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智能電網(wǎng)抵御未來(lái)風(fēng)暴

2012年10月底，颶風(fēng)“桑迪”以時(shí)速150公里（超過(guò)90英里/小時(shí)）席卷美國(guó)東北部沿海地區(qū),，令數(shù)百萬(wàn)人陷入一片黑暗之中,。面對(duì)氣候變化，能源管理系統(tǒng)必須更加強(qiáng)健,，以抵御桑迪這樣的自然災(zāi)害,。西門子智能電網(wǎng)技術(shù)多年來(lái)一直致力于幫助電網(wǎng)更好地應(yīng)對(duì)颶風(fēng)、熱浪和干旱等極端天氣,。

三年前,，颶風(fēng)“桑迪”席卷了大西洋沿岸，途經(jīng)紐約市,、新澤西州和賓夕法尼亞州,，所到之處，無(wú)不一片狼藉,。這為美國(guó)最大的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商PJM Interconnection帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn),。該公司主要向賓夕法尼亞州,、新澤西州、馬里蘭州,、哥倫比亞特區(qū)及美國(guó)其它10個(gè)州超過(guò)6100萬(wàn)客戶輸送電力,。此外，它還負(fù)責(zé)將1300多座電廠生產(chǎn)的電力輸送給眾多區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商,。一旦電力供應(yīng)中斷,，這些客戶都將陷入黑暗之中。

颶風(fēng)“桑迪”確實(shí)造成了巨大的損失,。這場(chǎng)災(zāi)難一共致使800萬(wàn)住戶停電,，而其中500萬(wàn)就在PJM Interconnection覆蓋區(qū)域內(nèi)。超過(guò)140套高架電纜和變電站被損毀,，直到數(shù)個(gè)星期之后才得以*修復(fù),。

（如圖）颶風(fēng)“桑迪”損毀了超過(guò)140套高架電纜和變電站。地處新澤西州奧特雷海灘的35號(hào)公路北就是重災(zāi)區(qū)之一,。

氣候變化：電網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn)
持續(xù)的氣候變化令停電變得愈發(fā)常見,。氣候變化不僅會(huì)增加像颶風(fēng)“桑迪”這樣的風(fēng)暴的次數(shù)，還會(huì)帶來(lái)更多洪災(zāi),、森林大火,、熱浪和干旱。美國(guó)能源部在其于2015年10月發(fā)布的一份報(bào)告中再次指明了這一點(diǎn),。面對(duì)這樣的變化,，包含超過(guò)9200座電廠和長(zhǎng)約50萬(wàn)公里的高架電纜的美國(guó)電網(wǎng)已經(jīng)感受到了壓力。

在干旱的美國(guó)西南部地區(qū),，電廠經(jīng)常因沒有足夠的冷卻水而不得不降低發(fā)電量,。從2011年開始，加州經(jīng)歷了氣象測(cè)量最嚴(yán)重的干旱,。而根據(jù)新的對(duì)樹上年輪的研究,，這也是1200年以來(lái)最嚴(yán)重的干旱。與此同時(shí),，中太平洋的厄爾尼諾現(xiàn)象有可能使加州在今年冬季遭遇極端降水天氣,。雖然降水能幫助緩解干旱，但極端降水帶來(lái)的麻煩可能比其帶來(lái)的益處更大,。譬如今年10月中旬,，暴雨導(dǎo)致的泥石流令1萬(wàn)多個(gè)家庭被迫停電,。

墨西哥灣和太平洋沿岸的風(fēng)暴與颶風(fēng)也在增加,。2015年10月，有史以來(lái)颶風(fēng)之一“帕特里夏”以高達(dá)400公里的時(shí)速橫掃了墨西哥西南沿海地區(qū),。其所過(guò)之后產(chǎn)生的洪災(zāi)摧毀了許多樓宇,、變壓器和高架電纜,。10月初，颶風(fēng)“華金”以時(shí)速250公里（超過(guò)150英里）席卷大西洋沿岸地區(qū),。盡管颶風(fēng)此次繞開了美國(guó)內(nèi)陸,，但其分支及隨之產(chǎn)生的一片低壓區(qū)域仍然造成了南卡羅來(lái)納州最大暴雨。這些事件均佐證了美國(guó)能源部的觀點(diǎn),，即必須增強(qiáng)電網(wǎng)的防御能力,，以抵御這些極端天氣帶來(lái)的影響。

2015年10月襲擊墨西哥西南沿海的颶風(fēng)“帕特里夏”的風(fēng)速高達(dá)每小時(shí)400公里,，是有記錄以來(lái)最熱帶氣旋,。

兩個(gè)控制中心
PJM Interconnection非常清楚氣候變化帶來(lái)的威脅將不斷增加。從2011年11月開始,，它部署了來(lái)自西門子的能源管理系統(tǒng),。該系統(tǒng)能在斷電時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估并完成更優(yōu)化的管理。系統(tǒng)采用兩個(gè)控制中心,。在正常運(yùn)行時(shí),，兩個(gè)中心會(huì)共同管理電網(wǎng)。如果其中一個(gè)在突發(fā)事件中發(fā)生故障,，另一個(gè)中心則可以繼續(xù)獨(dú)自管理電網(wǎng)運(yùn)行,。當(dāng)颶風(fēng)“桑迪”襲來(lái)時(shí)，這套系統(tǒng)正是這樣工作的,，這也令PJM能夠隨時(shí)掌握其輸電網(wǎng)絡(luò)的情況,。

