直击：全球智能电网设计机会

　　罗彻斯特理工学院(RIT)的Clark Hochgraf、Rahul Tripathi和Spencer Herzberg根据简单的SMS短信和GPS定位进行了一种实用的实验。坦率地讲，这个实验听起来微不足道，不过其严谨的分析和灵活的调查在此次会议的1002篇研究报告中为这篇报告的作者们赢得了一席之地。

　　实验目标是建立一种低成本系统，用来管理和监控实际的PEV(插电式电动汽车)充电电路，并通过监视使电动汽车保持在可到达的充电站范围内，引导汽车走最优的路线。这个团队开发的硬件包含一个内置GPS的GSM调制解调器和一个可运行定制应用的Python解释器。

　　在解释器上运行的代码可以解析代码形式的SMS短信，并将命令发送给充电电路。来自模块的SMS短信还可以通过命令获取PEV的GPS位置、充电状态和电池电量。

　　这个团队利用这种基本功能可以建立一种电力公司能用来控制多个PEV充电的虚拟基础设施。这种功能还设想了这样一种方案，即电力公司向有规律充电的客户收取较低的每度电电价。

　　此外，这个团队还基于这些基本功能创建了用户界面，以显示PEV位置、充电状态和电池电量的相关信息。通过调制解调器访问的数据库用于储存PEV可到达的充电站(根据其电池的电量状态判断)位置和状态相关信息。该数据被用于路由算法。

　　由于拥有所有这些信息，电力公司可以监视并控制需要的电量，以使其不超过供电量。对于驾驶员来讲，充电知识(及其良好的图形表示)是在实际充电状态变得比较危急之前选择充电路线和停车充电时间的关键。

　　是否仍然可以实现一种基于短信和GPS的系统来根据国家智能电网的需要进行调整呢？正如APC公司的变压器额定值和负载均衡问题一样，请务必记住，智能电网的演进将经历几十年的时间，这是一个必须一步一步完成的过程。

　　对于短期而言，RIT的团队在其报告中给出了一些重要的观点。“充电站与电力公司之间的智能电网通信可使ISO/RTO降低高峰时段的需电量，同时仍可满足电动汽车充电负载，不过完全充电的完成时间则有所延迟，”这份报告指出。“控制汽车何时需要充电或充电价格(kW)可实现在无需额外的发电量的情况下引入电动汽车。”

        这个团队进一步认为，PEV不可能在2025年前实现超出低个位数的市场渗透率。

　　在这种背景下，RIT演示系统支持现有的汽车工程师协会(SAE)推荐的插电式汽车与公共电网之间的通信实践(SAE J2847/1)和IEEE与电力系统互连的分布式资源的监控、信息交换和控制指南(IEEE 1547.3)。这两个指南仍由其各自的工作组负责。

　　会议上演示其他电动汽车相关报告的还有IBM公司的苏黎世研究实验室(“电动汽车虚拟电厂的架构和通信”)、埃森哲(Accenture)公司(“插电式电动汽车策略的评估框架”)、西门子(Siemens)公司和帕绍大学(“电动汽车与智能电网的互连和通信”)以及洛斯阿拉莫斯国家实验室(“V2G模式中混合动力汽车交换站的定位”)。

　　顺着RIT报告的方向，洛斯阿拉莫斯国家实验室的Konstantin Turitsyn等在“控制和通信”发言阶段演示了“鲁棒的电动汽车充电广播通信控制”。

　　这些科学家并没有专注于RIT团队的双向通信主题，而是重点探讨了基于随机电动汽车充电起始时间的控制算法和简单的单向广播通信(允许各个通信事件之间出现时间延迟)。他们采用排队论和统计分析得出的论据，力求最大限度地提高过剩的配电电路产能的利用率，而不造成电路过载。

　　小偷和电池问题

　　还有许多意想不到的设计机会，智能电表将使用数据传送到电力公司之前对使用数据进行模糊和加密的方法就是其中之一。这种方案包括“负载签名”、大电池、充电器和逆变器，其发展历史牵涉到焦急的荷兰市民发起的一场反对智能电表的运动。

　　荷兰市民反对使用智能电表，但他们的反对原因与美国人的反对原因(比如不可思议的高电费帐单和对婴儿监视器的干扰)有所不同。根据东芝(Toshiba)公司设在英国的电信研究实验室的Georgios Kalogridis在“虚假数据注入和隐私”发言阶段演示的题为“智能电表的隐私：用于不可检测的设备负载签名”的报告，荷兰所面临的问题在于电网读数的精细度。

　　普通电表一般每个结算周期读表一次。但是被设计用于实时监控所需电量的智能电表的读表频率比较频繁，以便能够反映出日常用电模式。获得这些模式的小偷可以找出在主人离开时可能成为下手目标的家庭：比如在下午四点前不会使用烤箱的家庭。

　　东芝公司从最原始的角度提出了这样一种方案，即为每个家庭增加一个大电池和相关的逆变器，这样可以消除这些读数中的微小细节。

　　当然，解决方案并没有这么简单。对用电进行细粒度采样的目的在于提供或多或少的实时需电量状况，以便于操作员确定何时在线提供或关断发电量、何时调整配电线路以及何时重设电价等。如果这些信息不清楚，这个方案又有什么用呢？

　　由于东芝的报告比较浅显，因此电池方案只是能更轻松地让数据更加安全，同时提供数据以某种形式表示的信息，这种形式的信息仅用来管理发电量、配电路线和其他功能。显然，第一步是收集来自邻近的所有家庭的细粒度信息，然后再通过回程将这些信息发送给供电商。

　　不过这却给黑客大开后门。要堵住这个后门，东芝的研究人员提出了一种称为负载签名仲裁器(LSM)的器件，该器件与设备、电池(独立电池或汽车电池)和充电站/连接电网的逆变器配合工作。与LSM配合工作的器件可大可小。

　　“导通时汲取2kW功率的水壶就是一个例子；电力路由器可以通过配置，以便太阳能面板提供1kW，电池提供0.5kW，市电电源提供0.5kW的电量，”东芝的报告指出。

　　“LSM的主要作用是‘检测隐私威胁’以及通过‘配置电源线路’作出反应。LSM可以在识别(家庭内的)功耗活动后检测隐私威胁，”该报告进一步指出，“这可能是用户或供电商产生的功率触发事件，比如功耗的变化(如设备导通/关断事件)。”

　　该报告介绍了多个实现这一目标的方法。例如，其中一种的“思路是(在可能的程度上)抑制电力负载变化，以便保持恒定的计量负载。这种算法强制电池在所需的负载(分别)比之前计量的负载大或小时放电或充电。在未超出电池充电范围的情况下，电池充电/放电的功率和持续时间可以通过适当的配置，来实现相同的功率差。”该报告在作完这些说明之后进行了更加详细的密码分析。