确保电网规范合规性的数字化路径白皮书

ABB白皮书确保电网规范合规性的数字化路径助力公用事业企业在变幻莫测的可再生能源时代守护电网安全一引言自一个世纪前开始大规模供电以来，从化石燃和水力等分布式和间歇性能源与电动汽车(EV)、储能系板块中越来越多的份额。所有这些正在对电网的稳定性和可靠性造成冲击。作为所有参与者在发电资产并网时必须遵循的规则和义务。公用事业企业、集成商和发电企业必须提供基于“数字进行测试的次数越来越多。抢占先机部署新一代数字化智能电网解决方案来获得空前的连接性和可靠性。不可预测的新消费模式产消者加剧了发电计划的复杂性不可预测的新消费模式产消者加剧了发电计划的复杂性传统电站纷纷关停3大多数发达国家的电网以集中发电模式为主，即在化石燃料电站和核电站大规模发电，再通过高压输电线网分配至千家万户。传统集中发电模式供电稳定可靠，需求明确。这点至关重要，因为只有供需平衡，才能避免频率波动，维持电网稳定。然而，形势正在变化。为实现2015年《巴黎协定》的目标，国际社会正致力于推进能源系统脱碳并遏制全球温度升高不超过1.5℃。这导致了燃煤电站和核电站正在逐步被淘汰，转而采用风能和太阳能等可再生能源。这种转变对电网运营商和供电安全影响深远。可再生能源破坏了这种稳定的供电模式，加剧了电网控制的复杂性。如果没有电网级储能系统作为备份，天气条件和能源可用性的波动使得可再生能源本质上是间歇性的。随着人类迫切地希望最大限度利用可再生能源，电网中在任何时候都存在强烈的电力波动。作为应对，输电系统运营商(TSO)正在强化其电网标准，以图在变幻莫测的可再生能源时代保障电网安全。无论新老公用事业企业、集成商和发电企业都有义务证明其满足这些新的电网标准要求，否则可能不允许并网或吊销营业许可。此外，随着越来越多的需求不稳定的电力消费者(如电动汽车)接入电网，电力需求变得日趋分散且不可预测。为鼓励充分竞争并提高整体供电质量，世界各地的监管机构纷纷出台措施，放松对电力系统的市场管制。在这种情况下，独立的电力生产商可单独建设电站和并网，从而改变了发电和配电分家的传统模式。一方面，这要求电力企业必须全局看待整个电网，包括整体的供需状况。但另一方面，供电越多，利润越高，导致这些新兴的独立发电商片面追求利润最大化。这种矛盾迫使电网运营商制定规则，以避免市场混乱。的详细、高保真的电力系统仿真澳大利亚、美国、东南亚和欧洲的电力系统运营商正在实施更严厉的电网标准。所有利益相关方——公用事业企业、集成商和发电企业……都必须遵守。这些标准旨在通过规定各类电站并网时必须考虑的主要准则来确保电网的稳定和安全运行。比如在欧洲，新的ENTSO-E(欧洲输电系统网络运营商标准)现要求所有欧洲国家制定新电网标准。德国先行一步，已发布新的指导方针和法规，并更新了VDE-意大利电网公司Terna也在大幅修改其现行法规，最近发布了新电网标准及相关附录(Allegato18)。管控电网的复杂性B频率快速变化(RoCoF)事件故障穿越区域间振荡黑启动能力传统发电过程中，转动惯量由电站和工业设施内的大型同步发电机和电机所含的能量提供，因为这些设备的旋转频率与电网相同。损失大部分电量后(比如机组强制停机),所导致的系统频率下降会因整体转动惯量存在至关重要的是，这为增加电力储备赢得了时间，以便在发生RoCoF事件之后重新建立电力系统平衡，同时维持在可接受频率偏差范围内，消除了减负荷的需求，只需加系统转动惯量。接入电网的太阳能没有旋转质量，而将风力发电机接入电网的变频器阻止发电机旋转动能在频率变化时向系统提供转动惯量。可再生能源不能增加系统转动惯量。接入电网的太阳能没有旋转质量，而将风力发电机接入电网的变频器阻止可再生能源不能持续稳定供电，因此必须储存电能，以便在光照不足和风力过小时使用。今后，如果可再生能FRT是指发电机，尤其是风能和太阳能设施中的发电机，在电压骤降或电网故障期间与电网保持连接的能越多，如果一个或多个设备的连接断开，系统就越不系统问题(例如电压和频率崩溃及潜在系统断电)的基发电机组或电站的连接很弱(通常通过单一线路连接),就可能会发生区域间振荡，尤其是电力需求较高得经营许可。荡抑制(参见第4节“ABB电网标准合规性解决方力才能启动并运行。因此，电力系统运营商(TSO)逐渐站的相关策略或程序，这样才可以使电网其余资源重新上线。确保电网标准合规性的解决方案所有想要将其发电资产接入电网的参与者都必须遵守电力系统运营商(TSO)制定的电网标准，提供基于详细组细高保真电力系统仿真报告。