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(jī)電控制帶入了實(shí)時、軟件定義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(luò)。
電網(wǎng)的發(fā)展
世界上的電網(wǎng)并不是設(shè)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(fù)載之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接。負(fù)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(luò)的拓?fù)洹?
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(guān)、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?fù)?，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(luò)隨著電力傳輸網(wǎng)絡(luò)同步發(fā)展。最初時，它使用機(jī)械開關(guān);機(jī)電儀表用于電壓、電流、相位和伏安反應(yīng)(VAR)測量;由人員進(jìn)行控制。由于人員不總是能夠快速反應(yīng)以防止對網(wǎng)絡(luò)造成損壞，因此，電網(wǎng)在關(guān)鍵點(diǎn)使用了自動電路斷路器。隨著技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)增加了遙測儀、遠(yuǎn)程激活開關(guān)、中央控制室，以及繼電器等本地智能設(shè)備——電路斷路器會自動及時的關(guān)閉并恢復(fù)電路。
在下一發(fā)展階段中，這一智能本地設(shè)備、遙測儀以及遠(yuǎn)程控制拼湊而成的網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展為初期的智能電網(wǎng)(圖1)。在一些較偏遠(yuǎn)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(yīng)用了智能電網(wǎng)。
圖1.智能電網(wǎng)增強(qiáng)了對電站、分配網(wǎng)絡(luò)和電力消費(fèi)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(jī)和用戶之外，包括導(dǎo)體、開關(guān)、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(diǎn)對點(diǎn)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(shè)備都置于一個地方，因此，變電站很容易將所有設(shè)備納入到一個測量和控制網(wǎng)絡(luò)中( 圖2 )。
圖2.變電站發(fā)展到使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)。
原理上，設(shè)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(shè)備連接起來。然后，本地或者遠(yuǎn)程服務(wù)器會不斷評估變電站的狀態(tài)，相應(yīng)的調(diào)整控制。但是，當(dāng)您需要快速做出某些響應(yīng)，要求設(shè)備供應(yīng)商之間避免出現(xiàn)兼容性問題時，在原理上就非常復(fù)雜。為解決這些問題，業(yè)界開發(fā)了IEC 61850：電力公司網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)為互操作性建立了基礎(chǔ)，為局域網(wǎng)(LAN)設(shè)定了協(xié)議堆棧。它還為傳送實(shí)時數(shù)據(jù)采樣等關(guān)鍵操作以及獲得電路斷路器的安全關(guān)鍵命令設(shè)置了響應(yīng)時間要求。這些要求應(yīng)為IEC 61850兼容網(wǎng)絡(luò)留有足夠的空間，完成變電站的數(shù)據(jù)記錄、開關(guān)和保護(hù)功能。但是，只有這些還不夠。
