本文关注基于技术驱动的智能化配电与用电网络——智能电网的兴起及其未来发展。G·Venkatesh所谓智能电网，指的是一种能够智能化地集成电网所有相关方(发电方、用电方或者二者兼顾)的活动，从而实现安全、高效和可持续的能源供应。对门外汉而言，智能电网一词可能只是个流行语，对真正懂行的人来说，它意味着可以快速改变世界的很多方面。预计在未来5年，智能电网市场将超过1,800亿美元。其中，一些亚洲国家在采用最新技术打造电网智能化方面将成为先行者。上述的智能电网定义来自英国政府的能源及气候变化署的陈述，英国政府已经意识到降低能耗(或者称之为国家GDP的能源效率)对气候变化、地缘政治的重要性，最近发起了一个英国智能电网公共项目。还有一些对智能电网的特别定义，例如IBM认为：“智能电网是使用传感器、仪表、数字化的控制与分析工具，自动化监控电能在电厂和终端的双向流动。”

电力与自动化巨头ABB公司则给出了简洁的定义：智能电网是一种可预测、可适应、集成性、可交互、安全、优化的网络，其目标是优化网络性能，避免停电或者一旦停电后进行快速恢复，让电力用户可以管理电耗以恰好满足自身电力需求。ABB同样还认为，将智能电网称之为革命性的大系统有点言过其实，智能电网的出现与其说是革命性变化，不如说是一个渐进式的演进过程。表1列出了传统电网在向智能式电网演变过程中的一些主要区别。态)；200,000个智能变压器(让电力公司电力装置发生故障前进行替换，减少电力故障发生和成本)；差不多700个自动化变电站(在恶劣天气造成输电线路破坏或电力干扰时提供更加快速有效的电力服务恢复。)

迪进国际(DigiInternational)公司正在致力于满足电网智能化的需求。iDigiEnergy是一个针对电力能源服务供应商进行了优化的“机器对机器”(M2M)无线解决方案包，使其可以与电力用户现场的用电设备通信，能够监测用电侧的任何异常，从而实现预防性维护，在关键时刻发出正确预警。此外，Digi还与能效监测和智能电网系统交互软件提供商——GroundedPower公司达成战略合作，目标是对电表上层装置部分实现控制，让电力用户与电力设施进行主动交互，并在能源使用优化方面扮演重要角色。与GroundedPower公司一样，另一家名为EcoFactor的公司提供的软件可以对联网恒温器进行智能化管理，借助上述Digi公司的X-Grid电表上层控制技术，为德克萨斯州的一个工厂节约了20~30%的电能。

根据FrostSullivan的报告，全球前5大智能电网投资的国家就有4个是亚洲国家。一些供应商也看到了在这些快速成长的新兴市场机会。例如，Convergys和Echelon宣布将基于Convergys的实时智能CIS系统和Echelon的网络能源服务(NES)系统，共同合作开发集成智能电网解决方案，并共同支持和开发大陆项目。Convergys公司负责基础设施市场战略和业务发展的高级总监KitHagen告诉《亚洲控制工程》，现在是亚洲国家传统电网向智能电网演进的有利时机，他认为Convergys在北美智能电网市场的丰富经验将有助于公司在亚洲市场趁热打铁。在他看来，中国和印度这样的大型经济体正迈入电气化时代，而且政府正致力于为边远地区提供电力保障，基于这一主要动机，这些国家应该可以避免发达国家所经历的电力建设学习阶段，直接采用智能化技术。ArchRock公司为OEM制造商和韩国、印度的研究机构提供智能电网网络技术。该公司亚太区高级总监RobBroadstock认为，韩国已经在全国部署了智能电网技术研发，希望一旦开发成熟可以进行出口。

在东南亚，新加坡能源市场署(EMA)启动了一个名为智能能源系统(IES)的多方协作政府项目。西门子与IBM就属于4家协作方中的两家，都提交了项目建议书以待评估。EMA最近刚刚还为IES项目签订了一个采购4500套智能电表的招标协议。在新加坡，科学技术和研究局(A*STAR)与RollsRoyce、Vestas、SPPowerGrid和CEIContractManufacturing达成战略合作，以建立一个实验电网中心，研究并开发商业智能电网和替代能源解决方案。

谁的责任

电能用户的所有责任都应该由智能电网来承担吗？消极的用户会认为智能的电子设备既然可以帮助科学用电，自己的节能责任就应该相应减少。在NewLondon刚刚结束的一个会议上，一位美国大学教授提出，随着智能电网或者说智能电表和信号装置变得更加精确，应该促使用户更加明白如何才能正确地用电，并感受到正确用电带来的好处。正如上述所说，如果你能够说服人们纠正错误的浪费习惯，让他们感受到变化带来的好处，智能电网的目标就达到了。通过管制方式进行惩罚只能起到短期效果，却不能真正持续带来行为的变化。智能电表同样也并非零散用户的监视器，而应该是积极的刺激与鼓励手段。ArchRock公司产品开发与客户关系副总裁MalayThaker的看法略有不同，他认为家庭用户只是在志愿的基础上可以从智能电网能源管理自动化方面获得一定好处，而商业用户则是毫无疑问地从自动化过程中获益良多。DigiInternational公司在其新闻发布会上谈到，“将为能源用户提供强大的交互式应用，帮助其更好地了解能源使用与成本，并提供相应的工具帮助大大减少能耗。”Convergys公司的KitHagen观点与之类似，也认为智能电网用户可以更主动地对自己的用电习惯进行评估、管理和控制。

