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配電自動(dòng)化時(shí)代：智能系統(tǒng)安全嗎？
是的，您可能以為當(dāng)今世界是智能手機(jī)/平板電腦的天下。但我們四周的“智能”安裝比您想象的更多。比方說(shuō)帶有智能電表的智能電網(wǎng)。供電公司每天都會(huì)在某個(gè)區(qū)域的住宅裝置嶄新的智能電表，并鼓舞我們掌控我們的能源將來(lái)。我們可以經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和報(bào)告耗電量，并且簽署有利于儉省電費(fèi)的合約，比方分時(shí)計(jì)價(jià)。但管理全部這些安裝、散布式“智能”數(shù)據(jù)卻是業(yè)內(nèi)面臨的最新應(yīng)戰(zhàn)之一。智能手機(jī)戰(zhàn)爭(zhēng)板電腦背后需求大量的計(jì)算才能，即所謂的“云”。同樣智能電表和智能電網(wǎng)背后也需求有效的根底設(shè)備來(lái)訪(fǎng)問(wèn)搜集的數(shù)據(jù)，以及優(yōu)化能源供應(yīng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)持續(xù)嚴(yán)重開(kāi)展，為能源配送自動(dòng)化起著作用。
配電自動(dòng)化時(shí)期的降臨
配電自動(dòng)化如今并不是一個(gè)新事物，自上世紀(jì)60年代以來(lái)，將計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的愿景曾吸收了電力行業(yè)的大量眼球。但是，直到最近，這樣做的理想利益還遭到質(zhì)疑。興旺國(guó)度的電網(wǎng)十分牢靠，有人就問(wèn)為什么要冒著系統(tǒng)牢靠性的風(fēng)險(xiǎn)添加附加控制系統(tǒng)？“智能”系統(tǒng)？理想利益是什么？誠(chéng)然，光是理論上的益處是很難判別投入是值得的。
但是，在2013年，供電公司面臨的世界則完整不同。老化的電網(wǎng)及其效率(或無(wú)效率)和環(huán)境要素如今全部促使供電公司加強(qiáng)控制和性能，邁向配電自動(dòng)化。在美國(guó)，變壓器的均勻運(yùn)用時(shí)間曾經(jīng)到達(dá)40年，與變壓器的倡議工作年限相當(dāng)；電力根底設(shè)備需求更新?lián)Q代。2012年7月發(fā)作在印度的大面積停電影響到6.8億居民，而當(dāng)時(shí)印度曾經(jīng)不能滿(mǎn)足日常頂峰期的用電需求，并希望在接下來(lái)5年內(nèi)將供電容量進(jìn)步45%。
全球范圍許多國(guó)度的可再生能源配額制(RPS)表現(xiàn)了高效率和散布式發(fā)電的國(guó)際驅(qū)動(dòng)力。如今，美國(guó)50個(gè)州中的30個(gè)州1請(qǐng)求可再生能源占領(lǐng)電力的一定百分比，例如風(fēng)力和太陽(yáng)能。加利福尼亞州請(qǐng)求到2020年要有33%的電力來(lái)自于可再生能源2。歐盟2020年目的3則請(qǐng)求到2020年有20%的電力來(lái)自于可再生能源，同時(shí)能源效率進(jìn)步20%，據(jù)揣測(cè)將降低總體能耗。中國(guó)2005年經(jīng)過(guò)的可再生能源法也規(guī)則了相似的條款，并在中長(zhǎng)期開(kāi)展規(guī)劃中增加了相關(guān)條例。4
如今，配電自動(dòng)化被以為是“電網(wǎng)智能控制功用向配電方向的延伸和超越...可經(jīng)過(guò)智能電網(wǎng)完成�！迸潆娮詣�(dòng)化的優(yōu)勢(shì)被普遍承受，但并沒(méi)有使勝利完成或牢靠性變得簡(jiǎn)單，這些是大范圍普遍應(yīng)用的嚴(yán)重應(yīng)戰(zhàn)。
完成配電自動(dòng)化面臨的應(yīng)戰(zhàn)
過(guò)去的電力公司如今分紅了發(fā)電和配電公司，雙方都紛繁在配電網(wǎng)上裝置智能電表，以及更改根底設(shè)備。管理散布如此普遍的設(shè)備面臨的主要應(yīng)戰(zhàn)是什么？MaximIntegrated以為有三個(gè)關(guān)鍵范疇需求留意，并且這些范疇也是電網(wǎng)供給商的機(jī)遇：資產(chǎn)維護(hù)、電網(wǎng)平安和資產(chǎn)管理。我們對(duì)這些范疇分別停止扼要討論。
資產(chǎn)維護(hù)
