英国电力和天然气监管机构Ofgem估计未来10年电力网络的投资速度将加快一倍，金额将达到320亿英镑，是过去20年来投资水平的2倍。因此，有必要通过一系列创新的干预技术作为传统配电网络改造的替代手段，让投资更加明智。为递延甚至消除11kV电网改造成本而设计的FALCON项目将试验几种新型干预技术和一种商业需求方管理方案。这个项目的一个重要组成部分是与其他配电网络运营商分享西部配电公司（WPD）遵循的旨在改善未来投资决策的流程。项目关注的重点是提供能够支持未来能源需求的电网，WPD在这个项目上的合作伙伴包括思科和阿尔斯通。
低碳电网基金是Ofgem为支持配电网络运营商发起的项目而设立的，该基金旗下的低碳电网柔性方法（FALCON）项目旨在研究如何将11kV新技术有效应用于实践。另外，作为项目的一部分，还将建立一种新工具，它能够模拟未来电网随着低碳技术的应用和发电量的增加而可能带来的挑战。
FALCON项目
为了解决电网的容量限制，FALCON运用了四种干预技术：
●资产动态定额
●负载自动转移
●网状配电网络
●储能
根据这些现场试验获得的数据，FALCON将开发一个场景式投资模型，模型自带可识别潜在限制的电网建模工具。此外，模型将提供一个决策支持系统，帮助识别最符合成本效益的缓解电网容量限制的干预方法。最后，模型将利用行业数据评估，利用工业产生的负载进行预测并以此作为变电站实时监测的一种替代手段。
通信基础设施
FALCON项目的试验场所位于英格兰中部一个比较新的镇区——MiltonKeynes,项目需要在大约200个11kV变电站安装大规模的电信系统。
项目的一个重要特征是与各种干预技术配套的通信基础设施的设计。它将每种技术分解成一组功能加以实现，通过这种分解来识别需求，使其能够映射每个功能的通信要求。这种设计确保考虑所有的通信区域，并能够突出显示应用协议不匹配、带宽响应时间和安全等潜在问题。
在项目初期，工作组发现简单的视距限制（比如林区的季节性变化）都可能对电网产生影响。随后，工作组还发现其他一些可能造成衰减的影响因素，比如新建工程视距范围内发生的信号损失、卡车在天线视距范围内停车过夜以及植被生长等等，这些因素在雨天对信号的抑制尤其明显。
通信基础设施是FALCON项目的关键组成部分。它的作用是通过试验性网络管理器和数据存储将配电网络试验区内的200个二级变电站安全地连接在一起。
为了确保这些二级变电站的通信安全，项目采用因特网协议（IP）平台和IEEE802.16eWiMAX技术提供物理连接。通信流量的线路是通过每个主变电站内的思科互联电网和安装在每个二级变电站的加固型室外路由器传输。
这样，通信基础设施就能有效跟踪以主变电站为中心向周边二级变电站（通过1.4GHz的WiMAX无线电连接）辐射，且以轴辐式排布的配电网络。每个二级变电站的监测设备和继电器获取的数据将通过远程终端单元（RTU）接收模拟信号或直接通过以太网总线连接到路由器。试验区包括一个控制中心、9个主变电站和200个二级变配电站。
以专用网络基础设施为基础的通信网络将负责传输干预技术所需的监测、控制相关信息流。该网络基于IPv4和相关技术。另外，主变电站和二级变电站内还将采用基于以太网的总线。
目前变电站的通信是基于超高频（UHF）无线电网络。随着新型监测和控制功能在内置IP功能的WiMAX通信网络上广泛部署，可以预期未来的所有通信将从UHF无线电基础设施逐渐过渡到这种通信方案。
主变电站内将安装一个提供广域网（WAN）路由和防火墙功能的加固型路由器。这个路由器将接至WiMAX基站节点，提供频率为3.5GHz的回程线路。加固型以太网交换机将配置IEC61850总线，用来连接变电站RTU和智能电子装置（IED）。通过多重WiMax设备的微微蜂窝技术实现主变电站到二级变电站的连接和覆盖。
每个二级变电站将采用一个带1.4GHzWiMAX模块的加固型室外路由器。通过该路由器实现变电站内部以太网连接，同时利用WiMAX实现通信流量的回程。
电网资产的动态定额
对中压电网资产的静态定额允许采用跨越不同电网类型的宽泛设计假定。但是，如果要对某个电网资产实行实时监控，则可以采用动态定额以充分利用负载的循环性。
通过控制使用这种循环性定额，能够提高电网的负载能力而不会对资产的寿命造成不利影响。要分配资产动态定额，除了对电网操作程序进行修改之外，还必须配备通信基础设施和远程监测。动态定额可适用于各种电压等级的变压器、地下电缆和架空线路，但是通常最具成本效益的是用来监测架空线路的负载电流，因为安装简便。
FALCON项目已经在28个地点的各种33/11kV变压器、11kV/433V变压器、地下电缆和架空线路上安装了监测设备。这样可以在这些电网资产中间进行动态的定额分配，不过可能需要对这些地点周围按常规敷设排布的电网进行干预。