这些模拟必须通过现场测其中，基于经过验证的励磁系统仿真模型和详PowerFactory、PSS◎E和MATLA行研究，可确保快速接入电网，避免罚款，轻松与电力电网标准合规性解决方案必须为公用事业公司提供更快的电网连接和电站运营优化。ABB开发了一套独特的建·电力系统仿真包提供从简单的励磁控制系统参数优化(如AVR-自动压调压器和PSS-电力系统稳定器)到基于定制的、项目特定电站数学模型的详细电网连接研究。这些仿真适用于传统和可再生能源集成至更大的电站仿真模型。的励磁绕组提供连续直流电流。因而是许多发电机组的关键部件，电站业主和运营商根据电网要求将之用于实UNITROL是首款完全符合新欧洲电网标准的励磁产品，由TüVNORD认证机构根据德国标准进行验证，这是目前就物理测试和高精度的仿真模型而言，所进行的ABBUNITROL⑧1000和UNITROL®6000系列可满足各种发电和非发电应用需求。UNITROL解决方案的安装量超过30000套，它为发电设施提供服务，是自动化和电气系统、旋转机械控制、仪表和先进数字服务组合的UNITROL支持同步发电机快速吸收和注入无功功率，级电力系统稳定器(PSS)功能，使同步发电机高效抑制最近ABB在Dinorwig、Avedore和Manjung电站进行了从输电系统运营商(TSO)获得快速并网补贴，而不会发生不希望出现的意外。在这些测试项目中，励磁设备完①利用新一代专用软件的支持功能，全球20000多家UNITROL⑧1000客户均可遵守最新ENTSO-E法规。认证和易用性励磁系统满足TÜVNord认证的最新、最严格电网标准远程可能性：电网的未来主要依赖于化石燃料电站和核电站的大规模持续供电和可预测需求的传统集中发电模式正在逐渐被不稳定且更加分散的电网所取代。随着能源结构的变化，电网合规性流程必须做出相应调整。数字互联是关键。通过将越来越多的公用事业设备连为一体(见“互联思维：塔斯马尼亚的ABB励磁解决方案”),运营商就能够向不同的电站发出警报，以便其能够提前采取措施，避免发生电网事故。与现代工业的许多方面一样，数字化、自动化和远程技术已革新了公用事业公司、集成商和发电公司展示电网合规性的方式。由于新能源和新科技不断改变电网状况，当前认为合理的合规性标准可能仅数月之后就过时了。目前，电网合规性流程每2-5年执行一次，未来将实现自动化，可能频繁到每周一次。目前，公用事业公司或电力公司如需证明其符合电网标准，就会接洽ABB等专业技术供应商。技术人员根据所设置的励磁系统参数进行现场模型验证研究，然后调试和整定项目以证明电站系统的运行符合仿真预期。电网运营商核实报告之后，公用事业公司就可以获得输电系统运营商(TSO)许可进行并网。目前，这些流程每2-5年执行一次，未来将实现自动化，可能频繁到每周一次。励磁系统将远程执行自动整定，自动调整参数以确保合规性。终极目标是利用数字孪生持续模拟发电机和电网，一旦实际设备功能与仿真存在差异，励磁系统就会发出警报，远程触发自动重新整定过程，启动系统重新校准以证明合规性。互联思维：塔斯马尼亚的ABB励磁解决方案澳大利亚南海岸塔斯马尼亚岛上的所有电站全部连为一体，运用算法同时控制整个电网并使其保持稳定。ABB提供的励磁系统主要与其他系统相互作用，这些电站通过直流线路连接至澳大利亚大陆，因此一旦该线路跳闸，他们可立即控制岛上的发电机，以避免发生瞬时过电压和频率问题。这种主动而非被动的发电方式有望在欧美得到广泛推广。使用数字孪生的好处不止限于电网标准合规性。使用数字仿真软件重建关键系统还可改进资产监控，实现预测性维护而非被动维护。例如，来自电站设备的测量输入因部件老化而漂移时，软件可采集相关信息并反馈给客户。挑战性能源环境和可再生能源整合要求供应商提高警觉，因为他们需要不断学习专业技能和知识，才能以最佳方式运行自己的电站和电网合规性仿真。这可以说是公用事业公司和发电企业在电网方面面临的最大挑战，而且风险很高。且不会跳闸，并为客户提供所需建议以避免再次发生此类跳闸事件。越来越多的小型电力系统也给人力需求带来了挑战。未来，励磁系统专家可能不得不应对1000个小型电站，而不是访问一个大型核电站或化石燃料电站，因此更为问题。例如，如果一台500MW设备发生故障，运营商的收入损失可能高达100000美元/分钟。正确开展电网标准合规性研究，提供有关电站稳定性性能的洞见，将消除客户的后顾之忧。一旦发生电网故障，发电机将保持在线发电的性质正在转变。遵守2015年《巴黎协定》的脱碳目标意味着并网的太阳能和风能等可再生能源不断上升，从而冲击电网的稳定性和可靠性。作为回应，输电系统运营商(TSO)正在强化其电网标准，要求公用事业企业、集成商和发电企业提供基于数字孪生的详细电力