資產(chǎn)維護(hù)意味著供電公司必需投入高性能元件，牢靠監(jiān)測(cè)電網(wǎng)以及維護(hù)其高本錢(qián)資產(chǎn)。經(jīng)過(guò)維護(hù)一切資產(chǎn)，供電公司的總體投資將提供長(zhǎng)時(shí)間有效效勞。
配電自動(dòng)化設(shè)備的投資數(shù)額宏大，一個(gè)變電站的自動(dòng)化晉級(jí)本錢(qián)為1000萬(wàn)至2000萬(wàn)美圓。6所以，假如沒(méi)有久遠(yuǎn)的項(xiàng)目目的及深化論證，現(xiàn)代化的供電公司不會(huì)開(kāi)端大型晉級(jí)項(xiàng)目，而項(xiàng)目的本錢(qián)常常會(huì)惹起費(fèi)率調(diào)整，以掩蓋項(xiàng)目本錢(qián)。這正是高質(zhì)量半導(dǎo)體傳感器以及優(yōu)化器件如此重要的緣由。這些器件將確保電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而為供電公司的投資提供最有效的維護(hù)。
一切并網(wǎng)安裝的中心是模仿信號(hào)鏈。配電網(wǎng)中的每個(gè)安裝都需求停止電丈量。最簡(jiǎn)單的并網(wǎng)安裝僅丈量電流，而最復(fù)雜的繼電器則執(zhí)行全部四象限丈量，取得屢次諧波。該信號(hào)鏈(圖1)7通常包括電壓或電流變壓器、運(yùn)算放大器、電壓基準(zhǔn)，以及用于實(shí)踐電丈量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。隔離及直流/直流轉(zhuǎn)換器提供必要的維護(hù)及系統(tǒng)工作電源。
作為信號(hào)鏈中心的ADC必需提供配電自動(dòng)化所需的最佳性能。MAX11040K具有24位分辨率和高達(dá)64ksps的采樣率，具備所請(qǐng)求的高性能。這款4通道ADC同時(shí)采樣多個(gè)通道，避免線(xiàn)路之間的任何同步誤差。多片MAX11040K可級(jí)聯(lián)在一同，完成最高32通道采樣。
大多數(shù)半導(dǎo)體公司采用簡(jiǎn)單的信號(hào)鏈方框圖展現(xiàn)其配電自動(dòng)化范疇的學(xué)問(wèn)，而這種演示是不夠的。智能電網(wǎng)所需設(shè)備的多樣性請(qǐng)求對(duì)每個(gè)元件及產(chǎn)品具有深化的理解。從相量丈量單元到電容組控制器，每個(gè)系統(tǒng)的精度和定時(shí)請(qǐng)求區(qū)別很大，請(qǐng)求器件具有相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)。
平安
由于一切配電網(wǎng)的根底設(shè)備都必需可以預(yù)防網(wǎng)絡(luò)攻擊，所以電網(wǎng)及其數(shù)據(jù)的平安性至關(guān)重要。
平安性是當(dāng)今先進(jìn)配電系統(tǒng)中討論最多的話(huà)題。討論常常集中在網(wǎng)絡(luò)平安和加密，雖然加密十分重要，但并不是現(xiàn)代化的靈丹妙藥。系統(tǒng)平安計(jì)劃應(yīng)用高級(jí)物理平安完成無(wú)可比較的低本錢(qián)IP維護(hù)、預(yù)防克隆以及外設(shè)平安認(rèn)證。8雙向平安認(rèn)證、多層加密和物理竄改檢測(cè)全部預(yù)防電網(wǎng)遭受網(wǎng)絡(luò)要挾：硬件、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
在維護(hù)硬件時(shí)，平安戰(zhàn)略思索從制造到裝置直至銷(xiāo)毀的整個(gè)產(chǎn)品生命周期。必需組合采用平安硬件和平安維護(hù)計(jì)劃。避免制造協(xié)作同伴訪(fǎng)問(wèn)私匙或者避免開(kāi)發(fā)攻擊系統(tǒng)的途徑十分重要。2012年初期波多黎各曾發(fā)作完整違背失密協(xié)議的事情，完整毀壞了當(dāng)?shù)匦虏渴鸬碾娋W(wǎng)。裝置期間，必需對(duì)平安資產(chǎn)實(shí)行嚴(yán)厲認(rèn)證，最好是雙向認(rèn)證，以及質(zhì)詢(xún)和應(yīng)對(duì)，以確保合法性。這樣的互相認(rèn)證將確認(rèn)無(wú)論是安裝還是軟件在制造期間未經(jīng)竄改，特別是處在第三方承包商時(shí)。工作期間，需求采用物理平安確保系統(tǒng)不容易被竄改。為避免經(jīng)過(guò)攔截、更改，或者應(yīng)用可以翻開(kāi)或關(guān)斷電力的通訊音訊停止竄改，也必需采用多層加密。
