9月6日,2021年

安全会议|推进军事微电网

作者Stephanie Pine, S&C电气公司

联邦电力系统支持国防业务最前沿的关键基础设施和任务。随着国家安全的重量,真正的弹性力量对于这些联邦实体至关重要。不幸的是,主要电网无法保证100%的时间的这些位置的弹性功率。

主要电网具有老化基础设施,正在成为物理损坏和网络攻击的主要目标,这具有潜在的电网并导致前所未有的后果。军事运营具有现有的备份生成现场,但这些备份不足以一次维持正在进行的基础运营。现有设备通常不会有效地配置或维持正常作为独立资产,但它确实可以通过集成到先进的微电网中来利用军队安装中的能量安全措施。

许多军事基地都在追求先进的微电网,以帮助支持他们的电力需求,但弗吉尼亚州的贝尔沃堡是第一个将现有的发电源集成到系统中,以降低资本成本和提高弹性的。因此,它可以作为未来关键任务军事基地电力系统的模型。

美国国防部(DoD)的环境安全技术认证计划(ESTCP)知道在危机面前保持操作对任何军事行动都是至关重要的,它决定证明实施先进的,军事行动中使用现有现场发电和基础设施的网络安全微电网。对于这种应用,ESTCP感兴趣的是证明一种网络安全的微电网可以降低基地的运营成本,同时维持关键任务,理想地成为未来国防部设施的可复制模型。

了解贝尔沃堡的微电网

为了实现这些目标,ESTCP选择了一家总部位于芝加哥的电力系统设备和服务供应商,开发一种先进的网络安全微电网,能够与主电网无缝隔离,并在黑启动条件下适当隔离自身。该基地现有的发电资产是微电网设计的关键组成部分,该系统使用了该基地现有的公用事业连接。

在可用的固定和移动发电机周围建立系统消除了将新的永久的一代进入等式的需求,并帮助加快了部署并降低了系统的开销费用。这些现有资产具有足够的一代能力,以支持13个关键建筑,以便在微电网与主要网格中的岛屿上的基础上。

除了将现有发电设备集成到微电网,该系统还依赖分布式、网络安全的微电网控制系统,该系统提供自动化、智能决策以及嵌入式网络安全保护。该控制系统是第一个从国防部获得操作授权的同类系统,以验证其是否有效和足够安全的联邦微电网。微网控制系统指导和保护微网内的每一项资产,实现系统的无缝平衡和优化。

为未来部署设置舞台

微电网的部署在两个测试事件中达到高潮,以验证系统是否能按预期运行。经过测试,结果证明微电网可以成功地脱离主电网,而不妨碍基地的任何关键操作。微电网的演示也验证了该系统可以在主电网中断的情况下支持基地的关键需求,并为未来利用现有现场发电技术探索军事微电网奠定了基础。

预计这将是许多类似设计的微电网中的第一个,理解这个项目带来的教训是很重要的,这有助于简化未来的部署——军事或其他方面——并帮助确保微电网能够更快地上线。

经验:微电网需要利益相关者的支持

每个微电网都有各种各样的利益相关者:所有者、开发商、公用事业公司等等。与整个项目的所有涉众联系是必要的,以了解他们对最终系统的期望,识别部署进度中的潜在障碍,并确保每个人都对最终结果感到满意。它还有助于防止冲突和部署延误。此外,在内部找到一个积极支持和促进项目的拥护者对工作的成功至关重要。这个拥护者可以帮助促进利益相关者的对话,利用他们的影响力来指导进展,并在问题出现时消除冲突。

课程:整合现有基础架构可能具有挑战性

大多数微电网不会完全是新建的。通常,微电网是集成到现有的电力系统中,并不是所有现有的电力基础设施在其当前状态下都准备好支持微电网。

在围绕现有设备设计微电网之前,确定任何潜在的限制是很重要的。在Fort Belvoir微电网中,该系统最终受益于使用现有的发电设备和其他资产,但对预期的设计进行了调整,以适当地集成所有东西。有关基础设施的主要考虑范围包括:

