2012-2-8
ժҪ�����ܵ����ǵ���Σ��ʱ��ת�͵�һ���¼����������й����ܵ����Ľ�������һϵ����ս�������ϳ��������⡣��Ҫ����Ϊ�����ܵ����Ľ���ͷ�չ����������������������ע�������ܵ������еĺ����˵�ͨ�š����Ϳ��Ƽ�����������֯�ƶ����������ܵ����������Կ�ܣ��߶ȹ�ע���Ƚ��������������ʩ�����ܵ����Ŀ���Ҫ���ɢ��ʽת�䣻���ܵ���ICS/MCS����İ�ȫ�����ܵ�����ȫ��Ҫ������ע����༼��������ͥ�������Ľ�������ܼҵ�ӿڵı����Լ�������ѵ���ʶ���ܵ����ľ��������ȡ���Щ��ս����������ڹ��ҷ��ɡ�����ķ�Χ�ڣ��ƶ���ʵ���С���ѧ��Ч��ȫ�泤Զ�ķ�չ�滮�����ܱ�֤���ܵ����Ľ�����չ����Щ�����粻�������ؽ�����й����ܵ����Ľ��轫����ȡ��Ԥ�ڵijɹ���
�ؼ��ʣ����ܵ����������������������ԣ�������������ʩ(AMI)����ɢ���ƣ��DZ���Ӧ�ã���ͥ������(HAN)
0 ����
���ܵ�������������һϵ����ս���K���ϳ��������⡣������ܵ���Զ���ļ��ȸ����ԺͲ����ݻ����ʵİ��գ������ܵ�������硢�����û�Ͷ�ʵķ�̯������Ҫ���ǣ������ܵ����г��ľ����������������ȷ���յȣ����ǹ��Һ͵�����˾�쵼���������ŵ�����ս��
�й����ڻ����ƽ����ܵ����ķ�չ�ͽ��衣��Ϲ��������ܵ�����չʵ�������ľ͵�ǰ��������
�����ķ��ɺͷ��桢�����Ͱ�ȫ�����ú��г��ȷ������ 8�������ע�����⣬�������йظ������ӡ�
1 ����ͷ�չ��������Ϊ������Ϊ
�й�������Ȼ����չ���ܵ������롰ʮ���塱�滮�������䷢չ�ķ��������������ȷ�ķ��ɷ��棬�����ظ����Է�չ���ܵ���ȱ��ͳһ��⣬����Э�������������ܵ�������IJ�ȷ���ԡ���ɢ�Ժ�äĿ�ԣ����������ܵ�����ս�Ե�λ��
�й����ܵ�����չս�Ա����������������ƶ�����֯ʵʩ��Ҫ��ȷ��ּ�����ġ�������̬�Լ��ؼ������Ȼ�������ڴ˻����ϣ���ϵͳ��֤��ȷ����Ŀ�ꡢ�ص㣻�ֲ��Ե㣬ȫ���ƽ���
1.1 �й�ȱ�ٴ��ڻ���ͳһ����
���ܵ��������ż���������ҵ��������չ�����ģ���ͬ�Ĺ��Һ���֯�������Լ��ķ�ʽ�о���ʵ�����ܵ����������в��ص��ڷ��硢��硢��硢�õ�������Ը��ּ��������ǴӲ�ͬ�ǶȲ��������ܵ����Ķ�����ں�[1]�������ܵ����ĸ�����̳�У������ܵ����Ѿ������IJ�ͬ����ȱ��Э��(���ǻ۵���(GridWiseTM)���ִ���������������(Intelligrid)��)�������ܵ�����һЩ�����ƺ�̫ѧ������רҵ�����еIJ������ۺ�Ƭ��(�罫���ܵ�������Ϊ110 kV�����µ�ѹ���ܵ���ϵͳ)������ֻҪ��δ��������صĶ��������������ܵ�����ñ�ӣ����ָ���ķ�������Ϊ�����ڡ������ͽ��ܣ�����Ϊ�������Ӧ�ġ����ڡ����Ǿ������ܵ��������ܷ�ɹ��Ĺؼ�����ˣ��й�����Ӧ���ݹ�������Լ��ġ����ڻ��ġ���Ϊ���������ͽ��ܵĸ��
