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Intel数字能源网络:物联网如何应用在智能电网中

来源:交能网   更新时间:2019-05-14 14:09:51    

  受到新的市场法规、市场结构和国际能源转型潮流的影响。为确保能源的可持续发展成为了如今政治、经济和社会的当务之急。在当前和未来技术发展的鼎力支持下,智能电网将更好地帮助企业满足不断增长的需求,提高供电的可靠性和质量,改进能源效率并将低碳能源整合到电网中。

  本文从行业标准角度探讨了智能电网的开发环境,以及互联互通的新智能电网如何被视为物联网的良好典范进行阐述。

  我们所熟知的英特尔

  英特尔公司是世界上第二大的半导体公司,也是第一家推出x86架构处理器的公司,总部位于美国加利福尼亚州圣克拉拉,以“集成电子”(IntegratedElectronics)之名在将高端芯片设计能力与领导业界的制造能力结合在一起。英特尔也有开发主板芯片组、网卡、闪存、绘图芯片、嵌入式处理器,与对通信与运算相关的产品等。

  在1990年代时,英特尔在新的微处理器设计上做了相当大的投资,培养出快速崛起的PC工业。在这段期间,英特尔成为PC微处理器的供应领导者,而且占领着主导的市场地位,就像是微软公司一样支配着PC工业的发展方向。

  瞬息万变的环境

  但同时,随着英特尔的主要竞争对手AMD,NVIDIA,Samsung及TSMC的快速发展,不断的挤压其原来的市场优势。英特尔也将其企业的价值链拓展到了其他行业;其中,能源行业的数据能源管理与物联网成为了英特尔下一个亟需征服的领域。

  根据英特尔的物联网白皮书中所提及的,随着低碳技术的采用,能源系统正经历着从需求驱动到供应依赖型的转变,电网已经从本质上开始进行转变:

  1.可再生能源的影响

  随着太阳能,陆上与海上风电,生物质能,热电联产等一系列的可持续能源接入电网,这种不可预测的间歇供电需求的增长正在打乱微妙的供需关系平衡,给如今的用电限制和需求响应能力带来了新的压力。间歇供电需求的增长也意味着,某些电网区域在一天中特定时间所吸收的可再生能源发电量可能会大于其实际消耗量。

  2.生产消费者去中心化现象

  电网系统运营商和公用事业企业正在失去其能源生产的垄断地位。传统的住宅、商业或工业级的能源消费者,如今也逐渐渗透到发电环节,挑战着从发电者到消费者的旧单向关系。无论是使用太阳能电池板给一个家庭供暖,还是使用商业风电场给整个超市供电,生产消费者都在创造一个由出于经济动机的实体组成的金字塔,这些实体运营或拥有一个包含发电负荷甚至能量存储的电力系统。

  因此,传统的整体电网正在变为一系列互联系统,包括超高压电网和区域电网和乃至微电网。随着电动车和混合动力车的融入,电网的边界将变得更加模糊。

  智能电网:物联网的实际应用

  从根本上说,智能电网是一种通过数字化控制、监控和通信能力增强的发电、输电和配电网络。除了提供实时、双向的电力流之外,智能电网还支持自动化的双向信息流。为了给现有基础架构增加智能特性,需要战略性部署新的数字设备和装置,这种新的数字设备层能够将其称为‘能耗互联网’。并从设备中提取有价值、切实可用的数据进行分析。物联网的真正价值在于它能够使无关联的现有基础架构中的数据发挥价值,收集关于电力供应链每个环节的数据后,系统运营商可以使用强大的分析、仿真模型和假设场景更准确地预测从电网状态到天气条件的各种因素对其产生的影响。

  与负荷预测分析相关的可能性和从被动运营到主动运营的转变是智能电网最典型、最重要的特性之一。它可帮助电力公司和电网系统运营商:

  降低资本支出。通过智能电网,可更准确地匹配整个电网的供应和需求。公用事业企业可以通过负荷预测减少不必要的发电容量,满足高峰需求,并确保最高效的分配方案,从而最大限度降低传输成本并获取运营的最优解。

  管理需求。借助对消费模式的精细了解和更精确的预测能力,企业可以实施更多的节能计划,包括需求响应、时段使用费和动态定价。这可帮助平衡供需,最大限度减少过度配置基本负载或峰值负载所导致的浪费。

