運(yùn)營技術(shù)(OT)是電力企業(yè)得以安全、可靠發(fā)電和配電的一系列組件。OT包括從斷路器和分段器到固態(tài)繼電器等操作裝置以及中間過程的許多設(shè)備。OT通常也包含控制室應(yīng)用程序，例如整個網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)，就像復(fù)雜的變電站網(wǎng)關(guān)一樣連至各個設(shè)備，或者就像傳感器一樣簡單。OT通常應(yīng)用于關(guān)鍵任務(wù)框架，負(fù)責(zé)電力企業(yè)運(yùn)營的員工人人皆曉，但其他人很少(如果有的話)會去考慮或理解。
如果說OT是小范疇概念的話，那么信息技術(shù)(IT)則反之。IT系統(tǒng)允許機(jī)器直接與人在一秒或更長時間之內(nèi)交換信息。在電力行業(yè)，IT系統(tǒng)無論在數(shù)量上還是質(zhì)量上都實(shí)現(xiàn)了指數(shù)增長。改進(jìn)的企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和客戶關(guān)系管理(CRM)系統(tǒng)，以及辦公區(qū)域效能工具和移動計(jì)算設(shè)備，已經(jīng)遍布電力企業(yè)工作場所。但以前，IT的增長和隱形OT設(shè)備是井水不犯河水的，OT設(shè)備默默地耕耘，服務(wù)并保護(hù)著電網(wǎng)。
智能電網(wǎng)正在改變電力企業(yè)運(yùn)營，使IT跨越傳統(tǒng)邊界，大大縮短與OT之間的鴻溝，迅速模糊兩個范疇之間的區(qū)隔(見 圖1)。本白皮書探討IT與OT之間的動態(tài)整合，以及電力企業(yè)如何利用該融合，實(shí)現(xiàn)更智能、更可靠、更具成本效益的運(yùn)營。
圖1 IT 與 OT 融合。
智能電網(wǎng)重新定義技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
電網(wǎng)現(xiàn)代化的發(fā)展正驅(qū)動著電力企業(yè)在智能化設(shè)備和自動化部署方式上發(fā)生重大的概念性轉(zhuǎn)變。
該自動化呈現(xiàn)下列趨勢：
1. OT部署持續(xù)增長
2. 電力企業(yè)持續(xù)實(shí)施IT，以塑造、監(jiān)控和管理其配電系統(tǒng)
3. 電力企業(yè)急需整合IT和OT網(wǎng)絡(luò)
增長驅(qū)動因素
可用于電網(wǎng)的新型設(shè)備
OT部署的增長以多種方式推動了智能電網(wǎng)的發(fā)展。過去幾年里，新技術(shù)不斷被引入市場，從出色的供電監(jiān)控，到更高效的發(fā)電和低消耗，再到更具創(chuàng)新性的能源儲存，塑造更智能的電網(wǎng)。
新型電網(wǎng)技術(shù)包括許多帶有整合通信模塊的設(shè)備，例如：
● 中低壓線路傳感器和低壓斷路器
● 鑿開功率流波形以簡化可再生能源整合的新逆變器
● 有載抽頭變換裝置，使變壓器成為提供電網(wǎng)靈活性的有源元件
● 基于鉛酸電池、鋰離子和液流電池技術(shù)的電網(wǎng)級與消費(fèi)者級能源儲存設(shè)備
此外，智能電表及家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也有助于模糊能源供應(yīng)與能源配送領(lǐng)域的界線。
傳統(tǒng)設(shè)備更加智能，功能更加成熟
除了新技術(shù)之外，現(xiàn)有設(shè)備的改進(jìn)如今也正在部署當(dāng)中。其中包括增加固態(tài)繼電器以及自動開關(guān)和分段器控制器的‘智能性’，以及改進(jìn)調(diào)節(jié)器和電容器控制器。例如，當(dāng)今的電容器觸排控制器能夠利用遠(yuǎn)程、實(shí)時參數(shù)來影響開關(guān)切換，同時通過整合通信模塊對電力質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)告。
更多設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián) ，助力數(shù)據(jù)交換
各種設(shè)備的擴(kuò)散以及圍繞現(xiàn)代電網(wǎng)的“多面手”心態(tài)也推動了OT的增長。2006年的大多數(shù)調(diào)查指出，SCADA控制在北美的全部配電饋線中使用率不到20%。根據(jù)ARC的研究，從那以后，配電變電站自動化每年約以7%的速度增長，而大部分行業(yè)觀察者認(rèn)為該趨勢將會持續(xù)到2020年。
以上數(shù)據(jù)代表了變電站圍墻內(nèi)的增長，但OT真正的擴(kuò)散發(fā)生在圍墻外的配電饋線上。和變電站自動化不同，饋線自動化意味著每條自動化饋線涉及7到10個線路設(shè)備，甚至更多。對電壓/無功控制與日俱增的關(guān)注將導(dǎo)致電容器和調(diào)節(jié)器控制器數(shù)量的增加，多數(shù)情況下也會增加線路電壓傳感器的數(shù)量。用于自愈合和改良開關(guān)控制的饋線自動化將導(dǎo)致變電站外智能開關(guān)設(shè)備的增加。
