3. 交叉科學的工作

　　3.1 通信系統

　　智能電網技術的應用——如ami、配電自動化、客戶端系統、同步相量技術等，增加了對傳統公用事業機構數據通信的挑戰。為應對這些挑戰，公用事業機構投資多種涉及不同帶寬、延遲、可靠性和安全性特點的技術。每個智能電網應用要求有各自的帶寬和延遲時間，這需要公用事業機構使用不同的通信技術。這些技術可以被部署在現有的公共網絡（例如蜂窩技術和無線電頻率[rf]網格），這是一種經濟和普遍的方式；還可以部署在有許可的專用網絡（例如光纖通信、有執照的無線電頻率網格或微波鏈路）。成本、可靠性、性能和技術壽命影響公用事業機構在通信技術上的決策。

　　雖然一些公用事業機構在使用專用通信網絡，但是較低的成本和較高的技術優勢正在令公共網絡受到公用事業機構的青睞。近日，公眾蜂窩網絡運營商紛紛下調ami通信的每兆字節收費，使得無線寬帶技術（如2g / 3g和4g lte網絡）更受歡迎。然而，某些應用中，如饋線開關和同步相量，需要的速度比蜂窩網絡提供更快。雖然光纖電纜也在使用，但基于無線電頻率的網狀網絡已經使ami和配電自動化部署在北美成為領先技術，許多美國市政公用設施也使用微波或無線網絡廣域通信的ami回程和配電應用。為了滿足高速、高安全性需求，西部電力協調委員會使用安全的光纖廣域網，建成與國家空中交通管制網絡同一水平、發送pmu數據不到30毫秒的電網控制中心。

　　3.2 網絡安全措施

　　為應對13636號行政命令，美國國家標準技術研究所（nist）在2014年2月發布了提高關鍵基礎設施網絡安全的框架，提供優先的、靈活的、可重復的和劃算的方法來應對跨部門產生的網絡風險（nist 2014）。這種努力依賴于nist與其他行業的協同工作，建立開發nistir 7628來指導智能電網網絡安全（nist 2010）。同月，美國能源部公布的電力網絡安全界別能力成熟度模型（es-c2m2）第二個版本（1.1），通過使用自我評價方法，幫助電網運營商評估其網絡安全能力，并立刻行動和投資去改善網絡安全問題（doe 2014b）。es-c2m2提供了一個補充的、可擴展的工具來幫助nist框架實現。迄今為止，104家公用事業機構覆蓋6900萬用戶已經下載了es-c2m2工具。美國能源部在2012年發布的風險管理程序結合即將推出的網絡安全采購語言，公用事業機構現在有跨業務流程中網絡安全最佳實踐的整體視圖（doe 2012b）。

　　3.3 互操作性

　　互操作性是兩個或多個網絡、系統、設備、應用程序或元件，可以有效連接、安全地共享信息，并對系統或操作很少或沒有中斷。互操作性是電網現代化的重要推動者，允許服務提供商和終端用戶針對大量的技術問題和功能保持可靠操作性。

　　美國國家標準技術研究所在2009年為了加快互操作性，形成公私智能電網互操作性小組（sgip）。sgip截止到2013年吸收了800個組織和1900名個人，成為一個獨立的、成員資助的組織。在此期間，nist協調sgip發展和更新智能電網互操作性標準的框架和藍圖，為今后的發展鑒定一致的標準和差距。sgip積極致力于減小差距和更新審核標準，迄今已加速形成消費者交換能源使用數據的標準（綠色按鈕）；定義能源使用計劃、價格和需求響應信號（在openadr使用）；并且有助于擴展sep2信息模型（信息的通用詞匯），以支持電動汽車充電（csep）。

