配電自動化現(xiàn)在并不是一個新事物，自上世紀(jì)60年代以來，將計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的愿景曾吸引了電力行業(yè)的大量眼球。然而，直到最近，這樣做的現(xiàn)實(shí)利益還受到質(zhì)疑。發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)非常可靠，有人就問為什么要冒著系統(tǒng)可靠性的風(fēng)險添加附加控制系統(tǒng)？智能系統(tǒng)？現(xiàn)實(shí)利益是什么？誠然，光是理論上的好處是很難判斷投入是值得的。

然而，在2013年，供電公司面臨的世界則完全不同。老化的電網(wǎng)及其效率（或無效率）和環(huán)境因素現(xiàn)在全部促使供電公司增強(qiáng)控制和性能，邁向配電自動化。在美國，變壓器的平均使用時間已經(jīng)達(dá)到40年，與變壓器的建議工作年限相當(dāng)；電力基礎(chǔ)設(shè)施需要更新?lián)Q代。2012年7月發(fā)生在印度的大面積停電影響到6.8億居民，而當(dāng)時印度已經(jīng)不能滿足日常高峰期的用電需求，并希望在接下來5年內(nèi)將供電容量提高45%.全球范圍許多國家的可再生能源配額制（RPS）體現(xiàn)了高效率和分布式發(fā)電的國際驅(qū)動力。

現(xiàn)在，美國50個州中的30個州1要求可再生能源占據(jù)電力的一定百分比，例如風(fēng)力和太陽能。加利福尼亞州要求到2020年要有33%的電力來自于可再生能源2.歐盟2020年目標(biāo)3則要求到2020年有20%的電力來自于可再生能源，同時能源效率提高20%，據(jù)推測將降低總體能耗。中國2005年通過的可再生能源法也規(guī)定了類似的條款，并在中長期發(fā)展規(guī)劃中增加了相關(guān)條例。4現(xiàn)在，配電自動化被認(rèn)為是電網(wǎng)智能控制功能向配電方向的延伸和超越……可通過智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。配電自動化的優(yōu)勢被廣泛接受，但并沒有使成功實(shí)現(xiàn)或可靠性變得簡單，這些是大范圍廣泛應(yīng)用的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

實(shí)現(xiàn)配電自動化面臨的挑戰(zhàn)

過去的電力公司現(xiàn)在分成了發(fā)電和配電公司，雙方都紛紛在配電網(wǎng)上安裝智能電表，以及更改基礎(chǔ)設(shè)施。管理分布如此廣泛的設(shè)施面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？MaximIntegrated認(rèn)為有三個關(guān)鍵領(lǐng)域需要注意，并且這些領(lǐng)域也是電網(wǎng)供應(yīng)商的機(jī)遇：資產(chǎn)保護(hù)、電網(wǎng)安全和資產(chǎn)管理。我們對這些領(lǐng)域分別進(jìn)行簡要討論。

資產(chǎn)保護(hù)

資產(chǎn)保護(hù)意味著供電公司必須投入高性能元件，可靠監(jiān)測電網(wǎng)以及保護(hù)其高成本資產(chǎn)。通過保護(hù)所有資產(chǎn)，供電公司的總體投資將提供長時間有效服務(wù)。

配電自動化設(shè)備的投資數(shù)額巨大，一個變電站的自動化升級成本為1000萬至2000萬美元。6所以，如果沒有長遠(yuǎn)的項(xiàng)目目標(biāo)及深入論證，現(xiàn)代化的供電公司不會開始大型升級項(xiàng)目，而項(xiàng)目的成本往往會引起費(fèi)率調(diào)整，以覆蓋項(xiàng)目成本。這正是高質(zhì)量半導(dǎo)體傳感器以及優(yōu)化器件如此重要的原因。這些器件將確保電網(wǎng)正常運(yùn)行，從而為供電公司的投資提供最有效的保護(hù)。

