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配电自动化时代：智能系统安全吗？

是的，您可能以为当今世界是智能手机/平板电脑的天下。但我们四周的“智能”安装比您想象的更多。比方说带有智能电表的智能电网。供电公司每天都会在某个区域的住宅装置崭新的智能电表，并鼓舞我们掌控我们的能源将来。我们可以经过网络监测和报告耗电量，并且签署有利于俭省电费的合约，比方分时计价。但管理全部这些安装、散布式“智能”数据却是业内面临的最新应战之一。智能手机战争板电脑背后需求大量的计算才能，即所谓的“云”。同样智能电表和智能电网背后也需求有效的根底设备来访问搜集的数据，以及优化能源供应。随着计算机技术持续严重开展，为能源配送自动化起着作用。
配电自动化时期的降临
配电自动化如今并不是一个新事物，自上世纪60年代以来，将计算技术应用于电网的愿景曾吸收了电力行业的大量眼球。但是，直到最近，这样做的理想利益还遭到质疑。兴旺国度的电网十分牢靠，有人就问为什么要冒着系统牢靠性的风险添加附加控制系统？“智能”系统？理想利益是什么？诚然，光是理论上的益处是很难判别投入是值得的。
但是，在2013年，供电公司面临的世界则完整不同。老化的电网及其效率(或无效率)和环境要素如今全部促使供电公司加强控制和性能，迈向配电自动化。在美国，变压器的均匀运用时间曾经到达40年，与变压器的倡议工作年限相当；电力根底设备需求更新换代。2012年7月发作在印度的大面积停电影响到6.8亿居民，而当时印度曾经不能满足日常顶峰期的用电需求，并希望在接下来5年内将供电容量进步45%。
全球范围许多国度的可再生能源配额制(RPS)表现了高效率和散布式发电的国际驱动力。如今，美国50个州中的30个州1请求可再生能源占领电力的一定百分比，例如风力和太阳能。加利福尼亚州请求到2020年要有33%的电力来自于可再生能源2。欧盟2020年目的3则请求到2020年有20%的电力来自于可再生能源，同时能源效率进步20%，据揣测将降低总体能耗。中国2005年经过的可再生能源法也规则了相似的条款，并在中长期开展规划中增加了相关条例。4
如今，配电自动化被以为是“电网智能控制功用向配电方向的延伸和超越...可经过智能电网完成。”配电自动化的优势被普遍承受，但并没有使胜利完成或牢靠性变得简单，这些是大范围普遍应用的严重应战。
完成配电自动化面临的应战
过去的电力公司如今分红了发电和配电公司，双方都纷繁在配电网上装置智能电表，以及更改根底设备。管理散布如此普遍的设备面临的主要应战是什么？MaximIntegrated以为有三个关键范畴需求留意，并且这些范畴也是电网供给商的机遇：资产维护、电网平安和资产管理。我们对这些范畴分别停止扼要讨论。
资产维护
资产维护意味着供电公司必需投入高性能元件，牢靠监测电网以及维护其高本钱资产。经过维护一切资产，供电公司的总体投资将提供长时间有效效劳。
配电自动化设备的投资数额宏大，一个变电站的自动化晋级本钱为1000万至2000万美圆。6所以，假如没有久远的项目目的及深化论证，现代化的供电公司不会开端大型晋级项目，而项目的本钱常常会惹起费率调整，以掩盖项目本钱。这正是高质量半导体传感器以及优化器件如此重要的缘由。这些器件将确保电网正常运转，从而为供电公司的投资提供最有效的维护。
一切并网安装的中心是模仿信号链。配电网中的每个安装都需求停止电丈量。最简单的并网安装仅丈量电流，而最复杂的继电器则执行全部四象限丈量，取得屡次谐波。该信号链(图1)7通常包括电压或电流变压器、运算放大器、电压基准，以及用于实践电丈量的模数转换器。隔离及直流/直流转换器提供必要的维护及系统工作电源。