　　4. 形成未來部署的機遇和挑戰

　　4.1 智能電網技術評估正在演進，且在各公共事業和行政轄區不盡相同

　　評估智能電網技術的全部成本和收益需要時間，特別是許多公用事業機構開始利用新的數據和信息技術（it）應用程序，使智能電網系統的部署產生附加價值。公用事業機構及其州和地方監管機構對智能電網技術有著不同經驗，對成本和收益有不同的看法。因此，投資決策和部署率應在各州層面確定——根據各州能源目標、監管機構對投資額度的觀點以及智能電網的成熟水平和個別公共事業的經驗水平。美國能源部已經與美國電力研究協會（epri）為公用事業機構制定了一個一致的、按部就班的框架，根據以往的示范估算項目成本和收益（epri 2012）。隨著新數據涌現和額外收益產生，這種方法通過將可用技術應用于現有智能電網中不斷演進。提高互操作性和系統集成將使公用事業智能電網技術之間實現新的協同效應。

　　支持智能電網設備的it和通信基礎設施建設在很大程度上給公用事業機構帶來更多的責任、費用和綜合挑戰，且挑戰很難估計。整合新的網絡和系統所需要的精力和時間是難以預料的；數字設備和系統的生命周期在很大程度上是不能確定的；所有新功能和運算能力只能隨著時間逐漸實現。公用事業機構不知道隨著技術的發展，it和通信基礎設施需要升級和維護的程度。同時，雖然幾個公用事業機構已經實現了簡化操作，但系統集成問題依然在挑戰很多示范項目。這些智能電網技術和it技術發展較高的公用事業機構和地區正面臨智能電網下一步技術革新和政策挑戰。

　　公用事業和監管機構正在考慮為估價技術和投資決策提供新的收益流。例如，當向監管機構提交智能電網技術的成本/效益分析時，現在一些公用事業機構提供的是減少客戶停電損失的估計，而不是采用傳統的可靠性指標（即僅提供停電的持續時間和頻率）。這些增值服務（vos）預計會有助于公用事業和監管機構了解為提高可靠性采用自動支流轉換和其他系統升級給消費者和社會帶來的好處。這種估值方法將使公用事業機構和監管機構了解停電的真正成本，有利于優先投資，提高可靠性和應對能力。

　　此外，目前智能電網技術提供的數據分析將提高這個新興領域的運營和經營效率（例如，停電管理、資產管理和系統規劃）。行業分析師預測，美國實用數據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基礎設施和數據分析將使更多的公用事業機構超越基本的傳感和通信技術部署，利用智能電網的數據改善運營和政策。

　　各種極端天氣帶來的災害激發了人們對提高現代電網可靠性和應對能力的關注。2012年，11次極端天氣中每個造成的破壞損失均超過10億美元——包括颶風桑迪造成的65億美元損失——這也使2012年成為自1980年以來災難（其中包括風暴，干旱，洪水，森林火災）損失最大的一年。2012年超級風暴桑迪之后，紐約州和新澤西州州長對基礎設施強化和升級的支持帶動地區公用事業機構制定了數十億美元的投資計劃。例如，新澤西州的電力和天然氣公共服務公司（pse＆g）已經提出了能源強化計劃，該計劃在今后的10年將投資39億美元，以提高和強化脆弱的變電站（17億美元），提高對智能電網技術故障的檢測和應對（4.54億美元），并加強或埋藏配電線路（6000萬美元），還有其他的升級（pse＆g 2013年）。

　　對應對能力和持久性的關注也增加了人們發展微電網的興趣，微電網可以在緊急情況下提供專用電源和隔離能力（即從周圍電網中快速連接或斷開）。行業分析師預測北美的微電網容量可能從2013年992mw增加到2020年的6000mw（navigant2013年）。不過，理想的微電網交互和微電網功能需要應用了先進的傳感、開關和控制技術，有效整合配電自動化技術與分布式發電的更加智能和高級的系統。因為有較大的需求和良好的經濟實力，終端用戶如軍事設施、醫院以及大學校園可能是微電網的早期嘗試者。