我們生活的方方面面越來越受新技術的影響——從我們手中的電話到我們的閱讀方式。

　　整個工業(yè)界都在向數字領域轉變——一個涵蓋了軟件，網絡，處理器，以及傳感器的融合與信息交換的信息技術(IT)新世界。

　　是什么使這種改變如此不可抗拒，看起來沒有任何行業(yè)能夠阻止它的腳步？這當中有很多原因，從快速的物流和服務，到巨大的生產力。無論如何，最重要的還是性價比。事實證明，信息技術帶來更快的增長率，當性能呈指數級增長的同時(分子位置)，價格呈指數級的下降(分母位置)。任何拒絕“數字化”進程的行業(yè)都要承擔被淘汰的風險。

　　近距離地審視電力網絡，同很多其它工業(yè)相比，我們發(fā)電，傳輸，以及分配電力的方式仍然固守“前IT”技術。盡管它具有成百上千萬英里的嗡嗡作響的輸電線路，數以千計的發(fā)電機，以及數十億的互連設備，但電網的運行仍然主要依靠現代計算機與互聯(lián)網時代之前的陳舊技術來控制。但是，隨著新的電網控制系統(tǒng)的深入，數字革命已經啟航。這種變革會帶來更高的性能，更低的花費，以及完全不同的新特征，例如完美的電動車輛整合，電網級能量存儲，以及分布式的可再生能源生產。盡管仍然處于初級階段，但智能電網革命已經不可否認的開始了，沒有任何能源行業(yè)能夠忽視它的存在。

　　電網的覺醒

　　將電網數字化的第一步是分布式的傳感技術。可以設想一下，嵌入式的儀器系統(tǒng)分布在整個電網，從傳輸線采集電功率信號，將信號數字化，并通過因特網將信號傳送出去。向量測量單元，也稱為PMU，通過比較電網中多個點的同步電壓與相位測量的方式測量流量。這樣做的目的是為了評估電網穩(wěn)定性，在出現電力斷供之前發(fā)現問題，甚至于在出現故障時，能夠“修復”電網。這就要求可以實時分析處理從電網中收集到的高速數據，并將數據提供給計算機模型，生成直觀的結果提供給控制室的操作人員。NI公司將這一過程歸納為世界范圍內的“采集，分析，與呈現”。滿足實現這一切的技術要求不再是簡單的嘗試。PMU需要高電壓電流的準確測量，精確的同步采樣，板上信號處理，以及足夠的通訊帶寬來可靠地傳送數據包。所有的這些需求都是為了分析過程。當測量數據以30-60幀/秒的速率從現場匯總時，對于指導電網操作員如何操作的算法來說，使用的數據必須保持實時性和準確性。基于FPGA技術的PMU可以通過高保真的測量和多線程處理能力使這一切成為現實。最重要的是其現場可重新配置的特性，系統(tǒng)可重構的內部電路可以適應變化需求。即使在部署到現場之后，可精確到門陣列級的系統(tǒng)重新配置能力也可以在未來幾年內保持技術的領先。這是因為PMU以及其它智能電網設備的標準一直在不停地發(fā)展。例如，一種新的用于PMU精確時鐘同步的標準，IEEE1588PC37.238，以及最新的通信協(xié)議，IEC61850-90-5，都會在2011年后半年發(fā)布。

　　圖1.基于NICompactRIO的PMU能夠提供現場可配置的嵌入式儀器，并且在儀器部署到電網數年之后都可以通過遠程控制進行更新

　　電網響應

　　將電網數字化的第二步是通過智能分布式系統(tǒng)來進行控制。這種系統(tǒng)可以檢測并保持電網處于最佳性能。系統(tǒng)以高性能的同步測量，實時的通信，以及嵌入式分析為保障，增強了功率分配的可靠性。在這里，電力傳輸也到達了它的終點。

　　配電系統(tǒng)中的變電站將高電壓的傳輸信號降低為適于輸電線的中等水平電壓。電壓又經過柱上變壓器，被轉換成適于居民用和商業(yè)用的低電壓輸出。在全世界范圍內，配電網都在經歷巨大變革，將智能自動開關保護設備等數字控制系統(tǒng)整合進來。

　　如果您的照明系統(tǒng)會在雷暴來臨的時候燈光閃爍，您看到的也許正是自動開關正在工作。一個智能自動開關可以實時的中斷故障電流，也能夠監(jiān)測電力信號并確定何時恢復供電。這就像一個智能電路中斷器。它們會在出現故障電流的情況下開啟中斷保護電路，也可以“重新閉合”來恢復服務，避免電網停止工作。

　　電網修復

　　當出現問題時，智能自動開關可以自動檢測到問題并重新配置線路恢復電力供應。這可以看作是一種“自我修復”。一個回路含有兩個有智能設備鏈接的饋電線路，可以大大提高可靠性。一般來說，變電站附近有一個隔離自動開關，沿輸電線的是中間自動開關，還有可以隨意連接兩個饋電線路的自動開關。當出現故障時，智能自動開關可以在檢測到故障的同時，及時提供保護。最后，系統(tǒng)通過開啟適當的自動開關，自動恢復并重新提供電力，實現自我修復，并將電能存儲損耗降到最低。

　　圖2.可“自我修復”的電力分配系統(tǒng)能夠自動檢測和自動調節(jié)，從而達到較高的可靠性

　　智能自動開關可以被比作是未來智能電網的因特網路由——能夠自動診斷并調整以適應電流。結合了儀器，分析，以及控制的網絡化嵌入式系統(tǒng)，正在逐漸把電網變得像因特網一樣——自我診斷，自我修復，并采用效能遠遠超過集中式的分布式方式。就如同因特網一樣，智能電網革命正在由處于技術最前沿的工程師們所主導，將電力的生產，消耗，以及分配變得更加現代化。

　　–BrianMacCleery

　　MacCleery是NI公司潔凈能源技術方面的首席產品經理。他最近被邀請作為合作作者在2010Q4期的儀器儀表季刊發(fā)表題為“推進智能電網”的文章。

　　–ToddWalter

　　ToddWalter是NI公司嵌入式系統(tǒng)應用方面的資深部門經理。他最近在ni.com網站上為智能電網網上直播系列關于智能電網控制系統(tǒng)方面的介紹。

　　了解更多更深入的智能電網技術.