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作者：Dave Andeen，能源應用戰略市場經理，Maxim Integrated 引言 隨著智能電網在全球部署的日益普及，消費者、設計工程師、電力公司都在討論智能電網將如何改變整個能源行業。智能電網使電力公司無需派人到現場抄表即可存取電表數據，節省了資金。電力公司、電廠和消費者現在正極力尋求更為環保的替代燃料。新商業模式通過激勵措施(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。所有這些技術進步也將造成智能電網中數據分析量更大。有了智能電網，電力公司從每月抄表一次或幾次發展為每天讀取6至96次電表讀數。智能電表產生的全部數據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會。 但歸根結底，僅僅靠智能電表和電網管理并不能確保智能電網的成功。如想完全發揮這一技術優勢，智能電網設計必須專注于能源計量和安全。 能源計量切實節約能源 遺憾的是，如今大肆強調智能電網技術及其通信架構的未來管理問題(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的成功與否至關重要。畢竟，與電力管理相關的網絡不但必須計量其關鍵商品，而且也要保護運輸商品的寶貴基礎架構。進入能量計量。 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在內，這些智能電表已經是大量機器對機器電力網絡的組成部分。但是，只有電力公司熱衷于能耗計量嗎？當然不是。廣泛能源計量的好處可延伸至電網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，這在深冬季節可太重要了。事后回想，烘干機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，最終造成經濟損失，重新購買了新烘干機。 能源計量有助于解決像我這樣的情形。對各種應用進行能源計量，例如消費設備和工業電機，具有極大的好處：降低耗電；識別需要維護或甚至需要更換的關鍵資產；有助于更有經驗的用戶或系統運營者做出關于能耗和系統性能的更為明智的決策。在我的烘干機的例子中，如果能準確計量電機的耗電，就可立即發現設備耗電量增加。就像汽車上的“發動機檢查”指示燈，能耗計量記錄使用模式，從而在發生故障之前指示設備狀況和工作狀況。使用模式將為我提供了足夠的時間來維修烘干機或者干脆買臺新的(打折時購買！)。 在工業設備中，與準確能源計量的潛在利益相比，消耗的能源(故障烘干機例子中為浪費的能源)較小。制造業中，電機占耗電量的54%1，對正常運行時間要求和生產目標較為重要。例如，假設一臺100hp電機的電壓不平衡度為2.5%，估計每年要多耗電$4762。除此之外，設備的附加磨損將造成更多的維護及早期更換費用。您很快會理解智能電網中能源計量為工業帶來的利益。現在，進一步進行邏輯推理。全球范圍內電機增加的電力和維護費用，意味著節能及節約的巨大機會。 一旦認識到良好管理能源計量的重要性，您將會尋求實現的方案。此時，智能電表和計量系統就成為決定性因素。Maxim Integrated為能源狀態監測提供多種能源計量和電機診斷方案。78M6610、78M6613、78M6631和MAX78638提供高精度、四象限測量，帶有用戶固件。這些器件為工業應用領域監測和測量太陽能板轉換效率、電機工作狀況，為照明和計算應用中的能耗提供寶貴的測量數據。最后，相對于防止設備故障及確保系統正常運行方面節省的資金，能源計量方案上的投資要小得多。 電網安全——至關重要，但尚未得到應有的重視 智能電網也要求24/7完全安全。大多數用戶，甚至工業和電力公司都低估了這點的重要性。端點，例如智能電表、工業電機、用戶設備及分布很廣的自動化設備均消耗并控制電力。同時，由于智能電網運營商充分利用“智能”網絡來修正功率因數、優化電壓、準確定位故障以及降低維修時間以確保正常運行時間，針對于并網裝置的應用持續增加。 網絡攻擊、IP盜竊、對生產力的破壞——在智能電網和工業控制系統，所有這些威脅都在不斷上升。只有針對智能電網進行優化的完備安全措施才能防止這些嚴重的威脅，確保正常運行時間最大化，無論是簡單的家用衣物烘干機還是先進的分布式工業中心。遺憾的是，許多情況下并未完全意識到安全風險的嚴重性，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、掛鎖和高電壓是唯一的保護措施”。其他見識短淺的運營者相信硬件固有的安全措施，而沒有認識到通過軟件進行網絡攻擊帶來的更嚴重的威脅。 最有效的安全方案可通過硬件和軟件確保產品整個生命周期的安全。由于從設備購買到制造、從運行到退役的所有階段都會發生潛在安全漏洞，所以電網安全具有深遠的影響。 購買將在智能電網上工作的產品時，購買者必須保證購買硅及其它關鍵計算器件的渠道可靠。這對于避免仿造產品至關重要。制造過程中，功能強大的安全認證技術可防止第三方(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。現場使用時，安全地儲存密鑰并對通信通道的數據進行多層加密。安全引導裝入程序可防止病毒和惡意軟件裝載至系統。硬件技術監測物理安全，能夠響應篡改事件。未處于持續明確監測下的裝置和傳感器需要此類全面的安全保護。 設計最有效的安全措施并集成至系統或電網本身。Maxim提供完備的安全產品系列，例如MAXQ1050、MAX36025和MAX71637，滿足智能電網的安全需求。這些器件集成了基本的多層安全認證方法，包括split keys、非對稱加密、安全引導裝入程序，以及各種物理篡改保護方法。 總結 聽起來是老生常談，但卻是千真萬確的事實：智能電網具有完全改變能源行業的潛力。這既令人興奮也值得我們注意。但是，當處于這種管理欣快癥中時，很容易忽視電網計量和安全通常隱藏的重要問題。正是這種環境，證明高品質電表設計最為可貴。如果我們持續關注能源計量和安全，并真正利用這一技術，那么我們必須重視智能電表實現智能電網的方式。 附：智能電網與電信的比較——雙網記 我們談到智能電網時，往往重視其成為降低能耗并改變我們能源基礎架構的自復原電網的巨大潛力。這樣的革命性技術是如何設計和產生的？其推動力是什么？ 結構完善、技術成熟的電信基礎架構網絡是當今智能電網的基礎。討論起這一話題時，往往會談到互聯網和大數據，這些數據提供了匯聚和分析海量信息并利用這些信息做出有用決策的能力。 誠然，電信網絡和智能電網都具有相同的核心、高速度以及可互操作通信層。但是，兩者具有非常重要而基本的差異：智能電網真正是一種機器對機器的網絡。傳統電信端點產生的是人與機器的互動，包括電話、計算機，以及現在的智能手機。機器對機器網絡的端點由傳感器、功能機器或上述兩者組成。這些機器通常不由人直接控制，所以不能有效地表達或報告網絡的狀態或健康狀況。舉例說明，工業傳感器往往位于不可觸及的位置，遠離中央系統，無法升級，并且也不在人工監管之下。由于系統和遠端設備之間沒有人為干涉，所以智能電網系統設計者必須深層次考慮這種分布式網絡的檢測功能和安全。 參考文獻 1 U.S. Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, http://www1.eere.energy.gov/manu ... oyment/motors.html. 2 Energy Tips, Motor Systems, U.S. Department of Energy, Motor Systems Tip Sheet #7, September 2005, http://www1.eere.energy.gov/manu ... otor_systemts7.pdf. |
