智能电网标准评估及应用发展建议-final

1、.精品资料网cnshu 25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座：.；精品资料网cnshu专业提供企管培训资料智能电网规范评价及运用开展建议由Erich W. GuntherAaron SnyderGrant GilchristDarren Reece Highfill为加利福尼亚能源委员会制定EnerNex公司2021.2草稿0.83运营摘要本文处理与建造加利福尼亚智能电网规范和技术相关的四个根本问题：我们即将面临哪些可以影响未来智能电网的创新技术。如何具有前瞻性地防止建造不兼容系统，交换这些系统时耗资宏大。如何培育新技术的开放式接入，竞争以及商业增长，这些新技术不仅可以给能源消费者带来新

2、的方式满足其能源需求，并且同时可以节省费用。划分清楚政府能否应该介入的界限。处明智能电网问题的一个关键要素是将电力系统和根底规范及技术分解成为一些衔接的部分，从而进展有针对性的研讨，同时发现妨碍最终方案开发的问题，并且预先将处理方案开发的问题暴显露来。首先，对正在运用的和仍在开发的规范和技术进展高程度的概括，将有助于列出互操作系统的需求以及规范开发的需求。规范开发机构和技术联盟的区别用于解释为什么虽然实现了规范化，却依然不能实现互操作性。本文中将给出一个关于政策法规，司法权限和规范与技术开发者如何塑造现代电网处理方案的讨论。接下来，智能电网问题被分解为四个关键部分：发电系统，输电系统，配电系统

3、及用户。本文将明晰地描画相关部分的作用区域，并指出其相互关系，暴露系统间的接缝，指出需求追加投资来开展的规范以及需求投资来建立的与智能电网相关的工程。通讯设备的横向分解对于如上所述的四个运用设备区域间元件的衔接非常必要，这些分解包括宅域网，场局域网络，变电站域网络，广域网，公用事业局域网以及企业集成网。然后将给出与加州智能电网部署战略相关的关键领域中的一个详细清单，这个清单包括关于现有或开展中的详细规范，最正确做法，立法及控制。需求特别留意的是，根据加州智能电网开展蓝图，这些规范如何长期投入运用。最后，从什么规范和技术应该被推行，或者研讨以满足实现现代电网的目的的角度，提出理处理措施来处理上面

4、的四个问题。本文中一个非常重要的发现是，现今很多成熟的规范和做法都可以被运用以协助智能电网的开展，智能电网的高层决策者缺乏对这些规范的认识，缺乏对这些做法和规程的运用指点方针，以及运用它们时的明晰的最正确实际以及控制的指点方针。关键建议包括：政策制定者应该采用美国国家能源部DOE“电网智能化构造互操作备忘录来评价包含设备采购建议。应该制定法规以鼓励设备和产品消费商支持基于规范的技术而不是专有的处理方案。法规要防止制定能够的强迫的特殊规范或技术，而这些规范的制定是为了得到某些特定的结果。需求开展研讨来加速那些可以填补这些空白的规范的开展，这些空白包括平安方面，智能电网及设备管理，信息隐私管理，以

5、及场局域网络和互用性。规范及技术引见世界范围内的规范开展机构SDOs均在一样的法规下实施职能。大体上，参与实践开发任务的委员会成员遭到反信任条例或者法案的约束，被制止参与反竞争行为，如市场划分，价钱讨论等。而且，知识产权被视为规范言语的潜在资源，要求对一切人公开。投票时，对于候选投票者的平衡利益有严厉的控制，从而实现公平公正。例如，美国国家规范协会ANSI有三个类别，消费者，运用者及群众，对于投票团体来说，没有一个类别可以超越合格投票者人数的40%。规范通常以实践的规范开场，即在足够的消费者中具有共性，才称产品/方法/协议为“规范。除此之外，SDOs实践上制定法律上的规范，即将一些行为译成与法

6、规类似的法典。鉴于对投票平衡性，公开条例，公开参与的谨慎关注，在特定的管辖区内采用某些特定规范而不采用法律。在北美洲，公用事业有如下相关的SDOs：ANSI：美国国家规范协会DIN：德国规范协会(din.de)IEC：国际电工委员会(iec.ch)IEEE：电子电气工程师协会()ISO：国际规范化组织()ITU：国际电信联盟()上述例子之一的德国规范协会看来有些不适宜，但是，在许多领域，诸如电力丈量方面，DIN规范非常具有影响力。与SDOs不同的是所谓的“联盟。他们是一些认可一项特殊技术价值的实体或个体，并且他们建立一个利益群体来促进这项技术的编撰设计及市场推行等。联盟和规范群体的差别在于二者

7、的规程及任务成果。由于任何数目的利益群体都可以构成一个联盟，其运转规程非常广泛。其中一个例子就是Zigbee联盟，它包括15个成员“推行员，由技术厂商，参与者及采用者组成。Zigbee联盟的任务效果以“档案资料或协定性能规范而出名。由于联盟并未被要求必需有一个平衡的会员机制，或者从某种意义上必需服从一定的反信任规程，他们的任务成果必需提交给一个SDO，目的是使其可以变成一个法律上的规范。以下为一些知名的宅域网市场的与公用事业相关的联盟：家庭电力线组网联盟()Z波联盟(z_)Zigbee联盟()每个技术联盟都包含工业界的不同厂商来实现他们的既定目的。通常在某些规范写进SDOs成为规范之前，联盟以

