虹科分享 | 未来的电力行业是否安全？

停电的风险

马克·埃尔斯伯格（Mark Elsberg）的科学惊悚片《停电》（Blackout）描绘了似乎是最黑暗的停电场景之一，其中潜在的肇事原因是虚假的时间和不同步。作者精彩地描述了一种意外的，长时间停电导致日常生活逐渐奔溃的情况。电话、电视和互联网开始出现故障。通信停止了。电力不足使加油站无法运行，从而使运输和供应陷入停滞。这本书的主人公之一，一个前黑客，提出了一个关于恐怖袭击的论文，作为停电背后的原因。

要理解停电威胁，我们必须看到现在和即将发生的事情之间的区别。在媒体中广为人知的不久的将来的新型分布式智能电网与当前的配电系统有很大的不同。根据定义，它是由以下内容组成“智能电网，是所有能源市场参与者之间存在通信以提供能源服务，从而确保降低成本，提高效率，以及整合包括可再生能源在内的分布式能源”。它具有许多的优势，但是需要非常坚实和强大的同步基础设施基础，这样智能电网才能健康的发展。确保智能电网稳定的关键属性包括准确的时间，稳定的频率及其高度精确的同步。

智能电网 vs 传统配电

说到传统的电力行业，电是由电厂发电（产生），由运营商配电（分配），最后才是我们（消费者）。一百多年来，家家户户和工厂的单向供电效果非常好，然而今天，这已经不够了。经济的发展需要不断增长的电力需求。与基础设施建设相关的限制也不断出现。解决方案的讨论因需要保护环境，为子孙后代服务而受到阻碍。

幸运的是，我们看到了电力行业向工业4.0新时代的变革和转型。今天，屋顶上安装了光伏板，我们看到了越来越多的风力涡轮机和沼气厂。这些新的能源使我们能够增加社会使用的能源库。在未来的智能分布式电力产业中，标准电厂的主要作用将被削弱，电力将由多个等效电厂同时发电。

这些 "发电厂 "肯定是距离很远。与现代配电相反，电力将不得不进行双向传输，而且这些方向将随着时间的推移而动态变化。类似于铁路交通管理的原则也适用于此，不同的是，“开关”的等价物必须在“轨道”两边同时切换，其精度为百万分之一秒（微秒，1µs）。这个操作是由IED（智能电子装置）继电器（上述的“开关”）来完成的。Elproma NTS-5000大师级设备以纳秒级任命IEEE C37.238和IEC61850规范挑战。

1µs的精度符合IEEE C37.238, IEC61850

为什么1µs的精度有这么大的意义？间隔时间长了，就会使输电线路开路时间过长，造成停电。由于智能电网中同时有很多的发电者和使用者，因此IED继电器开关的时间和同步性就显得尤为重要。除了局部缺陷外，管理不当还可能导致多余能源的不良积累。能源管理将基于平衡能源过剩和不足。这些参数的极端值可能会触发保护措施，导致不受控制的多米诺骨牌效应的故障，甚至可能导致停电。系统中的能源既不能太多，也不能太少。网络必须始终包含“恰到好处”的能源，而这些能源本身是无缝的、时变的。智能电网控制的重点可能将损耗降到最低，并最大限度地ᨀ高电力传输的效率（有功功率和无功功率）。这个目标既可以通过对当前发电源的效率进行精确的控制（例如，人们可以减速或定期关闭风力涡轮机，以确保防止能源过剩），也可以通过使用IED完成的配电线路连接路径的动态变化来实现。因此，为了做出正确的决定，人们应该了解实际情况，即“此时此地”的准确信息——无论是在本地还是远程层面。

配有本地时钟的相位测量单元（PMU）用于测量电流的状态。如在IED的情况下，即连接装置设备。系统监控过程中，假设后置滤波信息（如到达的数据有不可接受的延迟）很可能反映了实际的能源状况。在此基础上，控制站通过向IED发出线路控指令来推断未来下一刻的情况。这就是智能电网中的时变、动态输电结构，其稳定性取决于时间和同步性。

作为DEMETRA项目2015-2016年的成果，Elproma开发了新的智能电网PTP服务器系列，包括NTS-5000 大师级和新的NTS-pico3系列从时间服务器。

扩展阅读

Elproma时间服务器

在新的工业 4.0 理念正在改变技术格局的世界中，提出了更高的时间同步要求。ELPROMA专注在时间同步方案30余年，是NTP PTP/IEEE1588 IRIG网络时间同步解决方案的世界领先者，旨在保持计算机时钟高度稳定和准确。该公司为关键基础设施（智能电网、电信5G、MiFID2金融、工业4.0、自动驾驶、政府和全球企业）提供稳健和安全的时间。

PTPIEEE 1588 Grandmaster

NTP 时间服务器stratum1

ePRTC*PRTCPRC时钟

PTP硬件时间戳

PTP扩展卡（可做master或slave）

高可用性支持（HA）

两路冗余天线（天线安装无需额外供电，与时间服务器网线连接，供电，最长700m）

支持NTP/PTP/IRIG-B/1PPS+ToD

多种配置文件：电信5G，电力，金融等

MTBF：391000小时