�������ܵ�����һ����������������������������������ִ���2���档���Ľ��齫���ܵ�������Ϊ�����ܵ����DZ�֤���������ϵͳ��ȫ�ɿ������ܹ�����δ�����������ܺͶ����Է��������Լ�����Լ�����ִ����ĵ���������ʩ��
1.2 ����Ҫ��ȷʵ�ֵ�Ŀ�����
Ϊ����δ����Դ�������Ӹ������ʹ����߲���Ψһ��;�������ܵ�����Ŀ���������Ƚ�����Ϣ��������ߵ����ľ���Ч�桢�ɿ��Ժ�����ԣ����͵�����ʩ�Ľ���ɱ���
���ܵ�����������Ҫʵ�ֵ�Ŀ���У�(1)��ߵ����ɿ��ԡ���ȫ��(������)�;�����(����Ч��)��(2)��̬�Ż��������к���Դ����֤�������尲ȫ��(3)�����ͼ��ɷֲ���Դ�ͷֲ�ʽ���磬������������Դ�ȣ�(4)������Ӧ(DR)���������Դ����Ч�Ŀ��������ϣ�(5)��ǿ���ܼ���(ʵʱ���Զ������Ż��������û��豸���еĽ���ʽ����)�Ŀ���������������С�״̬�ļ���ͨ�ţ��ٽ�����Զ����ķ�չ��(6)���ܵ������û�װ�õļ��ɣ���ң�ؼ�ͥ�յ��Խ��߷帺�ɣ�(7)�����ͼ����Ƚ��ĵ����洢�͵��弼�����������ʽ��϶��������綯�������ȿյ��ȣ�(8)��ʱ���������ṩ�й���Ϣ�Ϳ���ѡ�������õ�۸��ѡ��ȣ�(9)����������������ͽ�����������ܵ������豸��ͨ�źͻ���������(10)���ٶԲ������ܵ���������չ���谭��ȡ�����������Ϊ�淶�ͷ���
�ۺϸ����������ܵ�����ʵ�����飬Ϊʵ�����ܵ���������Ŀ�꣬�йظ��������ܵ����߱��Ĺ����Ѵ���˹㷺��ʶ��(1)ʵ���û��������˾�Ļ����������û��������룻(2)��Ӧ�����з���ʹ��ܼ�����(3)��Ӧ�²�Ʒ��������г���(4)Ϊ���־����ṩ��ͬ�ȼ��ĵ���������(5)�Ż��ʲ������ʺ�����Ч�ʣ�(6)����Ԥ�����Ӧ�����Ŷ����Զ�У�����ܣ�(7)���е��������ֺ������繥������Ȼ�ֺ���������
1.3 Ҫ���㹻�������ԣ���Ӧ��Ҫ�������
���ܵ���Ҫ���㹻������Ժ������ԣ�������Ч��Ӧ�������ϻ��ĵ���������ʩ��Խ��Խ��ĵ��������Լ�������չ������Լ�����أ�(1)��ʯȼ�Ϲ�Ӧ�������٣�(2)�������ǵ�ȼ�ϳɱ���(3)����ı仯�Լ������������ء�
ͬʱ���ܵ����������������������Ӧ��Ҫ������ˣ�(1)��������ʵʩ�ص�����ʹ�������ӿɿ�����ֹ��ͣ�磻(2)����������¼��������ĵ�����Ը�����ij��У�Ҫ������Ͷ�������������������ܻ������õ�Ӧ��������Դ�͵綯�����ķ�չ��(3)�ڸ������еĵ�������������ȣ��������������ȿ��ǣ���Ϊ��ѹ�������ʱ�жϿ�����ɲ�Ʒ�������ƻ����û��ľ�pʧ��(4)���й������������������������Ӷ�䣬������˸�Ϊ��Ҫ��
2 ������ע�������еĺ����˵�ͨ�š����Ϳ��Ƽ���
ͼ1 ���ܵ���������Ӧ�������еĺ����˵�ͨ�š����Ϳ��Ƽ���
Fig. 1 Existing and emerging smart grid communication, monitoring and control technologies in the electricity supply chain
