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结合利用有线和无线技术,实现电网互操作性

2019年10月11日 文章来源:网络整理 热度:153℃ 作者:刘英

树龄可以根据树的年轮来推算。配电网的使用年限可以通过其最早安装的组件来确定 - 可能有数十年之久。

事实上,许多电网组件的使用时长可以超过50年,其中一些起到关键作用的原装部件甚至还能继续工作。基于“不要破坏现状”的理念,电网演化的一个关键挑战是如何实现互操作性。如何在继续向最新以太网技术过渡以及采用Sub-1 GHz、Bluetooth®和Wi-Fi®等无线技术的同时,结合采用RS-232和RS-485等成熟可靠的有线连接技术?随着物联网(IoT)在电网领域的发展,建设智能电网所需的大多数有线和无线基础技术已经成熟。我们目前需要一个结合使用这些技术的框架体系。

我们的现状和未来发展方向

如今,大多数配电网都由支持主要电网资产监控、保护和控制的技术拼凑而成。它们是累积实体,因为它们随着时间推移而扩展以满足需求。即使您使用现代连接技术,它们仍然必须与稳健的传统设备进行交互。

今天的大型电网与区域验证的最佳实践紧密结合。作为一种国际标准,国际电工委员会(IEC)61850试图标准化变电站级智能电子器件的通信协议。随着城镇和城市的扩张,带有输电线路、配电线路和变电站的电网基础设施不断扩展,实现发电站与用电用户之间的互联。变电站中的设备需要一种安全可靠的相互通信方法,以便在变电站之间交换保护和控制信息。 在20世纪90年代,带宽更大的有线以太网日益受到重视之前,使用RS-232和RS-485运行硬线是数十年来的最佳实践。虽然无线连通性仅限于传输和分配空间中的故障监控设备,但用于配电中资产监控的低功率射频(RF)的过渡才刚起步。

电网资产和监控设备都在过去20至30年间建立。当设备需要相互通信时,较旧的布线仍可提供可靠连接。虽然无线技术的集成成本可能更低,但当它仍能工作时,更换已用几十年的整个网络基础设施并不具有经济意义。最重要的是,安全性始终是任何无线技术的关注点。最终,它可能会换成更新的无线技术,但这些继任者仍需要与已用数十年的设备进行通信。

结合利用有线和无线技术,实现电网互操作性

与美国高速公路一样,底层有线电网可能会增加一个或两个新的出口斜坡,但永远不会被完全替换。即使您要新建新的太阳能发电厂或采用最新无线连接技术的微电网,也仍需与数十年前的基础设施互操作。旧设备只有在停止执行其主要功能时才会被更换。

鉴于IEC 61850标准起源于欧洲,欧洲制造商在旗下设备销售所涉足的欧洲国家和地区应以IEC 61850标准为准。尽管这种全球连通性标准影响了数据收集、管理和移动等变电站设计,但仍存在不兼容性,因为电网的添加物均基于可用技术的成熟度而设计。 由于没有强制标准,在城镇老区建造的变电站可能很难收集资产的任何数据。随着这些配电网的融合,它成为互操作性的挑战,因为连接每个变电站设备的底层基础设施的设计不同。

在同一线路上,虽然最老的变电站可能只有几个断路器、变压器、调节器和其他保护和监控设备,但引入新线路意味着增加新的断路器和现代保护继电器,与20年前投放的那些并用。

所有部件均可物尽其用,却又各尽其能。这为实现智能电网和物联网连接电网创造了动力和挑战,可根据需要上下调整数据。

先进的配电网是一种可在故障期间自我修复的电网。它实现电网资产和终端设备之间的可扩展性和互操作性。该电网使用双向电力供电,理想情况是从尽可能多的可再生能源中供电。智能电网旨在克服传统电网的挑战,实现监控、分析、控制和通信,以帮助提高效率,降低能耗和成本,并最大限度地提高透明度和可靠性。 启用物联网的配电网通过集成更多超低功耗传感器和无线通信节点,提供按需数据。

有线技术并无多大进展,尽管不失功能性和可靠性,还是有质疑声传来主张退用这种传统技术,不过有线技术仍构成现代智能电网的支柱。

结合利用有线和无线技术,实现电网互操作性

有线技术的争议和优劣

硬连线的电网基础设施可以追溯到很久以前 – 可追溯到50年前。由于该基础设施仍能工作,而且更好的替代解决方案品的成本投入过高,因此该基础设施仍在继续使用。

许多旧的通信协议、电路和布线仍然是当今电网的一部分。稳健的通用异步接收器发送器(UART)仅使用两条线路在器件之间传输数据。RS-232协议可追溯到60年前,且曾经是唯一可用的数据交换标准。RS-232定义的电压电平使其免受噪声干扰并减少数据交换中的故障。它可在今天的大多数计算机中找到。

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