所有并網(wǎng)裝置的核心是模擬信號鏈。配電網(wǎng)中的每個裝置都需要進(jìn)行電測量。最簡單的并網(wǎng)裝置僅測量電流，而最復(fù)雜的繼電器則執(zhí)行全部四象限測量，獲得多次諧波。該信號鏈（圖1）7通常包括電壓或電流變壓器、運(yùn)算放大器、電壓基準(zhǔn)，以及用于實(shí)際電測量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。隔離及直流/直流轉(zhuǎn)換器提供必要的保護(hù)及系統(tǒng)工作電源。

作為信號鏈核心的ADC必須提供配電自動化所需的最佳性能。MAX11040K具有24位分辨率和高達(dá)64ksps的采樣率，具備所要求的高性能。這款4通道ADC同時采樣多個通道，防止線路之間的任何同步誤差。多片MAX11040K可級聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)最高32通道采樣。

大多數(shù)半導(dǎo)體公司采用簡單的信號鏈方框圖展示其配電自動化領(lǐng)域的知識，而這種演示是不夠的。智能電網(wǎng)所需設(shè)備的多樣性要求對每個元件及產(chǎn)品具有深入的了解。從相量測量單元到電容組控制器，每個系統(tǒng)的精度和定時要求區(qū)別很大，要求器件具有相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)。

安全

由于所有配電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施都必須能夠預(yù)防網(wǎng)絡(luò)攻擊，所以電網(wǎng)及其數(shù)據(jù)的安全性至關(guān)重要。

安全性是當(dāng)今先進(jìn)配電系統(tǒng)中討論最多的話題。討論往往集中在網(wǎng)絡(luò)安全和加密，盡管加密非常重要，但并不是現(xiàn)代化的靈丹妙藥。系統(tǒng)安全方案利用高級物理安全實(shí)現(xiàn)無可比擬的低成本IP保護(hù)、預(yù)防克隆以及外設(shè)安全認(rèn)證。8雙向安全認(rèn)證、多層加密和物理篡改檢測全部預(yù)防電網(wǎng)遭受網(wǎng)絡(luò)威脅：硬件、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)存儲。

在保護(hù)硬件時，安全策略考慮從制造到安裝直至銷毀的整個產(chǎn)品生命周期。必須組合采用安全硬件和安全保護(hù)方案。防止制造合作伙伴訪問私匙或者防止開發(fā)攻擊系統(tǒng)的途徑非常重要。2012年初期波多黎各曾發(fā)生完全違反保密協(xié)議的事件，完全破壞了當(dāng)?shù)匦虏渴鸬碾娋W(wǎng)。安裝期間，必須對安全資產(chǎn)實(shí)行嚴(yán)格認(rèn)證，最好是雙向認(rèn)證，以及質(zhì)詢和應(yīng)答，以確保合法性。這樣的相互認(rèn)證將確認(rèn)無論是裝置還是軟件在制造期間未經(jīng)篡改，尤其是處在第三方承包商時。工作期間，需要采用物理安全確保系統(tǒng)不容易被篡改。為防止通過攔截、更改，或者利用能夠打開或關(guān)斷電力的通信消息進(jìn)行篡改，也必須采用多層加密。

MAXQ1050微控制器把所有這些安全特性集成進(jìn)去以確保生命周期安全。通過了防止植入不良軟件以及防止惡意克隆和刪除已裝載的軟件等方面的安全認(rèn)證。具有多層對稱及非對稱加密數(shù)據(jù)保護(hù)，內(nèi)置密匙發(fā)生器保護(hù)密匙。防引腳篡改及其它物理層面的密匙機(jī)械保護(hù)，防止通過熱以及其它的途徑刪除安全密匙和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

資產(chǎn)管理

資產(chǎn)管理包括跟蹤資產(chǎn)的簡單和復(fù)雜方法，時刻了解現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)。對于確保性能和監(jiān)測維護(hù)，這樣的管理是非常寶貴的。

以一個簡單場景為例