說到智能電網(wǎng)這個詞，很多人會首先想到最近在他們家外面出現(xiàn)的新型電表。但是，問一下電力工程師，他會介紹自從交流電替代直流電之后，在電力分配方面最深刻的變化。
智能電網(wǎng)把國際電網(wǎng)從地區(qū)監(jiān)控和本地機電控制帶入了實時、軟件定義網(wǎng)絡構成的未知新世界。在本文中，我們將簡要了解這一巨大的變化：連接電網(wǎng)智能單元的測量和控制網(wǎng)絡。
電網(wǎng)的發(fā)展
世界上的電網(wǎng)并不是設計出來的，而是逐步發(fā)展起來的。大部分地區(qū)電網(wǎng)一開始時是發(fā)電站和負載之間的點對點連接。負載可能是特殊的大用戶，例如，工廠或者有軌電車電力線，也可能是向居民分配電力的變電站。電廠選址以及用戶位置決定了網(wǎng)絡的拓撲。
開始時，這些連接是分層的：傳送的電能越多，距離越長，電壓就越高。不同連接段之間的接口需要開關、斷路器和變壓器。隨著時間的發(fā)展，這些連接發(fā)展到星形拓撲，變電站位于每一星形的中心，然后在更高層上增加冗余鏈路。
控制網(wǎng)絡隨著電力傳輸網(wǎng)絡同步發(fā)展。最初時，它使用機械開關;機電儀表用于電壓、電流、相位和伏安反應(VAR)測量;由人員進行控制。由于人員不總是能夠快速反應以防止對網(wǎng)絡造成損壞，因此，電網(wǎng)在關鍵點使用了自動電路斷路器。隨著技術的發(fā)展，網(wǎng)絡增加了遙測儀、遠程激活開關、中央控制室，以及繼電器等本地智能設備——電路斷路器會自動及時的關閉并恢復電路。
在下一發(fā)展階段中，這一智能本地設備、遙測儀以及遠程控制拼湊而成的網(wǎng)絡逐步發(fā)展為初期的智能電網(wǎng)(圖1)。在一些較偏遠的地方，變電站發(fā)出嗡嗡聲，還有臭氧的味道，這些地方最先應用了智能電網(wǎng)。
圖1.智能電網(wǎng)增強了對電站、分配網(wǎng)絡和電力消費者的測量和控制。
在某種程度上，變電站就像由柵欄圍起來的微型電網(wǎng)。電網(wǎng)的所有組成都在這里——除了發(fā)電機和用戶之外，包括導體、開關、斷路器、穩(wěn)壓器和功率因數(shù)控制，有大量的傳感器。直到最近，這些器件的所有連線都是點對點的連接至樞紐。樞紐會連接至控制大樓，把所有的信息都編碼到專用微波鏈路或者T1線路上。業(yè)界為這種自動化找到了很好的首字母縮寫：監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(supervisory control and data acquisition (SCADA))。把所有的設備都置于一個地方，因此，變電站很容易將所有設備納入到一個測量和控制網(wǎng)絡中( 圖2 )。
圖2.變電站發(fā)展到使用網(wǎng)絡進行設備互聯(lián)。
原理上，設計人員可以通過一個工業(yè)級以太網(wǎng)把變電站中的所有傳感器、致動器和智能設備連接起來。然后，本地或者遠程服務器會不斷評估變電站的狀態(tài)，相應的調整控制。但是，當您需要快速做出某些響應，要求設備供應商之間避免出現(xiàn)兼容性問題時，在原理上就非常復雜。為解決這些問題，業(yè)界開發(fā)了IEC 61850：電力公司網(wǎng)絡標準。
當然，標準為互操作性建立了基礎，為局域網(wǎng)(LAN)設定了協(xié)議堆棧。它還為傳送實時數(shù)據(jù)采樣等關鍵操作以及獲得電路斷路器的安全關鍵命令設置了響應時間要求。這些要求應為IEC 61850兼容網(wǎng)絡留有足夠的空間，完成變電站的數(shù)據(jù)記錄、開關和保護功能。但是，只有這些還不夠。