ͼ1Ϊ���ܵ���������Ӧ�������еĺ����˵�ͨ�š����Ϳ��Ƽ���[2]��
2.1 �����豸��װ�õ�����ˮƽ��
���ܵ�����һЩװ�ÿ��ܱ�����ijЩװ�ø����ܣ���������������Э��(National Electrical Manufacturers Association��NEMA)��������װ�õ�����ˮƽ��Ϊ6�ࣺ�����ܵ�װ��Ϊ0�����絼����£��������װ��Ϊ5���������������Э����������[3]���������Ϊ����߲������ܵ�������Ӧ�ó̶��ṩ�����ݣ��������ܵ����������ڣ��ṩ��һ����ҵ�Ϲ㷺Ӧ�õı�����Ϊ�������ܵ������ܵĻ���
2.2 ����HVDC����FACTS�������Զ�����������
HVDC��������ϵͳ�첽���������������봫����й����ʵĿ���[4]��FACTS�ǵ������Ӽ���(��̬����)�ͼ�����Զ����������ϣ�ʵ�ֶ��ƵĽ�˲ʱ�ij������ƣ������ٶ�Զ�ȴ�ͳ�Ļ��翪�ؿ�öࡣ
HVDC��FACTS��Ӧ���п��ܴٽ����ϵͳ������һЩ����DZ�����Ƶķ�չ����������Ҫ��̬��ѹ֧�ֵ�ʱ���ڵ��������г������۸����£����ܵijɱ��������ۺ�FACTSӦ���������ϵͳ���ܷ����Ƚ��DZ���ġ����е��ܡ������ļ۸��������Լ��Ի�����DZ��Ӱ������Ҫ�Ŀ�������[5]��FACTS��HVDC������һЩ��ؼ����Ѿ����������ϵͳ�����ṩ������ơ���ѹ֧�֡�Զ����������䣻�����FACTS��HVDC��Ӧ��Ӧ����Զ�븺�����ĵĿ�������Դ��
��Ӧ���й�ע����HTS��缼���ķ�չ��Ӧ�ã��������������ϵͳ���ش���������
2.3 ��������WAMS/PMU����ϵͳ״̬����
(1)����EPRIͬʱʹ��PMU(����������Ԫ)�ʹ�ͳ��SCADA�������������״̬���ƣ�Ϊϵͳ������Ա�ṩ����ȷ�Ľ�������ϵͳ״̬�Ŀ����ԡ�
(2)EPRI���о�����������PMU����������һ������Ҫ��ԭ����ʵ�ֿɹ۲��ԣ�������������������Ը���״̬���Ƶľ��ȡ�
3 ������֯�ƶ������ƻ������Կ��
���ܵ���ȱ��һ�µı���Э�飬��Լ�˵����Ļ�������(��ʵ�ֵ�����Ӧ��������Զ���ʵʱ���Ƶļ�����Ӧ��ͨ��Э������)�����ܵ����������Կ�ܣ�����ͨ�źͿ���Э�飬���ᴩ������������Ӧ���������硢�����Ӫ�������Ӫ���û����г��ͼ�ܡ�
�ڹ�ȥ�ļ����У�һЩ��֯һֱ�����ڸ��ָ�������Ŀ��ġ����ܡ��������о��Ϳ��������У���������Դ�����������ܵ�����ϵ�ṹίԱ��(GridWise Architecture Council��GWAC)�Ѿ������ˡ��������Կ�ܡ�����ϵ�ṹ����ͨ��ԭ�ÿ�ܹᴩ����������Ӧ�������ṩ��һ�ֱ������ṹ��֤���ܵ������֮��Ļ�������[6]�����Ҳ�ṩ��ʶ����Ҫ��������ǵ�������Ե���֯����[6]�������ܺ��ڶ�Ⱥ����������ܵ�����Ŀ�еĹ������������ƶ����ܵ����Ĺ㷺ʵʩ��
