《比特與瓦特》：揭秘百毫秒內離網故障穿越技術！

在物理學中,薛定諤貓這一思想實驗大名鼎鼎。拋開量子學意義,單説那只貓,事實上還是挺可憐的,因為它能否穿越那只容器只能聽天由命,因為鐳的半衰與否半點由不得它。

很多行業都會遇到這種不想遇到但又不得不面對的時刻,比如説電網短路故障,尤其是在新能源擔任主力的電力系統,電網擾動更是頻繁,所帶來的短路故障的頻次更多。

要在用戶沒有察覺的情況下迅速恢復供電,這時就需要故障穿越技術。這一“穿越技術”中有兩個要點,一是時間要超級短,二是對用戶的影響要小到察覺不到。

在沙特紅海新城1.3GWh微網項目中,華為數字能源以黑科技實現了這一點,完美“穿越”,這在新能源電網建設行業是首創的技術。

黑科技視頻欄目《比特與瓦特》最新一期介紹了這一技術。《比特與瓦特》是由華為數字能源策劃並推出,這一欄目的誕生根植于“比特(Bit)”管理“能源(Watt)”這一電力電子技術變局,數字技術與能源技術的碰撞,讓能源和電力系統的構建更加胸有成竹。華為準確地把握了這一趨勢與變局,作為數字技術頂尖企業,內部多年來吸納了大量ICT、電力電子等領域的科學家,他們對技術的理解和洞察,可以帶來專業且深入的科學觀點,幫助大眾了解數字能源黑科技的真實用途。

在《比特與瓦特》欄目中,比特(Bit)和瓦特(Watt)兩個抽象概念被立體起來,化身為兩個可愛的二次元小人兒,他們穿越次元壁,拜訪專家,請數字能源專家結合落地實踐,對熱點技術進行解讀。

此次,比特和瓦特拜訪的是華為數字能源高級專家佘宏武博士,請他介紹了體現在全球首個GW級100%新能源供電的獨立微網項目建設中獨具創新力的離網故障穿越技術。

短路的內外因

華為的這一新技術是為了解決短路故障隱患,讓我們先來了解一下短路故障是何方“妖孽”。電力系統的短路故障,是指一相或多相載流導體接地或不通過負荷互相接觸,由於此時故障點的阻抗很小,致使電流暫態升高,短路點以前的電壓下降,對電力系統的安全運作極為不利。

佘宏武介紹了引發短路故障最根本的兩個原因。從內因來説,“新能源電力來源的間歇性和不穩定性帶來了新能源發電系統的不穩定,”從而造成電網擾動。當電網受到擾動,系統中設備的運作參數偏離了允許值,尤其是電壓和頻率處於非正常狀態,就容易造成短路故障,影響電力系統中設備的正常工作。

二是外因。佘宏武介紹説:“還有一些外因可能造成短路故障。這些外因包括,樹枝搭接、設備絕緣故障、人員誤操作等。這些故障都有可能帶來電網擾動,從而造成電網的不穩定。”

這時候,電網的故障穿越能力就非常重要。這種技術的最終實現目標是,當電力系統事故或擾動引起電力電壓或頻率變化時,在一定的電壓、頻率變化範圍和時間間隔內,發電系統能夠保證不脫網連續運作,且平穩過渡到正常運作狀態。

簡而言之就是電力系統通過自身調節保持穩定,在短路故障還沒有造成影響之時,就恢復了電路正常供電,就像薛定諤的那只貓,安全穿越那個匣子,毫發無傷。

紅海項目故障穿越難在何處

故障穿越技術在傳統新能源並網型電力系統中是常用技術之一。佘宏武介紹了其技術原理:“當電網發生故障,儲能變流器(PCS)通過限制自身的電流,在故障切除、電網恢復後重新恢復供電。”

但是這一技術方案在新能源構網型電力系統中並不適用,尤其是對於構網型儲能系統作為主電源的紅海微網。

佘宏武介紹了新能源構網型電力系統解決短路故障的兩大要點。當遭遇短路故障時,儲能系統首先需要提供一定的電流來切除故障,協助穿越。這種電流被稱為短路電流。其次在故障切除後,快速重建電網電壓,重新恢復穩定供電。

因為紅海新城電力系統圍繞1.3GWh儲能系統建立,佘宏武介紹説:“在發生故障時,儲能變流器能夠提供的穿越性電流有限,故障可能無法被準確識別和及時切除,就無法恢復正常供電。”

這個時候華為用什麼方案來解決這一技術難題?

兩項技術坐鎮,故障不足為懼

先説答案,華為巧妙地運用了兩個技術方案——微網繼電保護方案、離網故障穿越技術——來解決這一難題。

對於電力系統安全來説,繼電保護是最主要的,它可以準確快速地切除故障,是防禦大停電的第一道防線。常規繼電保護方案是利用短路故障時電氣量的變化,來構成各種原理的繼電保護,包括電流增大、電壓降低、電流與電壓之間的相位角改變等。但是對於脫離電網的紅海微網系統,這些方案並不完全直接適用。

佘宏武介紹説:“華為創造性地提出了微網繼電保護方案,這種方案的獨特之處在於,不依賴故障電流的幅值,可以快速、準確地切除故障路線。”

故障穿越能力不是新鮮技術,新鮮的是華為在此基礎上,圍繞儲能離網這一核心應用場景首創“離網故障穿越技術”。“在切除故障之後,華為1.3GWh的儲能系統可以快速、同步、穩定地重建電網電壓,這就用到了離網故障穿越能力:在數百毫秒內,將微網電壓重新恢復穩定。”佘宏武介紹説。

天下武功,唯快不破,這一句話充分反映在華為應用在紅海新城的故障穿越技術。

紅海項目穩定,就靠它了!

通過繼電保護方案、離網故障穿越能力,可以降準切除故障線路,快速恢復供電。那麼如果沒有故障穿越能力,恢復供電需要多久呢?當我們的“瓦特”小夥伴向佘博士詢問時,佘博士説:“電網出現故障,導致電網大面積停電的話,可能要花幾個小時甚至更長時間,才能恢復全網供電。”

這樣的恢復供電速度顯然不僅僅會將“瓦特”“烤”成“焦耳”,也會導致薛定諤的貓貓在容器裏被嚴重輻射。

讓我們再來看看華為這項黑科技的效果:

傳統光儲,遇電網擾動,故障穿越失敗,導致全網停電:

智慧微網,遇電網擾動,離網故障穿越,快速恢復供電:

就在不久前,華為為沙特紅海新城所構建的光儲微網電站開始為紅海新城酒店供電,可喜可賀。這一項目最大特徵就是以1.3GWh儲能系統為紅海新城100%新能源供電,這也是全球最大光伏儲能電站。有了優越的故障穿越能力,這一項目能夠實現供電穩定無虞,一點不用擔心大停電,因為即使有擾動,出現故障,項目內含的創新性強、效果卓越的故障穿越解決方案,轉瞬之間就能讓新城重放華彩。