负载自动转移
11kV配电网络由辐射状馈电网络构成，由主变电站通过两个或两个以上的电路馈通11kV/低压二级变电站的常开点。每个二级变电站通常配备一个11kV环网柜，使二级变电站能够从主变电站通过两条电路中的任意一条得到供电。自动负载转移功能则是利用这种电网设计特点，通过远程操作二级变电站的11kV开关柜，自动将供电转移给另一条电路。
这种自动转移功能可以实现轻负载和重负载电路间的负载转移。如果某个11kV设备发生故障，通过这一功能可以大大缩短供电中断的时长。除了给11kV/低压二级变电站配备可远程操作的自动开关装置，并且将现有的保护设置按可能作为替代的电网拓扑划分等级，还需要在控制中心实现负载电流的可视化。
FALCON项目将在6个现有的11kV地下电缆和架空线路上试验三种负载自动转移方案。架空线路将采用柱上自动重合器和分段开关，通过地下电缆在二级变电站内安装自动开关设备。
负载自动转移技术要求主变电站和二级变电站有一套兼具灵活和稳固的通信基础设施。对当前已经安装的施耐德RL柱上分段器，负载自动转移需要利用通用分组无线业务（GPRS）通信；另外还需要一个带RTU的柱上分段器。通信的作用至关重要，因为这些柱上装置是通过远程集中式而非当地控制式实现自动化。
每个主变电站还将安装一个相量测量装置(PMU)以监测接至试验性电网的馈出线。PMU产生的数据流超过100kbps/每条馈线，可能对通信网络造成显著影响。通信基础设施对控制分段器和确保RTU和PMU数据及时送达控制中心以便控制中心能够采取适当的控制动作，这是非常重要的。
网状配电网络
网状配电网络中的二级变电站有2个可供电来源，并且在一个永久闭环上运行，这个闭环设计为确保电网持续安全运行而设有保护区域。采用的保护区域数量取决于成本，并且必须尽量减少因闭环电网发生故障而遭受供电损失的客户数量。为了实现这一目标，闭环网络在设计上必须带断路器，断路器加装在具有战略意义的二级变电站内。
网状配电网络的应用通常局限于需要配电网络向高负载密度的开发项目供电的城市中心。FALCON项目将通过由6条现有的11kV馈线组成的3个网状网络的试验，探索将网状网络应用于郊区和农村地区的好处。这需要对现有的过电流保护方案进行升级，加入定向过电流保护。
定向过电流保护方案将采用IEC61850面向通用对象的变电站事件（GOOSE）报文系统，该系统为二层多点传输式。与装置保护方案相比，这种保护方案对时间的要求较不严格，但对延迟和同步方面的通信要求却很严格。站间通信通过WiMax网络，它满足FALCON项目最长延迟不超过80ms的要求。试验采用的技术在设计上高于这些要求，项目小组预计延迟时间可以稳定在40ms，最短甚至可能达到20ms。
储能
储能涉及在电网上安装一个或多个电池，在用电需求低的时候给它们充电，然后在用电需求高的时候让它们放电。储能可减少高峰期电网的电能需求，从而将附加的能量流纳入同一个可用的电网内。
电池安装在地面二级变电站11kV/低压变压器的低压侧。充电/放电规则由一套根据电网用电需求做出响应的算法进行控制或通过设计好的（根据日常或季节性峰值设定的）时间框架进行。二级变电站需要安装监测装置以驱动充电和放电算法。通常电池组旁边还加装功率调节装置（PCU）来优化性能和提供通信。
事实上，只要有空间，储能装置可以安装在11kV配电网络上的任何地方，它能够高效解决一天当中短时间持续的供电限制，比如，用电高峰时的那1~2个小时。电池解决方案的另一个好处是可以快速部署和撤除。
FALCON项目包括在5个11kV/低压二级变电站内安装电池。每个电池组的容量具有在1到2个小时期间内能够提供11kV/低压变压器装机容量的10%至20%的电力。这些电池装置将包括一个PCU、通信装置和变电站计量装置。每个站点还需要安装一个RTU用来测量和记录数据。
未来的功能
WPD已经安装了许多干预技术需要的工程。除此之外，WPD的新型电网规划工具——场景式投资模型的开发工作也在顺利进行中。场景式投资模型将配电网络带入未来场景，将不同的季节性用电高峰纳入考量，使规划者在研究开发配电网络时能够从工具箱中挑选出最好的工具。
RogerHey，拥有20多年的电力行业从业经验。先后在EastMidlands电力公司、Powergen和E.ON任职，目前任职于西部配电公司。在2008年，Hey被要求制订一项未来电网战略并组建一个工程师专家小组。该小组负责企业的创新战略，示范项目的交付以及在核心业务活动中实施新的解决方案。
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原标题：英国热衷于低碳配电网络