8、类似于推行规范的方式来推行这些规范。大多数联盟的目的也是实现互操作性，联盟经过一系列的认证程序来保证互操作性的实现。在2021年8月，Zigbee联盟和家庭电力线组网联盟共同宣布了一项规范的实施。该举措在计算工业界的例子包括Wi-Fi联盟和USB制定论坛。如何超越规范化制定规范是为了给出人们对某项技术的可以达成共识的根本了解。除非规范的界限包括互通性测试或指点方针，一项技术最好要服从规范。与物理技术型号不同，在电力工业技术中，互通性至多是开展某规范的委员会的一个愿望。这就突出阐明，对专门的用户组织，其主要义务就是发现互操作性的要求，并编制测试方案对产品能否符合互操作性进展测试，同时对结果进展认

9、证。除了SDOs及联盟外，还有另一种重要的实体“用户团体。用户团体，规范化组织及联盟之间的区别在于，相对于一些规范开展组织，用户团体允许其成员对规范运用于技术规范进展自在的讨论。一个例子可以表达这种关系，即IEC61750规范开展委员会技术委员会57，任务组10和UCA国际用户团体UCAlugICE61850委员会。IEC技术委员会由国内专家组成，被ICE任命。在产生IEC规范时，每个委员会均服从一个规定的流程，如IEC61850的一套规范。这套规范的第10部分是互通性测试。UCAlug IEC61850委员会由一些专家组成，这些专家每半年就产品如何符合IEC61850规范这一问题进展一次讨论

10、。产品测试在该委员会认可的一致、公开和公正的环境中进展，保证产品满足规范的要求。在UCA中还有如OpenHANHAN-宅域网及AMI-SEC高级丈量根底设备保证这样的公布了系统需求规格的任务组。这些规范允许用户采用普通文档的方式进展交流，以了解满足最终商业目的的复杂性。规范也可以经过规范组织以法律规范的方式来撰写，以保证产品符合需求。并且以规范团体协助任务的方式撰写，来开展法律性的规范以消费出符合期望需求的产品。另一个为真正的互操作性奠定根底的任务组是GridWise Architecture(GWAC)。与NIST国家规范技术协会协作，GWAC资助Grid-Interop会议，这个会议的目的

11、是实现系统间的互操作、业务流程的互操作、建立可继续开展的电力系统、开展一体化智能电网政策以及全面审视发电和用电过程。超越用户和厂商导向的规范和技术一个方法是利用政府机关的规章制度，最好的规章制度就是具有适当的奖励和惩罚措施，而没有太多硬性规定的准那么和目的。另一业界的一个例子是美国法律中为汽车消费商制定的公司平均节约燃料规范CAFE，作为行业的目的，并没有指定特别的模型。需求哪些交通工具，需求什么样的容量，允许制造厂家开展本人的技术引擎，熄灭技术等来满足政府规范。为了突破某一地域规范的限制，IEC和IEEE，ANSI和IEEE可以结合制定一些规范，并在更广范围内推行，这是真正互联互通的重要步骤

12、。方法论电力系统设备为了便于分析，电力系统被分为三个部分，按照惯例，沿着传统线路分别是发电系统，输电系统及配电系统。一切不同的负荷类别，包括工业，商用及居民都被纳入“用户范畴。发电系统为了便于讨论，发电系统指容量在250MVA以上的高容量中央发电机组，经过输电和配电网络与用户衔接，这其中能够包括容量大于这一最小门限的风电场。为了便于分析，这些风电场将被视为一个简单的发电站。图1a：NERC互联络统 图1b：NERC区域输电系统输电系统与配电系一致同，有时被称为“大电网。北美的电网分为四个互联的同步电网：魁北克互联络统，东部互联络统，西部互联络统亦称西部电力系统，或WECC以及德克萨斯互联络统电

13、力可靠性协会亦称ERCOT及德克萨斯区域实体，或TRE，如图1a所示。东部互联络统包括如下的区域：佛罗里达可靠性协调委员会FRCC，中西部可靠性组织MRC，东北部电力协调协会NPCC，可靠性第一公司RFC，SERC可靠性公司SERC，以及西南部结合电网SPP。这里所说的“互联同步的定义为该区域的电力消费如何去满足负荷需求，并且定义了如大停电的灾难性问题边境。输电系统运转在最高的电压等级，普通为-1000kV。配电系统配电系统是大电网中设备密度及维护需求最大的部分，配电系统并不是一个真正的“电网，例如，对于一个负荷存在多条供电途径，而是每个负荷都可以明晰地与一个输电电源对应配对，尤其是变电站节点

14、。有些工业用电企业有带有切换安装的多电源馈电系统来保证其具有更高的可靠性。如今也可以在配电系统中接入发电机，这一技术被称为分布式发电或分布式电源。这一发电系统的容量在5到500MVA之间，包括风电机组，太阳能阵列，太阳能热电，小型水电机组，燃料电池以及涡轮机组等。在思索分布式电源的定义时，电池能量存储技术超导磁能存储技术以及其他一些技术将会被划分到发电系统中。配电系统的操作与维护同系统中设备的数量有关。每： 250000个用户需求多达有60000个配电变压器，多达227条馈线以及45个变电站。在变电站，每条馈线能够还会有一个变压器，将输电网或输电子网的电压级别转换为配电网电压级别。配电网通常运

15、转在13.8-kV，虽然有些系统运转者以为34.5-kV应被成为输电子网，并且配电系统应该包括240V-34.5kV。用户过去，用户仅仅被视作一个收入来源，但在不久的未来甚至在如今的某些情况下，用户会被视作一个“合伙人。一旦一个可以将一切用户及公用设备进展适当衔接并且可以实现其之间交流的通讯系统成为能够，管理和控制每个负荷将会变得非常简单。经过费率政策和奖励，用户将会被鼓励以调整他们对于能源的消费及需求，从而防止在尖峰时段购买电能。这些所谓的“需求呼应程序可以使电力公司延伸其对于根底设备的投资，相反将这些钱投入改善长期运营的任务中。需求呼应的一个方案确实包括一些对于根底设备的投资，但是，这些投

