隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，直流系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心供電、軌道交通及工業(yè)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。為確保直流系統(tǒng)的高效、可靠與智能化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并融合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為必然趨勢。本文旨在探討直流系統(tǒng)的核心自動(dòng)化要求，并深入研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在其開發(fā)與應(yīng)用中的關(guān)鍵作用。
一、直流系統(tǒng)的核心自動(dòng)化要求
直流系統(tǒng)的自動(dòng)化并非簡單地將交流系統(tǒng)的控制模式進(jìn)行移植，而是需要針對其獨(dú)特的技術(shù)特性提出專門要求，主要包括：
- 高精度快速控制與保護(hù)：直流系統(tǒng)沒有過零點(diǎn)，故障電流上升速度極快，對保護(hù)裝置的速動(dòng)性要求極高。自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備微秒級的快速檢測、判斷與切除故障能力，并實(shí)現(xiàn)精密的電壓、電流與功率控制。
- 多層級協(xié)同與能量管理：在含多端直流、交直流混合的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，自動(dòng)化系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)換流站、儲能單元、分布式電源及負(fù)荷之間的多層次協(xié)同控制。這要求具備高級的能量管理與優(yōu)化調(diào)度功能，以維持系統(tǒng)功率平衡與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
- 高可靠性與自愈能力：直流系統(tǒng)常承擔(dān)關(guān)鍵負(fù)荷供電，自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備極高的可靠性，采用冗余設(shè)計(jì)和分布式架構(gòu)。應(yīng)具備一定的自愈能力，在部分設(shè)備或通信鏈路故障時(shí)，能自動(dòng)重組系統(tǒng)并維持核心功能。
- 標(biāo)準(zhǔn)化與互操作性：為實(shí)現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)的即插即用及跨廠商集成，自動(dòng)化相關(guān)的設(shè)備模型、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)接口必須遵循統(tǒng)一的國際或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61850的衍生標(biāo)準(zhǔn)）。
二、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)在直流系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用研究
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是支撐上述自動(dòng)化要求得以實(shí)現(xiàn)的中樞神經(jīng)。其開發(fā)與應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)層面：
- 實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：為滿足快速控制與保護(hù)（如直流斷路器的失靈保護(hù)）的極低時(shí)延（通常要求小于1ms）和確定性要求，需研究并應(yīng)用基于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、工業(yè)以太網(wǎng)增強(qiáng)協(xié)議或?qū)Ｓ酶咚偻ㄐ趴偩€的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這確保了關(guān)鍵控制指令的準(zhǔn)時(shí)、可靠傳輸。
- 統(tǒng)一建模與信息集成：應(yīng)用IEC 61850等標(biāo)準(zhǔn)對直流系統(tǒng)一次、二次設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一建模，實(shí)現(xiàn)信息描述的標(biāo)準(zhǔn)化。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將站控層、間隔層和過程層的各類智能電子設(shè)備（IED）無縫集成，形成全景數(shù)據(jù)模型，為高級應(yīng)用提供一致的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
- 軟件定義與虛擬化技術(shù)：借鑒軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）思想，研究在直流自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制功能與物理硬件的解耦。這增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與可擴(kuò)展性，便于新功能的快速部署和網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配。
- 網(wǎng)絡(luò)安全縱深防御：直流系統(tǒng)作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)面臨嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)需集成從物理隔離、安全分區(qū)、加密認(rèn)證到入侵檢測與態(tài)勢感知的縱深防御體系，確保控制指令與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可用性。
- 云-邊協(xié)同計(jì)算：針對系統(tǒng)內(nèi)海量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用邊緣計(jì)算技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)（如換流站本地）進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和快速閉環(huán)控制；通過廣域網(wǎng)絡(luò)將非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至云端，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析與人工智能算法訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的深度預(yù)測與優(yōu)化決策，形成云-邊協(xié)同的智能運(yùn)維模式。
三、與展望
直流系統(tǒng)的自動(dòng)化是其邁向智能化、高效化的基石，而先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的使能器和催化劑。隨著5G/6G、確定性網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字孿生及人工智能技術(shù)的進(jìn)一步成熟，直流系統(tǒng)自動(dòng)化將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更深層次地融合。研究重點(diǎn)將朝向構(gòu)建全數(shù)字化的、具有高度自主決策和協(xié)同能力的“直流智能電網(wǎng)”發(fā)展，從而更有效地支撐高比例可再生能源的消納和現(xiàn)代能源體系的建設(shè)。
