長期被忽視的電網(wǎng)計量和安全

引言

隨著智能電網(wǎng)在全球部署的日益普及，消費者、設(shè)計工程師、電力公司都在討論智能電網(wǎng)將如何改變整個能源行業(yè)。智能電網(wǎng)使電力公司無需派人到現(xiàn)場抄表即可存取電表數(shù)據(jù)，節(jié)省了資金。電力公司、電廠和消費者現(xiàn)在正極力尋求更為環(huán)保的替代燃料。新商業(yè)模式通過激勵措施(例如分時計價)降低高峰期間的能耗，從而鼓勵減少峰值需求。分布式能源，例如電動汽車和各種形式的太陽能和風(fēng)能，正在最大程度上通過可再生資源及可利用資源來支持峰值需求。所有這些技術(shù)進(jìn)步也將造成智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)分析量更大。有了智能電網(wǎng)，電力公司從每月抄表一次或幾次發(fā)展為每天讀取6至96次電表讀數(shù)。智能電表產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)提供了更好的理解使用模式、浪費及電力公司尚未了解的其它因素的機(jī)會。

但歸根結(jié)底，僅僅靠智能電表和電網(wǎng)管理并不能確保智能電網(wǎng)的成功。如想完全發(fā)揮這一技術(shù)優(yōu)勢，智能電網(wǎng)設(shè)計必須專注于能源計量和安全。

能源計量切實節(jié)約能源

遺憾的是，如今大肆強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)及其通信架構(gòu)的未來管理問題(更多信息請參見下文中的附)，人們很容易忘記能源計量和安全對系統(tǒng)的成功與否至關(guān)重要。畢竟，與電力管理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)不但必須計量其關(guān)鍵商品，而且也要保護(hù)運輸商品的寶貴基礎(chǔ)架構(gòu)。進(jìn)入能量計量。

智能電表利用稱為“計量”的電力公司級能源測量功能測量工業(yè)和消費者能耗。包括意大利、美國加州及斯堪的納維亞部分地區(qū)在內(nèi)，這些智能電表已經(jīng)是大量機(jī)器對機(jī)器電力網(wǎng)絡(luò)的組成部分。但是，只有電力公司熱衷于能耗計量嗎?當(dāng)然不是。廣泛能源計量的好處可延伸至電網(wǎng)上的大量用戶和提供者。

以我個人為例，去年十月、十一月和十二月的電費猛增。十二月后期，我的烘干機(jī)壞了。幸運的是，我和我妻子能夠馬上購買一臺新的，這在深冬季節(jié)可太重要了。事后回想，烘干機(jī)由于過度耗電被燒壞，這就解釋了每月較高耗電量和電費單上電費猛增的原因，最終造成經(jīng)濟(jì)損失，重新購買了新烘干機(jī)。

能源計量有助于解決像我這樣的情形。對各種應(yīng)用進(jìn)行能源計量，例如消費設(shè)備和工業(yè)電機(jī)，具有極大的好處：降低耗電;識別需要維護(hù)或甚至需要更換的關(guān)鍵資產(chǎn);有助于更有經(jīng)驗的用戶或系統(tǒng)運營者做出關(guān)于能耗和系統(tǒng)性能的更為明智的決策。在我的烘干機(jī)的例子中，如果能準(zhǔn)確計量電機(jī)的耗電，就可立即發(fā)現(xiàn)設(shè)備耗電量增加。就像汽車上的“發(fā)動機(jī)檢查”指示燈，能耗計量記錄使用模式，從而在發(fā)生故障之前指示設(shè)備狀況和工作狀況。使用模式將為我提供了足夠的時間來維修烘干機(jī)或者干脆買臺新的(打折時購買!)。

在工業(yè)設(shè)備中，與準(zhǔn)確能源計量的潛在利益相比，消耗的能源(故障烘干機(jī)例子中為浪費的能源)較小。制造業(yè)中，電機(jī)占耗電量的54%1,對正常運行時間要求和生產(chǎn)目標(biāo)較為重要。例如，假設(shè)一臺100hp電機(jī)的電壓不平衡度為2.5%,估計每年要多耗電$4762.除此之外，設(shè)備的附加磨損將造成更多的維護(hù)及早期更換費用。您很快會理解智能電網(wǎng)中能源計量為工業(yè)帶來的利益。現(xiàn)在，進(jìn)一步進(jìn)行邏輯推理。全球范圍內(nèi)電機(jī)增加的電力和維護(hù)費用，意味著節(jié)能及節(jié)約的巨大機(jī)會。

