智能电网深深植根于现代全球基础设施的结构中。通过采用数字技术、双向数据传输、无线网络和智能电网管理系统，配电系统能够极大地优化能源效率，低成用户成本。
这种大规模采用举措的实现很大程度上要归功于物联网 (IoT)，物联网是智能传感器、通信网络和数据处理的巅峰。物联网让新建的和已有的电力基础设施变得“智能”、更高效。
本文介绍了智能电网物联网系统如何促进高级计量基础设施 (AMI) 和其他智能电网技术。
智能电表
物联网在智能电网应用中最广泛的使用是通过智能电表实现的。这些电表是网络连接的公用事业仪表，用于监控公用事业在使用点或整个电网基础设施的关键配电点的消耗和状态，具有与公用事业提供商进行双向通信的功能。
最重要的是，智能电表有助于减少能源浪费。欧盟委员会于 2012 年进行的早期研究表示，智能电表的采用使家庭电费平均减少了 12%，而大型商业用户节省了 58%。
在过去，电表需要人工跟踪用电设备的功耗。在最早的公用事业计量时代，这要求公用事业人员按规定的间隔时间（例如每两个月一次）物理跟踪模拟公用事业计量表的读数，这样做既昂贵又低效。
自动抄表 (AMR) 技术是迈向智能电网的第一步。然而，即使是远程监控的、实现了 AMR 技术的公用事业仪表也不被认为是“智能”的，因为它们不提供双向通信。
现代智能仪表让公用事业单位能够收集来自智能仪表的数据，并向仪表发送命令、更新和信息。服务提供商还可以远程断开或调节服务，例如切断对欠费物业的供电。他们还可以针对基于时间的定价，设置经过调节的消耗阈值。
智能仪表最常见于电力公用事业应用，但也用于监测天然气和水。电业智能仪表能够实现实时电力感应、停电通知、双向电力计量（如果电力由端点产生，如通过太阳能电池板）、电力质量监控、远程服务断开以及电表数据管理软件。
物联网和智能电网中的高级电表基础设施
智能电表与它们所连接的基础设施一样“智能”。物联网技术让智能电表能够以物理方式和/或无线地连接到公用事业的电网管理系统。对于电力智能电网，智能电表在局部网格内联网，然后传输到本地公用事业中心。这些中心然后连接到本地中心以及公用事业的中央 IT 中心，以便公用事业公司能够提供基于需求的优化和智能电网管理实践。
高级电表基础设施是智能电网物联网技术的输出端，采用有线和无线物联网通信技术。例如，Byram Labs EnergyAxis REX2-EA 智能电表利用 900MHz 和 2.4Ghz ZigBee 无线通信担当网状网络连接的智能电表端点，以及家里其他智能能源设备的网关。例如，通过无线网状网络连接的智能仪表阵列然后可以连接到一个中心，该中心通过陆线、光纤或其他通信基础设施连接到公用事业的 IT 服务器。
高级计量基础设施不仅仅是一系列智能仪表。相反，这种成熟的基础设施包括智能电表软硬件、连接所有子网络和中心的通信网络、电表数据管理软件和 IT 系统，以及能让智能电网生成的数据发挥作用的供应商操作系统。
图 1：高度简化的电力智能电网，展示了公用事业发电、配电、使用和控制的内部工作机制。
上图中，电网中的每个中心和端点促成了高级计量基础设施。高度成熟的数据管理软硬件用于收集、了解、管理和优化产生和消耗的电力，所有这些都有助于高级计量基础设施和智能电网。
全球采用高级电表基础设施
智能仪表和高级计量基础设施正以极快的速度在全球实施。然而，智能电网技术的采用在各大洲、国家/地区、州和城市之间确实存在差异。
在承诺迅速应对气候变化的国家/地区，智能电表的采用要广泛得多。目前，欧盟的智能电表普及率最高，原来 2014 年的目标是到 2020 年在 80% 的公用事业端点使用智能电表。这一目标到 2020 年仍未实现，但欧盟内的许多国家确实实现了该目标。
瑞典（100% 采用率）、芬兰（100% 采用率）、爱沙尼亚（98% 采用率）和丹麦（80% 采用率）等国家已达到 2014 年设定的基准。然而，德国、捷克共和国、希腊、克罗地亚和塞浦路斯等国决定不强制推行智能电表，原因是担心数据隐私，特别是与智能电表的物联网方面相关的数据隐私，或未能满足法律要求。
相比之下，2020 年，美国（全球用电量第二高的国家）目前的智能电表普及率约为 50%。根据 EIA 的数据，总共安装了 1.02 亿个 AMI，只有六个州有 80% 以上的家庭拥有智能电表，即加利福尼亚州、佐治亚州、缅因州、密歇根州、俄克拉何马州和佛蒙特州。另外六个州已经通过了旨在实现未来 80% 实施率的法规，但截至 2022 年，全国范围内对智能电表的采用没有任何要求。
如需有关全球市场采用率和智能电表使用预测、智能电表采用面临的障碍以及智能电表面临的设计挑战等更多信息，请务必查看我们的文章智能电表：设计智能电网生态系统的关键部分。
智能电网和物联网的未来
全球智能电网高度依赖智能电表的逐步采用以及支持它们的必要物联网基础设施。从全球来看，利用智能电网技术优化能源消耗、减少能源浪费、节省用户支出和应对气候变化方面取得重大进展。虽然广泛采用智能电网仍存在许多障碍，但物联网将在全球范围内实现关键智能电网基础设施的端点采用。