16、资将用于通讯设备方面，以使得架设输电线路更加容易一些。更加先进的设备如带双向通讯功能的表计，带双向通讯功能的表计，以及家用自动化设备如可编程通讯出口控制器将协助 用户管理其能源需求。对于商业及工业用户来说，一种能够是安装链接在内部传感器和控制器系统上的能量管理系统，它可以起到杠杆作用平衡继续负荷和税率构造，允许需求呼应操作和需求竞价操作。通讯设备智能电网是经过在电力系统根底设备中覆盖通讯设备来实现的，智能电网对通讯设备的划分是按照其所实现的功能来进展的，与电力系统的设备并不具有一一对应的关系。宅域网HAN有时也被称为房域网PAN或楼域网BAN，该网络是一个单独房间中的网络，例如工业厂房、商业大

17、楼或者家庭，其与一个或者多个网络进展通讯。电力公司希望利用这些网络，经过家庭网络或者不同类型的网桥，减轻高负荷时段由于诸如需求相应等要素带来的网络压力。场域网FAN该网络主要用于一个或者多个网络中的设备通讯，通讯主要在用户效力接入点与公共效力网络回程点之间进展。由于其是电力公司所能组建的覆盖最广的通讯网，其主要用于高级量测体系。配电自动化和控制设备DAC也包括在FAN内。变电站域网SAN该网络主要用于同一个变电站内单个或者多个网络间设备的通讯，通常是电容器组，继电器以及其他的变电站自动化设备，该网络通常作为SCADA网络的根底网络。一个任务组正在对如何扩展SAN规范IEC 61850从而实现变

18、电站间的通讯。广域网WAN本区域是衔接FAN，SAN，公用设备LAN以及后勤办公室间的桥梁，包括从控制中心到变电站间的通讯，通常被称为“回程通讯。局域网LAN该网络定义了通讯设备之间“临近的关系。顾名思义，一个楼层，一栋楼或者一个效力器机房往往是一个LAN。HAN，FAN以及SAN均为不同类型的LAN。图2给出了一个智能电网的表示图。理想的情况是，每个域中，为实现商业的、技术的、社会的最终目的，经过鼓励一切成员公司、用户等广泛参与的方式，来实现成员间和技术间的相互沟通和影响。从HAN中，消费者可以购买和安装监测和控制设备，利用包括通讯和电力系统设备的通讯网，数据将在任何需求的时间和地点被转化为

19、有用的信息。在现实生活中，每个区域的程度部分代表互操作区，能够存在着相互竞争和互补的技术与规范，并且在不思索其他域需求的情况下开展。图2：智能电网高级概观企业整合企业整合确定了不同运用间的衔接，这些运用需求被用来驱动公用商业需求。这通常包括具有“系统在名字中的运用，如停电管理系统OMS，地理信息系统GIS，配电管理系统DMS，能源管理系统EMS，客户信息系统CIS，丈量数据管理系统MDMS，甚至是企业资源规划系统ERP。通常情况下每一个运用系统均由不同的厂商提供，这就呵斥了在用于公用业务时数据管理方面的困难。目前，工业界正向通用信息模型这一目的开展，逐渐摒弃公用系统的开展。图3所示为上述网络，

20、图中包括部分设备、系统和参与者。人们很容易从HAN，经过LAN和WAN，回溯到公用事业企业。除了这方面，OSI开放系统互连有七个层：运用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层和物理层。这是设备和系统间这是对系统和设备间互操作性妨碍的一个更全面的描画。要想实现互联互通，两个设备和系统之间必需在上述七层中的每一层都能实现互操作。物理层以“数据位作为媒介交换信息，数据链路层媒体访问控制或MAC是帧多比特交换的媒介，网络层为数据包多帧决议途径和运用逻辑地址，端到端衔接和数据段多数据包交换在传输层中实现，会话层处置数据表达和加密，最终，在运用层中实现与用户之间的交互。有时，某些技术运用OSI协议

21、中的不同模型。虽然这些模型能够只用到七层模型中的三层或者四层，但是这些模型通常都具有一切的七层模型的功能。图3：企业系统，通讯和层智能电网需求与现行规范的差别及分析在企业中各个不同网络中都存在着大量的可用规范，将这些规范域实践的需求列出通常是有益的，这就是所谓的“差别分析。明确需求不符合该需求的技术将被审核有益于进展差别分析。从实例提取需求的方法是编制需求列表的最好方法。发电系统电力设备本身具有明确的定义，以及非常成熟的规范和规章制度。对于公司运营系统和设备的通讯，也同样具有这些规范和制度。但即使如此，技术是不断提高的，随之也会出现新的规范。输电系统电力设备本身具有明确的定义，以及非常成熟的规

22、范和规章制度。对于公司运营系统和设备的通讯，也同样具有这些规范和制度。但即使如此，技术是不断提高的，随之也会出现新的规范。根据其运用领域，将具有代表性的规范，规范和技术进展分类，详细如表1所示：表1：输电系统规范和技术领域规范/规格/技术控制中心IEC 61970 公用信息模型 (CIM)IEC 60870-6交互控制中心协议 (ICCP)NRECA 多对话变电站IEEE C37.1 SCADA 和自动化系统IEEE C37.2 设备功能数目IEC 61850 协议, 配置和信息模型IEEE 1646 通讯性能分布式网络协议 (DNP3)变频器IEEE C37.111-1999 缺点录波数据格

23、式COMTRADEIEEE 1159.3 电力通讯协议PQDIF变电站外IEEE C37.118相量丈量IEC 61850-90 (开发中)IEEE 1588 准确定时协议网络定时协议平安性IEEE 1686 IED 平安性IEC 62351 公用设备通讯平安性NERC 关键性根底设备维护(CIP)规范 硬化 / 码IEEE 1613 变电站传送门硬化IEC 61000-4 电磁兼容性IEC 60870-2 远程控制运转条件IEC 61850-3 常规要求配电系统集中供电和典型的变电站设计具有明确的定义，以及非常成熟的规范和规章制度。对传统设备间的通讯亦如此；配电系统具有很大创新空间。非中央供

