監控和保護智慧電網

監控和保護智慧電網

相量測量單元（PMU）幫助電力公司動態評估和管理獨立執行的電網系統的性能，在智慧電網中發揮著關鍵的作用。 PMU 能讓電網各個部分保持同步，從而確保向消費者輸送電力的可靠性，並最大程度上降低消費者和服務提供商的總成本。

PMU使用共同時間源（例如全球定位系統（GPS））來測量交流電（AC）的幅值和相位角。這種時間標記測量或相量能為電力公司提供一份整個電網性能的同步檢視（圖1）。同時使用的多個相量被統稱為同步相量。

圖 1：相量測量單元（PMU）收集和處理電力線感測器傳送來的電壓幅值和相位角數據。

為了有效地收集和分析這些數據，電力公司需要具有數據獲取、處理和視覺化功能，所有這些功能可以跨平臺和系統無縫工作。 為了滿足這些需求，美國國家儀器公司（NI）、惠普（HPE）和 OSIsoft 使用英特爾®物聯網平臺作為「最佳」PMU基礎。

這種智慧連接的PMU建立在英特爾物聯網平臺上，具有互通性、連接性、安全性、可擴展性和可管理性的特性。 它自帶開型代碼，讓電網所有者能夠更深入和更快地洞察問題，來優化輸電和配電(T&D)。

可配置的高性能數據獲取

PMU的核心是可定制的NI cRIO-9038 CompactRIO平臺。 該平臺可透過程式設計具有許多特性，例如，電源品質保證、智慧開關或自動繼電器 在這種情況下，它被設定為電網任何點位置的 PMU，包括電線杆頂端或變電站。

CompactRIO平臺的一個基本特性是其：它集成了一個控制分析處理器以及基於硬體數據處理的FPGA。 具體來說，cRIO-09038使用具有執行複雜演算法和控制程式性能的Intel® Atom™處理器E3825，以及具有可配置性的賽靈思Kintex-7 160T FPGA，從而與不斷變化的標準和協議保持一致。

使用cRIO平臺，可根據需要交換處理器和輸入/輸出模組，隨著數據獲取和處理的需求增加，為設計人員提供升級路徑。 在這種情況下，cRIO-09038自行配備了千兆乙太網介面、USB支援、序列埠，並且工作溫度範圍在-40˚C至70˚C，以處理極端環境。 整個系統使用NI高級LabVIEW圖形系統設計軟體進行程式設計。

PMU數據從邊緣進入，傳遞到由HPE Proliant DL380 Gen9伺服器驅動的集中式伺服器（圖2）。這些伺服器的最新版本具有2500 MHz DDR4記憶體的Intel® Xeon®處理器E5-2600 v4，可加快洞察時間。 這些伺服器用作相量數據集中器（PDC），並且可採用機架安裝，因此它們可以根據需要擴展儘量處理 PMU。

圖 2：惠普Proliant DL380加速洞悉時間

OSIsoft PI 系統負責同步相量解決方案的最後階段—數據分析和視覺化。 OSIsoft PI 系統是一種高度安全的NERC CIP認證系統，它將數據與傳統運營電網資訊集成並相互關聯（圖3）。它符合C36.118，電力系統電流和電壓的同步相量測量的 IEEE 標準。實際上，PI 系統的視覺化和分析有助於公用事業設備充分瞭解其電網網路發生了什麼，而其預警系統有助於運營商快速回應問題。

圖 3：OSIsoft Pi 系統為電力公司工程師和運營商提供各種分析和優化電網的方法（來源：英特爾）

智慧電網的清晰願景

隨著智慧電網不斷擴大，設計人員需要幫助電力公司應對各種挑戰，例如，可再生能源的分配、負載要求的變化，更多法規、降低成本、可擴展性，可靠的通訊、安全性以及快速準確的分析以提高操作員回應時間。

這些要求需要像 NI、HPE 以及 OSI 製造的智慧 PMU 。它們透過基於標準的元件，達到下列優點：同步相量端到端、高容量、經驗證和測試，可遠端系統管理並且性價比高。這既改善了服務又降低了總成本。

當然，這只是構建更為智慧電網的方式之一。 如需瞭解更多設計解決方案，請參閱解決方案目錄。

惠普是Intel®物聯網解決方案聯盟的Associate級會員，美國國家儀器是Affiliate級會員。