深入智能电网控制系统

　　近距离地审视电力网络，同很多其它工业相比，我们发电，传输，以及分配电力的方式仍然固守“前IT”技术。尽管它具有成百上千万英里的嗡嗡作响的输电线路，数以千计的发电机，以及数十亿的互连设备，但电网的运行仍然主要依靠现代计算机与互联网时代之前的陈旧技术来控制。但是，随着新的电网控制系统的深入，数字革命已经启航。这种变革会带来更高的性能，更低的花费，以及完全不同的新特征，例如完美的电动车辆整合，电网级能量存储，以及分布式的可再生能源生产。尽管仍然处于初级阶段，但智能电网革命已经不可否认的开始了，没有任何能源行业能够忽视它的存在。

　　电网的觉醒

　　将电网数字化的第一步是分布式的传感技术。可以设想一下，嵌入式的仪器系统分布在整个电网，从传输线采集电功率信号，将信号数字化，并通过因特网将信号传送出去。向量测量单元，也称为PMU，通过比较电网中多个点的同步电压与相位测量的方式测量流量。 这样做的目的是为了评估电网稳定性，在出现电力断供之前发现问题，甚至于在出现故障时，能够 “修复”电网。这就要求可以实时分析处理从电网中收集到的高速数据，并将数据提供给计算机模型，生成直观的结果提供给控制室的操作人员。NI公司将这一过程归纳为世界范围内的“采集，分析，与呈现”。满足实现这一切的技术要求不再是简单的尝试。PMU需要高电压电流的准确测量，精确的同步采样，板上信号处理，以及足够的通讯带宽来可靠地传送数据包。所有的这些需求都是为了分析过程。当测量数据以30-60帧/秒的速率从现场汇总时，对于指导电网操作员如何操作的算法来说，使用的数据必须保持实时性和准确性。基于FPGA技术的PMU可以通过高保真的测量和多线程处理能力使这一切成为现实。最重要的是其现场可重新配置的特性，系统可重构的内部电路可以适应变化需求。即使在部署到现场之后，可精确到门阵列级的系统重新配置能力也可以在未来几年内保持技术的领先。这是因为PMU以及其它智能电网设备的标准一直在不停地发展。例如，一种新的用于PMU精确时钟同步的标准，IEEE 1588 PC37.238，以及最新的通信协议，IEC 61850-90-5，都会在2011年后半年发布。

　　图 1. 基于 NI CompactRIO的PMU能够提供现场可配置的嵌入式仪器 ，并且在仪器部署到电网数年之后都可以通过远程控制进行更新