖2對此做出了圖例說明。這種接口必須具備以下特征：

　　它定義了經(jīng)接口傳送的信息，并允許應用靈活地使用這些信息；

　　它能使兩側(cè)的系統(tǒng)各自獨立地升級；

　　它的特性應豐富至足以滿足可能在商業(yè)和工業(yè)設備上發(fā)現(xiàn)的復雜控制系統(tǒng)的需求，簡單至對于居民消費者所使用的簡單系統(tǒng)也是經(jīng)濟可行的；

　　它應該被標準化，以使可互操作的商業(yè)產(chǎn)品的廣泛應用成為現(xiàn)實。

　　圖2 電網(wǎng)域與用戶域之間用戶接口（藍線）的高層級視圖

　　美國的新興標準

　　在美國，一個公共/私營伙伴關(guān)系，智能電網(wǎng)互操作委員會（Smart Grid Interoperability Panel ，SGIP）已經(jīng)成立，用以加快開發(fā)和實現(xiàn)互操作的智能電網(wǎng)設備和系統(tǒng)。SGIP的部分努力旨在通過和眾多的標準發(fā)展組織合作以促進所需標準的開發(fā)，并從SGIP的標準目錄上識別出重要的智能電網(wǎng)標準。SGIP也支持產(chǎn)品檢測、認證過程和行業(yè)利益相關(guān)者教育的開發(fā)工作。一些已經(jīng)被標準名錄認定的現(xiàn)有標準或正在SGIP的影響下編制的標準與電網(wǎng)及消費者之間的接口相關(guān)。這些標準包括OASIS能源互操作協(xié)議，OpenADR 2.0 ， IEEE 2030.5智能能源協(xié)議2.0[12]和能源服務供應者接口（Energy Services Provider Interface ，ESPI）。下一節(jié)會討論這些標準。

　　OASIS能源互操作協(xié)議

　　能源互操作協(xié)議1.0（Energy Interoperation ，EI)發(fā)布于2011年12月，結(jié)構(gòu)化信息標準促進組織（Organization for the Advancement of Structured Information Standards ，OASIS)的一個技術(shù)委員會負責對該協(xié)議進行維護。EI指定了一種信息模型和報文來實現(xiàn)需求響應事件、實時電價、市場參與投標和報價、負荷和發(fā)電預測的標準通信。該項標準包括：規(guī)范文檔的范圍、架構(gòu)、含有統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language ，UML)圖表的服務描述以及可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）架構(gòu)形式的服務描述（網(wǎng)絡服務報文必須與此架構(gòu)一致）。該規(guī)范和架構(gòu)可從OASIS免費獲取。

　　EI服務于電網(wǎng)域和消費者域之間的需求響應和其他的市場通信。EI的架構(gòu)很簡單，減少至兩方之間的服務交互。一方可以是設備能源管理系統(tǒng)或裝置、需求響應供應者、市場運營商、配電系統(tǒng)運營商、微網(wǎng)及任何其他的需求響應事件或能源市場交易的參與者。

　　EI標準指定了三種配置文件，在已發(fā)布的標準描述中，可被看作為三種基本的用例。

　　（1）OpenADR-該配置文件定義了需求響應事件和價格通信所要求的服務。它是以OpenADR 1.0規(guī)范的現(xiàn)場經(jīng)驗所提煉出的功能和經(jīng)驗教訓為基礎建立起來的；

　　（2）價格分布-該配置文件定義了在純粹的價格分布環(huán)境中交互所需的最小服務集，不要求能源市場交易和基于事件的需求響應交互；

　　（3）TEMIX-該配置文件定義了實現(xiàn)更多的通用能源市場交互功能所需的服務，這些交互取決于協(xié)商性的基于價格的交易。