《比特与瓦特》：揭秘百毫秒内离网故障穿越技术！

在物理学中,薛定谔猫这一思想实验大名鼎鼎。抛开量子学意义,单说那只猫,事实上还是挺可怜的,因为它能否穿越那只容器只能听天由命,因为镭的半衰与否半点由不得它。

很多行业都会遇到这种不想遇到但又不得不面对的时刻,比如说电网短路故障,尤其是在新能源担任主力的电力系统,电网扰动更是频繁,所带来的短路故障的频次更多。

要在用户没有察觉的情况下迅速恢复供电,这时就需要故障穿越技术。这一“穿越技术”中有两个要点,一是时间要超级短,二是对用户的影响要小到察觉不到。

在沙特红海新城1.3GWh微网项目中,华为数字能源以黑科技实现了这一点,完美“穿越”,这在新能源电网建设行业是首创的技术。

黑科技视频栏目《比特与瓦特》最新一期介绍了这一技术。《比特与瓦特》是由华为数字能源策划并推出,这一栏目的诞生根植于“比特(Bit)”管理“能源(Watt)”这一电力电子技术变局,数字技术与能源技术的碰撞,让能源和电力系统的构建更加胸有成竹。华为准确地把握了这一趋势与变局,作为数字技术顶尖企业,内部多年来吸纳了大量ICT、电力电子等领域的科学家,他们对技术的理解和洞察,可以带来专业且深入的科学观点,帮助大众了解数字能源黑科技的真实用途。

在《比特与瓦特》栏目中,比特(Bit)和瓦特(Watt)两个抽象概念被立体起来,化身为两个可爱的二次元小人儿,他们穿越次元壁,拜访专家,请数字能源专家结合落地实践,对热点技术进行解读。

此次,比特和瓦特拜访的是华为数字能源高级专家佘宏武博士,请他介绍了体现在全球首个GW级100%新能源供电的独立微网项目建设中独具创新力的离网故障穿越技术。

短路的内外因

华为的这一新技术是为了解决短路故障隐患,让我们先来了解一下短路故障是何方“妖孽”。电力系统的短路故障,是指一相或多相载流导体接地或不通过负荷互相接触,由于此时故障点的阻抗很小,致使电流瞬时升高,短路点以前的电压下降,对电力系统的安全运行极为不利。

佘宏武介绍了引发短路故障最根本的两个原因。从内因来说,“新能源电力来源的间歇性和不稳定性带来了新能源发电系统的不稳定,”从而造成电网扰动。当电网受到扰动,系统中设备的运行参数偏离了允许值,尤其是电压和频率处于非正常状态,就容易造成短路故障,影响电力系统中设备的正常工作。

二是外因。佘宏武介绍说:“还有一些外因可能造成短路故障。这些外因包括,树枝搭接、设备绝缘故障、人员误操作等。这些故障都有可能带来电网扰动,从而造成电网的不稳定。”

这时候,电网的故障穿越能力就非常重要。这种技术的最终实现目标是,当电力系统事故或扰动引起电力电压或频率变化时,在一定的电压、频率变化范围和时间间隔内,发电系统能够保证不脱网连续运行,且平稳过渡到正常运行状态。

简而言之就是电力系统通过自身调节保持稳定,在短路故障还没有造成影响之时,就恢复了电路正常供电,就像薛定谔的那只猫,安全穿越那个匣子,毫发无伤。

红海项目故障穿越难在何处

故障穿越技术在传统新能源并网型电力系统中是常用技术之一。佘宏武介绍了其技术原理:“当电网发生故障,储能变流器(PCS)通过限制自身的电流,在故障切除、电网恢复后重新恢复供电。”

但是这一技术方案在新能源构网型电力系统中并不适用,尤其是对于构网型储能系统作为主电源的红海微网。

佘宏武介绍了新能源构网型电力系统解决短路故障的两大要点。当遭遇短路故障时,储能系统首先需要提供一定的电流来切除故障,协助穿越。这种电流被称为短路电流。其次在故障切除后,快速重建电网电压,重新恢复稳定供电。

因为红海新城电力系统围绕1.3GWh储能系统建立,佘宏武介绍说:“在发生故障时,储能变流器能够提供的穿越性电流有限,故障可能无法被准确识别和及时切除,就无法恢复正常供电。”

这个时候华为用什么方案来解决这一技术难题?

两项技术坐镇,故障不足为惧

先说答案,华为巧妙地运用了两个技术方案——微网继电保护方案、离网故障穿越技术——来解决这一难题。

对于电力系统安全来说,继电保护是最主要的,它可以准确快速地切除故障,是防御大停电的第一道防线。常规继电保护方案是利用短路故障时电气量的变化,来构成各种原理的继电保护,包括电流增大、电压降低、电流与电压之间的相位角改变等。但是对于脱离电网的红海微网系统,这些方案并不完全直接适用。

佘宏武介绍说:“华为创造性地提出了微网继电保护方案,这种方案的独特之处在于,不依赖故障电流的幅值,可以快速、准确地切除故障路线。”

故障穿越能力不是新鲜技术,新鲜的是华为在此基础上,围绕储能离网这一核心应用场景首创“离网故障穿越技术”。“在切除故障之后,华为1.3GWh的储能系统可以快速、同步、稳定地重建电网电压,这就用到了离网故障穿越能力:在数百毫秒内,将微网电压重新恢复稳定。”佘宏武介绍说。

天下武功,唯快不破,这一句话充分反映在华为应用在红海新城的故障穿越技术。

红海项目稳定,就靠它了!

通过继电保护方案、离网故障穿越能力,可以降准切除故障线路,快速恢复供电。那么如果没有故障穿越能力,恢复供电需要多久呢?当我们的“瓦特”小伙伴向佘博士询问时,佘博士说:“电网出现故障,导致电网大面积停电的话,可能要花几个小时甚至更长时间,才能恢复全网供电。”

这样的恢复供电速度显然不仅仅会将“瓦特”“烤”成“焦耳”,也会导致薛定谔的猫猫在容器里被严重辐射。

让我们再来看看华为这项黑科技的效果:

传统光储,遇电网扰动,故障穿越失败,导致全网停电:

智能微网,遇电网扰动,离网故障穿越,快速恢复供电:

就在不久前,华为为沙特红海新城所构建的光储微网电站开始为红海新城酒店供电,可喜可贺。这一项目最大特征就是以1.3GWh储能系统为红海新城100%新能源供电,这也是全球最大光伏储能电站。有了优越的故障穿越能力,这一项目能够实现供电稳定无虞,一点不用担心大停电,因为即使有扰动,出现故障,项目内含的创新性强、效果卓越的故障穿越解决方案,转瞬之间就能让新城重放华彩。