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    我們生活的方方面面越來越受新技術的影響——從我們手中的電話到我們的閱讀方式。

    整個工業界都在向數字領域轉變——一個涵蓋了軟件，網絡，處理器，以及傳感器的融合與信息交換的信息技術(IT)新世界。

    是什么使這種改變如此不可抗拒，看起來沒有任何行業能夠阻止它的腳步？這當中有很多原因，從快速的物流和服務，到巨大的生產力。無論如何，最重要的還是性價比。事實證明，信息技術帶來更快的增長率，當性能呈指數級增長的同時(分子位置)，價格呈指數級的下降(分母位置)。任何拒絕“數字化”進程的行業都要承擔被淘汰的風險。

    近距離地審視電力網絡，同很多其它工業相比，我們發電，傳輸，以及分配電力的方式仍然固守“前IT”技術。盡管它具有成百上千萬英里的嗡嗡作響的輸電線路，數以千計的發電機，以及數十億的互連設備，但電網的運行仍然主要依靠現代計算機與互聯網時代之前的陳舊技術來控制。但是，隨著新的電網控制系統的深入，數字革命已經啟航。這種變革會帶來更高的性能，更低的花費，以及完全不同的新特征，例如完美的電動車輛整合，電網級能量存儲，以及分布式的可再生能源生產。盡管仍然處于初級階段，但智能電網革命已經不可否認的開始了，沒有任何能源行業能夠忽視它的存在。

    電網的覺醒

    將電網數字化的第一步是分布式的傳感技術。可以設想一下，嵌入式的儀器系統分布在整個電網，從傳輸線采集電功率信號，將信號數字化，并通過因特網將信號傳送出去。向量測量單元，也稱為PMU，通過比較電網中多個點的同步電壓與相位測量的方式測量流量。 這樣做的目的是為了評估電網穩定性，在出現電力斷供之前發現問題，甚至于在出現故障時，能夠 “修復”電網。這就要求可以實時分析處理從電網中收集到的高速數據，并將數據提供給計算機模型，生成直觀的結果提供給控制室的操作人員。NI公司將這一過程歸納為世界范圍內的“采集，分析，與呈現”。滿足實現這一切的技術要求不再是簡單的嘗試。PMU需要高電壓電流的準確測量，精確的同步采樣，板上信號處理，以及足夠的通訊帶寬來可靠地傳送數據包。所有的這些需求都是為了分析過程。當測量數據以30-60幀/秒的速率從現場匯總時，對于指導電網操作員如何操作的算法來說，使用的數據必須保持實時性和準確性。基于FPGA技術的PMU可以通過高保真的測量和多線程處理能力使這一切成為現實。最重要的是其現場可重新配置的特性，系統可重構的內部電路可以適應變化需求。即使在部署到現場之后，可精確到門陣列級的系統重新配置能力也可以在未來幾年內保持技術的領先。這是因為PMU以及其它智能電網設備的標準一直在不停地發展。例如，一種新的用于PMU精確時鐘同步的標準，IEEE 1588 PC37.238，以及最新的通信協議，IEC 61850-90-5，都會在2011年后半年發布。
 

             
圖 1. 基于 NI CompactRIO的PMU能夠提供現場可配置的嵌入式儀器 ，并且在儀器部署到電網數年之后都可以通過遠程控制進行更新

    電網響應

    將電網數字化的第二步是通過智能分布式系統來進行控制。這種系統可以檢測并保持電網處于最佳性能。系統以高性能的同步測量，實時的通信，以及嵌入式分析為保障，增強了功率分配的可靠性。在這里，電力傳輸也到達了它的終點。

    配電系統中的變電站將高電壓的傳輸信號降低為適于輸電線的中等水平電壓。電壓又經過柱上變壓器，被轉換成適于居民用和商業用的低電壓輸出。在全世界范圍內，配電網都在經歷巨大變革，將智能自動開關保護設備等數字控制系統整合進來。

    如果您的照明系統會在雷暴來臨的時候燈光閃爍，您看到的也許正是自動開關正在工作。一個智能自動開關可以實時的中斷故障電流，也能夠監測電力信號并確定何時恢復供電。這就像一個智能電路中斷器。它們會在出現故障電流的情況下開啟中斷保護電路，也可以“重新閉合”來恢復服務，避免電網停止工作。

    電網修復

    當出現問題時，智能自動開關可以自動檢測到問題并重新配置線路恢復電力供應。這可以看作是一種“自我修復”。一個回路含有兩個有智能設備鏈接的饋電線路，可以大大提高可靠性。一般來說，變電站附近有一個隔離自動開關，沿輸電線的是中間自動開關，還有可以隨意連接兩個饋電線路的自動開關。當出現故障時，智能自動開關可以在檢測到故障的同時，及時提供保護。最后，系統通過開啟適當 的自動開關，自動恢復并重新提供電力，實現自我修復，并將電能存儲損耗降到最低。


                 

     圖 2. 可“自我修復”的電力分配系統能夠自動檢測和自動調節，從而達到較高的可靠性

    智能自動開關可以被比作是未來智能電網的因特網路由——能夠自動診斷并調整以適應電流。結合了儀器，分析，以及控制的網絡化嵌入式系統，正在逐漸把電網變得像因特網一樣——自我診斷，自我修復，并采用效能遠遠超過集中式的分布式方式。就如同因特網一樣，智能電網革命正在由處于技術最前沿的工程師們所主導，將電力的生產，消耗，以及分配變得更加現代化。

    – Brian MacCleery  

    MacCleery是NI公司潔凈能源技術方面的首席產品經理。他最近被邀請作為合作作者在2010 Q4期的儀器儀表季刊發表題為“推進智能電網”的文章。

    – Todd Walter  

    Todd Walter 是NI公司嵌入式系統應用方面的資深部門經理。他最近在ni.com網站上為智能電網網上直播系列關于智能電網控制系統方面的介紹。