電網(wǎng)計量和安全方案為智能電網(wǎng)保駕護航

　　隨著(zhù)智能電網(wǎng)在全球部署的日益普及，消費者、設計工程師、電力公司都在討論智能電網(wǎng)將如何改變整個(gè)能源行業(yè)。智能電網(wǎng)使電力公司無(wú)需派人到現場(chǎng)抄表即可存取電表數據，節省了資金。電力公司、電廠(chǎng)和消費者現在正極力尋求更為環(huán)保的替代燃料。新商業(yè)模式通過(guò)激勵措施（例如分時(shí)計價(jià)）降低高峰期間的能耗，從而鼓勵減少峰值需求。分布式能源，例如電動(dòng)汽車(chē)和各種形式的太陽(yáng)能和風(fēng)能，正在最大程度上通過(guò)可再生資源及可利用資源來(lái)支持峰值需求。所有這些技術(shù)進(jìn)步也將造成智能電網(wǎng)中數據分析量更大。有了智能電網(wǎng)，電力公司從每月抄表一次或幾次發(fā)展為每天讀取6至96 次電表讀數。智能電表產(chǎn)生的全部數據提供了更好的理解使用模式、浪費及電力公司尚未了解的其它因素的機會(huì )。

　　但歸根結底，僅僅靠智能電表和電網(wǎng)管理并不能確保智能電網(wǎng)的成功。如想完全發(fā)揮這一技術(shù)優(yōu)勢，智能電網(wǎng)設計必須專(zhuān)注于能源計量和安全。

　　能源計量切實(shí)節約能源

　　遺憾的是，如今大肆強調智能電網(wǎng)技術(shù)及其通信架構的未來(lái)管理問(wèn)題（更多信息請參見(jiàn)下文中的附），人們很容易忘記能源計量和安全對系統的成功與否至關(guān)重要。畢竟，與電力管理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )不但必須計量其關(guān)鍵商品，而且也要保護運輸商品的寶貴基礎架構。進(jìn)入能量計量。

　　智能電表利用稱(chēng)為“計量”的電力公司級能源測量功能測量工業(yè)和消費者能耗。包括意大利、美國加州及斯堪的納維亞部分地區在內，這些智能電表已經(jīng)是大量機器對機器電力網(wǎng)絡(luò )的組成部分。但是，只有電力公司熱衷于能耗計量嗎？當然不是。廣泛能源計量的好處可延伸至電網(wǎng)上的大量用戶(hù)和提供者。

　　以我個(gè)人為例，去年十月、十一月和十二月的電費猛增。十二月后期，我的烘干機壞了。幸運的是，我和我妻子能夠馬上購買(mǎi)一臺新的，這在深冬季節可太重要了。事后回想，烘干機由于過(guò)度耗電被燒壞，這就解釋了每月較高耗電量和電費單上電費猛增的原因，最終造成經(jīng)濟損失，重新購買(mǎi)了新烘干機。

　　能源計量有助于解決像我這樣的情形。對各種應用進(jìn)行能源計量，例如消費設備和工業(yè)電機，具有極大的好處：降低耗電；識別需要維護或甚至需要更換的關(guān)鍵資產(chǎn)；有助于更有經(jīng)驗的用戶(hù)或系統運營(yíng)者做出關(guān)于能耗和系統性能的更為明智的決策。在我的烘干機的例子中，如果能準確計量電機的耗電，就可立即發(fā)現設備耗電量增加。就像汽車(chē)上的“發(fā)動(dòng)機檢查”指示燈，能耗計量記錄使用模式，從而在發(fā)生故障之前指示設備狀況和工作狀況。使用模式將為我提供了足夠的時(shí)間來(lái)維修烘干機或者干脆買(mǎi)臺新的（打折時(shí)購買(mǎi)?。?。

　　在工業(yè)設備中，與準確能源計量的潛在利益相比，消耗的能源（故障烘干機例子中為浪費的能源）較小。制造業(yè)中，電機占耗電量的54%1，對正常運行時(shí)間要求和生產(chǎn)目標較為重要。例如，假設一臺100hp電機的電壓不平衡度為2.5%，估計每年要多耗電$4762.除此之外，設備的附加磨損將造成更多的維護及早期更換費用。您很快會(huì )理解智能電網(wǎng)中能源計量為工業(yè)帶來(lái)的利益?，F在，進(jìn)一步進(jìn)行邏輯推理。全球范圍內電機增加的電力和維護費用，意味著(zhù)節能及節約的巨大機會(huì )。

　　一旦認識到良好管理能源計量的重要性，您將會(huì )尋求實(shí)現的方案。此時(shí)，智能電表和計量系統就成為決定性因素。Maxim Integrated為能源狀態(tài)監測提供多種能源計量和電機診斷方案。78M6610、78M6613、78M6631和MAX78638提供高精度、四象限測量，帶有用戶(hù)固件。這些器件為工業(yè)應用領(lǐng)域監測和測量太陽(yáng)能板轉換效率、電機工作狀況，為照明和計算應用中的能耗提供寶貴的測量數據。最后，相對于防止設備故障及確保系統正常運行方面節省的資金，能源計量方案上的投資要小得多。

