一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，公用事業(yè)公司一直使用機(jī)電繼電器來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)免受惡劣天氣、事故和其他異常情況下可能發(fā)生的損壞。但繼電器既不能定位故障，也不能準(zhǔn)確記錄發(fā)生的事情。
然后，在 1977 年，Edmund O. Schweitzer III發(fā)明了基于數(shù)字微處理器的繼電器，作為他博士論文的一部分。Schweitzer 的繼電器可以定位 1 公里半徑內(nèi)的故障，為公用事業(yè)的可靠性、安全性和效率設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)。
為了開(kāi)發(fā)和制造他的繼電器，他于 1982 年在他位于華盛頓州普爾曼的地下室成立了 Schweitzer Engineering Laboratories 。如今，SEL 在超過(guò) 165 個(gè)國(guó)家生產(chǎn)數(shù)百種保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制和自動(dòng)化電力系統(tǒng)的產(chǎn)品。
Schweitzer 是 IEEE 終身會(huì)員，是他所在公司的總裁兼首席技術(shù)官。他與七名工人一起創(chuàng)辦了 SEL；它現(xiàn)在有 6,000 多個(gè)。
這家擁有 40 年歷史的員工持股公司繼續(xù)發(fā)展壯大。它在美國(guó)有四個(gè)制造工廠。它最新的工廠于 3 月在愛(ài)達(dá)荷州的莫斯科開(kāi)業(yè)，主要生產(chǎn)印刷電路板。
Schweitzer 的工作獲得了許多贊譽(yù)，包括2012 年 IEEE 電力工程獎(jiǎng)?wù)隆?019 年，他入選美國(guó)國(guó)家發(fā)明家名人堂。
電力電子技術(shù)的進(jìn)步
當(dāng)樹(shù)木或車(chē)輛撞到電線(xiàn)、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商失誤或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電力系統(tǒng)故障。故障將額外的電流分流到電路的某些部分，使其短路。
如果沒(méi)有以保護(hù)設(shè)備和確保供電連續(xù)性為目的而安裝適當(dāng)?shù)姆桨富蛟O(shè)備，則停電或停電可能會(huì)蔓延到整個(gè)電網(wǎng)。
不過(guò)，過(guò)流并不是唯一可能發(fā)生的損壞。故障還會(huì)改變電壓、頻率和電流方向。
保護(hù)方案應(yīng)迅速將故障與電網(wǎng)的其余部分隔離開(kāi)來(lái)，從而限制現(xiàn)場(chǎng)損壞并防止故障蔓延到系統(tǒng)的其余部分。為此，必須安裝保護(hù)裝置。
這就是 Schweitzer 基于數(shù)字微處理器的繼電器的用武之地。他在 1982 年完善了它。后來(lái)它被商業(yè)化并作為 SEL-21 數(shù)字距離繼電器/故障定位器出售。
靈感來(lái)自停電和保護(hù)繼電器書(shū)
Schweitzer 說(shuō)，他的繼電器在一定程度上受到了他大學(xué)一年級(jí)期間發(fā)生的一件事的啟發(fā)。
“早在 1965 年，當(dāng)我還是普渡大學(xué)的一名新生時(shí)，一場(chǎng)大停電導(dǎo)致美國(guó)東北部和加拿大安大略省數(shù)百萬(wàn)人斷電數(shù)小時(shí)，”他回憶道。“那是一件很重要的事情，我記得很清楚。我從中吸取了很多教訓(xùn)。一是恢復(fù)電力有多困難。”
他說(shuō)，他還受到了《保護(hù)繼電器：理論與實(shí)踐》 一書(shū)的啟發(fā)。他在普爾曼的華盛頓州立大學(xué)攻讀工程研究生時(shí)閱讀了這本書(shū)。
“我在星期四開(kāi)課前買(mǎi)了這本書(shū)，并在周末閱讀了它，”他說(shuō)。“我愛(ài)不釋手。我被迷住了。
“我意識(shí)到這些固態(tài)設(shè)備是專(zhuān)用信號(hào)處理器。他們讀取電力系統(tǒng)的電壓和電流，并判斷電力系統(tǒng)的設(shè)備是否正常運(yùn)行。我開(kāi)始考慮如何利用我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的了解，并將其用于微處理器內(nèi)部以保護(hù)電力系統(tǒng)。”
4 位和 8 位微處理器在當(dāng)時(shí)是新出現(xiàn)的。
“我認(rèn)為大多數(shù)發(fā)明都是這樣開(kāi)始的：采用一種技術(shù)并將其與另一種技術(shù)結(jié)合起來(lái)創(chuàng)造新事物，”他說(shuō)。“微處理器的發(fā)明者并不知道人們會(huì)用它做什么。這太棒了。”
他說(shuō)，他是在 1968 年開(kāi)始第一份工作時(shí)接觸到信號(hào)處理、信號(hào)分析以及如何使用數(shù)字技術(shù)的，當(dāng)時(shí)他在馬里蘭州米德堡的 美國(guó)國(guó)防部 工作。
更快地清除故障和提高網(wǎng)絡(luò)安全的方法
