配电自动化和智能电网的新时代挑战
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是的，您可能认为当今世界是智能手机/平板电脑的天下。但我们周围的“智能”装置比您想象的更多。比如说带有智能电表的智能电网。供电公司每天都会在某个区域的住宅安装崭新的智能电表，并鼓励我们掌控我们的能源未来。我们能够通过网络监测和报告耗电量，并且签署有利于节省电费的合约，比如分时计价。但管理全部这些装置、分布式“智能”数据却是业内面临的最新挑战之一。智能手机和平板电脑背后需要大量的计算能力，即所谓的“云”。 配电自动化现在并不是一个新事物，自上世纪60年代以来，将计算技术应用于电网的愿景曾吸引了电力行业的大量眼球。然而，直到最近，这样做的现实利益还受到质疑。发达国家的电网非常可靠，有人就问为什么要冒着系统可靠性的风险添加附加控制系统?“智能”系统?现实利益是什么?诚然，光是理论上的好处是很难判断投入是值得的。
然而，在2013年，供电公司面临的世界则完全不同。老化的电网及其效率(或无效率)和环境因素现在全部促使供电公司增强控制和性能，迈向配电自动化。在美国，变压器的平均使用时间已经达到40年，与变压器的建议工作年限相当;电力基础设施需要更新换代。2012年7月发生在印度的大面积停电影响到6.8亿居民，而当时印度已经不能满足日常高峰期的用电需求，并希望在接下来5年内将供电容量提高45%。 全球范围许多国家的可再生能源配额制(RPS)体现了高效率和分布式发电的国际驱动力。现在，美国50个州中的30个州1要求可再生能源占据电力的一定百分比，例如风力和太阳能。加利福尼亚州要求到2020年要有33%的电力来自于可再生能源2。欧盟2020年目标3则要求到2020年有20%的电力来自于可再生能源，同时能源效率提高20%，据推测将降低总体能耗。中国2005年通过的可再生能源法也规定了类似的条款，并在中长期发展规划中增加了相关条例。4 现在，配电自动化被认为是“电网智能控制功能向配电方向的延伸和超越...可通过智能电网实现。”5配电自动化的优势被广泛接受，但并没有使成功实现或可靠性变得简单，这些是大范围广泛应用的严重挑战。 实现配电自动化面临的挑战 过去的电力公司现在分成了发电和配电公司，双方都纷纷在配电网上安装智能电表，以及更改基础设施。管理分布如此广泛的设施面临的主要挑战是什么?Maxim Integrated认为有三个关键领域需要注意，并且这些领域也是电网供应商的机遇：资产保护、电网安全和资产管理。我们对这些领域分别进行简要讨论。 资产保护 资产保护意味着供电公司必须投入高性能元件，可靠监测电网以及保护其高成本资产。通过保护所有资产，供电公司的总体投资将提供长时间有效服务。 配电自动化设备的投资数额巨大，一个变电站的自动化升级成本为1000万至2000万美元。6所以，如果没有长远的项目目标及深入论证，现代化的供电公司不会开始大型升级项目，而项目的成本往往会引起费率调整，以覆盖项目成本。这正是高质量半导体传感器以及优化器件如此重要的原因。这些器件将确保电网正常运行，从而为供电公司的投资提供最有效的保护。 所有并网装置的核心是模拟信号链。配电网中的每个装置都需要进行电测量。最简单的并网装置仅测量电流，而最复杂的继电器则执行全部四象限测量，获得多次谐波。该信号链(图1)7通常包括电压或电流变压器、运算放大器、电压基准，以及用于实际电测量的模数转换器。隔离及直流/直流转换器提供必要的保护及系统工作电源。
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