  • 现有电气分布:当将现有资产整合到一个新的微型智能电网",一些关键领域的焦点应该是现有变压器的大小和状态,是否有系统上的不平衡,现有一代资产存在,目前的效用馈线连接位置与微型智能电网"的网站。所有这些因素都会对微电网的设计产生很大的影响。
  • 现有发电:发电机通常是微电网的骨干。如果新系统计划集成一个现有的发电机,一定要检查它当前的运行状态。发电机工作正常吗?它被维护了吗?现有的发电机控制器能做什么?这些似乎是简单的问题,但尽早了解现有生成的状态有助于避免部署过程中的麻烦。
  • 物理位置:棕地微电网可能会面临各种挑战,包括确定任何新的配电设备可以安全有效地放置在哪里,以支持系统。在设计系统之前,一定要检查可能影响微电网总体规模的位置和增长限制。
  • 通信网络状态:微电网所在位置的现有网络很可能正在为现有资产服务。这个网络能满足微电网的通信需求吗?通常,现有的网络不会被设计成支持微电网控制系统,因此需要进行更新。

课程:定义微电网运行需求

在评估了现有的基础设施之后,确定微电网在完成之后可以实现的理想用例和系统应用程序是很重要的。下面是标准用例和复杂用例的列表。并不是每个微电网都能满足这些要求。尽早概述预期的操作需求有助于微电网集成商识别与使用的现有基础设施相关的任何设计限制。在某些情况下,操作需求可能需要调整以更好地匹配现有基础设施的功能。

标准用例

  • 并网
  • 转换
    • 黑色开始
    • 故意岛
    • 岛并网
  • DER优化
  • DER监控和控制

复杂用例

  • 风暴准备
  • 可再生能源的岛屿(绿色模式)
  • 尖峰剃须
  • 削减
  • 可再生平滑
  • 频率调节
  • 功率因数校正

课程:多层应急处理

发电机不启动时会发生什么?或者当通信失败时?微电网系统应该有多层应急处理工具,以帮助微电网在终端用户最需要的时候保持在线和运行。需要重点关注的三个领域是:弹性设备、分布式设计和智能控制。

无论选择何种设备来支持该系统,都要考虑该地区的物理挑战。设备必须在极冷或极热的条件下运行吗?它是否需要能够潜水并能承受雨雪天气带来的挑战?在停电时,设备是否需要不间断的电源供应给电源控制设备?

接下来,看看系统设计。目标应该是消除单点故障。分布式控制体系结构可以提高微电网的冗余度和弹性。这包括电力分配,发电设备,网络和控制系统。考虑系统是否会从冗余连接所有设备的光纤环路网络中受益。

每个微电网都需要一个智能控制系统,能够承受多级突发事件。即使是设计最完美的系统也可能遇到运行挑战,但一个健壮的控制系统可以自动适应优先运行需求。

经验:适当的网络安全考虑

在考虑在关键设施中的网络安全时,重要的是要识别评估真的是系统系统,而不仅仅是一件设备。如果留下未受保护的话,这些系统易受攻击。问题不是如果会有攻击,但何时。据估计,国防部每天举办3600万危险电子邮件[1],清楚地说明了对DOD系统的不断威胁。

网络安全对微电网系统至关重要,而且很容易出错。复杂的安全协议往往会导致脆弱的系统,从而限制了弹性。支持网络安全的设备、软件和通信越多,入侵点的数量就越多。



提供安全性微电网及其环境的最佳方法是追求经过验证的能源管理系统,例如具有内置安全性的Cyber​​Secure Microgrid控制器。当控制系统在其设计中嵌入多层防御时,当威胁呈现自身时,它可以更好地响应。

由于微普林在世界各地变得更加普遍,因此该行业能够追求简化的解决方案,以满足能源目标,感谢您经验丰富的微电网集成商和业主共享其展开和设计的最佳实践。揭开一个新的微电网努力可能看起来令人恐惧和压倒性,但知道这个过程不必从一张空白的纸上开始。

记住,复杂的解并不总是最好的选择;没有理由任何微电网需要重新发明轮子。在实际设计和实现高级微电网时,可以从经验丰富的组织和微电网集成商那里获得资源,帮助减轻负载。

斯蒂芬妮松树是S&C Electric Company的战略账户总监。Pine在过去10年里度过了电力和能量研发和微电网。她曾担任几个部署的军事和商业微电网项目的项目经理,以及许多政府微电网研究项目。在进入电力和能源空间之前,她在高等教育工作,重点是收入发电和组织过程和政策制定。松树是俄勒冈州立大学的毕业生,持有瘦六西格玛黑带。


参考

[1]https://www.nextgov.com/cybersecurity/2018/01/pentagon-thwarts-36-million-email-breach-attempts-daily/145149/