24、电方式，是将分布式电源经过配电网接入电力系统。目前，有两个规范组织，IEEE SCC21规范协调委员会和IEC TC8技术委员会，都设立了任务组重点研讨将电能的消费和存储在一次侧高压侧，34.5kV和二次侧低压侧，240V都与配电系统相衔接的技术规范。这些规范的例子有IEEE 1547，针对风电机组的IEC61400系列，针对建立太阳能发电站的IEC 60364-7-712以及针对乡村小型可再生能源和混合发电系统的IEC 62257。对于如何实现这些技术，在定义信息交换规范上面曾经开展了大量的任务，其目的在于允许模型交换、负荷潮流计算结果交换、运转数据交换以及控制数据交换。总的来说，该项任务被

25、称为公用信息模型CIM规范。在规范方面，IEC在61970，61968和61850系列有许多相关规范。第一个被称为通用接口定义GID和CIM，第二个包含了针对业务间信息交换的CIM，第三个那么针对变电站设备监控，操作和控制。该领域中的其他协议包括分布式网络协议DNP3和针对所谓配电自动化产品的变频器Modbus，以及针对电力计量产品的ANSI C12.19基于平台的数据模型和ANSI C12.22网络通讯。IEC制定的62056系列中的一系列规范提供了一套有竞争力的计量协议。用户对用户来说，设备规范通常是由产品尤其是电力消费产品平安法规来驱动。保险商实验室UL，加拿大规范协会CSA以及担任国家

26、电力法NFPA 70的国家消防协会NFPA是主要的开发平安规范的机构，其中的版本之一用于判别设备的平安性。另一个平安导向的规范是IEEE C2，称为国家电气平安码NESC。针对通讯信号和干扰，美国联邦通讯委员会FCC根据联邦法规协会CFR中第47章第15部分来管理产品。大多数的设备都需求经过检测和认证，以保证其在存在干扰信号的条件下能正常任务，且不会在某一频段内产生干扰信号。由于在通讯市场中存在着许多不同类型的产品，通讯规范和规范历来都未能获得广泛的运用。以下这些面向工业界的规范正试图改动这一情况，这些表中包括由Zigbee和Homeplug联盟所开发的相应规范，以及如BACnet楼宇自动化和

27、控制网络通讯协议，LONWorks，和X-10等的规范。在某些情况下，技术联盟会围绕一个规范来对符合规范的产品进展认证并处置与市场相关的问题。这方面的一个例子是Wi-Fi无限高保真技术的缩写联盟，它的构成是为理处理符合IEEE 802.11系列规范的产品的市场需求。对高耗能产品，EnergyStar是一项由美国政府支持的方案，它量化了这些产品的效率，使消费者可以根据运用效率来选择和购买该产品。该项方案同样也适用于整个家庭以及房屋改建及商业和工业楼宇。指点能源与环境设计LEED是一个由美国绿色建筑委员会制定的方案，偏重于评价和认证高性能绿色建筑。工业和政府团体的例子是OpenHAN宅域网任务组，

28、他是UCAIug的开放智能电网小组委员会的一部分。这个由电力公司，供应商和第三方代表组成的跨行业团体建立了一个OpenHAN系统需求规格，旨在促进一个可行的，强有力的且有竞争力的宅域网市场。正如其称号所示，其规格包含了最低系统需求，这些要求被以为是是网络中的电力公司和用户所要求必需开发的功能。在商业运用方面，由劳伦斯伯克利国家实验室所做的关于“关于开发一个低本钱通讯根底设备以改善商业楼宇中的需求呼应的可靠性，可反复性，稳定性及本钱效益的可行性研讨结果曾经公布，它被称为开放自动化需求呼应通讯规范OpenADR或Open Auto-DR。这些规范描画了运用页面效力来发送需求呼应信号给最终用户。图4

29、：域的分解交叉分解如图4所示，网络被分解为离散域，每一个离散域并非包含一切功能。这些域包括：企业整合，控制中心局域网，广域网，变电站域网，场局域网，用户宅域网和分布式能源。电力公司运营中所需求的大多数系统都曾经完成设计、招标和建立，并已开场独立运转。常见的同时存在于在运转和通讯领域的运用系统是SCADA系统，控制中心借助广域网利用SCADA系统对变电站内的设备进展操作。虽然存在内部分层，研讨者不断在假定存在高速通讯网的前提下努力于高级运用的研发，例如大规模部署的电能指令监控系统和相量丈量监视系统。前者往往需求功能丰富的监控设备大量数据，到示波级和超高速通讯以在电力系统运转中可以正常任务。后者数

30、据量少，但仍需高速通讯少延迟来保证从系统维护到系统形状计算都能有效运用该系统。正如公司业务依然有内部仓储操作组成一样，产品域具有一样的特点。一个公司可以同时在两个领域同时提供全面处理方案是非常稀有的。进一步研讨这个问题，也会发现那些规范和用户委员会也往往把精神放在一个域，一个集成的处理方案，或者某一系列产品。AMI通讯技术目前，厂商正在围绕着五个技术建立 “最后一英里AMI通讯处理方案：无线星空，无线网状网，电力线载波PLC，宽带电力线BPL以及光纤。无线星空技术在授权200MHz，900MHz和未授权900MHz，2.4GHz的频带内均可运用。授权技术的优势包括更大的传输功率2W vs. 1