  提高可再生能力。能源结构中可纳入更多的陆上和海上可再生能源发电。公用事业企业能够更有效地响应大规模可再生能源的间歇性问题和较小规模的分布式发电,同时仍确保供应安全。

  降低维护成本。通过数据监控各种发电、输电和配电资产的活动可帮助企业执行远程故障诊断,最大限度减少现场访问,提高预测维护能力,从而更高效地提供技术支持,使工程团队专注于专业领域。

  增强客户参与。由于在放开管制的市场中竞争,并满足特定监管市场的节能目标,电力企业可以利用洞察来准确地了解客户的使用模式,从而提供更有针对性、更有竞争力的产品和服务。

  技术路线

  随着电网从模拟向数字转变,几乎每一个设备和设备部件都需要内置安全且互联的智能特性。此外,还需要对支持性的云和网络基础架构进行增强,以保护数据,管理设备并执行数据分析。

  若要实现智能电网的承诺,必须满足四大技术标准:

  1.安全性

  安全性是关键:如果不具备安全性,智能电网将和所有数据网络一样,无法正常工作。电网是需要提供保护以防范网络威胁的重要目标。作为一个大型分布式和互联系统,智能电网成为了一个非常大的攻击面,对关键元件的任何成功攻击都会危害电网安全,导致整个系统断电。

  保护智能电网所需的网络安全技术和最佳实践包括:防病毒、防火墙、入侵防御系统、网络安全设计,深度防护和系统强化。

  此外,应对更复杂的高级持续性威胁(APT)需要先进的网络安全技术,包括安全信息和事件管理(SIEM)系统、应用白名单和嵌入在处理器级别的安全功能等。

  2.通信

  和任何其他数据网络一样,智能电网的最终成功取决于各个设备和系统安全、可靠地互联并相互共享信息的能力。

  在智能电网中,通信分为两类:在相对封闭的环境(如家庭局域网络或工业园区网络)中传输数据所需的协议;从外部将数据传输回中心位置所需的协议。这将涉及各种协议,包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和 WAN,并需要专业电信服务提供商、硬件和软件公司的参与。

  这需要基于开放行业标准的通用框架,以便电网系统运营商无需将其电网生态系统与一家公司的解决方案相关联便可确保可互操作的连接性。

  3.分析

  电网中可收集各种数据进行分析,包括可提高维护计划效率的实时运营可视化,以及可实现更精准发电计划和负载平衡的预测分析。从这些数百万个数据点中获取切实可行的信息。

  在能源生产中,可再生能源电厂可使用计算密集型仿真模型来更准确的预测能源需求,考虑天气条件并优化容量。例如,分析风型可预测可能的发电量,在高风速运行下何时能完全切断发电。这些信息可用来解决间歇性问题并减少旋转备用。同样,分析可帮助配电服务运营商(DSO)、输电服务运营商(TSO) 和垂直整合的公用事业企业,实时优化变电站的供电电压和相机,从而提高能源效率。

  随着电网的复杂性不断增加,公用事业运营商将需要分布在整个电网中的智能电表来做出直接影响运营效率的实时决策。这种分布式智能及其支持的机器对机器通信对于提高未来智能电网的能力至关重要。

  4.可管理性

  有了延伸数千公里的智能电网基础架构、最终用户场所的各种设备(包括大型涡轮机和智能电表等)以及涵盖各种软件和硬件类型的技术,设备和通信的可管理性是打造成功智能电网的第四个关键要素。可管理性涵盖三大领域:设备、软件和安全性,并且可以一直延伸到管理现场员工的移动电脑和平板电脑的升级和维修上。

  远程诊断、控制和维修能力可显著提高设备可用性,提升维护和运营效率,特别是当资产分散在各地或难以访问时(比如在地下、水下时)。

  数据模型还必须反映出复杂技术和运营挑战的难题。虚拟化执行环境可帮助开发人员隔离不同的工作负载,运行多个操作系统并防止它们之间互相干扰,从而保护数百万行计算代码并提高控制系统可靠性。

  最后,使用内建到计算系统中的基于硬件的安全特性可创造一个可信执行环境,这个环境中只能添加经过验证的软件,以防止黑客在控制网络中执行恶意软件,避免造成安全问题。

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