��GWAC����ȷ�ϵĻ������Կ���еġ�ͼ�㼯�ϡ���ͬ���������������ͼ2��ʾ[6]��ͼ����֯��ϵ����Ϣ�ͼ�����ֱ�������ƶ�������������ͨ�Եȸ������Ļ������ԣ��������ϵͳ��֯����Ҫ�Ĵ�ʩ��ʵ�ֻ������ԡ����ڿ��������в�ֹһ����ز㣬�簲ȫ��ϵͳά���Ϳɿ��Ե����⣬�����봦����Լ����ͼ2�����һ��ȫ��ġ��ܹ���ӳ������ϵͳ��Ӫ�ߡ���缰��繫˾���г������ߺ��������������֮�临�ӽ������õ�ͨ�û������Լܹ������ܵ����������ݵ���Ҫ��ɫ��
ͼ2 ���ܵ����������Կ�ܺ�������
Fig. 2 Smart Grid interoperability framework and cross-cutting issues
4 �߶ȹ�ע���Ƚ��������������ʩ
���ܵ�����ʵ����һ���ݻ��Ĺ��̡�Ͷ�����ֽ�ĸ�������ʩ�ǽ������ܵ�������Ҫ�ĵ�һ�������û��AMI�����ܵ���Ԥ��������Dz�����ʵ�ֵġ�
���ܵ����и�����������ʩָ�����IJ����Ͳɼ�ϵͳ�����а����û���ļ����DZ�(�����DZ�)���û�������ṩ��(�������ȼ����������ˮ��˾)֮���ͨ�����磻������ṩ���ṩ������Ϣ�����ݽ��պ���ϵͳ[7]��AMI����Ҫ�����ͼ3[7]��ʾ��
�����DZ��ܹ���ÿСʱ����̵�ʱ��(��ÿ����)���Ϊ�����û���������ҵ�Լ������������ṩ���ò�Ʒ��������������Ϣ��AMIϵͳ����֧����ϵͳ���кͿͻ�����(��ͣ������͵�Ͷϵ��)������ĸ����ص���ܡ�
AMI�����ܵ�������Ч��֮��Ĺ�����ʮ�����������ܵ����Ĺ�����ͨ���ֽε�Ͷ��ʵ�ֵġ���AMI�Ļ����ϣ������ܵ������ܵķֽ�Ͷ��������(ROI)�������ܵ����IJ�ͬӦ�ö��кܴ�IJ�ͬ[8]��ͼ4[8]��ʾ��AMI�����ܵ�������ֽܷ�Ͷ�ʵ������ʡ�
ͼ3 AMI��ϵ�ṹ
Fig. 3 Building blocks for AMI architecture
ͼ4 ���ܵ���������AMI�ķֽ�Ͷ��������
Fig. 4 Phased return on investments (ROI) from advanced metering infrastructure to Smart Grid
5 ����Ҫ���ɢ��ʽת��
���������ϵͳ����������Ŀ���ϵͳ���������ĸ����ԣ��ر��ǵ�ϵͳ���پ��ͻ��͵�������������豸�Ķ����ԣ�����ʽ����ϵͳ����������ɿ��ԺͿ���չ����ص��ش���ս[9-10]�����ǵ���Щ��Լ���Ե����Ŀ����������ɢ��ʽת�䡣���ּ���ͨ�����û��ڴ���ļ���(�������ض�����������������豸)�����������ĵ���������ʩ��ս�Է���(SPID��Strategic Power Infrastructure Defense)ϵͳ�������ɢ��ʽת���һ�����ͣ���ʹ�ö��Эͬ�����Ĵ����ṩ�������ܴ�����װ���ĸ������(��ͼ5)[11]��SPID��ϵͳ��Ʋ����Ծ������Ժ�����Ӧ�ع��ƻ������������(1)ʵ�����Ρ�����Ӧ��Ԥ��У�����ƴ�ʩ��(2)�ṩ����Ӧ�����ܱ�����(3)���ٵ���ϵͳ�����Ե�Ӱ�졣
6 ICS/MCS���簲ȫ�������ܵ�����ȫ��Ҫ��
�������ܵ���ICS/MCS(��Ϣͨ��ϵͳ/���ϵͳ)����ͨ�źͼ�������Ƽ�����ɵ����磬�κ���Ը�����ijһ�����ԵĹ��������ܵ��������������������ܵ���Ҫ�ɹ��ز�������ȫ�����簲ȫ���빲ͬ�ɹ����������߶���ʧ��[12-13]��
ͼ5 SPID�����ܶ����ϵͳ
