全國范圍內(nèi)的電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展被人們認(rèn)為是20世紀(jì)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(chǔ)設(shè)施的雙重壓力。在一些經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(fù)荷。市場運(yùn)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(fèi)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(fèi)者主動報(bào)送信息，否則設(shè)備無法自己檢測出服務(wù)中斷。在未來智能電網(wǎng)的背后，部分想法是改進(jìn)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(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)結(jié)合來轉(zhuǎn)變電網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，這將使電力流與信息流的雙向流動成為現(xiàn)實(shí)。

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(fēng)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(shí)是經(jīng)濟(jì)可行的。隨著這些波動性能源的利用不斷增加，匹配瞬時(shí)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(fèi)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(fù)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(yù)測和轉(zhuǎn)移負(fù)荷所增加的能力有助于更好地利用電網(wǎng)資源，因?yàn)槠交?fù)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(chǔ)設(shè)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(shè)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(rèn)為各種交互最有可能位于能源供應(yīng)者與消費(fèi)者之間。這些交互過程以用例的形式被記錄。能源供應(yīng)者與消費(fèi)者之間實(shí)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(shè)施管理標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境。

已經(jīng)有國際標(biāo)準(zhǔn)支撐著的成熟產(chǎn)業(yè)，這些國際標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。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(fèi)者設(shè)施領(lǐng)域(居民、商業(yè)、工業(yè))的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不同于支撐電網(wǎng)運(yùn)行的控制技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。