MAXQ1050微控制器把一切這些平安特性集成進(jìn)去以確保生命周期平安。經(jīng)過(guò)了避免植入不良軟件以及避免歹意克隆和刪除已裝載的軟件等方面的平安認(rèn)證。具有多層對(duì)稱(chēng)及非對(duì)稱(chēng)加密數(shù)據(jù)維護(hù)，內(nèi)置密匙發(fā)作器維護(hù)密匙。防引腳竄改及其它物理層面的密匙機(jī)械維護(hù)，避免經(jīng)過(guò)熱以及其它的途徑刪除平安密匙和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
資產(chǎn)管理
資產(chǎn)管理包括跟蹤資產(chǎn)的簡(jiǎn)單和復(fù)雜辦法，時(shí)辰理解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)。關(guān)于確保性能和監(jiān)測(cè)維護(hù)，這樣的管理是十分珍貴的。
以一個(gè)簡(jiǎn)單場(chǎng)景為例，很容易了解戰(zhàn)略性的資產(chǎn)管理。在一場(chǎng)暴風(fēng)雨中，電網(wǎng)上的許多點(diǎn)發(fā)作了斷電。來(lái)自于不同供電公司的人員被召集在一同，協(xié)助維修，“點(diǎn)亮燈光”的肉體打敗了天氣。線(xiàn)路得到了維修，設(shè)備得到了改換，又重新恢復(fù)了供電。這一切都很快。但是，危機(jī)完畢時(shí)，供電公司并不完整理解以及嚴(yán)密跟蹤現(xiàn)場(chǎng)工作的資產(chǎn)。思索到設(shè)備本錢(qián)以及保證散布式資源及供電平安的需求，先進(jìn)的電網(wǎng)不能容忍未知或不適宜的資產(chǎn)在現(xiàn)場(chǎng)工作。
戰(zhàn)略資產(chǎn)管理請(qǐng)求完整從上至下部署、平安認(rèn)證以及跟蹤電網(wǎng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的全部過(guò)程、軟件以及系統(tǒng)。平安認(rèn)證為重中之重。嵌入式平安認(rèn)證是設(shè)備自我辨認(rèn)的根本過(guò)程，因而必需作為系統(tǒng)的一局部停止理解，以便于跟蹤和管理。8關(guān)于小額投資，可運(yùn)用簡(jiǎn)單的硅器件獨(dú)一辨認(rèn)配電網(wǎng)上的設(shè)備，包括線(xiàn)傳感器到變壓器再到重合器控制器。獨(dú)一質(zhì)詢(xún)/應(yīng)對(duì)辨認(rèn)允許跟蹤每件設(shè)備，并經(jīng)過(guò)供電公司的AMI網(wǎng)絡(luò)停止通訊。在這點(diǎn)上，平安性與報(bào)告資產(chǎn)辨認(rèn)、位置、工作狀態(tài)、最新維護(hù)數(shù)據(jù)或其他各種報(bào)告功用是相分歧的。
關(guān)于我們的意義和指導(dǎo)性
現(xiàn)代化的供電公司過(guò)去曾經(jīng)是具有豐厚電力電子經(jīng)歷的發(fā)電和配電公司。如今，隨著供電公司將復(fù)雜的IT工作與多層復(fù)雜的設(shè)備及資源和數(shù)據(jù)管理集成在一同，狀況發(fā)作了翻天覆地的變化。當(dāng)電力公司購(gòu)置新設(shè)備以更新其根底設(shè)備時(shí)，需求在整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)從下至上構(gòu)建根底設(shè)備的新安裝和平安算法。這些電網(wǎng)安裝需求的不只僅是以太網(wǎng)和簡(jiǎn)單加密，而是必需裝備牢靠的維護(hù)、管理和平安功用。
智能電網(wǎng)常常被描繪為電網(wǎng)上漫山遍野的電能丈量和通訊。這種定義過(guò)于簡(jiǎn)單。智能電網(wǎng)應(yīng)該集成平安硬件和智能電能管理軟件。電網(wǎng)需求先進(jìn)的檢測(cè)和通訊才能，以構(gòu)成牢靠、有效、平安的供電系統(tǒng)，進(jìn)步系統(tǒng)效率和支持散布式資源的才能。屆時(shí)，我們將大范圍完成高效率的配電自動(dòng)化。
| 【上一個(gè)】 智能電表民營(yíng)企業(yè)如何破困局尋求立足 | 【下一個(gè)】 電力設(shè)備智能化是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵 |
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