一旦認(rèn)識到良好管理能源計量的重要性，您將會尋求實現(xiàn)的方案。此時，智能電表和計量系統(tǒng)就成為決定性因素。Maxim Integrated為能源狀態(tài)監(jiān)測提供多種能源計量和電機(jī)診斷方案。78M6610、78M6613、78M6631和MAX78638提供高精度、四象限測量，帶有用戶固件。這些器件為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域監(jiān)測和測量太陽能板轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)工作狀況，為照明和計算應(yīng)用中的能耗提供寶貴的測量數(shù)據(jù)。最后，相對于防止設(shè)備故障及確保系統(tǒng)正常運行方面節(jié)省的資金，能源計量方案上的投資要小得多。

電網(wǎng)安全--至關(guān)重要，但尚未得到應(yīng)有的重視

智能電網(wǎng)也要求24/7完全安全。大多數(shù)用戶，甚至工業(yè)和電力公司都低估了這點的重要性。端點，例如智能電表、工業(yè)電機(jī)、用戶設(shè)備及分布很廣的自動化設(shè)備均消耗并控制電力。同時，由于智能電網(wǎng)運營商充分利用“智能”網(wǎng)絡(luò)來修正功率因數(shù)、優(yōu)化電壓、準(zhǔn)確定位故障以及降低維修時間以確保正常運行時間，針對于并網(wǎng)裝置的應(yīng)用持續(xù)增加。

網(wǎng)絡(luò)攻擊、IP盜竊、對生產(chǎn)力的破壞--在智能電網(wǎng)和工業(yè)控制系統(tǒng)，所有這些威脅都在不斷上升。只有針對智能電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的完備安全措施才能防止這些嚴(yán)重的威脅，確保正常運行時間最大化，無論是簡單的家用衣物烘干機(jī)還是先進(jìn)的分布式工業(yè)中心。遺憾的是，許多情況下并未完全意識到安全風(fēng)險的嚴(yán)重性，僅有最低限度的安全措施。在一次與電力公司專家的交談中，他告訴我在電力公司的變電站中“帶刺鐵絲網(wǎng)、掛鎖和高電壓是唯一的保護(hù)措施”.其他見識短淺的運營者相信硬件固有的安全措施，而沒有認(rèn)識到通過軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊帶來的更嚴(yán)重的威脅。

最有效的安全方案可通過硬件和軟件確保產(chǎn)品整個生命周期的安全。由于從設(shè)備購買到制造、從運行到退役的所有階段都會發(fā)生潛在安全漏洞，所以電網(wǎng)安全具有深遠(yuǎn)的影響。

購買將在智能電網(wǎng)上工作的產(chǎn)品時，購買者必須保證購買硅及其它關(guān)鍵計算器件的渠道可靠。這對于避免仿造產(chǎn)品至關(guān)重要。制造過程中，功能強(qiáng)大的安全認(rèn)證技術(shù)可防止第三方(例如制造承包商)盜竊密鑰并隨后利用這些密鑰偷電或用病毒感染電網(wǎng)。現(xiàn)場使用時，安全地儲存密鑰并對通信通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行多層加密。安全引導(dǎo)裝入程序可防止病毒和惡意軟件裝載至系統(tǒng)。硬件技術(shù)監(jiān)測物理安全，能夠響應(yīng)篡改事件。未處于持續(xù)明確監(jiān)測下的裝置和傳感器需要此類全面的安全保護(hù)。

設(shè)計最有效的安全措施并集成至系統(tǒng)或電網(wǎng)本身。Maxim提供完備的安全產(chǎn)品系列，例如MAXQ1050、MAX36025和MAX71637,滿足智能電網(wǎng)的安全需求。這些器件集成了基本的多層安全認(rèn)證方法，包括split keys、非對稱加密、安全引導(dǎo)裝入程序，以及各種物理篡改保護(hù)方法。