　　電網(wǎng)安全--至關(guān)重要，但尚未得到應有的重視

　　智能電網(wǎng)也要求24/7完全安全。大多數用戶(hù)，甚至工業(yè)和電力公司都低估了這點(diǎn)的重要性。端點(diǎn)，例如智能電表、工業(yè)電機、用戶(hù)設備及分布很廣的自動(dòng)化設備均消耗并控制電力。同時(shí)，由于智能電網(wǎng)運營(yíng)商充分利用“智能”網(wǎng)絡(luò )來(lái)修正功率因數、優(yōu)化電壓、準確定位故障以及降低維修時(shí)間以確保正常運行時(shí)間，針對于并網(wǎng)裝置的應用持續增加。

　　網(wǎng)絡(luò )攻擊、IP盜竊、對生產(chǎn)力的破壞--在智能電網(wǎng)和工業(yè)控制系統，所有這些威脅都在不斷上升。只有針對智能電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的完備安全措施才能防止這些嚴重的威脅，確保正常運行時(shí)間最大化，無(wú)論是簡(jiǎn)單的家用衣物烘干機還是先進(jìn)的分布式工業(yè)中心。遺憾的是，許多情況下并未完全意識到安全風(fēng)險的嚴重性，僅有最低限度的安全措施。在一次與電力公司專(zhuān)家的交談中，他告訴我在電力公司的變電站中“帶刺鐵絲網(wǎng)、掛鎖和高電壓是唯一的保護措施”。其他見(jiàn)識短淺的運營(yíng)者相信硬件固有的安全措施，而沒(méi)有認識到通過(guò)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )攻擊帶來(lái)的更嚴重的威脅。

　　最有效的安全方案可通過(guò)硬件和軟件確保產(chǎn)品整個(gè)生命周期的安全。由于從設備購買(mǎi)到制造、從運行到退役的所有階段都會(huì )發(fā)生潛在安全漏洞，所以電網(wǎng)安全具有深遠的影響。

　　購買(mǎi)將在智能電網(wǎng)上工作的產(chǎn)品時(shí)，購買(mǎi)者必須保證購買(mǎi)硅及其它關(guān)鍵計算器件的渠道可靠。這對于避免仿造產(chǎn)品至關(guān)重要。制造過(guò)程中，功能強大的安全認證技術(shù)可防止第三方（例如制造承包商）盜竊密鑰并隨后利用這些密鑰偷電或用病毒感染電網(wǎng)?，F場(chǎng)使用時(shí)，安全地儲存密鑰并對通信通道的數據進(jìn)行多層加密。安全引導裝入程序可防止病毒和惡意軟件裝載至系統。硬件技術(shù)監測物理安全，能夠響應篡改事件。未處于持續明確監測下的裝置和傳感器需要此類(lèi)全面的安全保護。

　　設計最有效的安全措施并集成至系統或電網(wǎng)本身。Maxim提供完備的安全產(chǎn)品系列，例如 MAXQ1050、MAX36025和MAX71637，滿(mǎn)足智能電網(wǎng)的安全需求。這些器件集成了基本的多層安全認證方法，包括split keys、非對稱(chēng)加密、安全引導裝入程序，以及各種物理篡改保護方法。

　　總結

　　聽(tīng)起來(lái)是老生常談，但卻是千真萬(wàn)確的事實(shí)：智能電網(wǎng)具有完全改變能源行業(yè)的潛力。這既令人興奮也值得我們注意。但是，當處于這種管理欣快癥中時(shí)，很容易忽視電網(wǎng)計量和安全通常隱藏的重要問(wèn)題。正是這種環(huán)境，證明高品質(zhì)電表設計最為可貴。如果我們持續關(guān)注能源計量和安全，并真正利用這一技術(shù)，那么我們必須重視智能電表實(shí)現智能電網(wǎng)的方式。

　　附：智能電網(wǎng)與電信的比較--雙網(wǎng)記

　　我們談到智能電網(wǎng)時(shí)，往往重視其成為降低能耗并改變我們能源基礎架構的自復原電網(wǎng)的巨大潛力。這樣的革命性技術(shù)是如何設計和產(chǎn)生的？其推動(dòng)力是什么？

　　結構完善、技術(shù)成熟的電信基礎架構網(wǎng)絡(luò )是當今智能電網(wǎng)的基礎。討論起這一話(huà)題時(shí)，往往會(huì )談到互聯(lián)網(wǎng)和大數據，這些數據提供了匯聚和分析海量信息并利用這些信息做出有用決策的能力。

　　誠然，電信網(wǎng)絡(luò )和智能電網(wǎng)都具有相同的核心、高速度以及可互操作通信層。但是，兩者具有非常重要而基本的差異：智能電網(wǎng)真正是一種機器對機器的網(wǎng)絡(luò )。傳統電信端點(diǎn)產(chǎn)生的是人與機器的互動(dòng)，包括電話(huà)、計算機，以及現在的智能手機。機器對機器網(wǎng)絡(luò )的端點(diǎn)由傳感器、功能機器或上述兩者組成。這些機器通常不由人直接控制，所以不能有效地表達或報告網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)或健康狀況。舉例說(shuō)明，工業(yè)傳感器往往位于不可觸及的位置，遠離中央系統，無(wú)法升級，并且也不在人工監管之下。由于系統和遠端設備之間沒(méi)有人為干涉，所以智能電網(wǎng)系統設計者必須深層次考慮這種分布式網(wǎng)絡(luò )的檢測功能和安全。