31、W和对干扰源的抵抗。主要缺陷是它需求获得运营答应证才干运转。理想的频率也能够曾经分配。未授权技术的优势在于其利用“自在频率从而不存在需求运营答应证的问题，并且其可以运用的频率资源更为丰富。这两个方面通常可以降低干扰，但是传输功率会降低。对有线技术而言，其主要妨碍是信号在诸如变压器等的电力系统设备中的传播，由于变压器是天然的无线电频率信号滤波器。另一个困难是将双向通讯速率最大化。对电力线宽带技术BPL而言，经过选择频带来处理通讯速度的问题，同时，电力线通讯往往对其他无线电技术产生干扰。运用光纤技术不存在上述问题。但是，电力公司很难仅仅为了实现单一用途而投资建立“光纤入户工程。小型电力公司有事会投

32、资建立“光纤入户工程，以此来为用户优先提供有线电视、效力以及互联网效力，之后其仍有足够的带宽来实现其电力业务运营。有线技术的主要缺陷是由于他们运用配电线作为传输媒介，往往与水表与煤气表不兼容。这时就产生了对无线技术的需求，由于他们不需求经过电力效力就可以到达所需的设备。有时，电力公司将采取一种混合的方法，利用不同的技术来完成不同功能的目的。NERC CIP规范2021年，北美电力可靠性机构NERC重要根底设备维护CIP规范经过了美国联邦能源管理委员会FERC的同意而获得了法律效能。这些规范规定电力公司必需采取措施明确并且维护重要的网络资产。然而，诸多司法问题却加大了智能配电网如AMI的难度。对

33、于争议的焦点问题，即在于AMI能否适用于CIP规范，不得不经过一个规范来明确规定需求审定的重要资产。CIP002中要求电力公司思索“具备切负荷300MW以上才干的系统中，普通控制系统中与自动切负荷相关的设备和系统。假设AMI系统在表计中配备集成开断端口，一个含100000家庭的配电网就可以到达上述规范。假设思索含有大量需求呼应程序的更大规模的AMI配置，甚至不需求思索集成开断端口就可以很容易超越这一要求。另一点是，重要的智能电网设备，如配电自动化或高级表计，假设被损害或者运用不当或者被恶意破坏的情况下，对负荷的影响非常大。此外，这些系统的自动化才干能够会引起忽然或者快速切负荷，从而影响系统的稳

34、定，包括呵斥输配电系统的问题，甚至引发连锁停电事故。这是技术的开展超出了规范架构的思索的一种结果。根据法律规定，NERC拥有对发电和输电系统的管辖权，由于他们经常涉及到州际贸易。另一方面，大多数的分布式技术，包括AMI而不包括州际贸易，因此落入州公用事业委员会的管辖范畴。截至撰写本报告时，NERC CIP规范并不适用于AMI或者其他智能配电网技术。技术列举下面是跨越确定解耦的技术的非详尽列举清单：规范企业局域网广域网变电站域网场域网宅域网Internet协议版本4IPv4Internet协议版本6IPv6多重标签交换技术MPLSX.509关键公用根底设备MPLS联邦信息处置规范FIPS加密联邦

35、信息处置规范FIPS认证Internet协议平安IPSec运输层平安TLS公共管理信息协议开放式系统互连管理IEC623351平安简单网络管理协议SNMP远程网络管理RMONIEEE 1588 实时协议PTPIEC 61334-4-41DLMS设备言语信息规范IEC 62056 COSEM能量计量对比规范ANSI C12.18 电力计量光学端口规范ANSI C12.19 公用事业工业数据表ANSI C12.21 ANSI C12.22 网络ANSI C12.23 测试楼宇自动化及控制网络BACNetHomePlugIEEE 802.15.4含有ZigBeeIEEE 802.11b/g Wi-F

36、iIEEE 802.15.1蓝牙无线射频辨识系统RFIDIEEE 802.11iWi-Fi维护访问WPA2IEEE 802.3以太网LonWoksX106LowPAN用于低功率无线公用局域网的IPv6Z-WaveInsteon无线HART可导址远程传感器数据公路协议开放效力网关协议OSGiIEEE 802.1Q虚拟局域网VLANs现场总经现场总线IEEE 0计量阅读蜂窝数字分组数据IEEE 802.16WiMAX多址系统MAS/集群调度IEC 60870-5-101/104遥控总线DNP3IEC 61850变电站2G无线1xRTT，GPRSHomePlug 读取BPL电力线路宽带X-系列网络帧

37、中继同步光纤网SONET同步数据链控制SDH异步传输方式ATM波分复用WDM虚拟公用网VPNsIEC 60870-6结合控制中心IEC 61970 公用信息模型IEC 61698 分发接口OpenGIS公开地理信息系统多对话/HTML公共对象恳求代理构造CORBA网络效力构造化查询言语SQL进程控制中的对象链接和嵌入网络效力平安HTTPS超文本传送协议效力器IEC 62325能量市场ebXML运用可扩展标示言语的电子商务点对点微波经授权的单点对多点辐射未授权的单点对多点辐射经授权的辐射网问题：电力工业必需抑制以下的挑战来实现智能电网：技术的部署仍处于开发阶段。虽然大部分的建立智能电网的必要技术

38、曾经存在，它们中的大多数还未被运用到电力领域。电力系统中运用这些技术的高效益产品在过去几年才成为能够。由于产品供应正处于初级阶段，并且部署智能电网有一定压力，电力公司常需求与供应商建立同伴关系来定义需求，进展设计反响并评价样机。经过缩编和放宽控制后，许多电力公司已无力进展技术研发任务。迅速开展的智能电网技术以及率先上市的压力，无论是在短期还是在长期，都使得平安性遭到特别的关注。如何开发嵌入平安性技术方面的知识是非常稀缺的，而且平安性技术的研发不存在上市压力，不能够很快地获得成果。因此，人们正在开发的许多技术都有诸多破绽，这些破绽源于过于仓促以及不成熟的进程。为产品消费过程的平安性建立必要的控制

