电网 "是为城市中的每个居民、企业和基础设施服务的电力网络。智能电网 "是这些能源系统的下一代产品，它采用了最新的通信技术和连接技术，能够更智能地使用资源、提高能效并减少碳排放。
使当今IoT 的能源网变得 "智能 "的技术包括传感器、无线电模块、网关和路由器等无线设备。这些设备提供复杂的连接和通信，使消费者能够做出更好的能源使用决策，使城市能够节约用电和开支，并使电力部门能够在停电后更快地恢复供电。
出于各种原因，市政当局越来越倾向于采用智能电网技术。其中包括需要提高能源利用率、为市民提供更好的客户服务、做好应对灾害的准备以及升级维护成本高昂的老化技术。此外，技术的进步也使无线技术（包括蜂窝电话和 RF（射频））变得经济实惠，并易于在智能电网应用中使用。
根据
科学美国人 美国有 20 万英里长的高压输电线路，总输电功率超过 100 万兆瓦。美国的问题在于，这些基础设施大多建于 20 世纪，是在互联网发明之前，当然也是在蜂窝电话和其他无线技术取代昂贵电缆的可行方案出现之前，一项耗资数十亿美元的项目中构思和实施的。
智能电网在行动
需要从电网获取电力的企业、服务机构和公民个人遍布每个居民、城市服务机构和关键基础设施，因此，当市政当局采用智能电网技术时，这些企业、服务机构和公民个人将从中受益。虽然我们不会涵盖每一个使用案例，但一些关键实例可以帮助说明向智能电网发展的影响。
智能电网使电力公司能够比以前更详细地评估系统健康状况。例如，有了智能电表，电力公司就可以发现实时电力需求，其精细度和准确度是旧技术根本无法实现的。这可以让他们更好地预测和应对突然增加的需求，从而有助于防止停电。
如果发生停电，IoT ，安装在变压器和变电站中使用蜂窝和射频技术的设备可以自动调整供电方向。这样就可以更快、更容易地解决停电问题，而不是每次停电都要派遣服务人员驾驶卡车。正如 SmartGrid.gov:
"更智能的电网将增加我们电力系统的弹性，使其能够更好地应对严重风暴、地震、大型太阳耀斑和恐怖袭击等紧急情况。由于智能电网具有双向互动能力，因此当设备发生故障或停电时，它将能够自动改变线路"。
智能电网减轻恐怖袭击影响的想法很有意思，我们将在后面的章节中讨论这个话题。现在，我们不妨来看看智能电网如何为城市带来益处。
智能城市如何采用智能电网技术
智能城市的应用领域非常广泛，从智能城市照明、能源管理、智能交通管理到水处理和废水管理，无所不包。
交通信号灯中的传感器可以将信息反馈给中央主管机构，以便做出决策。更妙的是，有了智能交通系统，地面交通和公共交通都可以通过路由和交通照明进行管理，从而改善或消除拥堵现象。
IoT 路灯中的传感器还可以根据实时情况调整开关时间和亮度。正负几瓦听起来并不多。但是，如果考虑到任何一个城市都有数千或数万盏路灯，那么所节省的电量和对环境的影响就会迅速增加。这些传感器还能在路灯需要维修时发出警报。 无需等待愤怒的客户打电话来抱怨路灯坏了。
此外，有了先进的远程管理解决方案，技术人员就可以远程排除故障，并决定是否派出卡车。在过去，与通过家庭办公室的管理系统进行快速固件修复或重启相比，出动卡车是不可避免的，而且费用高昂。
智能电表可实现需求响应，让家庭和企业主看到实时价格信息，从而相应地调整能源使用。例如，在冬季关闭空调或调低恒温器。最重要的是，智能电表将使电动汽车车主受益。有了实时价格信息，电动汽车车主就能在用电最便宜时为汽车充电，并尽可能避免在用电高峰时充电。
智能电网的三大优势
智能电网的好处不胜枚举，以下三个例子就说明了更新后的电网有多么有用。
1.智能电网促进可再生能源发电
传统能源网的设计目的是将电力从大型集中式发电站传输到该地区广泛的家庭和企业网络。在现阶段，电网的设计并不能 接受通过太阳能电池板或风车发电的家庭和企业的输入。智能电网的设计目的是 接受来自可再生资源的电力。
最重要的是，智能电网与支持无线功能的智能电表相结合，可以跟踪净发电厂的发电量，并给予相应的补偿。 智能电网还可以监控太阳能电池板和设备。
我们在前面提到，智能电网可以减轻恐怖袭击或自然灾害等灾难对发电站的影响，而分散式能源生产使这一壮举成为可能。在传统模式下，少数发电厂为城市供电。这使得这些服务很容易受到威胁，导致大面积停电和能源短缺。在分散模式下，即使集中式发电厂断电，包括风能和太阳能在内的多种替代能源也能取代电网中的资源。这种分散式系统更难脱机，并能提供一个发电厂为整个城市供电时所无法提供的稳健性。
2.更好的计费，更好的预测
智能电表有两个好处。首先，通过无线IoT 设备，它们可以收集大量数据，这些数据是公用事业公司以前从未接触过的。公用事业公司可以利用这些信息更好地预测何时电力需求量大，以及哪些地区的电力需求量最大。
其次，对于消费者来说，智能电网意味着更高效的计费方式。以前，用电高峰期的电费是按社区和街区平均计算的。现在，如果你在电价高时用电，就会被计费。如果您关闭电器并节约用电，您的账单也会相应减少。这将激励每个人负责任地用电。
3.智能电网更具复原力
美国能源部（DOE）的一份报告显示，美国每年因停电给企业造成的损失约为 1500 亿美元。虽然这只是一个估计数字，但即使每年损失只有 500 亿美元，停电也是一个必须解决的问题。
有了智能电网技术，一旦发生停电，电力就能自动改道，最大限度地减少对家庭和企业的影响。IoT 传感器还能报告设备状况，以便在故障发生前进行维修。 电力公司可以在停电时通知客户（通过电子邮件/社交媒体），而不是被动地回应客户的停电报告电话。
智能电网是现代智能城市的支柱
根据太阳能产业协会的数据，到 2018 年，美国安装的太阳能电池板足以为以下设备提供电力 1230 万个美国家庭.自 2013 年起、 太阳能 就总发电量而言，可再生能源一直是美国第一或第二大新增能源。城市越来越意识到可再生能源发电的重要性，而支持所有可再生能源发电需要智能电网。随着越来越多的家庭购买必须充电的电动汽车，更新的电网也将变得更加重要。
面向未来的智能电网
智能电网技术可以用一句话来概括：双向通信的新型电网。企业和消费者首次可以获得实时账单信息，而公用事业公司在应对需求激增、修复或管理停电和其他挑战时，可以更好地满足客户的需求。智能电网具有弹性、高效和绿色的特点，对消费者、公用事业公司和环境都有好处。 要将智能电网发展到今天的水平，需要铺设数千英里的电缆，而无线技术将取代这些电缆。
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下一步工作
本博文最初发布于 2020 年 4 月，修订于 2023 年 11 月。