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夏季供电三重“大考”来临,电网如何“处变不惊”?

夏至已过,又到了一年中最炎热的时期,对电力供应可靠性的三重“大考”也随之来临。一方面,各类大功率家电、制冷设备的用电时段高度集中,使城乡居民用电迎来高峰;另一方面,暴雨、雷暴、洪涝等极端恶劣天气时有发生,严苛环境时刻考验着电网系统的可靠性;此外,近年来新型基础设施及生产用电的规模也在不断扩大,对数据中心、医疗机构、电动交通等重要设施的供电保障务求万无一失。这也引起整个电力行业的关注与思考:如何才能提高电网可靠性,从而保障电力持续安全稳定供应?

事实上,随着“碳达峰、碳中和”工作的持续推进,我国终端电气化水平将快速提升,预计2030年和2060年终端电气化率将分别超过35%和70%,经济社会发展对电力的依赖程度越来越高。此外,随着新型电力系统的建设展开,新能源为主体计入、大规模电力电气设备应用,电力系统将更加复杂,电力电量平衡、频率调节、电压支撑等问题与挑战逐渐凸显,保障电力系统安全稳定运行的重要性不言而喻。

作为全球能源管理和自动化领域的数字化转型专家,施耐德电气持续探索电网现代化升级改造,并结合全球实践经验,发布白皮书《通过故障管理,提高电网可靠性——适用于大中型配电网的解决方案》,提出远程控制开关-集中式解决方案,为全球电网公司在电网现代化过程中普遍面临的可靠性难题提供了新思路。

三个快速行动实现有效的故障管理

一般来说,终端用户可感的总停电时间主要有以下三大方面:计划外停电(如配电线路遭遇电气故障)、计划内停电(维修、改造)、重大事件(洪水、风暴、台风)。

据国家能源局统计数据显示,2021年第一季度,全国50个主要城市供电企业用户供电可靠性继续保持较高水平,平均供电可靠率为99.971%,用户平均停电时间为0.63小时/户,用户平均停电次数为0.22次/户,我国电网可靠性保持在较高水平。其中,造成全国50个主要城市供电企业停电的主要原因是故障停电,占总停电时间的54.38%。

那么,配电公司如何有效减少终端用户可感的停电时间?这里主要涉及到三个快速行动:第一,缩短定位和隔离故障的时间;第二、快速进行重新配置,使系统逐步重新通电;第三、优化资源调动,以便维修和全面恢复正常状况。这三大步骤合在一起被称为电力公司的FLISR流程。FLISR流程包括以下子功能:故障检测、故障定位、故障隔离、服务恢复。

首先,故障检测是前提和基础,通过继电保护、断路器、重合器的信号以及故障指示器,标明故障位置;随后,ADMS和ArcFM可以帮助分析故障数据、在示意图和地图上准确定位故障,快速做出判断;故障定位之后,需要快速通过ADMS、断路器、重合器和分段器的操作,确定电网重新配置,发送指令,开/关电路实现故障隔离;最后通过ADMS服务、现场服务工程师或维护团队等定义纠正措施、连续重新配置、修复电路,实现服务恢复。

采取先进的综合策略,提高电网可靠性

随着电网现代化进程的稳步推进,配电网对于可靠性、灵活性、数字化也提出了更高要求。施耐德电气认为:电网公司宜采取更为先进的综合策略——“远程控制开关-集中式解决方案”,以更好地应对电网现代化过程中不同的故障管理挑战。

事实上,为了给配电网运营商提供一套集监测、分析、控制、优化、规划和培训工具为一体的最全面的电网管理解决方案,施耐德电气EcoStruxure ADMS将配电管理(DMS)、停电管理(OMS)、监督控制和数据采集(SCADA)整合为一个具有50多种先进功能的统一的解决方案,可使物数量日益增长的智能电网设备、分布式可再生能源、高级计量以及其他相关设备发挥最大的使用效益,并带来更高的可靠性、效率和安全性。

施耐德电气创新的“远程控制开关 - 集中式解决方案”便是由ADMS(高级配电管理系统)控制和管理的独特的集中式系统。该系统由一个基于可遥控的开关设备(断路器、重合器、分段器)和通信故障指示器 (FPI) 的优化架构组成,包括FLISR,OMS(停电管理系统)、CM(工作人员管理)和LAR(大面积恢复)四个能够进一步提高弹性的ADMS模块。因此,电力公司可通过在分析模块(ADMS)中不断切换优化算法,并根据电网的实际状态来优化FLISR活动,快速地定位故障并自动重新配置电网。

同时,施耐德电气还提出了适用于电网关键区域的“自愈解决方案”,即基于“点对点”连接的智能RMU,利用算法来管理“电网自愈”功能。首先,Smart RMU智能环网柜实现更快捷操作,配备馈电系统自动化管理单元,使配电系统管理、故障诊断、环网自愈稳定可靠。同时,全方位系统状态在线监测和资产分析应用为系统可靠运行提供全面监视和专家警示。作为智能环网柜的“核心”组件,施耐德电气分布式DTU Easergy T300采用面向间隔功能的模块化设计理念,分布安装在各个环网柜单元,就地方便地现实每个开关柜的运行状态检测、控制和交流模拟量采样测量。T300模块和实物间隔一一对应,避免传统DTU按错间隔的可能性,提高标准化程度,即插即用,能够随环网柜的扩展而灵活调整。T300可以实现分布式馈线自动化功能,可在现有的通讯网络(PON,GPRS,4G等等)上,采用对等通讯技术,构建环网自愈SHG通讯体系,适用于多种环网柜型(参数可调),具有较高的容错性,充分保障电网可靠性。

例如,在国家电网连岛区域综合能源服务示范岛项目中,施耐德电气通过以Smart Premset开关柜与Easergy T300分布式智能配电终端组合为核心的解决方案,助力国网连云港供电公司打造“五高一尖端”的全电气化能源服务示范岛项目。由于连岛的自然条件特殊,高温多盐,且时常受到狂风暴雨侵袭,导致运维被动,负荷大、成本高,效率低,“无效巡视”,“检修难,检修累”的传统方法已经无法适应新时期的配电网管理。针对上述挑战,施耐德电气提供的解决方案为保证该项目供电的可靠性,提升设备的安全性,实现设备全面感知,进一步提升配电精益化管理水平贡献了力量,同时助力客户提升了运维效率与服务质量。

值得一提的是,在电网现代化改造过程中,施耐德电气提供的咨询服务可以为系统设计所需设备的类型、数量和位置提供建议,以助力升级后的系统达到预期的性能水平。

电力系统是支撑经济社会发展、保障基本民生的重要基础设施,金融、通信、交通等领域基础设施安全可靠运行都建立在电力持续稳定供应的基础上。未来,施耐德电气将发挥自身在数字化转型和能源管理的领先专长,不断为客户打造更加创新的产品、技术和服务,形成更加完善的解决方案,从而全面提升电网可靠性和可用性,创造更大的价值。



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