39、战略对厂商来说需求时间，对电力来说具有压力。AMI-SEC任务小组近期刚完成了AMI系统平安需求文件的第一版。即使厂商开场按照这一导那么进展消费，仍需数月才干根据该导那么的注释处理一切的问题。在此期间，厂商仍消费产品并且将他们投放入市场，这就建立了一个潜在的需求，即在未来需求交换掉那些具有平安隐患的破绽。小型电力公司缺乏市场力。大型电力公司更容易采用先进的技术主要有两个缘由：第一，他们拥有足够的内部资源来运用这一工程；第二，他们必需在更多的地方采用先进技术，才可以提供更强有力的鼓励措施来刺激厂商开发出他们所需求的产品。而小型电力公司没有一定规模的经济程度，不能提供鼓励措施来刺激厂商，因此只能采

40、用现成的技术。这就意味着他们的智能电网工程并不智能，或者将会被延迟，由于他们目前为止并不经济。互操作性的弱点。几个关键的智能电网通讯规范，特别是ANSI C12，IEC 61850以及IEC 61698/61970具有类似的方式：委员会经过了很长时间来开发这些规范，大约十年或者更多，因此这些规范是多个厂商妥协的结果。规范开发过程中面临对技术的选择，这些技术已被许多厂商运用了很多年。这些规范中能够含有许多无强迫性的执行选项，假设没有非常专业的知识，电力公司很难明确区分。电力公司在某一领域的设备往往由一个厂商提供，由于经济方面的缘由，即使采用了这些规范，其支配位置并未改动。因此，实践中多厂商互操作

41、性操作性测试往往很难实现。在某些情况下，如ANSI C12，甚至没有可以提招认证测试的机构。虽然他不如真正的用户互操作性测试高效，它至少代表我们向着互操作性迈出了一大步。采用这些规范的设备通常可以建立起根本的通讯，交换简单信息变得非常容易。然而，当试图采用更先进的功能时，电力公司发现厂商遵照不同的理念而使得而很难实现互操作。电网智能化互通性框架参考以为这些分歧是由于语意了解，业务环境和业务流程方面缺乏互通性所呵斥。传统的处理方案是等待这些规范变得更成熟。电网建立者发现规范和电力公司的弱点最终引出对更多的强迫性条例的需求。业界最终开发出了一些导那么，限制了厂商实施这些规范的方法。例如IEC 61

42、850，即将在发布第一个版本的三年后发布第二个版本，它抑制了第一版中的许多破绽。然而，某些电力公司并没有时间来等待这些规范变得成熟。对某些电力公司来说，采用强迫互操作性准那么是必需的，即使我们还不知道最好的准那么是什么。然而，这么做的假定条件是某些人知道什么是最好的导那么。企业运用集成。这方面代表了一个特殊的互操作性弱点，由于目前的技术开展程度是一个依赖手工操作的手工的劳动密集型的过程，它非常依赖于电力公司现有的信息根底设备以及公用事业的商业惯例。本部分的两大主要规范，IEC 61968/61970 CIM规范和多对话MultiSpeak，从不同的角度处置这些问题。CIM规范并未试图去提供一个

43、即插即用的互操作性，而是确定一个“工具箱，它可以被用于开发一套新的协议。这一过程就好比CIM定义了一套通用的词语，电力公司必需建立本人的规那么来根据这些词语组成句子。假设两个电力公司之间没有从一开场就进展协作，没有确定一样的规那么，两个电力公司的设备就无法进展对话。多对话MultiSpeak，由没有才干独立开发的小型电力公司协作开发，那么采用了相反的做法。它严厉界定了一个界面，但是这个界面无法思索到电力公司信息根底设备的差别性。因此虽然它可以非常迅速的提供供应商之间的互通，其功能有限且不易推行。处理这个问题的方法介于这两个极端之间，这两种技术最终都会朝这个方向开展。但是，时间又是问题的关键。配

44、电局域网规范的缺乏，尤其是无线网和BPL。配电自动化领域，也称为“入口或“到家前的最后一英里，由一个经典工程问题的专有处理方案主宰：部署数以万计的终端需求一个本钱非常低的方案，但需求覆盖的地域非常大，而且有极大的地域差别，这些必需予以抑制。此外，新的配电运用程序，如固件的自恢复和远程下载，那么需求较少的延迟和更宽的带宽。几十家供应商曾经投入这一问题中，产生了许多的处理方案，每个方案都希望成为“更好的捕鼠器技术，以夺取整个业界的先机。然而不幸的是，至今仍没有这样一个领头羊出现。在这种情况下，几乎没有鼓励政策来刺激厂商间协作来开发一个共同的规范。这一领域确实存在一些规范，其中许多都有很好的前景。大

45、量建筑曾经铺设了ADSL和电视电缆，各种各样的挪动技术也已开场运用。新的无线技术WiMAX是一个开放的规范，而且颇具前景，然而电力公司对这些技术仍存在疑虑。对在最后一英里运用这些规范产生踌躇主要有以下一些缘由：他们不能提供足够的可靠性，足够的带宽或者足够的覆盖面。而最大的妨碍是部署数以百亿计的终端，而且这些终端也会产生很多问题，由于有时电力公司会发现他们处于这样一种情况中，在效力过程中，最后2%的用户会占据20%的破费。电力公司能够会在社区运用这些规范，但是在最后一英里通常仍是专有的。除了建立互通性问题之外，专有协议也同样存在平安问题。在平安性领域，技术永远不是牢不可破的。最好的情况是在技术的