Fig. 5 Multi-agent strategic power infrastructure defense(SPID)
���ܵ�����AMI����ʹ���˲�ͬ�ĵ��ʴ������Լ����ƵĹ̼��Ͳ���ϵͳ�����䱸�������ߺ�����Э�飬��Ϊ�������ṩ�˲�ͬ�Ĺ���ϵͳ��ʽ��2009��4�£��������簲ȫ��ƺͲ�����ѯ��˾(IOActive)�����ܵ��ƽ̨�Ϸ��������������������Щ�����������������ܵ��ϵͳ�����ݺر�ijЩ���ܣ���¶�û���ʹ�ü�¼��IOActive��������ͨ��ͬ����;�������ǿ��������ܵ��ϵͳ��ֲ����没����Ϊ��֤����һ�㣬IOActive��˾���Ŷ�������һ����没����������2009������˹ά��˹�ٿ��ı���Ϊѧ���ɵġ��ڿʹ�ᡱ�Ϸ��������ֲ������������ֳ�ģ����ʾ��һ�����ֲ����ij�����һ�����ܵ�����没��������1.5��ͥ�ĵ�����Ӧ��24 h������̱��������������ȫ������Դ����IOActive�ĸ�������Ա���ر�ǿ��ָ�����о��������ڿ������ڷ��ְ�ȫ����ijɱ�������ƽξͲ���ȫ��ʩ��60��[14-17]��
��ˣ������ܵ���������ھ�Ӧ�����Ӷ����ܵ�����������ʵʩ��ȫ���շ��������������ǽ������ܵ������ɻ�ȱ���ش�ȫ��ʩ��
7 ��ע����༼��
�����Ĺ����벻����ͥ������(HAN��Home-Area Networks)�Ľ�������ܼҵ�(Smart Appliances)�ӿڵı�����
7.1 ��ͥ�������ǡ��DZ���Ӧ�á��Ļ���
HAN�����������ܵ����ܹ��������ܵ���ǵ�����˾�ͻ���֮����Ƶķֽ�㣬HAN�ǡ��DZ���Ӧ��(Behind the Meter Applications)�����Գɹ��Ļ��������DZ���Ӧ�á���AMIӦ�õĸ��Σ����DZ�֮����������ܵ����ڼ�ͥ��������ؼ���Ӧ�õ���ҵ��ν��ֻ��ͨ��HAN���ܿ��Ƽ�ͥ�ڵĸ��������豸�������ܺ���������Դ����ϵͳ�����ɿ��ƿ��ء���ͥ��ʾ�������ܼҵ硢����PHEVs(���ʽ��϶����綯����)������Щ�豸��Э�������ܹ��Լ�ͥ�ĵ�������������ʵ����Ч�ع���ͼ�ء�HAN�ļ�ͥ��Դ����̬ϵͳ(Ecosystems)���������������ͨ���ṩ����ϢΪ���ǵĵ���Ӧ����������[18]��HANͨ��������ʵ�ֺ�֧���������͵İ�ȫ�ɿ���˫��ͨ�ţ����ü۸��źţ������ߵ��ض��źţ������źţ��ֲ�ʽ������Ϣ���ֱ������
7.2 �ӿ��ƶ����������ܵ����ӿڵı�
���ܵ����Ѿ���ͬ����ӡ����̵ijɹ���ʼ�������ֳ��������С�2006��2007�꣬����̫ƽ����������ʵ�����ڻ�ʢ���ݰ���ƥ�ǰ뵺������һ���ֳ����ԣ����䱸�ˡ������Ѻ��͵���(GFA��GridFriendly Appliance)����������50̨��ˮ��������150̨��ɻ������˼�����顣GFA�ǰ�װ�ڵ����ϵ�һ�ִ����������ܷ����������ʱ���ڽ���״̬֮�²��رոõ���������������ͣ�硣GFA�����������˵�ѹ��������ÿ������������Ƶ���¼�ʱ���Զ��жϸ��ɡ��豸���䱸��GFA����������ͬʱ������Ӫ����ΪHAN��һ���֡�Ȼ������Ȼȱ���������ܵ����ӿڵı�[19]��
��Դ��¼�� ���й�������