運(yùn)營領(lǐng)域的信息技術(shù)正在經(jīng)歷平穩(wěn)轉(zhuǎn)型。配電監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(DSCADA)和配電管理系統(tǒng)(DMS)過去的開發(fā)和維護(hù)模式與IT體系結(jié)構(gòu)的其他部分是完全隔離的。并且，它們以前僅聚焦于控制數(shù)量有限的運(yùn)營資產(chǎn)。如今，DSCADA與DMS應(yīng)用程序應(yīng)用范圍和整合需求都要寬泛很多。
重新定義角色
與此同時，許多站點(diǎn)的停電管理系統(tǒng)(OMS)已經(jīng)偏離企業(yè)轉(zhuǎn)向運(yùn)營領(lǐng)域。OMS曾被許多人視為客戶服務(wù)中心應(yīng)用程序的一個延伸，但現(xiàn)代OMS部署嵌入網(wǎng)絡(luò)智能以支持恢復(fù)和切換。OMS網(wǎng)絡(luò)模型越精確、越新，就越有可能與運(yùn)營中心的其他應(yīng)用程序和工作流整合。顯而易見，IT與OT的整合對于塑造、監(jiān)控和管理配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營應(yīng)用程序有著深遠(yuǎn)的啟示作用。
塑造
對精確網(wǎng)絡(luò)模型的需求驅(qū)動著前端的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)、配電管理系統(tǒng)(DMS)和停電管理系統(tǒng)(OMS)應(yīng)用程序的進(jìn)一步整合。對于許多遺留的SCADA、DMS和OMS應(yīng)用程序而言，維持對網(wǎng)絡(luò)最新情況的了解可謂一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
伴隨著日常大大小小的工作訂單，配電網(wǎng)的變化持續(xù)不斷。OMS或DMS的性能要求(某種程度上，配電監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(DSCADA)亦然)要求最新網(wǎng)絡(luò)模型——或者至少其相關(guān)部分，必須立即可用。當(dāng)發(fā)生電力中斷或者即將發(fā)生緊急倒閘操作時，電網(wǎng)運(yùn)營商要求模型處于最精確的當(dāng)前狀態(tài)。然而獲取這樣高性能的模型并不容易。
當(dāng)今的多數(shù)電力企業(yè)將地理信息系統(tǒng)(GIS)用作網(wǎng)絡(luò)和資產(chǎn)管理工具箱中的關(guān)鍵部件。但地理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型必須比以往任何時候都更完整、準(zhǔn)確和新穎。
支持性能及當(dāng)前狀態(tài)要求進(jìn)行新的網(wǎng)絡(luò)模型整合?，F(xiàn)代整合技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)能夠幫助SCADA、DMS和OMS共享源自地理信息系統(tǒng)完工網(wǎng)絡(luò)的一個通用模型。既實(shí)現(xiàn)了單個統(tǒng)一環(huán)境和用戶體驗(yàn)，即“單個版本的事實(shí)”，又不會影響數(shù)據(jù)新鮮度或速度(見圖2)。
圖2 統(tǒng)一電力企業(yè)管理架構(gòu)。
監(jiān)控
可用于監(jiān)控電網(wǎng)的大量端點(diǎn)增強(qiáng)了運(yùn)營意識。但是，配電網(wǎng)絡(luò)模型的規(guī)模和復(fù)雜性算得上是一項(xiàng)管理挑戰(zhàn)。IT/OT系統(tǒng)必須能夠處理大量信息，并且，必須快速整理并識別運(yùn)營相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
由于更多互聯(lián)設(shè)備加入了電網(wǎng)，配電監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(DSCADA)系統(tǒng)延伸到了變電站圍墻內(nèi)外，IT/OT系統(tǒng)必須消化越來越大量的數(shù)據(jù)才能了解電網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)。傳統(tǒng)OT設(shè)備的關(guān)鍵性限制使這項(xiàng)任務(wù)成為一種挑戰(zhàn)。大多數(shù)遺留現(xiàn)場設(shè)備有賴于無法進(jìn)行升級或更新的專用通信協(xié)議。將這些設(shè)備與更現(xiàn)代、開放的技術(shù)整合，對于IT/OT的融合而言是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。
