停電的風險

馬克·埃爾斯伯格（Mark Elsberg）的科學驚悚片《停電》（Blackout）描繪了似乎是最黑暗的停電場景之一，其中潛在的肇事原因是虛假的時間和不同步。作者精彩地描述了一種意外的，長時間停電導致日常生活逐漸奔潰的情況。電話、電視和互聯(lián)網(wǎng)開始出現(xiàn)故障。通信停止了。電力不足使加油站無法運行，從而使運輸和供應(yīng)陷入停滯。這本書的主人公之一，一個前黑客，提出了一個關(guān)于恐怖襲擊的論文，作為停電背后的原因。

要理解停電威脅，我們必須看到現(xiàn)在和即將發(fā)生的事情之間的區(qū)別。在媒體中廣為人知的不久的將來的新型分布式智能電網(wǎng)與當前的配電系統(tǒng)有很大的不同。根據(jù)定義，它是由以下內(nèi)容組成“智能電網(wǎng)，是所有能源市場參與者之間存在通信以提供能源服務(wù)，從而確保降低成本，提高效率，以及整合包括可再生能源在內(nèi)的分布式能源”。它具有許多的優(yōu)勢，但是需要非常堅實和強大的同步基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)，這樣智能電網(wǎng)才能健康的發(fā)展。確保智能電網(wǎng)穩(wěn)定的關(guān)鍵屬性包括準確的時間，穩(wěn)定的頻率及其高度精確的同步。

智能電網(wǎng) vs 傳統(tǒng)配電

說到傳統(tǒng)的電力行業(yè)，電是由電廠發(fā)電（產(chǎn)生），由運營商配電（分配），最后才是我們（消費者）。一百多年來，家家戶戶和工廠的單向供電效果非常好，然而今天，這已經(jīng)不夠了。經(jīng)濟的發(fā)展需要不斷增長的電力需求。與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相關(guān)的限制也不斷出現(xiàn)。解決方案的討論因需要保護環(huán)境，為子孫后代服務(wù)而受到阻礙。

幸運的是，我們看到了電力行業(yè)向工業(yè)4.0新時代的變革和轉(zhuǎn)型。今天，屋頂上安裝了光伏板，我們看到了越來越多的風力渦輪機和沼氣廠。這些新的能源使我們能夠增加社會使用的能源庫。在未來的智能分布式電力產(chǎn)業(yè)中，標準電廠的主要作用將被削弱，電力將由多個等效電廠同時發(fā)電。

這些 "發(fā)電廠 "肯定是距離很遠。與現(xiàn)代配電相反，電力將不得不進行雙向傳輸，而且這些方向?qū)㈦S著時間的推移而動態(tài)變化。類似于鐵路交通管理的原則也適用于此，不同的是，“開關(guān)”的等價物必須在“軌道”兩邊同時切換，其精度為百萬分之一秒（微秒，1μs）。這個操作是由IED（智能電子裝置）繼電器（上述的“開關(guān)”）來完成的。Elproma NTS-5000大師級設(shè)備以納秒級任命IEEE C37.238和IEC61850規(guī)范挑戰(zhàn)。

1μs的精度符合IEEE C37.238, IEC61850

為什么1μs的精度有這么大的意義？間隔時間長了，就會使輸電線路開路時間過長，造成停電。由于智能電網(wǎng)中同時有很多的發(fā)電者和使用者，因此IED繼電器開關(guān)的時間和同步性就顯得尤為重要。除了局部缺陷外，管理不當還可能導致多余能源的不良積累。能源管理將基于平衡能源過剩和不足。這些參數(shù)的極端值可能會觸發(fā)保護措施，導致不受控制的多米諾骨牌效應(yīng)的故障，甚至可能導致停電。系統(tǒng)中的能源既不能太多，也不能太少。網(wǎng)絡(luò)必須始終包含“恰到好處”的能源，而這些能源本身是無縫的、時變的。智能電網(wǎng)控制的重點可能將損耗降到最低，并最大限度地?高電力傳輸?shù)男剩ㄓ泄β屎蜔o功功率）。這個目標既可以通過對當前發(fā)電源的效率進行精確的控制（例如，人們可以減速或定期關(guān)閉風力渦輪機，以確保防止能源過剩），也可以通過使用IED完成的配電線路連接路徑的動態(tài)變化來實現(xiàn)。因此，為了做出正確的決定，人們應(yīng)該了解實際情況，即“此時此地”的準確信息——無論是在本地還是遠程層面。

配有本地時鐘的相位測量單元（PMU）用于測量電流的狀態(tài)。如在IED的情況下，即連接裝置設(shè)備。系統(tǒng)監(jiān)控過程中，假設(shè)后置濾波信息（如到達的數(shù)據(jù)有不可接受的延遲）很可能反映了實際的能源狀況。在此基礎(chǔ)上，控制站通過向IED發(fā)出線路控指令來推斷未來下一刻的情況。這就是智能電網(wǎng)中的時變、動態(tài)輸電結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性取決于時間和同步性。

作為DEMETRA項目2015-2016年的成果，Elproma開發(fā)了新的智能電網(wǎng)PTP服務(wù)器系列，包括NTS-5000 大師級和新的NTS-pico3系列從時間服務(wù)器。

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Elproma時間服務(wù)器

在新的工業(yè) 4.0 理念正在改變技術(shù)格局的世界中，提出了更高的時間同步要求。ELPROMA專注在時間同步方案30余年，是NTP PTP/IEEE1588 IRIG網(wǎng)絡(luò)時間同步解決方案的世界領(lǐng)先者，旨在保持計算機時鐘高度穩(wěn)定和準確。該公司為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（智能電網(wǎng)、電信5G、MiFID2金融、工業(yè)4.0、自動駕駛、政府和全球企業(yè)）提供穩(wěn)健和安全的時間。

PTPIEEE 1588 Grandmaster

NTP 時間服務(wù)器stratum1

ePRTC*PRTCPRC時鐘

PTP硬件時間戳

PTP擴展卡（可做master或slave）

高可用性支持（HA）

兩路冗余天線（天線安裝無需額外供電，與時間服務(wù)器網(wǎng)線連接，供電，最長700m）

支持NTP/PTP/IRIG-B/1PPS+ToD

多種配置文件：電信5G，電力，金融等

MTBF：391000小時