2011年4月,这位作者发表了一篇文章应对威胁和潜在影响未来美国智能电网高功率电磁(HPEM)威胁包括高空核爆电磁脉冲(麻)从美国在太空,Intentional Electromagnetic Interference (IEMI) from terrorists or criminals who may attack and create regional blackouts using electromagnetic weapons, and finally from an extreme geomagnetic storm (initiated by solar activity) that could create damage to the high-voltage electric grid [1]. This author has previously referred to these three electromagnetic environments as a “triple threat” [2].
在本文中,我将总结正在努力应对所有电磁威胁(包括EMC)下的智能电网智能电网互操作面板(SGIP)。这个作者是参与这项工作,感觉在告诉那些有价值的利益在电磁兼容领域知道的进步努力。
本文首先简要的“定义”当前的电力系统和未来智能电网,紧随其后的是一个解释SGIP项目的一般和EMC活动。最后本文的一些有关信息的方法来确定适当的电磁环境提供了新的智能电网电子设备。
应该强调,EMC SGIP工作没有完成,这些信息应该被视为一个“快照”的现状。
什么是智能电网?
今天基本电网由生成的基本元素、传输、分配和用户(住宅、商业和工业)如图1所示。注意,图表明存在二次输电级别的风力发电和太阳能电池板在商业和住宅设施。然而,随着风力发电和太阳能增殖并成为发电的比例更高,他们的变化将使它更加难以保持能源供应和需求的平衡。由于许多利益相关者的压力,有一个急于推动可再生能源比今天更高水平。
为了应付增加的变量发电和许多这样的“发电厂”这一事实并不总是由控制中心控制(例如,屋顶太阳能系统)将会有一个需要更多的传感器和控制器在电力网络,传输和分布水平。这将是重要的实用程序控制的电压和频率的网络态势感知的电力系统连接。这意味着需要新的传感器和速度更高的通信网络如图所示
如图2所示。
的一个新类型的“传感器”用于智能电网的“智能电表”在本质上是电子的,具有通信能力提供信息电力公司对电力的使用,还在倒下的电线可能由于风暴或其他事件。这些米被安装在全国许多地方,尽管这些米的实际设计在不同地区的国家可能会有所不同。
从智能电网EMC的角度介绍了一些新元素,应考虑从EMC的观点。传感器的设计和放置不同带宽可能会受电磁环境影响的礼物。在电力行业意识到严重的高、中压变电站电磁环境,可能没有那么多的了解适当的风电场电磁环境,或在工业生产领域。此外介绍了创建新发射机的存在潜在的干扰。EMC免疫规范也不是常规家电制造商在美国,可能不考虑更复杂的电磁环境中今天在家里。最后设备操作的性能标准的电磁环境是不同的,当有需要设备通信,而无需人工干预,除了操作。
SGIP程序
2007年NIST的“主要责任协调发展的框架,包括协议和模型信息管理标准,实现智能电网设备和系统的互操作性。”[5]的互操作性是由NIST的能力定义不同的系统及其组件一起工作——它使集成,有效的合作,和双向交流电网的许多相互关联的元素[4]。
为了提供一个开放的、一致同意的过程,开发出相应的组织结构被称为智能电网互操作面板(SGIP)。图3说明了组织SGIP的图已经更新,包括一个新的EMC相关工作小组(4、6)。SGIP虽然有许多地方,我们将在本文的其余部分关注电磁互操作性问题工作组(EMIIWG)。
SGIP EMIIWG的范围和任务
在相当多的讨论和演示的EMC问题应该处理SGIP过程的一部分,SGIP决定组建一个新的工作组在2010年的秋天。这个工作组的主席是盖伦博士Koepke NIST的博尔德科罗拉多州。开球会议EMIIWG 2010年11月1日举行。工作小组被指派以下范围和任务[7]。
范围
这个工作组将研究提高智能电网设备和系统的免疫力自然和人为的不利影响电磁干扰、辐射和。重点是解决这些电磁兼容性(EMC)问题和开发建议的应用标准和测试标准来确保智能电网EMC,尤其关注问题直接关系到智能电网设备和系统的互操作性,包括影响,回避、生成和缓解和免疫电磁干扰。这些建议从电磁学互操作性问题工作小组可以考虑后续活动的SGIP (PAP创建、SGTCC行动等)。关注互操作性,这项工作不是一个总复习的电磁学和电力相关问题,如电能质量,它被解决在SGIP之外的不同群体。
任务
1。评估潜在的电磁问题和现有的EMC的电网状态和相关的系统,包括当前和智能电网提出增强。
2。段智能电网设备和系统和电磁环境到一个最小集合的类别和EMC电磁问题需求可以被识别。这些类别应符合IEC 61000-2-5的环境分类。
3所示。优先或等级类别(2)根据对智能电网可靠性的潜在影响。重点应该考虑的程度和严重性可能失败和相关的可用性需求在7628年NISTIR接口定义。
4所示。识别和/或提出EMC术语和定义适用于智能电网和与国际标准兼容。
5。识别和编译source-victim矩阵(2)每个类别确定。
6。识别或开发系统的EMC性能指标在每个类别中确定(2)。
7所示。确定适当的电磁兼容标准和要求来满足性能指标。
8。识别领域EMC标准并不可用,应该制定适当的sdo这样的标准。
9。识别并提出优先行动计划在高优先级类地址标准或指导方针。
10。智能电网系统的EMC提出战略建议,从最高优先级类别。这些建议应该反映一个长期战略保持EMC随着智能电网的发展。
11。考虑的需要,如果合适,合格评定程序的本质为EMC SGIP智能电网,为配合测试和认证委员会。
在技术进步方面,EMC的工作被分为两个焦点小组:功率输出和电力客户。分离点是客户计。两队对SGIP贡献一份报告,将识别并建议现有的EMC标准适合各种设备位置,将进一步识别标准不适当甚至可用于智能电网的目的。计划,建议从EMIIWG将包含在SGIP框架的下一个版本。
这超出了本文的讨论范围的所有任务列表中的项目,而是将关注任务2,其中包括确定适当的电磁环境智能电网设备。
