智能电网：技术、挑战与标准

### 智能电网：技术、挑战与标准 #### 1. 智能电网集成架构 智能电网集成架构需支持分布式网络的实现，以满足不同领域网络的需求。有时，公用事业网络在传输层和分配层会有两个域网络。分布式命令和控制系统（使用智能代理系统）至关重要，它能跨多个域运行，实现所有公用事业资产的端到端通信和数据交换。以下是智能电网集成架构的关键要点： - **分布式架构**：由通信系统内的不同组件构成，但未指定具体通信技术。 - **通信技术影响**：全球研究人员提出多种技术和架构解决方案，所有技术都会影响网络安全和信息管理，因此了解智能电网应用的安全要求对设计通信网络解决方案至关重要。 #### 2. 关键技术示例 ##### 2.1 集成通信 集成通信（IC）是使现代电网实现双向实时信息和电力交换的关键技术。它强调将电气网络与信息通信基础设施集成，以提高电网的可靠性和安全性。集成通信基于高速、多种技术和介质，以先进控制方法为基础技术，实现其他关键技术（传感与测量、先进组件、先进控制、决策支持）之间的通信。其特点如下： - **高速与多元**：依赖高速且多样化的技术和介质。 - **基础技术**：以先进控制方法为核心，促进其他技术间的通信。 ##### 2.2 传感器网络 分布系统低压侧的传感器网络是另一关键技术。尽管低压侧的传感数据（如相量测量单元 PMU 的数据）尚未成为关键要求，但未来可能会是必要的。公用事业的智能电网集成图需支持额外的数据网络，包括传感器网络的架构。以下是传感器网络的相关内容： - **现有问题**：变电站虽已有大量传感器，但连接变电站与企业的带宽有限，无法满足智能电网更高级应用的需求，因此需要新的通信基础设施。 - **新型架构**：采用网络与物理驱动相结合的方式，实现可靠的传感和通信任务。例如，油气管道监测就是网络物理系统（CPS）的一个新应用，提供了可靠的远程监测平台。传感器网络架构中，最底层是传感节点，负责感知环境参数；中继节点收集数据并传递给数据传播节点，最终通过长距离通信链路将数据传输到控制中心。 |节点类型|功能| | ---- | ---- | |传感节点|感知环境参数| |中继节点|收集传感数据并传递| |数据传播节点|将数据通过长距离通信链路传输到控制中心| mermaid 格式流程图如下： ```mermaid graph LR A[传感节点] --> B[中继节点] B --> C[数据传播节点] C --> D[控制中心] ``` ##### 2.3 变电站基础设施 智能变电站的新分布式基础设施支持更高水平的信息监测、分析和控制，以及上下游操作的全面集成。美国智能变电站需要具备以下能力： - **广域网接口**：接收和响应来自大量传输线传感器、动态热电路额定值和战略放置的 PMU 的数据。 - **可再生能源集成**：实时集成可再生能源系统的可变功率流，并维护设备性能的历史记录。 - **预测性维护**：结合设备的实时监测和历史记录，实现预测性维护。 PMU 能为系统操作员提供比传统 SCADA 系统更准确的电力系统状态反馈，其提供的数据更精确、速度更快，有助于实时评估运行条件和限制，使系统能做出更好的决策，为消费者带来潜在好处。PMU 通过广域测量系统（WA