Schweitzer 繼續(xù)發(fā)明保護(hù)和控制電力系統(tǒng)的方法。2016 年，他的公司發(fā)布了SEL-T400L，它每微秒對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行一次采樣，以檢測(cè)以光速移動(dòng)的行波之間的時(shí)間。這個(gè)想法是快速檢測(cè)和定位傳輸線(xiàn)路故障。
繼電器在 1 到 2 毫秒內(nèi)決定是否使電路跳閘或采取其他動(dòng)作。以前，它需要一個(gè)大約 16 毫秒的保護(hù)繼電器。在高壓交流電路中，典型的斷路器需要 30 到 40 毫秒才能跳閘。
“我喜歡談?wù)搶?duì)速度的需求，”Schweitzer 說(shuō)。“在當(dāng)今時(shí)代，沒(méi)有理由等待清除故障。從電壓和角度穩(wěn)定性、安全性、降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和電氣設(shè)備損壞的角度來(lái)看，更快的跳閘是一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。
“我們還可以通過(guò)更快的速度從現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中獲得更多收益。每節(jié)省一毫秒的清理時(shí)間，傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性限制就會(huì)增加 15 兆瓦。這大約是每毫秒一個(gè)饋線(xiàn)。因此，如果我們節(jié)省 12 毫秒，我們就可以突然從一個(gè)傳輸系統(tǒng)的一部分為 12 個(gè)以上的配電饋線(xiàn)提供服務(wù)。”
他說(shuō)，時(shí)域技術(shù)還將在變壓器和配電保護(hù)方案中找到應(yīng)用，并對(duì)直流輸電產(chǎn)生重大影響。
他說(shuō)，今天讓 Schweitzer 興奮的是能量包的概念，他和 SEL 一直在研究這個(gè)概念。這些數(shù)據(jù)包測(cè)量所有信號(hào)的能量交換，包括失真的交流系統(tǒng)或直流網(wǎng)絡(luò)。
“能量包精確測(cè)量能量傳輸，與頻率或相位角無(wú)關(guān)，并以固定速率更新，具有共同的時(shí)間參考，例如每毫秒，”他說(shuō)。“時(shí)域能量包提供了加速控制系統(tǒng)和準(zhǔn)確測(cè)量失真系統(tǒng)能量的機(jī)會(huì)——這對(duì)傳統(tǒng)的頻域計(jì)算方法提出了挑戰(zhàn)。”
他還專(zhuān)注于通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò)安全、態(tài)勢(shì)感知和性能來(lái)提高關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的可靠性。他說(shuō)，即插即用和盡力而為網(wǎng)絡(luò)對(duì)于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)說(shuō)不夠安全。
“ SEL OT SDN技術(shù)解決了一些重大的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，”他說(shuō)，“坦率地說(shuō)，它讓我第一次在變電站中使用以太網(wǎng)感到舒服。”
從工程學(xué)教授到發(fā)明家
Schweitzer 一開(kāi)始并沒(méi)有計(jì)劃創(chuàng)辦自己的公司。1977 年，他加入位于雅典的俄亥俄大學(xué)電氣工程系，開(kāi)始了成功的學(xué)術(shù)生涯。兩年后，他搬到華盛頓州的普爾曼，并在接下來(lái)的六年里在華盛頓州的沃伊蘭工程與建筑學(xué)院任教。直到 SEL-21 的銷(xiāo)售開(kāi)始騰飛之后，他才決定全職投身于他的創(chuàng)業(yè)公司。
Schweitzer成為發(fā)明家并創(chuàng)辦了自己的公司也就不足為奇了，因?yàn)樗母赣H和祖父都是發(fā)明家和企業(yè)家。
他的祖父Edmund O. Schweitzer擁有 87 項(xiàng)專(zhuān)利，他于 1911 年與 Nicholas J. Conrad 合作發(fā)明了第一個(gè)可靠的高壓保險(xiǎn)絲，同年兩人在芝加哥創(chuàng)立了 Schweitzer and Conrad（現(xiàn)稱(chēng)為 S&C Electric Co. ） .
Schweitzer 的父親Edmund O. Schweitzer Jr.擁有 208 項(xiàng)專(zhuān)利。他發(fā)明了多種線(xiàn)路供電故障指示設(shè)備，并于1949 年創(chuàng)立了EO Schweitzer Manufacturing Co.。該公司現(xiàn)在是 SEL 的一部分。
Schweitzer 說(shuō)，一位朋友給了他關(guān)于創(chuàng)業(yè)的最好的財(cái)務(wù)建議：存錢(qián)。
“我很自豪我們擁有 6,000 多名員工的公司是 100% 的員工持股，”Schweitzer 說(shuō)。“我們希望投資于未來(lái)，因此我們將儲(chǔ)蓄再投資于增長(zhǎng)。”
他建議那些計(jì)劃創(chuàng)業(yè)的人關(guān)注他們的客戶(hù)并為他們創(chuàng)造價(jià)值。
“釋放你的創(chuàng)造力，”他說(shuō)，“并與客戶(hù)互動(dòng)。此外，弄清楚如何為社會(huì)做出貢獻(xiàn)，讓世界變得更美好。”