电能之外的思考

等一下，为什么智能网络只能适用于电能领域？OracleUtilities则将智能电网概念推广到了供水管理领域，因为供应方和消费方都越来越需要像评估用电一样评估用水问题。以前那些免费用水的日子是一去不复返了。“在北美，智能电表计划为很多供水基础设施带来了好处”，Oracle2010年度报告中提到，“与北美电力基础设施正在进行的智能电网项目一样，智能水网可以做到早期泄露监测、帮助用户监控其用水情况并自动生成水费，这是智能水网的两大明显优势。”来自Oracle公司的RobBroadstock同时指出，水厂在采用最新技术方面总体来说还比较落后，但他相信亚洲国家的水厂都会或早或迟地将智能电网技术用到水网应用中。Thaker特别提到，ArchRock公司为商用水表和气表(尤其指智能网络)提供经许可的网络软硬件产品，Convergys公司则为北美电力公司提供了大量的电表计费和用户应用系统，也同样能够扩展应用到其他网络如水网和气网。因此，智能电网不仅是发电的可持续性，更是用电的智能化，类似的智能网络理念同样适用于水、气和其他物质，称之为智能网络更为合适。

技术让配电与使用过程更加智能化

ArchRock亚太区产品研发副总裁MalayThaker向《亚洲控制工程》(CEA)介绍了智能电网的解决方案。作为基于IP的无线传感网络(WSN)技术专家，ArckRock致力于能源与环境监控和智能电网应用。该公司的PhyNet架构让无线传感或仪表节点转变成基于IP和Web的设备，实现网络化数据通信，打造大规模、无中断的低成本仪表系统。

CEA：ArchRock的技术与智能电网有何关联？如何发挥作用？

Malay：我们认为广义的智能电网既包括由电厂拥有运行的面向未来的基础设施，也包括用电侧基础设施，即更加高效地用电，更加适合电网的发展水平。另外，像减少碳排放、提高电网柔性和安全性、降低运营成本和提升输配电效率等方面都是关注的重点。总体来说，智能电网意味着发电、输电、配电和用电各个领域的现代化。ArchRock致力于上述两个领域，一是配电部分，我们的PhyNet-Grid通信平台实现了基于IP和Web的先进仪表与传感应用，并采用了低成本的无线射频Mesh网络。二是在用电侧，通过ArchRock能源优化器平台，可以为商业建筑、数据中心或大型社区管理方提供能源可视化，并通过易于配置的无线传感和电路级能源监控进行用电管理。

CEA：据预测，到2015年智能电网市场可能达到1,870亿美元，ArchRock期望从这一市场分到多大的份额？

Maylay：我们公司的所有业务都集中在智能电网领域，即前面所讲的两大电力领域。不过我认为这些产品的未来销售现在很难准确预计，我们只要知道在亚洲这两个领域市场正在快速发展就足够了，ArchRock在韩国和印度已经开始为OEM制造商和研究机构提供网络技术。

CEA：未来电力用户应该成为由智能电网完全控制的被动角色？还是应该让智能电网更多地扮演教育者的角色让人们去改变其用电习惯？

Maylay：对此，我们认为有两件事情需要实现：1、能源使用者需要在能源管理方面承担主动角色。我们在ArchRock能源优化器中就将商业用户定位成为主动角色。作为最大的单个能源使用者，这些商业用户已经意识到通过减少能耗来降低成本的重要性。但是社区电力用户也需要意识到其能源使用的合理性，从整体水平来讲，他们才是最大的能源使用者。2、我们相信通过电网能源管理自动化技术，理念领先的用户将获益良多。有兴趣的用户可以选择参与一些活动计划，譬如需求响应活动。该活动中，来自电厂的自动化信号通过AMI(高级仪表系统)被智能电表接收，并传递给电力用户屋内的联网负荷控制设备，以便在需要时减少用电。从商业角度来说，用户室内用电的自动化可以为企业带来财务利润。

CEA：除了电网，ArchRock还有考虑水网和气网领域的一些机会吗？

Maylay：ArchRock创建了一个标准化的无线传感网络，可以用于各种能源辅助计量模式。除了无线的IPv6电力辅助计量仪表，还提供无线节点，可以连接大多数商用脉冲输出的水表和气表，采集使用数据并提供节省分析。我们公司还为商用水表和气表提供经OEM商许可的组件化网络技术(包括软件和硬件产品)。

