長(zhǎng)期被忽視的電網(wǎng)計(jì)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(fèi)者、設(shè)計(jì)工程師、電力公司都在討論智能電網(wǎng)將如何改變整個(gè)能源行業(yè)。智能電網(wǎng)使電力公司無(wú)需派人到現(xiàn)場(chǎng)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(fèi)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(guò)激勵(lì)措施(例如分時(shí)計(jì)價(jià))降低高峰期間的能耗，從而鼓勵(lì)減少峰值需求。分布式能源，例如電動(dòng)汽車和各種形式的太陽(yáng)能和風(fēng)能，正在最大程度上通過(guò)可再生資源及可利用資源來(lái)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(fèi)及電力公司尚未了解的其它因素的機(jī)會(huì)。

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(shì)，智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)必須專注于能源計(jì)量和安全。

能源計(jì)量切實(shí)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(lái)管理問(wèn)題(更多信息請(qǐng)參見(jiàn)下文中的附)，人們很容易忘記能源計(jì)量和安全對(duì)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(jì)量其關(guān)鍵商品，而且也要保護(hù)運(yùn)輸商品的寶貴基礎(chǔ)架構(gòu)。進(jìn)入能量計(jì)量。

智能電表利用稱為“計(jì)量”的電力公司級(jí)能源測(cè)量功能測(cè)量工業(yè)和消費(fèi)者能耗。包括意大利、美國(guó)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(duì)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(jì)量嗎?當(dāng)然不是。廣泛能源計(jì)量的好處可延伸至電網(wǎng)上的大量用戶和提供者。

以我個(gè)人為例，去年十月、十一月和十二月的電費(fèi)猛增。十二月后期，我的烘干機(jī)壞了。幸運(yùn)的是，我和我妻子能夠馬上購(gòu)買一臺(tái)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(guò)度耗電被燒壞，這就解釋了每月較高耗電量和電費(fèi)單上電費(fèi)猛增的原因，最終造成經(jīng)濟(jì)損失，重新購(gòu)買了新烘干機(jī)。

能源計(jì)量有助于解決像我這樣的情形。對(duì)各種應(yīng)用進(jìn)行能源計(jì)量，例如消費(fèi)設(shè)備和工業(yè)電機(jī)，具有極大的好處：降低耗電;識(shí)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(yàn)的用戶或系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)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(jì)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(dòng)機(jī)檢查”指示燈，能耗計(jì)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(shí)間來(lái)維修烘干機(jī)或者干脆買臺(tái)新的(打折時(shí)購(gòu)買!)。

在工業(yè)設(shè)備中，與準(zhǔn)確能源計(jì)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(fèi)的能源)較小。制造業(yè)中，電機(jī)占耗電量的54%1,對(duì)正常運(yùn)行時(shí)間要求和生產(chǎn)目標(biāo)較為重要。例如，假設(shè)一臺(tái)100hp電機(jī)的電壓不平衡度為2.5%,估計(jì)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(fèi)用。您很快會(huì)理解智能電網(wǎng)中能源計(jì)量為工業(yè)帶來(lái)的利益?，F(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(fèi)用，意味著節(jié)能及節(jié)約的巨大機(jī)會(huì)。

一旦認(rèn)識(shí)到良好管理能源計(jì)量的重要性，您將會(huì)尋求實(shí)現(xiàn)的方案。此時(shí)，智能電表和計(jì)量系統(tǒng)就成為決定性因素。Maxim Integrated為能源狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供多種能源計(jì)量和電機(jī)診斷方案。78M6610、78M6613、78M6631和MAX78638提供高精度、四象限測(cè)量，帶有用戶固件。這些器件為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域監(jiān)測(cè)和測(cè)量太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)工作狀況，為照明和計(jì)算應(yīng)用中的能耗提供寶貴的測(cè)量數(shù)據(jù)。最后，相對(duì)于防止設(shè)備故障及確保系統(tǒng)正常運(yùn)行方面節(jié)省的資金，能源計(jì)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(diǎn)的重要性。端點(diǎn)，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(dòng)化設(shè)備均消耗并控制電力。同時(shí)，由于智能電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商充分利用“智能”網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(shí)間以確保正常運(yùn)行時(shí)間，針對(duì)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(duì)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(duì)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(yùn)行時(shí)間最大化，無(wú)論是簡(jiǎn)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(shí)到安全風(fēng)險(xiǎn)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(jiàn)識(shí)短淺的運(yùn)營(yíng)者相信硬件固有的安全措施，而沒(méi)有認(rèn)識(shí)到通過(guò)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊帶來(lái)的更嚴(yán)重的威脅。

最有效的安全方案可通過(guò)硬件和軟件確保產(chǎn)品整個(gè)生命周期的安全。由于從設(shè)備購(gòu)買到制造、從運(yùn)行到退役的所有階段都會(huì)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(gòu)買將在智能電網(wǎng)上工作的產(chǎn)品時(shí)，購(gòu)買者必須保證購(gòu)買硅及其它關(guān)鍵計(jì)算器件的渠道可靠。這對(duì)于避免仿造產(chǎn)品至關(guān)重要。制造過(guò)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)?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，安全地儲(chǔ)存密鑰并對(duì)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(cè)物理安全，能夠響應(yīng)篡改事件。未處于持續(xù)明確監(jiān)測(cè)下的裝置和傳感器需要此類全面的安全保護(hù)。

設(shè)計(jì)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(duì)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。