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打造未来电网的尖端骨干

西门子推出的HVDC PLUS输电技术将在今后几十年内为基于可再生能源的电力供应打下基础。

在理想情况下，可再生能源本应取自何处，就用之何处。然而，现实情况并非始终如此。譬如，海上风电场生产的电力必须输送至沿海地区。这一过程通常需要使用高压直流输电线路（HVDC）。当输电电缆长度**过80公里时，HVDC是较为高效的解决方案。HVDC系统通过换流站将海上风电场产生的交流电转换为直流电。这些直流电在被输送至陆地后，又会经换流站转换回交流电。举例来说，通过这一过程，北海上的一条海上直流输电线路可以实现低于4%的输电损耗。

陆地上的太阳能发电系统、风电场和水电站产生的电力往往需要跨越遥远的距离才能到达城市地区。例如，为了将德国北部风电场产生的电能传输至南部地区，一条总长度达3800公里的新输电线路正在规划之中。这一项目同样采用直流输电。西门子能源业务的HVDC换流器产品开发主管J?rg Dorn表示：“这些电力高速公路将构成未来电力网络的骨干。”

这并不足为奇。因为输电容量为2500兆瓦的三相交流输电系统在800公里的输电距离内会产生约9%的输电损耗，而直流输电可以将损耗降低30%到50%不等。从2010年起，西门子在中国建成的一套HVDC系统就证明了直流输电线路能够成功运行。这套系统的输电容量高达5000兆瓦，可将在云南的水电站生产的电力输送至远在1400公里之外的广东省内的大城市。通过取代由燃煤产生的补充电力，广东省每年可减排二氧化碳约3000万吨。

不仅如此，HVDC输电还有一个*特的优点，它可以将由于电网频率不同而在技术上不可兼容的三相交流电网连接起来。因此，对西门子来说，继续优化HVDC技术是明智之举。目前，西门子是**良好的HVDC系统制造商之一，拥有约40%的市场份额。

隔离故障

在一些应用场景中，使用传统HVDC技术需要耗费大量的精力且成本高昂，西门子为此开发出了专门的HVDC解决方案。比如说，2010年，HVDC PLUS技术被**使用，通过一条穿越东湾区的长85公里的电缆将坐落于加利福尼亚州州匹兹堡的天然气电厂生产的电力输送至旧金山市中心。

HVDC PLUS设施能带来诸多益处。比方说，不同于传统HVDC系统，HVDC PLUS通常不要求在电网中使用交流滤波器。这是因为在HVDC PLUS系统中，电流转换所需的绝缘栅双较晶体管（IGBT）模块能够以高度智能的方式实现精准开关，从而让换流过程产生接近理想的电流和电压波形。这样就*使用滤波器，从而节省了空间，使HVDC PLUS解决方案较其适用于如海上风电场等系统。当然，西门子还在坚持不懈地改进其电力电子系统。例如，在2016年8月于巴黎举办的国际大电网**（CIGRE）展会上，西门子发布了性能是以往型号的两倍的IGBT模块。这意味着实现规定性能所需的模块数量更少，从而可以节省更多空间。

不仅如此，尽管常规HVDC系统需要在有输电干线电压的情况下才能从交流电转换为直流电，HVDC PLUS设施可自行产生这种电压。由此带来的好处是，当输电线上的电压发生中断，或当某个电厂彻底停机时，这项新技术能够自行生成干线电压，实现“黑启动”，从而降低断电风险。

除此之外，如果高架电力线遭遇雷击，那么采用全桥技术的新一代发电换流器将允许系统在短短数百毫秒内多次重新启动，确保故障被隔离而不扩散。

深埋地底还是架空

传统HVDC技术已融合了40多年持续研发所取得的成果，而HVDC PLUS技术则相对较新。不过，西门子已在对其进行进一步研发。目前，功率较大的HVDC PLUS系统连接法国Baixas与西班牙Santa Llogaia。它长65公里，有两套系统，通过两条输电容量各为1000兆瓦的地下电缆输送电力。迄今为止，HVDC PLUS技术一直被用于地下电缆线路。然而，借助采用全桥技术的新型IGBT模块，计划在2022年之前竣工的贯穿德国南北、长340公里的Ultranet输电线路，将能够使用输电容量高达2000兆瓦的灵活、可靠的高架线路。Ultranet项目只是朝着未来覆盖全欧洲的、基于可再生能源的直流电网迈出的第一步，欧洲电力输电系统运营商网络预计将在2050年建成这个电网。这些系统以及其他概念都旨在满足今后几十年的能源供应要求。