智能化‘變電站網(wǎng)關(guān)’的使用能夠促進(jìn)遺留設(shè)備的整合，幫助訪問關(guān)鍵任務(wù)或情境數(shù)據(jù)。這些設(shè)備在現(xiàn)代化變電站自動化的開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下運(yùn)行，例如IP、DNP3、IEC104和IEC61850。他們能夠連接并轉(zhuǎn)化可能存在于遺留OT設(shè)備的大量較舊的或?qū)Ｓ脜f(xié)議。
來自現(xiàn)場的大量信息包含并不容易找到和提取的寶貴洞見。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解析，以便進(jìn)一步提高可靠性及電力質(zhì)量，這對于有效電網(wǎng)管理而言極為關(guān)鍵。倘若此類數(shù)據(jù)被通過整合而累積的正常運(yùn)營信息所隱藏，那么就會失去改進(jìn)的機(jī)會。傳統(tǒng)的電表數(shù)據(jù)管理(MDM)工具和企業(yè)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)通常無法及時識別并提取寶貴的電網(wǎng)運(yùn)營信息?；谥荚谝詫?shí)時或近實(shí)時的方式管理和解讀數(shù)據(jù)的平臺，部署運(yùn)營數(shù)據(jù)存儲，有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
管理
通過融合的IT/OT系統(tǒng)對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)，更容易，也更困難。一方面，更多的數(shù)據(jù)以及增強(qiáng)的功能意味著更周全、快速的決策。另一方面，復(fù)雜性的增加可能提高操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。在許多電力企業(yè)，操作員將需要努力處理更大量的信息，并從更多的備選方案中選擇操作選項(xiàng)。
此外，單獨(dú)的DSCADA、DMS和OMS應(yīng)用程序不會支持配電系統(tǒng)的有效操作。設(shè)想一下控制室緊急倒閘操作時的情境：操作員必須恢復(fù)對整個街坊或購物中心等商業(yè)設(shè)施的服務(wù)?，F(xiàn)在，想象一下，配電系統(tǒng)操作員試圖關(guān)注三個不同的系統(tǒng)。操作員必須監(jiān)控DSCADA系統(tǒng)，以獲得警報(bào)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，同時留意DMS系統(tǒng)，以確定是否有必要進(jìn)行倒閘以恢復(fù)供電。與此同時，操作員需要靠OMS系統(tǒng)來識別可能導(dǎo)致電力中斷的原因，并設(shè)想任何上報(bào)的危害，計(jì)算受停電影響的客戶數(shù)量，并確定可以派哪些人員去提供幫助。這是一個令人怯步的任務(wù)，尤其是在大范圍停電的壓力之下。
一些主要電力企業(yè)及其供應(yīng)商合作伙伴采取的一個方法，是將配電運(yùn)營應(yīng)用程序整合到單個平臺上。這有助于簡化整個系統(tǒng)的管理與任務(wù)執(zhí)行程序，改進(jìn)工作流。
該方法通常稱為高級DMS(ADMS)，它將DSCADA、OMS和DMS合并到單個平臺上。通過給用戶單個工具，以統(tǒng)一、直接的用戶體驗(yàn)，提供整合的信息流，為操作員簡化操作和配電網(wǎng)分析，實(shí)現(xiàn)高速優(yōu)質(zhì)決策。
大規(guī)模整合
IT與OT的融合意味著以新的方式集合應(yīng)用程序和設(shè)備，并將原本孤立運(yùn)行的系統(tǒng)捆綁在一起。隨著設(shè)備數(shù)量的增加以及IT與OT功能的增加，不同系統(tǒng)集合在一起帶來了全新的整合。要想應(yīng)對IT/OT集成配電網(wǎng)的需求，就要改進(jìn)通信，遵守?cái)U(kuò)展化標(biāo)準(zhǔn)，并聚焦體系結(jié)構(gòu)和安全性。
通信與協(xié)議
IT/OT集成系統(tǒng)可能包含許多網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)合公私體系架構(gòu)，并將IP等基于標(biāo)準(zhǔn)的開放技術(shù)與現(xiàn)有的專用遺留解決方案進(jìn)行整合。該共生通信系統(tǒng)集成群將會發(fā)展和演變。沒有任何一個運(yùn)營電力企業(yè)能夠從零開始設(shè)計(jì)其通信體系結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)維護(hù)的重要參數(shù)是那些在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序中支持OT的參數(shù)。那些正是確?？煽啃?、可用性、安全性和可預(yù)見性能的系統(tǒng)。