作为信号链中心的ADC必需提供配电自动化所需的最佳性能。MAX11040K具有24位分辨率和高达64ksps的采样率，具备所请求的高性能。这款4通道ADC同时采样多个通道，避免线路之间的任何同步误差。多片MAX11040K可级联在一同，完成最高32通道采样。
大多数半导体公司采用简单的信号链方框图展现其配电自动化范畴的学问，而这种演示是不够的。智能电网所需设备的多样性请求对每个元件及产品具有深化的理解。从相量丈量单元到电容组控制器，每个系统的精度和定时请求区别很大，请求器件具有相当的性能指标。
平安
由于一切配电网的根底设备都必需可以预防网络攻击，所以电网及其数据的平安性至关重要。
平安性是当今先进配电系统中讨论最多的话题。讨论常常集中在网络平安和加密，虽然加密十分重要，但并不是现代化的灵丹妙药。系统平安计划应用高级物理平安完成无可比较的低本钱IP维护、预防克隆以及外设平安认证。8双向平安认证、多层加密和物理窜改检测全部预防电网遭受网络要挟：硬件、数据传输及数据存储。
在维护硬件时，平安战略思索从制造到装置直至销毁的整个产品生命周期。必需组合采用平安硬件和平安维护计划。避免制造协作同伴访问私匙或者避免开发攻击系统的途径十分重要。2012年初期波多黎各曾发作完整违背失密协议的事情，完整毁坏了当地新部署的电网。装置期间，必需对平安资产实行严厉认证，最好是双向认证，以及质询和应对，以确保合法性。这样的互相认证将确认无论是安装还是软件在制造期间未经窜改，特别是处在第三方承包商时。工作期间，需求采用物理平安确保系统不容易被窜改。为避免经过拦截、更改，或者应用可以翻开或关断电力的通讯音讯停止窜改，也必需采用多层加密。
MAXQ1050微控制器把一切这些平安特性集成进去以确保生命周期平安。经过了避免植入不良软件以及避免歹意克隆和删除已装载的软件等方面的平安认证。具有多层对称及非对称加密数据维护，内置密匙发作器维护密匙。防引脚窜改及其它物理层面的密匙机械维护，避免经过热以及其它的途径删除平安密匙和系统数据。
资产管理
资产管理包括跟踪资产的简单和复杂办法，时辰理解现场设备的状态。关于确保性能和监测维护，这样的管理是十分珍贵的。
以一个简单场景为例，很容易了解战略性的资产管理。在一场暴风雨中，电网上的许多点发作了断电。来自于不同供电公司的人员被召集在一同，协助维修，“点亮灯光”的肉体打败了天气。线路得到了维修，设备得到了改换，又重新恢复了供电。这一切都很快。但是，危机完毕时，供电公司并不完整理解以及严密跟踪现场工作的资产。思索到设备本钱以及保证散布式资源及供电平安的需求，先进的电网不能容忍未知或不适宜的资产在现场工作。
战略资产管理请求完整从上至下部署、平安认证以及跟踪电网高效运转所必需的全部过程、软件以及系统。平安认证为重中之重。嵌入式平安认证是设备自我辨认的根本过程，因而必需作为系统的一局部停止理解，以便于跟踪和管理。8关于小额投资，可运用简单的硅器件独一辨认配电网上的设备，包括线传感器到变压器再到重合器控制器。独一质询/应对辨认允许跟踪每件设备，并经过供电公司的AMI网络停止通讯。在这点上，平安性与报告资产辨认、位置、工作状态、最新维护数据或其他各种报告功用是相分歧的。
关于我们的意义和指导性
现代化的供电公司过去曾经是具有丰厚电力电子经历的发电和配电公司。如今，随着供电公司将复杂的IT工作与多层复杂的设备及资源和数据管理集成在一同，状况发作了翻天覆地的变化。当电力公司购置新设备以更新其根底设备时，需求在整个电网内从下至上构建根底设备的新安装和平安算法。这些电网安装需求的不只仅是以太网和简单加密，而是必需装备牢靠的维护、管理和平安功用。
智能电网常常被描绘为电网上漫山遍野的电能丈量和通讯。这种定义过于简单。智能电网应该集成平安硬件和智能电能管理软件。电网需求先进的检测和通讯才能，以构成牢靠、有效、平安的供电系统，进步系统效率和支持散布式资源的才能。届时，我们将大范围完成高效率的配电自动化。