該電網(wǎng)管理系統(tǒng)采用了西門子和PJM Interconnection共同開發(fā)的一個(gè)集成式平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)能夠整合諸如電力,、市場(chǎng)和配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等多種應(yīng)用,。西門子在明尼阿波里斯的能源管理集團(tuán)技術(shù)戰(zhàn)略副總裁Ravi Pradhan表示，“該系統(tǒng)的開放式架構(gòu)是其優(yōu)勢(shì)所在,。它能以低成本集成新舊應(yīng)用,，這使得現(xiàn)存的解決方案也能被包括在內(nèi)。而兩個(gè)控制中心同時(shí)運(yùn)行則加強(qiáng)了電網(wǎng)的安全性,，幫助其應(yīng)對(duì)如颶風(fēng)一樣會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的突發(fā)事件,。”

智能電網(wǎng)分區(qū)
然而，不僅區(qū)域間的電網(wǎng)需要變得更強(qiáng)健,，紐約市的電網(wǎng)同樣有此需求,。颶風(fēng)“桑迪”使超過(guò)100萬(wàn)紐約市民受到數(shù)日停電的影響。為了應(yīng)對(duì)類似的災(zāi)難,，電力公司Con Edison從2013年起開始實(shí)施一項(xiàng)耗資逾10億美元的計(jì)劃,，旨在于2017年前增強(qiáng)紐約電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極端天氣的能力。譬如,，修建更高的大壩,、保護(hù)性圍墻和強(qiáng)化防護(hù)門來(lái)保護(hù)電廠,、變電站和開關(guān)柜。同時(shí),，公司還會(huì)建立更堅(jiān)固的電線桿,，在電網(wǎng)中安裝監(jiān)控傳感器，并重新鋪設(shè)用于,、消防部門,、醫(yī)院、藥房和超市等關(guān)鍵場(chǎng)所的高架電纜,。

美國(guó)輸電網(wǎng)絡(luò)包含超過(guò)9200座發(fā)電站和近50萬(wàn)公里的高架電纜,。自然災(zāi)害來(lái)臨時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)面臨輸電中斷的風(fēng)險(xiǎn),。

西門子提供的電力管理系統(tǒng)幫助PJM Interconnection在斷電時(shí)更好地掌握電網(wǎng)情況和控制電網(wǎng),。

PJM Interconnection部署了來(lái)自西門子的能源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含兩個(gè)控制中心,，如果其中一個(gè)在突發(fā)事件中發(fā)生故障,，另一個(gè)就可以繼續(xù)獨(dú)自管理電網(wǎng)運(yùn)行。

借助于西門子的技術(shù),，在2015年夏季,， Con Edison也為其在曼哈頓地區(qū)的兩個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)部署了全新的自動(dòng)化系統(tǒng)。如果遭遇洪災(zāi),，該系統(tǒng)能立刻分割為4個(gè)子網(wǎng)絡(luò),。一旦電網(wǎng)受損（如變電站發(fā)生爆炸），事故地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)被系統(tǒng)隔離開來(lái),。這樣做可以防止事故造成的影響擴(kuò)散到整個(gè)電網(wǎng),。

這種隔離是通過(guò)許多集中控制的開關(guān)站實(shí)現(xiàn)的。Con Edison共在位于曼哈頓下城區(qū)的兩個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中安裝了44臺(tái)這種地下開關(guān)站,。一旦控制中心觸發(fā)隔離指令,，多達(dá)20個(gè)開關(guān)會(huì)在短短數(shù)毫秒內(nèi)同時(shí)啟動(dòng)。為了同時(shí)控制如此之多且分布于整個(gè)電網(wǎng)的開關(guān),，系統(tǒng)依賴于采用冗余設(shè)計(jì)的光纖網(wǎng)絡(luò),。

自動(dòng)切換系統(tǒng)投入使用前，整個(gè)解決方案在西門子進(jìn)行了測(cè)試,，以確保其具備符合要求的同時(shí)切換速度,。測(cè)試最終取得了成功。“這是配電系統(tǒng)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)同步開關(guān),。”位于北卡羅來(lái)納州溫德爾的西門子能源管理集團(tuán)*工程師Andre Smit說(shuō)道,。他指出，下次風(fēng)暴來(lái)臨時(shí)，包括華爾街在內(nèi)的曼哈頓東南區(qū)將能在必要情況下快速?gòu)某鞘须娋W(wǎng)中斷開,。