如果一家工廠的內(nèi)部發(fā)電廠發(fā)生故障，為了恢復(fù)電網(wǎng)的平衡，可切斷無(wú)關(guān)緊要的系統(tǒng)的電源。全新研制的西門子自動(dòng)甩負(fù)系統(tǒng)，能夠以閃電般的速度做出反應(yīng)，防止在這種情況下，出現(xiàn)電網(wǎng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

高音喇叭報(bào)警：故障即將發(fā)生。發(fā)電機(jī)軸承過(guò)熱，讓煉油廠的電網(wǎng)一秒之內(nèi)損失了近萬(wàn)千瓦的電能。電網(wǎng)電壓迅速下降，而且交流（AC）頻率會(huì)降到確?？煽抗╇姷?0赫茲以下。如果加熱器、冷卻裝置等機(jī)械設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，電網(wǎng)將*崩潰，從而導(dǎo)致停產(chǎn)、生產(chǎn)設(shè)備受損，相關(guān)成本可能在很短時(shí)間內(nèi)飆升至數(shù)百萬(wàn)歐元。

雖然上文所述情景是虛構(gòu)的，但其可能產(chǎn)生的影響是真實(shí)的。如果一家大型工廠內(nèi)部發(fā)電廠及由其供電的電網(wǎng)發(fā)生故障，所導(dǎo)致的停工損失及相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失可能非常巨大。某些工藝過(guò)程（比如液化氣壓縮或鋼熔）不能中斷，因此，必須采取相應(yīng)手段，防止公共電網(wǎng)對(duì)上述工藝過(guò)程的電力供應(yīng)中斷。所以，許多能源密集型工業(yè)企業(yè)（比如煉油廠和鋼鐵廠）內(nèi)部建有半自主電網(wǎng)，以消除電網(wǎng)供電中斷可能造成的影響。此外，這些企業(yè)建立內(nèi)部電網(wǎng)還有另外一個(gè)原因——公共電網(wǎng)的峰值負(fù)荷電力非常昂貴，也就是說(shuō)，建設(shè)內(nèi)部電網(wǎng)是值得的。

一套可設(shè)定（下圖）的復(fù)雜系統(tǒng)，能夠使企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，有助于防止斷電和停電故障的發(fā)生。

位于奧地利維也納的西門子能源自動(dòng)化解決方案公司的電網(wǎng)自動(dòng)化專家Michael Eckl認(rèn)為，“工業(yè)企業(yè)必須考慮偶爾發(fā)生的斷電事故，而且老舊系統(tǒng)發(fā)生斷電事故的頻率更高。”Eckl對(duì)那些運(yùn)行自有電廠的公司提出了寶貴建議。然而，這些工廠的電網(wǎng)通常會(huì)盲目擴(kuò)張，并且終由新舊混合設(shè)備和安全技術(shù)設(shè)備構(gòu)成。

運(yùn)行上述發(fā)電廠的公司都知道這一點(diǎn)，因此，這些公司制定了一系列旨在削減電力負(fù)荷的策略，即以一種有針對(duì)性的方式臨時(shí)關(guān)閉高能耗系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包含并非*的機(jī)器設(shè)備、冷卻裝置與空調(diào)裝置、電動(dòng)機(jī)、熔爐、壓縮機(jī)、泵機(jī)、照明系統(tǒng)等，其思路在于通過(guò)減少用電需求，解決電力供應(yīng)短缺的問(wèn)題。為此，工廠必須制備一份優(yōu)先次序表，明確在特定環(huán)境條件下，哪些設(shè)備和機(jī)器將被關(guān)閉，以及在什么時(shí)間關(guān)閉。理想情況下，供電中斷后，工廠應(yīng)在不到一秒的時(shí)間立即停止運(yùn)行，從而將系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致電網(wǎng)*崩潰的可能性降至低限度。

以往，當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)度中心的技術(shù)人員將決定甩掉哪些負(fù)荷，但是，這需要耗費(fèi)太多時(shí)間，從而無(wú)法阻止災(zāi)難性事故的發(fā)生。后來(lái)開發(fā)的自動(dòng)簡(jiǎn)易甩負(fù)系統(tǒng)，能夠依照事先設(shè)定的方案，自動(dòng)關(guān)閉特定用電區(qū)域。但問(wèn)題是甩掉的用電負(fù)荷要么太多、要么太少。結(jié)果，工廠運(yùn)行減慢，或者需要進(jìn)行人工調(diào)整。

下一個(gè)重大進(jìn)步涉及工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，比如西門子的SIMATIC系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)的控制裝置可統(tǒng)計(jì)電能輸出量與需求量，并可依照預(yù)先制備的優(yōu)先次序表自動(dòng)甩掉部分負(fù)荷。其缺點(diǎn)在于該系統(tǒng)作為獨(dú)立的能源自動(dòng)化裝置，有其自身的硬件、配線和維修要求，也就是說(shuō)，它會(huì)增加系統(tǒng)的生命周期成本。

未來(lái)生活。考慮到上述種種情況，Eckl的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一套新的甩負(fù)系統(tǒng)（名為“網(wǎng)絡(luò)與能源自動(dòng)化系統(tǒng)”）。它是一套針對(duì)石油、天然氣與鋼鐵行業(yè)而開發(fā)的解決方案，旨在解決電力生產(chǎn)與自動(dòng)化控制彼此分離的問(wèn)題。該系統(tǒng)將二者融為一體，共用一個(gè)減負(fù)與自動(dòng)化信息通信網(wǎng)絡(luò)，從而節(jié)約時(shí)間和金錢。

