用虚拟化重新思考变电站保护

数字变电站解决了许多重要问题。过程总线架构减少了铜缆布线。IEC 61850 提高了互操作性。合并单位使实地数据更接近决策点。

然而，许多公用事业公司仍然发现自己管理着分布在变电站中的数十台保护和控制设备。这些设备中的每一个都有生命周期。必须对其进行设计、配置、测试、记录、修补、监控并最终更换。随着变电站的扩大，管理变电站所需的工作量也随之增加。

大多数公用事业公司并没有在寻找完全不同的保护理念。他们正在寻找一种更简单的方法来扩展他们已经信任的基础架构。虚拟化保护为应对这一挑战提供了新的解决方案。这些功能不是在专用设备上托管保护功能，而是作为软件在集中计算平台上运行。保护原则保持不变。标准保持不变。变化在于这些职能的部署和维护方式。

虚拟化在现场是什么样子

想象一下，一家公用事业公司正在扩建二十年前建造的变电站。

在传统方法下，额外的保护功能通常意味着额外的硬件、额外的布线和额外的基础设施来支持它们。每项新资产都会增加调试期间的成本，并产生另一项必须在未来二三十年内维护的资产。

在虚拟化架构中，大部分扩展是通过软件而不是额外的物理基础架构进行的。这并不能消除工程工作。工程师仍然需要配置、验证和测试系统，相反，增加功能对添加物理设备的依赖性就会降低。

这种区别看似微妙，但它改变了现代化项目的实施方式。随着时间的推移，话题从 “我们需要什么新硬件？”转向 “我们希望系统如何运行？”

真正的节省在继电器面板之外

较少的继电器往往会引起公用事业的关注，但它们只是故事的一部分。更大的影响来自于减少这些继电器周围的一切因素：容纳它们的面板、连接它们的电缆、它们占用的物理空间以及支持它们所需的生命周期工作。

再增加一个继电器可能并不重要，但通常有五十个继电器起作用。

来自Siemens初步虚拟化保护项目的证据反映了这种更广泛的影响。与西门子的虚拟保护系统SIPROTEC V V相关的典型项目计算显示，铜缆成本节省了多达80％，保护和控制建筑物占地面积减少了45％，面板成本节省了多达25％，生命周期成本节省了多达20％。此外，项目执行也可以加快多达六个月。

这些数字很重要，因为它们揭示了公用事业公司真正想要实现的目标：在不增加运营负担的情况下增加产能。

现代化不需要从头开始

也许虚拟化最实用的方面是，它可以在不拆除已经运行的基础架构的情况下被采用。一些公用事业公司仍在运营围绕大量硬接线架构建造的传统变电站。其他人已经在数字变电站和过程总线通信上进行了大量投资。绿地项目面临着完全不同的决定。虚拟化可以融入每种环境，从而实现变电站架构的逐步发展。

公用事业可以在现有基础架构的基础上逐步引入虚拟化保护，而不是进行全新替换。他们可以在更广泛的部署之前轻松验证性能，并以符合其独特运营要求的速度进行现代化改造。现有投资可以继续成为解决方案的一部分，而不是成为解决方案的障碍。

这可能是虚拟化的最大优势之一。

公用事业基础设施在数十年中不断发展。成功的技术很少是那些需要立即更换现有资产的技术。在逐渐改变这些系统的构建方式之前，它们通常与已建立的系统一起工作。

更多的软件并不意味着更少的工程设计

当虚拟化进入讨论时，工程师通常会持怀疑态度，这是有充分理由的。保护系统保护关键基础设施。公用事业仍然需要确定性的性能、严格的测试和强大的网络安全控制。期望不会因为软件起着更大的作用而变得不那么苛刻。如果有的话，期望会越来越高。

改变的是这些需求的管理方式。

现代虚拟化平台集中了更新、配置管理、备份和恢复、监控和访问控制等功能。网络安全成为架构的一部分，而不是一次只能解决一台设备的问题。

同样重要的是，许多虚拟化保护平台允许工程师继续使用熟悉的工作流程和工具，而不是强行采用全新的工作方式。当人们不必放弃他们已经知道的一切时，技术的采用往往会更快。

接下来会发生什么

虚拟化的长期意义不在于它减少了硬件。这是因为它为公用事业公司提供了更大的系统发展自由。一旦保护和控制功能与专用硬件分离，公用事业便可在部署、测试、维护和扩展方面获得更大的灵活性。引入本来难以在高度分布式架构中支持的新应用程序也变得更加容易。

这就是关于虚拟化保护的讨论越来越多地与有关自动化、高级分析和人工智能的对话重叠的原因之一。软件定义架构创造了机会，使新功能更接近运营决策的制定地点，包括高级人工智能分析的集成。我们用来应对不断增长的电力需求的工具将继续发展，但最终潜在的挑战不会改变。

公用事业需要同时进行扩张、现代化和脱碳。成功做到这一点需要的不仅仅是增加基础架构。这将需要找到简化它的方法。虚拟化保护为实现该目标提供了一条途径：扩展能力，同时降低支持能力所需的复杂性。