作者:程唯珈 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2019/7/14 23:14:07
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纽约大停电或为系统故障所致

 

 
 
假如世界末日来临,那将是什么样的场景?
 
当地时间7月13日,美国经济和文化中心、纽约市中央商务区所在地、联合国总部所在地、汇集了世界500强中绝大部分公司的总部,号称“宇宙中心”的曼哈顿,就陷入了一片由停电引发的“末日之夜”。
 
据美国多家媒体报道,此次停电地区主要集中在曼哈顿中城,以及上西的部分地区,南北从40街一致延伸到72街,东西从曼哈顿岛的最西端到第五大道。纽约市议会议长Corey Johnson在推特上表示,停电起源于曼哈顿西49街的一个变电站遭遇“重大故障”。不过,美国电力供应商联合爱迪生公司CEO表示,停电的原因还需全面分析。
 
事实上,这次大面积停电并非纽约历史上的第一次。1977年,纽约也曾出现过一次大面积停电,而且本次停电正值纽约大停电42周年当天。这些事故不禁让公众质疑,作为科技高度发达的美国,为何会出现此类电力故障?类似大停电会出现在中国吗?为此,《中国科学报》邀请了相关电力专家进行解读。
 
或为设备老化和系统故障
 
针对网络上议论的“纽约大停电”,天津大学电气自动化与信息工程学院院长、科技部智能电网重点研发计划专家组专家王成山认为,此次停电规模不算大,属于城市电网的局部停电,由于涉及用户受关注度较高,产生了较广泛的社会影响。
 
他表示,专业意义上的“大规模”停电一般是指跨区域高压电网的停电,涉及输电系统,电压等级高、影响地域广、停电时间长。
 
“虽然还没有看到专业性的技术分析报告,但从停电影响的用户数量、停电时间等分析,应该属于城市配电系统停电范畴。尽管城市电网中同等规模的停电时有发生,但发生在纽约这样的世界经济中心,尤其是在曼哈顿这样的重要地区,还是有些不可思议。”王成山说。
 
按照城市电网的设计理念,对于重要区域,一般要保证有2-3路供电路径,一条路径出问题,其他路径还可保证正常供电,甚至两条路径出问题,单靠一条路径也可以保证供电。这次的停电,违背了这样的原则。
 
王成山分析,这次停电很可能是设备老化,配网自动化系统作用发挥不当等原因造成的。
 
“美国的电网设备很多都使用了几十年,各种原因导致设备出现故障很正常,关键是出现故障后配网自动化系统应及时切换供电路径保证供电,否则就会出现较大规模的停电。本次停电的具体原因还有待后续更加专业性的分析。”他说。
 
“我们把安全稳定放在首位”
 
事实上,就城市电网而言,我国同样也经常发生停电事故,按照专业性的指标分析,我国城市电网年户均停电时间同发达国家一些城市相比还有差距,但就影响广泛的大电网停电事故而言,我国近年来确实没有发生过。
 
王成山介绍,美国影响比较大的停电事故是2003年8月14日大停电,当时多个州都同时停电。如果一定要将中国电网和美国电网进行对比,确实有很多不同之处。不仅仅是技术层面存在不同,管理模式和运行方式也有较大差异,而后者也会导致不同的电网运行结果。
 
不同于我国的集中式运行调控模式,美国电网由多家独立运营商调控,各个运营商会在遵循安全导则前提下,利用市场机制,追求电网资产最大化的利用,当多家运营商都想利益最大化时,一旦电网出现偶发故障,有可能因为协调不畅导致故障范围扩大,最终演化为大停电事故。
 
相比较而言,由于我国更多把安全稳定放在首位,在偶发严重故障时,可以果断采取切发电机、切负荷、隔离故障电网等措施,调度命令更加简洁高效,对避免电网大停电事故发生存在一定优势。不过,我国电网平时的运行效率,或者说是电网资产利用水平同美国相比要低一些。这一点还需要努力加以改善。
 
此外,我国对电网设施也倾注了大量投入。王成山表示,过去20年,为了提高城市电网的供电可靠性,我国每年用于城市电网建设改造的资金达到近千亿元,城市电网设备几乎全部更新,城网结构的灵活性大为改善,调控措施也更加先进,这些都是我国城市居民“停电无感”的原因。
 
“三道防线”做好防控
 
“从技术、设备和管理的水平来说,我们国家电网接近世界一流,尤其在输电方面,中国在国际上已经遥遥领先。” 清华大学电机工程与应用电子技术系教授张伯明表示。
 
他告诉《中国科学报》,我国在电网的正常运行时的预防和紧急控制方面做了大量工作,有一套“三道防线”的自动化系统保证。
 
第一道防线是稳态情况下的调度控制。依靠快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施,确保电网在发生常见的单一故障时保持电网稳定运行和电网的正常供电。
 
第二道防线是采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施,确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行。就是电网进入到紧急状态的时候有一个稳定控制。
 
第三道防线是设置失步解列、频率及电压紧急控制装置,当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时,依靠这些装置防止事故扩大,防止大面积停电。
 
“基本靠前两道防线就能保证系统不要进入到第三道,即进入城市大规模停电状态。依靠三道防线,我国近20年都没有发生过大规模停电事件。”张伯明说,我国体制允许国家对电网进行全局的调度控制,这种统一的调度对电网预防停电非常有利。
 
张伯明表示,即便出现了大规模的停电事件,地方各级调度部门也都有预案。“一旦发生停电,在什么范围内停电,停电到哪一级,应该采取什么措施部门都有相应的程序。按照预案,电网部门按部就班地逐步扩大恢复的范围,最后使全网恢复供电。具体恢复供电的时间和采取的措施根据实际情况来定。”
 
“一般来说,对于比较重要的负荷,当发生设备故障而失去电力供应时,可切换到备用供电线路来维持供电,这样恢复时间较快。如果没有预留备用,需紧急调动新的设备或者对故障设备抢修。”中国科学院电工研究所研究员肖立业告诉《中国科学报》。
 
随着“智能电网”概念的提出,我国也逐步对现有电网系统进行升级优化,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
 
张伯明所在的团队开展的“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”项目经历20多年研发,构建了复杂电网自律协同电压控制的技术体系和标准,研制了具有完全自主知识产权的无功电压自动控制系统,去年获得了国家科技进步奖一等奖。
 
“该研究可实时调整电力系统电压,使得电网运行在一个经济安全的状态下,当然对于预防停电也能起到一定作用。”张伯明说。
 
 
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