全球正在开展大量活动来升级电网，使电力能以更有效、更可靠、更环保也更经济的方式传输。其中包括升级电网发电、输配电和计量部分所用的各种设备和技术。这些升级活动的一个重要方面是在各种监控和计量设备中加入通信能力。目前有多种无线和有线通信技术在世界各地进行评估和部署。RF通信已成为许多地区和应用的首选技术，但也面临着自己的挑战。

在电网中加入通信能力的一般原则是在网络中的发电点、输配电点和用电点之间提供双向通信。为使电网更高效地运作，这种通信链路是至关重要的工具。然而，RF技术最初采用时并不是出于此目的，其初衷是让电表、水表和煤气表的抄表工作自动化，从而不需要通过人工来记录消费数据。

这种自动抄表(AMR)系统旨在支持从电力公司到消费者的单向电力流。AMR系统还向电力公司提供单向信息流用以计费,并在一定的时间内传输用电信息。数据速率很低，传输的总数据量也很少，每月通常不到1 kb。目前大约有1.5亿只在用的电表、水表和煤气表具有通信能力，其中大部分具有这种低数据速率、单向通信能力。

在多种力量的共同推动下，一种与上世纪所开发的电网截然不同的新型电网已浮出水面。随着全球电力需求迅速增长，以及人们减少对化石燃料依赖的强烈愿望，新一代能源将越来越多地来自可再生能源，如风能和太阳能等。美国能源部预测，未来25年全球电力消耗增长将超过80%，可再生能源将成为第二大发电来源(见图1)。

与传统的化石燃料发电厂相比，风能和太阳能发电更加难以预测，因而其管理系统也更加复杂。此外，来自电动汽车的电力需求预计会大幅提高，这会导致需求量不均衡。最后，为了减慢电力需求的增长速度，企业和家庭用户需要通过新的方式来管理用电。

因此，我们需要一种拥有更高层次测量、通信、控制和保护功能的“智能电网”。“智能电网”的功能远不止是抄表，它还可以运用双向信息流让通信变得更加频繁。在智能电网的支持下，许多功能将得以实现，包括：平衡集中式发电厂的发电量;优化电力配送;改善电力质量监控和停电响应;支持对最终用户的负荷量进行控制;实现按天计费制;兼容多种能源，包括再生能源; 支持远程连接/断开;向消费者实时反馈其需求曲线。

一旦这种通信方式部署到位，电力公司和消费者就可以合作降低耗电量，提高电网的效率和可靠性，支持电动汽车和再生能源的更广泛使用。

驱动智能电网发展的要求和挑战

智能电网计划已经启动，并且设定了一系列宏大目标。许多情况下，为了实现这些目标，在我们尚未充分了解相关问题及其解决方案之前，需要构建一个基础设施来解决现有的问题并迎接将来的挑战。“美国能源独立和安全法案(2007)”针对智能电网列出了10多个关键政策目标，其中既有笼统性的目标，例如“利用数字技术提高电网的可靠性、安全性和效率”，也有更为具体的目标，例如“采用自动化计量、电网运作和状态管理以及分布式电网管理”。根据这些目标，期望中的电网应能整合分布式可再生资源，落实需求响应资源，支持电力储存，支持插电式电动汽车，集成“智能”电器和其它设备以向消费者提供及时用电信息并允许其加以控制。

除了这些挑战以外，并存的风险要求我们制定网络安全和互通标准。这些标准将使得电力公司初期部署的网络基础设施有能力兼容将来由许多公司开发的数以百万计的互连设备。但这数以百万计能够轻松互连的节点，其中一些还能关闭或接通家庭和变电站的电源，或者向电网增加难以控的负荷，无疑会令人们担忧心怀不轨者可能通过恶意攻击而使严重依赖电力的国家瘫痪。除了这种广泛的风险之外，还存在对个人隐私的担忧。有人认为，对能源使用情况的持续跟踪是在人们的家庭和生活中打开的又一扇不受欢迎的数字窗户。

所有这些目标和风险加在一起，代表了一个复杂的闭环系统问题。如果只比较智能电网与互联网或蜂窝网络各自所需的数据速率，现有通信技术似乎绰绰有余，但真正的挑战在于寿命、可靠性成本和未来需求之间的平衡。智能电网对于电力公司和政府来说将是一笔巨大的投资(Pike’s Research估计到2015年全球累计支出将达到2000亿美元)，而且电力公司对设备的投资还会持续20年甚至更长的时间。这些通信系统要求能够适应未来的发展，设计留有足够的余量，应考虑到10年后可能出现的问题。电力公司和设备供应商需要不断比较和权衡当前的实施成本与未来相对模糊的需求。

智能电网通信：多个互连网络

由于智能电网将不同发电形式之间的双向通信扩展到电力消费者，因此它会涉及到多个具有不同控制、测量、数据记录、保护和优化程度的系统。主要的系统可以分为以下组别：1) 输配电现场和广域网络;2) 连接到数据采集器或网络接入点的智能表计;3)连接到家用电器或充电站的智能表计(见图2)。

智能计量通信：投资的主要部分

以智能计量为中心的通信系统吸引了最多的目光，成为不同技术的必争之地。美国的潜在表计更换量超过1.4亿只，全球超过10亿只，因此智能表计代表了智能电网通信系统中的绝大部分节点，大部分成本都集中于此。

世界各地不同程度地采用了两种主要的竞争技术：RF和电力线载波(PLC)。北美市场以RF解决方案为主。由于免执照高功率ISM频段中存在可用的频谱，并且每个变压器对应的表计相对较少，因此一般来说，RF解决方案在北美市场能以较低的成本进行部署。