2024确保电网规范合规性的数字化路径白皮书

核心观点与挑战

• 能源转型与电网挑战：从化石燃料向可再生能源（风能、太阳能等）的转变对电网稳定性造成冲击，可再生能源的间歇性和波动性加剧了电网控制的复杂性。
• 电网标准强化：输电系统运营商（TSO）正强化电网标准，要求所有参与者（公用事业企业、集成商、发电企业）提供基于“数字孪生”的电力系统仿真报告，并通过现场测量或组件认证验证控制系统模型。
• 放松管制与市场混乱：电力市场放松管制导致独立电力生产商追求利润最大化，迫使TSO制定规则以避免市场混乱。

关键技术与标准

• 数字孪生技术：要求提供详细、高保真的电力系统仿真报告，以证明发电资产符合电网标准。
• 频率快速变化（RoCoF）：可再生能源缺乏转动惯量，接入电网会降低系统稳定性，需要更大规模储能系统作为备份。
• 区域间振荡：区域间振荡模式（0.1-0.8Hz）因电网互联规模扩大而日益频繁，可能导致电网不稳定。
• 故障穿越（FRT）：发电机在电网故障期间需保持连接，TSO正提高相关要求以避免电压崩溃。
• 黑启动能力：要求电站能在电网停电后独立重启，需提供详细仿真报告和现场测试验证。

解决方案与优势

• ABB解决方案：提供建模、分析、仿真和调试服务，包括基于PowerFactory、PSS®E和MATLAB/Simulink的仿真研究，以及UNITROL®励磁系统数字仿真模型。
• 电网标准合规性研究：帮助运营商获得TSO许可，通过仿真报告和性能评估证明合规性。
• UNITROL®励磁系统：满足最新ENTSO-E法规，支持快速瞬态响应和区域间振荡抑制，已通过TÜV NORD认证。

未来趋势与自动化

• 数字化与远程技术：未来电网合规性流程将实现自动化，可能频繁到每周一次，通过数字孪生持续模拟发电机和电网。
• 远程整定与互联思维：励磁系统将远程执行自动整定，通过数字互联实现电站间的协同控制。
• 人力需求挑战：未来可能需应对更多小型电力系统，对励磁系统专家的现场调试需求将大幅增加。

结论

• 持续合规性：随着能源结构变化，与可靠技术合作伙伴（如ABB）合作至关重要，以应对不断变化的电网标准。
• 数字化优势：数字孪生不仅用于合规性，还可改进资产监控和预测性维护。
• 风险与挑战：能源环境变化要求供应商不断学习专业技能，电网故障可能导致高额收入损失，小型电力系统增加了人力需求挑战。