还在为电动汽车充电头疼？西门子来支招

eNterop研究项目为简化电动汽车充电设施打下了基石。在这个项目中，西门子与合作伙伴携手打造了一个系统环境，用以测试充电站与不同制造商生产的电动汽车之间的平稳交互。通过这个试验系统，制造商可以早在开发阶段就确定某个组件是否符合国际标准。其目的是确保未来电动汽车在所有充电站都能轻松完成充电——这是提高电动汽车接受度一个重要的因素。

为了实现这样的互通性，ISO/IEC 15118国际标准针对电动汽车与充电站之间的通讯进行了规范。然而，实施这个复杂的标准，要求基础设施（如电动汽车和充电站的控制系统）制造商针对各种产品类型和各式各样的应用进行大量试验。除建立面向众多不同使用者的一致性试验平台之外，eNterop项目合作伙伴还开发了便于开发和测试符合标准的产品的软件。在项目收尾阶段，合作伙伴还在实际条件下对试验架构进行了核查。在这些试验中，合作伙伴采用了多种自动控制系统和相应的充电站，以便利用直流电和交流电对电动汽车进行充电。相关软件清楚表明了尚处于开发阶段的产品能否被普遍地整合到充电过程中，同时提供了关于仍需改进之处的信息。

如今的电动汽车和充电站达到了允许系统在充电过程中进行通讯的较低标准。然而，如果还必须将诸如充电时间、电价限制和预测以及较低充电程度等因素纳入考虑，情况将变得更加复杂。只有ISO/IEC 15118这样的标准能够确保所有制造商都满足各种类型用户的需求。

eNterop项目成果将作为开源软件发布并免费提供给所有制造商。这款软件有助于制造商，特别是中小企业，缩短开发周期和削减成本，从而降低市场进入门槛。甚至早在eNterop项目结束之前，其研究成果便已经被纳入ISO/IEC 15118标准，为标准化做出了宝贵贡献。

作为这个联合体的带头人，西门子的**研发机构——西门子*研究院主要从事创建用例和开发试验软件。除西门子之外，项目合作伙伴还包括宝马、大陆集团、戴姆勒、莱茵集团、大众汽车、多特蒙德工业大学、弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所，以及弗劳恩霍夫风能及能源系统技术研究院。该项目由德国联邦经济事务和能源部出资。

网络模拟，坐行千里

对于地处偏远、技术复杂的工业设施而言，其特点就是工厂设计、维护和人员培训等成本高昂。在茫茫大海上开采石油和天然气时，情况更是如此。为此，西门子开发了仿真软件，为工业设施生成精确的三维虚拟模型，包括提供有关组件的详细信息。这款软件非常适用于培训技术人员。此外，不必亲临海上设施便可进行培训，这能节省大笔费用。

良好的国际石油和天然气企业的维护技术人员仅需轻点两下鼠标，即可“出海”——转瞬间便来到钻井平台，检查泵的工作情况。**次轻触鼠标，点击菜单项“COMOS-3D-Viewing（COMOS三维视图）”。*二下，点击下拉列表中的选项“Navigate（导航）”。随即呈现在他面前的，便是这台泵在COMOS Walkinside系统中栩栩如生的三维模型。COMOS Walkinside是一个虚拟-现实三维模型创建系统，可用于给操作人员作仿真式培训。

这时候，这位技术人员能看到自己的化身——虚拟人物造型——出现在这座钻井平台的虚拟模型中，周围是厚实的黄色管道和灰色的钢梁。再次轻点鼠标——这次是点击这台泵，COMOS显示了这台泵的全部历史记录，包括这台泵的安装日期、自投运以来的累计运行小时数，以及关于维修次数的准确信息。这虽然只是操作COMOS和COMOS Walkinside系统的三个小小的步骤，却是石油和天然气行业迈出的一大步。

让有纸办公成为历史

在使用这些创新软件解决方案之前，如果要进行这样的检查，就意味着技术人员必须从数以千计的文件和图纸中，找到包含这台泵最后一次检查报告及其他信息的文档。只有当他较终找到所需报告之后，他才能开始着手执行实际任务。他还需要走出办公室，冒着北海强劲的海风，爬上钢筋阶梯和斜坡，沿途经过管道、阀门及其他设备，最后抵达所要检查的泵。

所有这一切都是为了执行常规检查。检查日期的计算依据是平均经验值，而不考虑环境对泵的性能和工作寿命的带来的实际影响。完成检查后，技术人员还要手动将新的信息录入文档并提交。这种类型的文书工作不仅耗费时间，而且有时候还很危险，因为可能接触到易燃材料。