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向新型能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型加強了電網(wǎng)的動態(tài)特性。西門子正在協(xié)調(diào)一個大型研究項目，旨在確定現(xiàn)有控制中心技術(shù)在多大程度上能夠支持實現(xiàn)更多功能，以及在什么情況下將需要使用嶄新的結(jié)構(gòu)和架構(gòu)。

西門子攜手合作伙伴建立了全球 動態(tài)電網(wǎng)控制中心。“DynaGridCenter”項目旨在確定未來控制中心要如何運行，其重點將是優(yōu)化管理來自可再生能源的電力及相關(guān)電力交易環(huán)境。如今，電能越來越難以穩(wěn)定地從發(fā)電站輸送到用戶端。它變得容易出現(xiàn)波動。相關(guān)人員幾乎要在這些波動發(fā)生的同時就對其加以控制以防止可能的限電或斷電。然而，現(xiàn)有的控制中心既沒有信息也沒有工具來實現(xiàn)這種水平的動態(tài)電網(wǎng)管理。

現(xiàn)在的電網(wǎng)在建造時是為了在短距離內(nèi)將電能從發(fā)電站輸送到用戶端。但在未來，電網(wǎng)將必須實現(xiàn)從偏遠的海上風電場向大城市供電，以及向電力交易商供應具有價格競爭力的電能。與此同時，不計其數(shù)的電力生產(chǎn)者已在將可再生能源產(chǎn)生的電力通過不同的電壓等級送入電網(wǎng)。這破壞了發(fā)電與用電的平衡，將可能造成過載和波動。

圖中所示為不受調(diào)節(jié)的電網(wǎng)與動態(tài)電網(wǎng)控制中心干預下的電網(wǎng)之間的差別。如不采取任何措施，這種波動將不能被充分抑制，而這會加劇停電風險。

通過調(diào)節(jié)，波動可在短短數(shù)秒內(nèi)被抑制。

目前，控制中心的操作人員看不到這些波動。他們只能看到有多少電能輸送到哪里，并且只能識別出某條線路是否過載。然后，他們就可以開啟或關(guān)閉發(fā)電站，從根本上改變電網(wǎng)梯度。僅在德國，這個“再調(diào)度”的過程每年就要花費多達10億歐元。這是因為發(fā)電站裝機容量必須提前做好準備以滿足需求高峰，而大幅提高發(fā)電站的發(fā)電量通常需要高昂的成本。因此，如果控制中心可以直接控制電網(wǎng)，情況會好得多。

將電網(wǎng)中的波動可視化

這正是搭建動態(tài)電網(wǎng)控制中心的目的。在紐倫堡以北約175公里處的伊爾梅瑙科技大學內(nèi)，控制中心連接至德國馬格德堡大學運行的一個歐洲電網(wǎng)簡化仿真模型。電網(wǎng)模型將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心，并在那里進行實時分析。這些數(shù)據(jù)源自在電網(wǎng)中多處部署的測量裝置。舉例來講，相量測量單元（PMU）每隔10-20毫秒就會測量一次電流和電壓的幅值和相角。電網(wǎng)中的PMU已經(jīng)實現(xiàn)同步，可以直接比對不同變電站的測量值。而利用這些信息就可將電網(wǎng)中的波動可視化。

DynaGridCenter是這個研究項目的核心，主要進行預測工作。每隔15分鐘，它就會從電網(wǎng)收到新的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并利用仿真模型計算出接下來幾分鐘內(nèi)電網(wǎng)將會發(fā)生的變化。然后，它將模擬不同行動可能產(chǎn)生的效果。在收到下一次更新信息前，它可以計算出數(shù)千種場景并向操作人員建議最恰當?shù)男袆?。根?jù)預測，操作人員可以及時采取行動，將可能的波動扼殺在萌芽狀態(tài)。電網(wǎng)控制中心還可以通過記錄哪些建議被采納并將有關(guān)詳細信息納入其計算過程，學習從操作人員處得來的經(jīng)驗。

HVDC線路：重要的控制工具

DynaGridCenter研究人員給高壓直流輸電系統(tǒng)分配了一個重要任務。HVDC系統(tǒng)可以遠距離輸送大量電能，西門子在中國和印度等國家內(nèi)都已建造了HVDC系統(tǒng)。它們利用*的電力電子產(chǎn)品連接至電網(wǎng)，因而可以被直接控制。正因如此，馬格德堡大學的電網(wǎng)模型已經(jīng)包含了一些HVDC線路。例如，DynaGridCenter就利用這些HVDC線路來改變電能輸送方向，以及借助可減弱波動的定制頻率來調(diào)節(jié)輸電容量。

控制中心不僅可用于演示如何進行電網(wǎng)動態(tài)微調(diào)，還能用于研究現(xiàn)有控制中心技術(shù)在多大程度上能夠支持實現(xiàn)更多功能，以及在什么情況下將需要使用嶄新的結(jié)構(gòu)和架構(gòu)。

DynaGridCenter項目于2015年10月啟動，為期三年。這個項目由德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部出資，由西門子負責協(xié)調(diào)。項目聯(lián)合體成員包括德國馬格德堡大學、伊爾梅瑙科技大學、波鴻魯爾大學、位于馬格德堡的弗勞恩霍夫工廠運行及自動化研究所（IFF）和位于伊爾梅瑙的弗勞恩霍夫光電、系統(tǒng)技術(shù)及圖像處理研究所。