46、运用期间不断没有出现平安问题。当平安方案开发者是仅有的可以与协议进展交互的人时，对于专有协议的运用经常会助长一种假的平安感。这也是所谓的“隐藏的平安，是公认的维护珍贵资产的最差的机制。人性的现实意味着每个人都能够会犯错，并且眼界有限。侥幸的是我们可以请许多业界专家在技术的开发生命周期内对其审查和分析，并且评价其利益。这种情况仅发生于以公开的规范为根底的任务中。许多专有物理层的典型通讯处理方案是运用一个共同的网络层或运用层作为桥梁来建立起各种技术之间的沟通，如图1所示。这一领域的领先者显然是因特网协议集，它针对此类型衔接的运用曾经有数十年的历史。然而，大多数的专有最后一英里技术往往为低通讯需求的

47、程序而设计，并且以较低的贷款来实现低本钱。他们并不能适用于处置基于IP方案的额外带宽需求，也不能适用于处置任何设备在任何时间都可以获得带宽的这种因特网技术。图1：运用一个共同的上层来衔接专有网络思索到这一点，有些供应商提供了含有开放式规范运用层的现场局域网，即ANSI C12.22包括ANSI C12.19数据模型。实际上，这允许计量系统运用ANSI C12.22经过IP或者其他的现场局域网与任何同样支持ANSI C12.22的设备进展通讯。不幸的是，实践中不存在这样的多厂商计量系统。ANSI C12.22规范允许在运用时可以有很多灵敏性，甚至支持ANSI c12.22的计量系统只支持出自同一

48、供应商的计量仪表。此外，运用ANSI c12.22计量规范作为独一的互操作性手段，也就意味着没有非计量设备可以运用这些网络。因此，最后一英里范围内所需求的处理方案是更多的低本钱带宽。这将允许基于IP的规范协议可以覆盖到用户房舍中，甚至可以到柱上。有些迹象阐明，一些供应商很快就可以满足这些需求。过多的局域网规范。在智能电网的部署工程中，例如家庭中的AMI高级量测系统和DR需求呼应，电力公司有必要进入不稳定的家庭和楼宇自动化市场。这些行业曾经实施了各种各样的网络技术，包括开放的和专有的，有线的和无线的。目前这个行业中的第一批规范包括：BACnet建筑自动化，HomePlug 6LowPAN 以及Z

49、igBee家庭区域网设备通讯和信息模型，另外包括，部分公用网处理方案，比如：LONtalk, Insteon, 以及Z-Wave，然后还有一些传统但是价钱昂贵而且耗电的开放式规范，比如: Ethernet、Wi-Fi，以及通用的传统协议比如X10技术。规范的多样化以及相互之间短少互操作性曾经给这些市场中的供应商呵斥了很大的困难，如今这一问题随着AMI和其他智能电网运用软件的开展而更加恶化。电力公司更乐于采用一种网络技术来衔接其供电区域中的一切终端。需求留意的是，这种网络技术能够从未在市场上运用过。该领域正在进展的一些任务是很有出路的。首先就是OpenHAN开放式家庭区域网任务组，它确定了电力公

50、司中运用的家庭区域网的一系列的常规要求。下一步，在OpenHAN进程中将存在一个共有的信息模型，这个模型可以运用各种网络技术。二是由ZigBee联盟迅速成立了“智能能源规范，其更专注于电力公司的功能。另一个有希望的迹象是由ZigBee联盟和HomePlug PowerLine联盟达成共识，开发了一个跨越各自的无线技术和电力线宽频技术的公有运用层。一切这些研讨都是由UtilityAMI组织协调。然而，任何规范的制定都需求时间。电力公司必需部署以客户为中心的智能电网运用软件，此软件目前被迫运用某一特定技术，仅给曾经胜利上网的顾客提供效力，或将需求利用家庭区域网的软件推迟到发布直至未来出现更好的版本

51、。在后一种情况下，他们会面临更高的晋级费用。在公用事业和房舍间的网关定义：虽然EPRI美国电力研讨所和其他研讨者曾经针对“消费者信息门户做了多年的研讨，然而对电力公司和每个客户之间的网关的技术形状从来都没有一个好的定义。例如，可以思索在广域网和分散的局域网之间采用ANSI C12规范以及采用ZigBee智能能源客户端等方案，没有可以详细定义这两种技术如何由其中一种映射到另外一个的方法。例如，家庭局域网中的哪一个对象或者音讯在ANSI C12中完成需求呼应事件。公共信息模型。网关映射定义的缺乏正是覆盖整个智能电网领域的公共信息模型的缺乏的特例。例如，在企业领域传播的产生能源价钱事件的公共信息模型

52、的音讯为了在WAN和区域LAN中传播，必需先转化为等效的ANSI C12信息，然后在抵达消费者家中的恒温器前，又得将其转换为ZigBee SE信息。这种转换是必要的，由于在一切领域内，通常没有公共的网络层，即使存在这样的层，也没有足够的带宽将企业信息逐字的传输到恒温器。甚至在如何将这样的信息转化和传送到极顶配电自动化安装都没有达成共识，比如说DNP3。目前，一切这些转换步骤都是完全特殊的、厂商特定的，由于在公共对象模型中，不存在可以在一切领域都能任务的协议。CIM(公共信息模型)，作为企业领域的特定数据模型，是个很好的起点。另外，电力公司AMI的各个部分与其他技术的交融曾经迈出了第一步，但仍有

53、许多任务要做。传统输电和配电自动化。为在供电范围内建立广泛运用的智能电网，电力公司首先对其已有自动化设备进展处置。大多数的电力公司在过去假设干年的时间里，基于其他工程开展了假设干个“自动化孤岛。由于缺乏实践运用，自动化工程往往是不稳定和不完好的，尤其是在配电环境下。如今，普遍的自动化运转环境得到改善，系统工程师必需设法将这些遗留系统纳入新的智能电网。关键的问题是，大多数现有系统的技术已过时或者厂商不再提供技术支持。“技术开展在电力行业就是这样，许多过去被电力公司以为是先进的技术在如今的技术环境下曾经过时了，例如：SONET, Frame Relay, 10Mbit Ethernet, trun

