深入智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)

　　近距離地審視電力網(wǎng)絡(luò)，同很多其它工業(yè)相比，我們發(fā)電，傳輸，以及分配電力的方式仍然固守“前IT”技術(shù)。盡管它具有成百上千萬(wàn)英里的嗡嗡作響的輸電線路，數(shù)以千計(jì)的發(fā)電機(jī)，以及數(shù)十億的互連設(shè)備，但電網(wǎng)的運(yùn)行仍然主要依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代之前的陳舊技術(shù)來(lái)控制。但是，隨著新的電網(wǎng)控制系統(tǒng)的深入，數(shù)字革命已經(jīng)啟航。這種變革會(huì)帶來(lái)更高的性能，更低的花費(fèi)，以及完全不同的新特征，例如完美的電動(dòng)車(chē)輛整合，電網(wǎng)級(jí)能量存儲(chǔ)，以及分布式的可再生能源生產(chǎn)。盡管仍然處于初級(jí)階段，但智能電網(wǎng)革命已經(jīng)不可否認(rèn)的開(kāi)始了，沒(méi)有任何能源行業(yè)能夠忽視它的存在。

　　電網(wǎng)的覺(jué)醒

　　將電網(wǎng)數(shù)字化的第一步是分布式的傳感技術(shù)。可以設(shè)想一下，嵌入式的儀器系統(tǒng)分布在整個(gè)電網(wǎng)，從傳輸線采集電功率信號(hào)，將信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)因特網(wǎng)將信號(hào)傳送出去。向量測(cè)量單元，也稱(chēng)為PMU，通過(guò)比較電網(wǎng)中多個(gè)點(diǎn)的同步電壓與相位測(cè)量的方式測(cè)量流量。 這樣做的目的是為了評(píng)估電網(wǎng)穩(wěn)定性，在出現(xiàn)電力斷供之前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，甚至于在出現(xiàn)故障時(shí)，能夠 “修復(fù)”電網(wǎng)。這就要求可以實(shí)時(shí)分析處理從電網(wǎng)中收集到的高速數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)提供給計(jì)算機(jī)模型，生成直觀的結(jié)果提供給控制室的操作人員。NI公司將這一過(guò)程歸納為世界范圍內(nèi)的“采集，分析，與呈現(xiàn)”。滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)這一切的技術(shù)要求不再是簡(jiǎn)單的嘗試。PMU需要高電壓電流的準(zhǔn)確測(cè)量，精確的同步采樣，板上信號(hào)處理，以及足夠的通訊帶寬來(lái)可靠地傳送數(shù)據(jù)包。所有的這些需求都是為了分析過(guò)程。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)以30-60幀/秒的速率從現(xiàn)場(chǎng)匯總時(shí)，對(duì)于指導(dǎo)電網(wǎng)操作員如何操作的算法來(lái)說(shuō)，使用的數(shù)據(jù)必須保持實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性?；贔PGA技術(shù)的PMU可以通過(guò)高保真的測(cè)量和多線程處理能力使這一切成為現(xiàn)實(shí)。最重要的是其現(xiàn)場(chǎng)可重新配置的特性，系統(tǒng)可重構(gòu)的內(nèi)部電路可以適應(yīng)變化需求。即使在部署到現(xiàn)場(chǎng)之后，可精確到門(mén)陣列級(jí)的系統(tǒng)重新配置能力也可以在未來(lái)幾年內(nèi)保持技術(shù)的領(lǐng)先。這是因?yàn)镻MU以及其它智能電網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)一直在不停地發(fā)展。例如，一種新的用于PMU精確時(shí)鐘同步的標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 1588 PC37.238，以及最新的通信協(xié)議，IEC 61850-90-5，都會(huì)在2011年后半年發(fā)布。

　　圖 1. 基于 NI CompactRIO的PMU能夠提供現(xiàn)場(chǎng)可配置的嵌入式儀器 ，并且在儀器部署到電網(wǎng)數(shù)年之后都可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制進(jìn)行更新