標(biāo)準(zhǔn)
智能電網(wǎng)帶來的最大附加益處之一，是支持政府和產(chǎn)業(yè)團(tuán)體開展的工作?；ゲ僮餍詷?biāo)準(zhǔn)的制定將在支持電網(wǎng)現(xiàn)代化方面扮演重要的角色。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)，國際電工委員會(IEC)、美國電力研究所(EPRI)和智能電網(wǎng)互操作性小組(SGIP)等行業(yè)協(xié)會，以及智能電網(wǎng)聯(lián)盟(GWA)和智能電網(wǎng)架構(gòu)委員會(GWAC)等行業(yè)團(tuán)體，都對電網(wǎng)設(shè)備連接定義及規(guī)范的制定做出了貢獻(xiàn)。這些團(tuán)體推動了智能電網(wǎng)快速向前發(fā)展。
填補(bǔ)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)缺口的流程已經(jīng)到位。大部分遵守當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重于電網(wǎng)的互操作性項(xiàng)目得以繼續(xù)推進(jìn)。
體系結(jié)構(gòu)
除了解決可靠性、安全性等核心性能要求，新的智能電網(wǎng)IT/OT體系結(jié)構(gòu)必須支持現(xiàn)有企業(yè)系統(tǒng)在電網(wǎng)建模、監(jiān)控和管理環(huán)境下的整合。
現(xiàn)代電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須考慮一個電力企業(yè)當(dāng)前和未來的生態(tài)系統(tǒng)。此外，它也需要具備靈活性，以滿足未來需求，同時提供環(huán)境保護(hù)方面所需的規(guī)模和安全性。正如通信體系結(jié)構(gòu)，沒有任何一家運(yùn)營性電力企業(yè)有足夠的財(cái)力從零開始設(shè)計(jì)和實(shí)施體系結(jié)構(gòu)。但是存在久經(jīng)行業(yè)證明的體系結(jié)構(gòu)路線圖，可幫助電力企業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。微軟的智能能源參考體系結(jié)構(gòu)(SERA)和思科的GridBlocks體系結(jié)構(gòu)是兩個有用的參考體系結(jié)構(gòu)版本。兩種參考版本都有記錄詳盡的參考模型，并提供關(guān)于整合設(shè)計(jì)的有益探討。
以上兩種參考體系結(jié)構(gòu)都提到了用于連接經(jīng)IT強(qiáng)化的OT的各端點(diǎn)的技術(shù)的重要性。許多現(xiàn)代體系結(jié)構(gòu)方法將實(shí)時或近實(shí)時數(shù)據(jù)流從企業(yè)數(shù)據(jù)流中分離開來，結(jié)果是基于時間和優(yōu)先級的兩種不同數(shù)據(jù)通路。該‘二總線’概念并非全新出爐，但它確實(shí)有助于電網(wǎng)公司架構(gòu)師考慮數(shù)據(jù)集成的不同要求，選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)去滿足需求。
總結(jié)
電力企業(yè)利益相關(guān)者無需擔(dān)心IT/OT融合的前景。雖然電力企業(yè)傳統(tǒng)運(yùn)營方式幾乎每個方面都會發(fā)生變化，但智能電網(wǎng)技術(shù)部署能夠讓電力企業(yè)為客戶提供更好的服務(wù)。
向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型是一種演變，而非一場革命。意識到IT對運(yùn)營設(shè)備產(chǎn)生的重大影響是改變的開始。接下來需要就更智能的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建清晰、長期的路線圖。該路線圖應(yīng)包含通信體系結(jié)構(gòu)，并且最重要的是，應(yīng)包含適應(yīng)IT/OT融合趨勢的體系結(jié)構(gòu)。路線圖在手，IT/OT融合方案將作為互聯(lián)整體的一部分，幫助電力企業(yè)人員部署各個電網(wǎng)現(xiàn)代化應(yīng)用程序項(xiàng)目。最后，必須謹(jǐn)慎考慮涉及網(wǎng)絡(luò)塑造、監(jiān)控和管理系統(tǒng)的決定。部署高級DMS有助于電力企業(yè)成功實(shí)現(xiàn)IT/OT技術(shù)的加速。
（轉(zhuǎn)載）
