發(fā)達(dá)國(guó)家的電力傳輸和分配系統(tǒng)通常簡(jiǎn)稱為電網(wǎng)，其可靠性和正常運(yùn)行時(shí)間令人欽佩，這一點(diǎn)值得注意的是，考慮到有幾十年歷史的運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)占很大比例。今天的電網(wǎng)被要求執(zhí)行它最初不是為之設(shè)計(jì)的任務(wù)，例如處理由分布式能源（DERs）供電的雙向電力流，其中許多是間歇供電的小型可再生發(fā)電站。老化系統(tǒng)必須升級(jí)，任何新的工作或返工必須適應(yīng)最新的服務(wù)和供應(yīng)需求。如果不這樣做，就會(huì)導(dǎo)致像我們最近在德克薩斯州看到的那樣的災(zāi)難。

隨著遺留資產(chǎn)接近報(bào)廢并需要更換，隨著電網(wǎng)擴(kuò)展以支持新的建筑和發(fā)電站點(diǎn)，設(shè)計(jì)師們正在尋求與傳統(tǒng)技術(shù)同等或更好的可靠性。應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)，如hypervisor和冗余HSR/PRP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，將成為交付所需自動(dòng)化和數(shù)據(jù)通信的必要條件，同時(shí)使部署、操作、維護(hù)和網(wǎng)格彈性優(yōu)化到當(dāng)前最佳狀態(tài)。

變電站是電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，無(wú)論是將電壓提高到輸電水平，還是將電壓降低到次級(jí)輸電和配電水平。本文將重點(diǎn)介紹用于將次級(jí)傳輸電壓降到適合向桿式和墊式配電變壓器供電的水平的配電變電站（圖1），進(jìn)而將本地配電電壓降到120/240/480 VAC，以供工業(yè)、商業(yè)和住宅使用。

圖1：配電變電站將傳輸電壓降低到本地配電水平，并執(zhí)行許多其他自動(dòng)化、保護(hù)和控制功能。

除了與輸出功率流相關(guān)的傳統(tǒng)功能外，配電變電站現(xiàn)在必須容納來(lái)自DER的輸入功率流，這使得操作非常復(fù)雜。為了解決這些和其他問(wèn)題，現(xiàn)在正在使用數(shù)字虛擬化技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)允許多個(gè)操作系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用程序在一個(gè)硬件平臺(tái)上同時(shí)運(yùn)行。最近和即將到來(lái)的進(jìn)展將允許這些數(shù)字虛擬機(jī)（vm）提供最關(guān)鍵的變電站功能（如繼電保護(hù)）所需的亞毫秒響應(yīng)時(shí)間。

超過(guò)90%的需求是對(duì)現(xiàn)有資產(chǎn)進(jìn)行現(xiàn)代化和翻新，新變電站通常采用現(xiàn)代技術(shù)設(shè)計(jì)和建造。

配電所設(shè)備

許多不同類型的設(shè)備用于執(zhí)行現(xiàn)代配電變電站所需的所有功能（圖2）。除了與輸出功率流相關(guān)的傳統(tǒng)功能外，配電變電站現(xiàn)在還必須適應(yīng)來(lái)自DER的輸入功率流，這使得操作非常復(fù)雜。

圖2：配電站0級(jí)設(shè)備通過(guò)過(guò)程和站總線與控制中心相連。

圖2描述了典型變電站自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）中的一些設(shè)備，但還有許多其他設(shè)備，每個(gè)設(shè)備執(zhí)行兩個(gè)主要功能之一：

●保護(hù)和控制：100%實(shí)時(shí)自主元件

●自動(dòng)化：命令和控制，帶有一些實(shí)時(shí)元素

保護(hù)和控制裝置包括安裝有斷路器的智能電子裝置（IED），以監(jiān)測(cè)其運(yùn)行情況。合并單元（MUs）同步采集電流互感器和電壓互感器輸出的多路數(shù)字信號(hào)，然后利用iec61850-9協(xié)議將這些信號(hào)傳輸?shù)奖Ｗo(hù)、計(jì)量和控制設(shè)備。

IED執(zhí)行各種功能，如繼電保護(hù)、遠(yuǎn)程故障指示、監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)功率和電壓水平、自動(dòng)將電源從一個(gè)電源切換到另一個(gè)電源以進(jìn)行母線傳輸，以及在臨時(shí)故障后重新閉合饋線。

諸如pc、路由器、非托管/托管交換機(jī)、可編程邏輯控制器和人機(jī)接口之類的自動(dòng)化設(shè)備通常用于協(xié)調(diào)保護(hù)和控制設(shè)備之間的操作，并提供其他所需的功能，例如聯(lián)網(wǎng)。所有這些設(shè)備都包含控制操作的電子硬件，通常還包含執(zhí)行操作的主機(jī)軟件。

理想情況下，所有這些設(shè)備都符合iec61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這是一種連接0級(jí)所有設(shè)備、1級(jí)服務(wù)器和2級(jí)客戶端的通信服務(wù)；即使是這樣，其他的溝通和整合問(wèn)題仍然存在。

一個(gè)典型的配電站包含許多這樣的設(shè)備，這些設(shè)備由不同的供應(yīng)商提供，每個(gè)供應(yīng)商都有專有的電子硬件，并且通常有自己的操作系統(tǒng)和托管軟件，從而引發(fā)各種操作和管理問(wèn)題。