电磁环境
的一个关键方面的工作EMIIWG是确定是否存在足够的EMC免疫力标准为未来智能电网设备符合电磁环境,他们的目的是操作。这个作者是IEC 77 TC /工作组的成员13 IEC 61000-2-5的第2版,准备“电磁环境的描述和分类”[8],这里介绍一些方法的讨论。IEC 61000-2-5版2:
•提供了信息电磁现象预计将在不同的位置
•介绍的方法来描述电磁现象的干扰度
•将电磁环境分为不同类型的位置和描述他们的属性
•编译表干扰水平的电磁现象,被认为与这些类型的相关位置。
位置类在61000-2-5得到巩固的第2版三个地点包括住宅、商业/公共和工业。版本1定义更多的位置,但这是决定提供更详细的环境更少的位置。在IEC有一个单独的EMC通用规范电力系统覆盖电子、IEC 61000-6-5 [9]。IEC 61000-2-5很可能会更适用于EMIIWG的客户方面,在IEC 61000-6-5和IEC和IEEE产品标准将更适用于动力输送方面的工作。进展更迅速的电力客户端的智能电网的问题,剩下的讨论只会覆盖在IEC 61000-2-5的环境信息。
IEC 61000-2-5使用的过程包括三个主要步骤:
1)定义位置类对暴露的类型(进行和辐射)和距离预期从特定类型的排放国。
2)编译一个详尽的列表辐射和现象和干扰水平进行公式计算领域水平在适当的地方(包括公式用于近场公开)。
3)结合发展的结果建议干扰水平对于一个给定的“位置”,所有适用的现象。
图4以图形化的形式说明了这个过程。
应该提到两个主要改进了IEC 61000-2-5版2中关于现象。首先是确保所有现象都进行更新自上次版15年前,包括例如,最近由于开关模式电源电力谐波环境。领域的辐射现象,重要的工作是做的支持下ITU-T跟上新的广播服务(频率和功率)和其他无线电射频识别等服务。
虽然过程来确定适当的电磁环境中,免疫测试标准和设备性能标准测试时起步的EMIIWG电力客户和功率输出方面的EMC问题,还没有最终的结果。预计EMIIWG报告完成后,发送到SGIP,然后可以提供进一步的细节感兴趣的读者。
总结
本文介绍了一些背景知识的EMC问题和智能电网在美国。SGIP项目的范围和任务EMIIWG已经总结了读者。链接中提供的参考,对于那些有兴趣进一步探索。本文还讨论了使用的方法EMIIWG开发电磁环境的理解,将出席位置智能电网设备可能被放置,这样可以确定EMC的充分性和可用性免疫测试智能电网标准程序。
引用
[1]Radasky, w。,“High Power Electromagnetic (HPEM) Threats to the Smart Grid,”干扰技术EMC目录和设计指南,2011年4月。
[2]Radasky, w。,“Protection of Commercial Installations from the “Triple Threat” of HEMP, IEMI, and Severe Geomagnetic Storms,”干扰技术EMC目录和设计指南,2009年4月。
[3]Olofsson, M。,A. McEachern and W. Radasky, “EMC in Power Systems Including Smart Grid,” APEMC, Jeju Island, Korea, May 2011.
[4]http://www.nist.gov/smartgrid/nistandsmartgrid.cfm
[5]”2007年的能源独立和安全法案》,“美国的公法110 - 140。
[6]Koepke G。,“NIST Smart Grid Framework and the SGIP EMII Working Group,” Tutorial Presentation at the IEEE International EMC Symposium, Long Beach, California, August 2011.[7] http://collaborate.nist.gov/twiki-sggrid/bin/view/SmartGrid/ElectromagneticIssuesWG
[8]IEC 61000-2-5版2》描述和分类的电磁环境中,“国际电工委员会,2011年5月。
[9]IEC 61000-6-5,“豁免权电站和变电站环境,”国际电工委员会,2001年7月。
威廉·a . Radasky博士博士,体育,received his Ph.D. in Electrical Engineering from the University of California at Santa Barbara in 1981. He has worked on high power electromagnetics (HPEM) applications for more than 43 years. In 1984 he founded Metatech Corporation in Goleta, California, which performs work for customers in government and industry. He has published over 400 reports, papers and articles dealing with transient electromagnetic environments, effects and protection during his career. He is Chairman of IEC SC 77C and IEEE EMC Society TC-5. He is an EMP Fellow and an IEEE Life Fellow.
Radasky博士是非常活跃的新兴市场领域的标准化、和他收到的开尔文勋爵奖IEC 2004年杰出贡献国际标准化。他担任主席的IEC EMC咨询委员会(ACEC)从1997年到2008年。他目前正在与EMC工作组委托开展的智能电网互操作面板(SGIP)评价智能电网通信的性能在面对日常电磁环境和干扰HPEM造成威胁。