54、ked radio 甚至leased telephone lines。 那些更古老的技术，比如Bell202调制解调器，本质上目前只在电力公司存在。智能电网的部署必需找到一种方法，可以将其纳入智能电网的环境。将现有的技术融入智能电网是一项单独的任务且初期投资很高。在计量和配电自动化环境中，根本的智能电网功能普通比较欠缺，如简单自动抄表，或者配线缺点定位和自动恢复等。虽然没有人可以否认他们内在的价值，这些功能通常没能提供足够的投资报答来证明其广泛运用的必要性。经过早期建立的智能电网，我们发现，假设将智能电网的许多运用程序配置在一同时，就可以实现一些一体化的商业功能。例如，当根本的抄表功能与计算机

55、辅助停电管理，预付和/或实时定价结合在一同，评价AMI部署就会变得容易。类似的，假设将缺点定位与相量丈量和实时形状估计相结合，那么输电网和配网自动化业务就会变得更加明晰。然而，这些更加先进的功能需求更多的前期投资。运用智能电网的某些功能的初期投资较高，会给许多电力公司带来挑战。部门整合。希望实施智能电网自动化的电力公司将面临的最大挑战之一是这些运用程序要求之前部门之间要建立协作，甚至合并，一些例子包括：SCADA和维护的合并。近几年来，有一点较为明显，那就是采用智能设备和现代LAN技术的变电站自动化系统需求变电站功能的合并。维护设备必需可以有控制和监控的才干，SCADA设备也必需参与一些维护措

56、施。同样，这些设备的管理部门也要学会相互沟通。IT和运转的合并。就像电力公司部署企业总线技术，必需减少传统IT部门和电力公司运转部门之间的间隔 ，尤其是在思索系统平安的时候。计量和配电自动化的合并。虽然这两个系统享有共同的地理责任区域，但他们之间却毫不相关。但不久以后他们将能够会利用同一个分布通讯网络。同样，他们各自的部门如今必需整合在一同来表达智能电网的优点，如高级停电管理。电力公司与工业界的交融。随着以客户为中心的运用程序，照实时定价，分布式发电和微网等越来越多的运用，电力公司必需对工业自动化世界给予更多的关注。由于用户变成了电力系统运转的自动参与者，原先单向的关系必需转变成为同伴关系。综

57、合思索系统平安。即使运用了智能配电网技术，NERC关键根底设备维护CIP规范明确规定电力公司必需将信息系统平安整合到其一切的自动化系统中：不仅仅是设备、计算机系统和技术，还有政策，流程以及培训。这是可行的，而且即使法律并不强迫这么做，电力公司也会被要求执行这些准那么。为了提高效率，电力公司应该在一切部门中综合思索并长期运用这些规范和规范。智能电网信息愿景很有能够同时实现有效性，可靠性和经济性。然而，它同样给攻击者提供了很多时机。大多数公用事业所面临的挑战将是以一个循序渐进的方式进展，并且在部署每一个智能电网运用程序中都要思索到平安性，网络管理和数据管理。最优方法在AMI部署范围内，第一步是将受

58、丈量体系影响的不同部门例如计量，通讯，信息技术，系统规划，系统运转，用户接口，维护，可靠性，商业运转的人召集在一同提纲挈领的讨论系统的运用问题，并抓住用户对系统运用中问题的呼应。在这些用户反响中，可以经过建立文档这一步骤消除某些虚伪的，不切合实践的需求，功能性需求和非功能性需求被列举出来。与电力公司的专家进展进一步的讨论，针对影响比较大的问题，请他们制定出合理的处理方案。采用需求排序的方法，电力公司的专家可以利用这一方法评价任何技术的相对成熟性，最终目的是满足各部门的运转要求。这个就可以为制造商提供如何来开发产品和需求来满足电力公司的需求。虽然过程艰苦，双方电力公司和供应商都可获得可观的经济效

59、益。电力公司可以经过这一过程来测试系统，并提出产品和技术需求。制造商那么有了一个产品投资开发的目的，这一目的也产生了“供应者压力，即竞争。经过制造商的竞争，电力公司可以实现其技术和投资的平衡。对许多电力公司来说，智能电网部署将没有AMI部署那么详细。然而，同样的进程将有助于电网运转和财政目的的实现。立法和规程一个很难驾驭的方面就是立法和规程。电力公司的运营过程存在着许多制约要素，这些制约要素之间相互矛盾。其中包括义务效力方面，垄断销售方面，运营权的获得和坚持，一次能源方面，环境方面，法律方面，报答率方面等等。例如加利福尼亚州要求在一切新建工程中强迫运用可编程功能以及可控恒温器PCTs。这些PC

60、Ts可以运用户决议可以满足他们温馨度和经济目的的程序，同时也给公用事业限制尖峰负荷带来了难处。很显然，安装过程的强迫性一切新房舍都必需有一个，操作过程的不公平却抵消了这项法规带来的益处。大多数消费者所面临的平台运用税/费也是反对该工程的一个根源。采用新型定价方式加剧了普通用户对添加用电本钱的担忧。当一个人看到其他人受害于其本人的牺牲，这个人将会尤为不愉快，无论如何解释这么做的益处都无济于事。显然，我们并不缺乏相关的例子。相反地，采用立法来处理问题通常是不符合市场化的要求的。由于运用需求侧呼应，智能电网甚至AMI的概念对于普通群众来说很难了解，而恰恰是对改革的恐惧驱使他们去了解，接受和赞同。我们