Kiến trúc của hệ thống điện thông minh hay cấu trúc là bao gồm các thành phần,bộ phận, trang thiết bị để tạo nên một hệ thống điện thông minh.

Về cơ bản, hệ thống điện thông minh bao gồm hệ thống truyền tải, cung cấp điện năng hiện tại nhưng được áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông,số hóa dữ liệu và áp dụng các công nghệ hiện đại vào việc điều khiển,kiểm tra, giám sát.Nhằm đảm bảo an toàn,ổn định và nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống điện.

Từ mô hình ta thấy rằng hệ thống điện thông minh gồm:

• Hệ thống điện có sẵn:

Cơ sơ hạ tầng(nhà máy điện,trạm biến áp,trạm điều khiển....)

Hệ thống truyền tải(đường dây dẫn,cột điện,rơle bảo vệ,máy biến áp...)

Các nơi tiêu thụ điện(hộ gia đình,nhà máy, cơ quan...)

• Hệ thống điều khiển lấy công nghệ thông tin làm trung tâm:gồm cơ sở dữ liệu được số hóa, các thành phần trong hệ thống được liên kết với nhau chặt chẽ thành một thể thống nhất có thể vận hành ổn định,tự khắc phục khi có sự cố xảy ra.

Thiết kế cơ bản của Smart Grid

Cho đến hiện nay, chưa một ai hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc chắn về các công nghệ sẽ được sử dụng trong Smart Grid của tương lai. Tuy nhiên, chúng ta có thể chỉ ra được các đặc tính chính của Smart Grid sẽ bao gồm:

• Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với khách hàng.

• Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy tính.

• Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng, cắt giảm nhu cầu…)

• Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo.

• Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.

• Tối ưu hóa vận hành HTĐ để giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện.

• Công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi.

Để tạo được sự tiến bộ trong việc giải quyết được những thách thức của hệ thống hiện tại cũng như những đặc tính chính của Smart Grid trong tương lai, các công ty điện lực cần tập trung vào bốn lĩnh vực sau:

-Thu thập dữ liệu: Dữ liệu cần được thu thập từ rất nhiều nguồn khác nhau của hệ thống điện (hệ thống bảo vệ, điều khiển, công tơ điện, các bộ I/O..., các bộ thu thập dữ liệu tiêu thụ điện của thiết bị tại các nhà máy và thậm chí tại nhà ở của khách hàng và các nguồn thông tin "không điện" như thời tiết… Khả năng thu thập dữ liệu được dựa trên sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin và viễn thông trong thế kỷ XXI.

-Phân tích và dự báo: Dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau ở trên, theo tính toán với một hệ thống có 2 triệu khách hành sử dụng điện thì lượng dữ liệu sẽ khoảng 22 GB/ngày, cần được phân tích cho các mục tiêu vận hành và kinh doanh. Cho mục đích vận hành hệ thống điện các phân tích sẽ được dựa trên số liệu thời gian thực và cận thời gian thực. Còn đối với mục đích kinh doanh thì sẽ sử dụng số liệu quá khứ. Các số liệu thời gian thực và quá khứ cũng được sử dụng cho công tác dự báo từ dài cho đến trung hạn phục vụ công tác lập quy hoạch, kế hoạch phát triển và phương thức vận hành.

-Giám sát/quản lý/điều khiển: Dữ liệu được thu thập và xử lý thành thông tin phục vụ công tác vận hành, điều khiển khiển hệ thống điện cũng như được lưu trữ cho các mục đích khác nhau theo yêu cầu của các quy định trong quản lý và điều tiết hoạt động điện lực. Trong lĩnh vực kinh doanh, các thông tin này được sử dụng để xác định mức sử dụng và tính toán chi phí thanh toán giữa các bên tham gia thị trường điện và khách hàng.

-Phát triển hệ thống cho phép trao đổi thông tin và điện năng hai chiều giữa nhà cung cấp và khách hàng sử dụng điện: Cả ba bước trên sẽ chỉ có khả năng ảnh hưởng tối thiểu lên khách hàng nếu họ không được tiếp cận và có các thiết bị để cùng tham gia vào hoạt động điện lực từ phía tiêu thụ điện. Thực ra đây là lĩnh vực tốn kém nhất trong Smart Grid và theo tính toán thì thế giới sẽ mất khoảng 20 năm để hoàn thành phần này với việc trang bị các Smart Meter và thiết bị cho phép tương tác hai chiều đối với bất kỳ khách hàng nào.

Một số các thành phần của Smart Grid đã được lắp đặt trong hệ thống điện. Tuy nhiên, chúng ta còn phải nỗ lực hết sức để có thể biến một hệ thống điện truyền thống hiện nay thành một hệ thống điện thông minh (Smart Grid) thực sự. Bởi vì nó không đơn thuần chỉ bao gồm các hệ thống phần cứng và phần mềm.

Smart Grid có thể cho chúng ta biện pháp để tác động trước mắt bao gồm:

- Nâng cao hiệu suất hoạt động của các nhà máy điện.

- Tối ưu hóa nhằm giảm tổn thất kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện.

- Giảm hệ số đàn hồi giữa tốc độ tăng nhu cầu sử dụng điện trên tốc độ tăng GDP.

- Giảm lượng năng lượng sử dụng trung bình trên giá trị 1 đồng GDP.

- Giảm tổn thất phi kỹ thuật.

- Tạo ra văn hóa tiết kiệm và bảo tồn năng lượng trong xã hội.

- Tạo điều kiện phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và các loại nguồn điện nhỏ phân tán để giảm phát thải CO2.