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准备好实现未来电网了吗?

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HPL power transformer testing
太阳能产业中一个大力讨论的话题是晶体硅太阳能光伏(PV)组件的衰减率数据。衰减衰减率本来非常低,但测量中的不确定性非常高。另外,效果会延时,贴现率和污染率中同样大的不确定性会掩盖这些效果的净现值。
  • 发布日期:
  • 关键词: Energy

当我说到未来电网会与现在截然不同时,没有人会感到很意外。“产消者的兴起”催生出对等网络,试点中的区块链(“比特币”)技术为微型电力交易创造了新平台,而需求侧响应正在 电动汽车充电和家庭住户中缓慢铺展开来。这些举措正在引领着电力系统实时可控性的新时代。这需要从网络中快速而可靠地供应海量数据。而对于构建和运行电网组成元件的人来说,这意味着什么?

未来输配电网络的复杂性和交互性将更高。可再生能源将使得发电更加多变,而需求侧响应将使得能源供应商和网络运营商控制客户的耗电量,进而平衡系统。为此,他们需要监控发电和耗电模式,并实时做出相应的响应。因此,电网性能的优化就需要分析所谓的大数据。

大数据,值得我们信赖吗?

说到大数据和电力系统的实时控制,当然就是在说数字化,也就是微电子器件的使用。电子器件经常会出现在计量、保护、变电站自动化 (MPSA) 功能中。但是,对控制和状态监控的需求将使得电子器件成为电网主要设备的必要部分。变压器、断路器甚至电缆都将配备嵌入式传感器,与网络运营中心保持持续通信。也就是说,电网将加入到广受推崇的物联网中,而且会是大规模地加入。

典型的变电站一般会配备数以百计的传感器,用于收集和共享信息,让网络运营商能够优化运营、提高安全性、降低成本并监控资产状态。 

此类信息的关键性质会引起一个大问题:我们能够信赖看到的数据吗?如果数据不准确,那么电网的整体运行都将陷入危险。


元件寿命

DNV GLKEMA 实验室数年的测试分析显示,主要电网元件的首次故障率一般约为 25%。对于 MPSA 功能等电子元件,该数据约为 80%。因此在传感器对于未来电网至关重要的情况下,元件制造商、网络运营商和公用事业公司需要意识到故障风险的增加,并找到降低风险的方法。

鉴于主要设备的服务寿命一般约为 50 年,这个问题尤为严峻。尽管微电子元件会提供广泛的自我诊断功能,但是它们的服务寿命远远短于自己所监控的设备。这可能会对系统的长期可靠性造成巨大影响。


适应恶劣的环境

第二个问题是电磁污染环境,这些传感器必须在高压和大电流的环境下工作。对于通常在低电压环境工作的微电子元件来说,这是一项真实的挑战,而未受到保护的物联网设备根本无法生存。我们需要更加坚固的设备,并在现实条件下对其进行全面的测试。 

尽管电磁兼容性已设有相关标准,但是很多业内人士还是会有这样的疑问:对于主要设备电子元件时常会遇到的异常系统状况,它们的适应性如何。因此,我们需要新的标准来更加准确地反映标准的运行情况,特别是变电站内的故障状态。


拓宽眼界   

那些标准及其基础上的测试将需要关注设备之间的通信。互联性的提升意味着对每个元件进行单独测试已不再足够:公用事业公司和电网运营商想要知道各种各样的元件在协同工作,并有效而顺畅地相互通信。因此,我们更需要在系统层面开展测试。鉴于未来电网系统的复杂性,我们需要物理测试才可获得十足的把握,计算机模拟已经不足以完成任务。

在这个领域,KEMA 实验室可帮助整个行业以及个体制造商生产出让未来电网成为现实的元件。我们在主要电网元件测试领域拥有几十年的经验,我们拥有专业知识和设施来测试需要整合到这些元件中的微电子器件


绝佳的机会

尽管存在着这些问题,但是将微电子元件嵌入到主要电网元件是为电网运营商提供所需工具,实时优化资产利用的唯一途径。因此在未来的某个时间,设计和构建电网的组织只需停止安装无法为其网络带来这种功能的设备即可。

向电网设备中加入传感器不会提高太多成本,但是会给 输电系统运营商和 配电系统运营商 带来真正的附加值。例如,试想一下带有集成式传感器的海底光缆可帮助定位热点,并监控自己的性能和退化,进而帮助运营商将注意力集中在载荷曲线和维修策略上。

元件制造商已在努力实现这种附加值和功能。通常来说,这需要掌握新的技能。提供高质量的变压器、断路器等设备还远远不够。制造商还需要去了解微电子、数据通信和物联网。对于很多制造商而言,这需要来自知识合作伙伴的支持,例如 KEMA 实验室及其母公司 DNV GL。我们独有的广泛视角、专业知识和业务聚焦全面涵盖所有这些领域。

如果那些制造商能够成功发展出这种理解并实现附加值,则可在市场中获得真正的竞争优势。他们还将奠定必要的基础,以此构建具有交互性和响应力的未来电网。