系統(tǒng)可為每一個(gè)負(fù)荷預(yù)先分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)。其控制裝置不僅可對(duì)發(fā)電過(guò)程與電能需求進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)，而且，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)將在數(shù)秒鐘內(nèi)關(guān)閉時(shí)，還可計(jì)算每過(guò)一秒需要甩掉哪些負(fù)荷。顯然，優(yōu)先級(jí)較低的負(fù)荷將被首先甩掉。因此，該系統(tǒng)的軟件始終延時(shí)運(yùn)行數(shù)秒鐘時(shí)間，以確保系統(tǒng)能夠在足夠短的時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)，從而防止電網(wǎng)失穩(wěn)。

此外，該系統(tǒng)只會(huì)在特定時(shí)刻準(zhǔn)確甩掉為保持電網(wǎng)穩(wěn)定性需要甩掉的負(fù)荷。Eckl指出：“該系統(tǒng)不會(huì)對(duì)每只燈泡進(jìn)行調(diào)節(jié)。相反，它只會(huì)甩掉數(shù)百千瓦乃至更高的“大”負(fù)荷。一般情況下，這類負(fù)荷包括短時(shí)間停運(yùn)不會(huì)影響工廠運(yùn)行的輔助設(shè)備，譬如采暖和空調(diào)系統(tǒng)。”

西門子系統(tǒng)的*之處在于，該系統(tǒng)將三種不同的方法融為一體。除上述基于功率的快速甩負(fù)方法外，該系統(tǒng)還使用基于頻率的傳統(tǒng)減負(fù)方法。后者在應(yīng)當(dāng)保持在50赫茲的交流頻率開始過(guò)度波動(dòng)時(shí)使用。在多種錯(cuò)誤同時(shí)發(fā)生——比如兩臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障——時(shí)，可能出現(xiàn)這種波動(dòng)。在上述情況下，保護(hù)繼電器將切斷預(yù)先確定的備用負(fù)荷。問(wèn)題在于采用這種方法甩掉的負(fù)荷要么太多、要么太少。因此，這種方法只能作為在萬(wàn)不得已的情況下采取的下下之策。

第三種甩負(fù)方法是啟用發(fā)電機(jī)備用容量，即在工廠需要時(shí)，馬上讓發(fā)電機(jī)輸出更多電能。這些電能由正在工作并為電網(wǎng)供電的發(fā)電機(jī)提供。在并網(wǎng)用電負(fù)荷增加時(shí)，這可防止發(fā)生供不應(yīng)求問(wèn)題。

基于發(fā)電量和頻率的甩負(fù)方法如果要真正湊效，必須以閃電般的速度完成。為此，西門子公司研發(fā)人員非常信任GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件），它是IEC 61850通訊標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。這部自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)旨在保證能夠通過(guò)玻璃纖維光纜同時(shí)向所有用電系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。要求甩負(fù)的事件一旦確定，所有用電系統(tǒng)都將收到相關(guān)通知，而且都能依照警報(bào)發(fā)出之前計(jì)算得出的甩負(fù)計(jì)劃做出反應(yīng)。相關(guān)信號(hào)多在70毫秒之內(nèi)收到，速度之快足以在短時(shí)間內(nèi)消除任何不穩(wěn)定現(xiàn)象。

*獨(dú)立于公共電網(wǎng)，并且能夠提供自身所需的全部電能的獨(dú)立電網(wǎng)極為罕見。此外，幾乎所有擁有自備電廠和獨(dú)立電網(wǎng)的大型工廠，仍然接駁公共電網(wǎng)，目的是能從公共電網(wǎng)獲得更多電能，或?qū)⑹Ｓ嚯娏斔徒o公共電網(wǎng)。設(shè)計(jì)自動(dòng)甩負(fù)系統(tǒng)的目的是確保內(nèi)部電網(wǎng)的穩(wěn)定性。內(nèi)部電網(wǎng)可彌補(bǔ)公共電網(wǎng)的供電不足，或在公共電網(wǎng)由于用電需求太大導(dǎo)致價(jià)格太貴的情況下提供內(nèi)部所需的電能。

虛擬發(fā)電廠。是否應(yīng)當(dāng)從更廣泛的角度看待甩負(fù)技術(shù)和公共電網(wǎng)的關(guān)系，并將其與其他能源自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，是值得深入考慮的問(wèn)題。一種方案是使用DEMS（西門子開發(fā)的分布式能源管理系統(tǒng)），該系統(tǒng)旨在優(yōu)化虛擬發(fā)電廠——即將分布在不同地點(diǎn)的電廠以虛擬方式合為一體——的運(yùn)行。Eckl及其同事正在開發(fā)一系列旨在提高經(jīng)濟(jì)效率的解決方案，從而優(yōu)化與引入、自發(fā)和輸出電力相關(guān)的成本。得出的結(jié)果可被用于制定內(nèi)部發(fā)電機(jī)運(yùn)行計(jì)劃。

目前有兩家工廠——一家位于薩迪亞特島（阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)阿布杜比的一個(gè)旅游小島）、另一家是位于土耳其的煉油廠，已安裝采用快速GOOSE告警裝置的自動(dòng)甩負(fù)系統(tǒng)，它們已成功通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)。由于GOOSE是一個(gè)性通信標(biāo)準(zhǔn)，這種甩負(fù)系統(tǒng)未來(lái)的應(yīng)用前景相當(dāng)光明，它們同時(shí)適合于現(xiàn)有電網(wǎng)與新建電網(wǎng)。Eckl表示：“越來(lái)越多的工業(yè)用戶需要更可靠的電力供應(yīng)，因此，我們預(yù)計(jì)，未來(lái)會(huì)有更多客戶需要我們的系統(tǒng)。”