电力行业的业务模式需要改进

IBM东盟区系统和技术集团系统软件执行总裁HemantShah向《亚洲控制工程》(CEA)阐述了智能电网的业务。

CEA：在从现有网络向智能电网转变的过程中，电力行业可能面临哪些挑战？

Hemant：智能电网是复杂的、实时的、自觉的多层系统，可以实现各种异构业务和各个行业多个企业与用户运营领域的集成和互操作。因此互操作性是所有系统层面的关键因素，无论从基础连接到业务模型，乃至政策和监管层面。通过将应用层从通信层隔离，互操作性可以简化底层技术的实施进展。此外，在分析、建模、优化、安全、晶体硅技术和物理科学领域都需要大量的技术创新。但最终，无论是对于像IBM这样的独立公司还是对智能电网的成功来说，重要的是我们不但解决了技术难题，还知道了电力行业应该如何改进其业务模式。智能电网的推动将帮助电力企业创建新的电网业务方式，可以充分利用更加丰富的信息，实现电力与可再生能源供应商与用户之间的互操作能力和自动化水平。我们必须定义好合适的业务模式，同时制定适合新业务模式的能源政策和法规。

CEA：在国际智能电网组织中IBM扮演什么角色？

Hemant：2007年，IBM联合多家公用事业公司成立了这一组织，以加快智能电网技术的应用进程并推动行业前进。国际智能电网组织希望通过给现有系统提供数字化智能，改变发电、配电和用电方式，减少停电故障，管理能源需求，以及集成可再生能源资源。如今该组织共有12名成员单位，服务于全球1.15亿电力用户。成员单位包括澳洲CountryEnergy电力公司和印度NorthDelhi电力公司，每家电力企业都将其独特经验分享出来。组织通过面对面会议和虚拟互动形式分享其理念和最佳实践，建立标竿企业，分享重要技术知识并进行协同计划。国际智能电网组织的首个协作性成果是创立了智能电网成熟度模型，这一供全球60多家地电力企业使用的管理工具帮助他们评估目前所处的电网水平，并规划自己的智能电网发展计划。该模型最近由软件工程研究所(www.sei.cmu.edu/smartgrid)赞助用于其行业研究。

CEA：IBM能够通过自身产品支持智能电网计划吗？

Hemant：是的，IBM产品可以说是实施智能电网的核心。系统框架、成熟度模型和复杂集成模型工具构成了我们的智能产品组合。实现上述目标的计算设备需要高可用、高可靠和防止数据灾难——IBM硬件产品为计算领域提供骨干支撑。构成IBM智能电网三驾马车的第三极就是中间件层产品，包括数据库、开发和运行环境、实时数据流处理器、信息处理器(与纯粹的datahandler相区别)，以及控制管理工具(实现IBMISV独立软件合作伙伴开发的应用)，从而构成了整套IBM提供的产品。

智能电网技术的组成

智能电网的设计必须满足全球社会的四大要求:容量、可靠性、效率、可持续性。ABB公司智能电网由四种技术组成，协力提供智能电网的各种功能。底层或物理层类似于人体的肌肉，进行能源转换、运输、储存和消费；传感器和执行器层相当于感知环境和控制肌肉的感觉和运动神经；通信层类似于神经，传输感知和控制信号；决策智能层相当于人类的大脑。决策智能层由所有计算机程序组成，这些程序运行于保护、智能电子器件(IED)、变电站自动化系统、控制中心或企业后端等。这些程序处理来自传感器或通信和IT系统的信息，产生控制指令或支持业务决策过程的信息。当执行器开始执行时，这些控制指令使物理层产生变化，改变发电厂输出和电网潮流。

智能电网中决策智能和执行器的重要性显而易见。如果没有可控电网元件实现更高效、更可靠的电网，那么所有采集和传输的数据的价值将非常有限。电厂的电力输出、输电线的电网潮流以及消费者耗电水平的控制越多，电网运行的效率和可靠性就越高。例如，如果没有柔性交流输电系统(FACTS)技术提供的电力流动控制能力，则独立系统运营商(ISO)如果不诉诸低成本的调度计划，就无法解决输电线路的拥堵问题。或者如果不具备控制变压器分接头或自动切换电容器组等设备的能力，电力行业就不会为降低电力损耗而考虑开发电压和无功优化控制方案。决策智能层要发挥作用，必需将来自与电网相连装置的数据传输给控制器(大多位于电力公司的控制中心)，并对数据进行处理，然后再将指令传回该装置。所有这些工作都由通信层和IT层完成，通信和IT层将信息安全可靠地传输到电网所需的地方。然而，由于某些实时功能只能通过装置内部之间的通信才能实现，所以，装置到装置(如控制器到控制器或IED到IED)的通信也很常见。为确保不同媒体和拓扑系统之间的通信，支持即插即用设备在连接到电网时能够实现自动配置，互操作性和安全性因此至关重要。