监控和保护智能电网

监控和保护智能电网

相量测量单元（PMU）帮助电力公司动态评估和管理独立运行电网系统的性能，在智能电网中发挥着关键的作用。 PMU 能让电网各个部分保持同步，从而确保向消费者输送电力的可靠性，并最大程度上降低消费者和服务提供商的总成本。

PMU使用共同时间源（例如全球定位系统（GPS））来测量交流电（AC）的幅值和相位角。这种时间标记测量或相量能为电力公司提供一份整个电网性能的同步视图（图1）。同时使用的多个相量被统称为同步相量。

图 1：相量测量单元（PMU）收集和处理电力线传感器传送来的电压幅值和相位角数据。

为了有效地收集和分析这些数据，电力公司需要具有数据采集、处理和可视化功能，所有这些功能可以跨平台和系统无缝工作。 为了满足这些需求，美国国家仪器公司（NI）、惠普（HPE）和 OSIsoft 使用英特尔®物联网平台作为“最佳”PMU基础。

这种智能连接的PMU建立在英特尔物联网平台上，具有互操作性、连接性、安全性、可扩展性和可管理性的特性。 它自带开型代码，让电网所有者能够更深入和更快地洞察问题，来优化输电和配电(T&D)。

可配置的高性能数据采集

PMU的核心是可定制的NI cRIO-9038 CompactRIO平台。 该平台可通过编程具有许多特性，例如，电源质量保证、智能开关或自动继电器。 在这种情况下，它被设置为电网任何点位置的 PMU，包括电线杆顶端或变电站。

CompactRIO平台的一个基本特性是其：它集成了一个控制分析处理器以及基于硬件数据处理的FPGA。 具体来说，cRIO-09038使用具有运行复杂算法和控制程序性能的Intel® Atom™处理器E3825，以及具有可配置性的赛灵思Kintex-7 160T FPGA，从而与不断变化的标准和协议保持一致。

使用cRIO平台，可根据需要交换处理器和输入/输出模块，随着数据采集和处理的需求增加，为设计人员提供升级路径。 在这种情况下，cRIO-09038自行配备了千兆以太网接口、USB支持、串行端口，并且工作温度范围在-40˚C至70˚C，以处理极端环境。 整个系统使用NI高级LabVIEW图形系统设计软件进行编程。

PMU数据从边缘进入，传递到由HPE Proliant DL380 Gen9服务器驱动的集中式服务器（图2）。这些服务器的最新版本具有2500 MHz DDR4内存的Intel® Xeon®处理器E5-2600 v4，可加快洞察时间。 这些服务器用作相量数据集中器（PDC），并且可采用机架安装，因此它们可以根据需要扩展尽量处理 PMU。

图 2：Hewlett Packard Enterprise Proliant DL380 加速洞悉时间

OSIsoft PI 系统负责同步相量解决方案的最后阶段—数据分析和可视化。 OSIsoft PI 系统是一种高度安全的NERC CIP认证系统，它将数据与传统运营电网信息集成并相互关联（图3）。它符合C36.118，电力系统电流和电压的同步相量测量的 IEEE 标准。实际上，PI 系统的可视化和分析有助于公用事业设备充分了解其电网网络发生了什么，而其预警系统有助于运营商快速响应问题。

图 3：OSIsoft Pi 系统为电力公司工程师和运营商提供各种分析和优化电网的方法（来源：英特尔）

智能电网的清晰愿景

随着智能电网不断扩大，设计人员需要帮助电力公司应对各种挑战，例如，可再生能源的分配、负载要求的变化，更多法规、降低成本、可扩展性，可靠的通信、安全性以及快速准确的分析以提高运营商响应时间。

这些要求需要像 NI、HPE 以及 OSI 制造的智能 PMU 。它们通过基于标准的组件，达到下列优点：同步相量端到端、高容量、经验证和测试，可远程管理并且性价比高。这既改善了服务又降低了总成本。

当然，这只是构建更为智能电网的方式之一。 如需了解更多设计解决方案，请参阅解决方案目录。

惠普是Intel®物联网解决方案联盟的Associate级会员，美国国家仪器是Affiliate级会员。