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智能电网抵御未来风暴

2012年10月底，飓风“桑迪”以时速150公里（超过90英里/小时）席卷美国东北部沿海地区，令数百万人陷入一片黑暗之中。面对气候变化，能源管理系统必须更加强健，以抵御桑迪这样的自然灾害。西门子智能电网技术多年来一直致力于帮助电网更好地应对飓风、热浪和干旱等极端天气。

三年前，飓风“桑迪”席卷了大西洋沿岸，途经纽约市、新泽西州和宾夕法尼亚州，所到之处，无不一片狼藉。这为美国最大的电网运营商PJM Interconnection带来了巨大的挑战。该公司主要向宾夕法尼亚州、新泽西州、马里兰州、哥伦比亚特区及美国其它10个州超过6100万客户输送电力。此外，它还负责将1300多座电厂生产的电力输送给众多区域电网运营商。一旦电力供应中断，这些客户都将陷入黑暗之中。

飓风“桑迪”确实造成了巨大的损失。这场灾难一共致使800万住户停电，而其中500万就在PJM Interconnection覆盖区域内。超过140套高架电缆和变电站被损毁，直到数个星期之后才得以*修复。

（如图）飓风“桑迪”损毁了超过140套高架电缆和变电站。地处新泽西州奥特雷海滩的35号公路北就是重灾区之一。

气候变化：电网面临的主要挑战
持续的气候变化令停电变得愈发常见。气候变化不仅会增加像飓风“桑迪”这样的风暴的次数，还会带来更多洪灾、森林大火、热浪和干旱。美国能源部在其于2015年10月发布的一份报告中再次指明了这一点。面对这样的变化，包含超过9200座电厂和长约50万公里的高架电缆的美国电网已经感受到了压力。

在干旱的美国西南部地区，电厂经常因没有足够的冷却水而不得不降低发电量。从2011年开始，加州经历了气象测量最严重的干旱。而根据新的对树上年轮的研究，这也是1200年以来最严重的干旱。与此同时，中太平洋的厄尔尼诺现象有可能使加州在今年冬季遭遇极端降水天气。虽然降水能帮助缓解干旱，但极端降水带来的麻烦可能比其带来的益处更大。譬如今年10月中旬，暴雨导致的泥石流令1万多个家庭被迫停电。

墨西哥湾和太平洋沿岸的风暴与飓风也在增加。2015年10月，有史以来飓风之一“帕特里夏”以高达400公里的时速横扫了墨西哥西南沿海地区。其所过之后产生的洪灾摧毁了许多楼宇、变压器和高架电缆。10月初，飓风“华金”以时速250公里（超过150英里）席卷大西洋沿岸地区。尽管飓风此次绕开了美国内陆，但其分支及随之产生的一片低压区域仍然造成了南卡罗来纳州最大暴雨。这些事件均佐证了美国能源部的观点，即必须增强电网的防御能力，以抵御这些极端天气带来的影响。

2015年10月袭击墨西哥西南沿海的飓风“帕特里夏”的风速高达每小时400公里，是有记录以来最热带气旋。

两个控制中心
PJM Interconnection非常清楚气候变化带来的威胁将不断增加。从2011年11月开始，它部署了来自西门子的能源管理系统。该系统能在断电时对电网进行评估并完成更优化的管理。系统采用两个控制中心。在正常运行时，两个中心会共同管理电网。如果其中一个在突发事件中发生故障，另一个中心则可以继续独自管理电网运行。当飓风“桑迪”袭来时，这套系统正是这样工作的，这也令PJM能够随时掌握其输电网络的情况。

该电网管理系统采用了西门子和PJM Interconnection共同开发的一个集成式平台。这个平台能够整合诸如电力、市场和配电网络管理系统等多种应用。西门子在明尼阿波里斯的能源管理集团技术战略副总裁Ravi Pradhan表示，“该系统的开放式架构是其优势所在。它能以低成本集成新旧应用，这使得现存的解决方案也能被包括在内。而两个控制中心同时运行则加强了电网的安全性，帮助其应对如飓风一样会影响整个电网的突发事件。”

智能电网分区
然而，不仅区域间的电网需要变得更强健，纽约市的电网同样有此需求。飓风“桑迪”使超过100万纽约市民受到数日停电的影响。为了应对类似的灾难，电力公司Con Edison从2013年起开始实施一项耗资逾10亿美元的计划，旨在于2017年前增强纽约电网应对极端天气的能力。譬如，修建更高的大坝、保护性围墙和强化防护门来保护电厂、变电站和开关柜。同时，公司还会建立更坚固的电线杆，在电网中安装监控传感器，并重新铺设用于、消防部门、医院、药房和超市等关键场所的高架电缆。

美国输电网络包含超过9200座发电站和近50万公里的高架电缆。自然灾害来临时，该网络面临输电中断的风险。

西门子提供的电力管理系统帮助PJM Interconnection在断电时更好地掌握电网情况和控制电网。

PJM Interconnection部署了来自西门子的能源管理系统。该系统包含两个控制中心，如果其中一个在突发事件中发生故障，另一个就可以继续独自管理电网运行。

借助于西门子的技术，在2015年夏季， Con Edison也为其在曼哈顿地区的两个配电网络部署了全新的自动化系统。如果遭遇洪灾，该系统能立刻分割为4个子网络。一旦电网受损（如变电站发生爆炸），事故地点的网络就会被系统隔离开来。这样做可以防止事故造成的影响扩散到整个电网。

这种隔离是通过许多集中控制的开关站实现的。Con Edison共在位于曼哈顿下城区的两个配电网络中安装了44台这种地下开关站。一旦控制中心触发隔离指令，多达20个开关会在短短数毫秒内同时启动。为了同时控制如此之多且分布于整个电网的开关，系统依赖于采用冗余设计的光纤网络。

自动切换系统投入使用前，整个解决方案在西门子进行了测试，以确保其具备符合要求的同时切换速度。测试最终取得了成功。“这是配电系统内首次实现同步开关。”位于北卡罗来纳州温德尔的西门子能源管理集团*工程师Andre Smit说道。他指出，下次风暴来临时，包括华尔街在内的曼哈顿东南区将能在必要情况下快速从城市电网中断开。