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其中,固态变压器 (SST) 是新能源互联网中实现能量转换的核心部件,它具备传统变压器所不具有的众多优点[20]:1 SST 不仅可完成电压幅值转换(如高低电压等级之间的转换),还能实现传统变压器无法完成的频率变换 (如不同电压等级下直流电与交流电之间的变换);2SST通过提高工作频率大大缩小了设备的电磁材料尺寸,减轻了重量,降低了成本,可广泛应用于分布式电力电子设备中,以适应可再生能源互联网中电力电子装备多的特点;3由于SST频率变换和电压变换的灵活性,利用它可有效阻断变压器两端故障的传递。与传统变压器只适用于单一频率、单向电压传递相比,SST可适用于各种情况下的电压双向传递。
需要注意的是,固态变压器与智能能量管理系统相结合可构成未来能源互联网中所谓能量路由器的新概念和新装备。智能能量管理根据收集的电力局域网、分布式新能源发电和储能设备状况以及用户负荷变化等信息做出能量控制决策,
通过控制指令发送给智能固态变压器执行,重新根据需要调控电力潮流,即智能能量管理借助信息流和电力变换实现对能量流的有序控制。
1.6 电力传输与信息传递技术相互融合
随着智能电网的建设和新能源的接入,电力系统已发展成为一个整合了通信系统和人造物理系统的信息物理能量系统(cyber-physical energy system),电力系统从单向的能量流转变为能量流、信息流的双向流动。
用于智能控制和管理的先进计量设施(Advanced Metering Infrastructure,AMI)目前正广泛应用于电力系统中,美国已经在全国范围内铺设了1000个同步相量测量单元和1500万只智能电表。2012年,美国的AMI的渗透率已高达30.2%。
十二五期间,中国计划安装2亿只智能电表,目前智能电表的渗透率不足40%,但未来将达到90%。在基础设施建设逐步完善的前提下,2015年政府工作报告首次提出“制定‘互联网+’行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场”。这必将大力助推电力与信息融合技术的发展。
然而,由于通信网络在电力系统的监测、控制和管理中应用十分广泛,新一代电力系统在网络安全方面出现了新的脆弱性。
文献[21]介绍了目前国际上发生的3个真实的网络安全事件(如表1所示),3个事件中核电厂均遭受了网络攻击,其中2010年由Stuxnet病毒引起通过操纵SCADA等控制系统造成的影响最为严重。
此外,广域测量系统以及智能电表的广泛使用对于系统运行者来说增加了系统整体的可观性,但对于恶意攻击者来说,也增加了系统整体的攻击表面,使得信息能量系统的脆弱性问题和安全保障开始得到极大重视。
例如,美国能源部指出,解决信息安全问题是提高全国电力系统安全性和可靠性的关键。2011年美国工业部门和政府合作提出了实现能量传递系统信息安全的发展路线。美国能源部也提出了用于防止能量传递系统网络攻击的策略。
在欧洲,由于各国之间电力的互联,特别是超级电网的建立,使得当某个国家的某一地区发生故障时,其他国家也将受到一定程度的影响,2006年的一次重大的连锁电力事故发生于德国,却波及到了法国、波兰、意大利等6个国家的500万人。
因此,当信息和通信技术广泛应用于电力系统而使得系统可能遭受网络攻击以后,欧洲更加重视电力系统在信息安全方面的研究。
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