智能電網(wǎng)中電力設備及其技術發(fā)展分析

HVDC技術及設備

高壓直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過換流閥變成直流電，然后通過直流輸電線路送至受電端再變成交流電注入受端交流電網(wǎng)。直流輸電核心技術集中于換流站設備，換流站實現(xiàn)了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉換コ在交流場具有交流變電站相同設備外，還有以下特有設備，換流閥、控制保護系統(tǒng)、換流變壓器、交流濾波器和無功補償設備、直流濾波器、平波電抗器及直流場設備，而換流閥是換流站中的核心設備，其主要功能是交直流轉換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現(xiàn)在的電控和光控晶閘管閥，換流閥單位容量在不斷增大。姜氮釜

HVDC中的輕型直流輸電系統(tǒng)(LIGHTHVDC)技術目前備受關注，如海上風力發(fā)電用岸上輕型高壓直流輸電裝置，采用GTO、IGBT等可關斷的器件組成換流器，可以免除換相失敗的風險，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求。未來可用于向孤立小系統(tǒng)，(如海上石油平臺、海島)供電，或在城市配電系統(tǒng)中用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源，是智能電網(wǎng)發(fā)展中的重要技術和設備。

超導技術及設備

智能電網(wǎng)的目標是降低網(wǎng)絡損耗，美國智能電網(wǎng)規(guī)劃的一個重要目標是實現(xiàn)以超導為主的骨干網(wǎng)，大幅降低網(wǎng)絡損耗。超導電力技術是利用超導體的無阻高密度載流能力及超導體的超導態(tài)和正常態(tài)相變的物理特性發(fā)展起來的一門新的電力技術，它在實現(xiàn)電力裝置的輕量化、小型化、低能耗和提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和電力質量等方面具有重要的意義和廣闊的應用前景。

超導技術及其發(fā)展的各種設備是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要構成部分和載體。目前，超導電力技術已進入高速發(fā)展時期，若干超導電力設備，如超導電纜、超導變壓器、超導限流器、超導磁儲能系統(tǒng)等已在電力系統(tǒng)試運行。表1為超導電力設備的特點及其對電力工業(yè)的作用和影響。

變電方面

未來變電站需要在網(wǎng)絡信息交互共享的基礎上實現(xiàn)信息互用，建立電力企業(yè)的大信息平臺，并在此基礎上逐步實現(xiàn)智能電網(wǎng)所要求的諸多強大功能。目前主要進行的是數(shù)字化變電站，它由智能化一次設備、網(wǎng)絡化二次設備在通信協(xié)議基礎上分層構建，從而實現(xiàn)智能設備間信息共享和互操作。與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設備及網(wǎng)絡接口只是通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設備以及一次設備與二次設備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。

智能變電站是數(shù)字變電站的發(fā)展，是以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調度等互動的變電站。與數(shù)字化變電站相比，不僅是簡單的數(shù)字采集與展示更具有一定智能意義的分析功能。智能變電站中，一次設備被檢測的信號回路和被控操作驅動將采用微處理器和光電技術設計，簡化了傳統(tǒng)機電式繼電器及控制回路結構。數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡取代傳統(tǒng)導線連接。變電站二次回路中傳統(tǒng)繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，傳統(tǒng)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

變電站內(nèi)的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等將基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接采用高速的網(wǎng)絡通信，常規(guī)的功能裝置將具有邏輯功能模塊。

配電方面

智能電網(wǎng)配電部分將實現(xiàn)高級配電自動化，以適應分布式電源與柔性配電設備的大量接入，滿足功率雙向流動配電網(wǎng)的監(jiān)控需要，同時采用分布式智能控制，現(xiàn)場終端裝置能通過局域網(wǎng)交換信息，實現(xiàn)廣域電壓無功調節(jié)、快速故障隔離等控制功能。智能配電網(wǎng)依賴前端先進的傳感量測技術對各類數(shù)據(jù)的采集，并通過通信網(wǎng)絡完成數(shù)據(jù)的融合和傳輸，實現(xiàn)運行監(jiān)視與協(xié)調控制，其中包含諸多的新技術和新設備。例如構建覆蓋配電網(wǎng)中所有節(jié)點，控制中心、變電站、分段開關、用戶端口等，的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，將涉及光纖、無線、載波等各種組網(wǎng)技術及設備。對各種信息量的采集，涉及先進的傳感測量技術與設備，如光學或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設備狀態(tài)在線監(jiān)測、電能質量測量等。目前我國配電網(wǎng)的傳感測量比較多的是構建在光纖傳感測量技術之上，未來智能電網(wǎng)的構建也將在此基礎上進行延伸。

提高電能質量是智能電網(wǎng)構建的一個重要目標，在配電方面涉及大量的電力電子設備。而作為FACTS技術在配電系統(tǒng)應用的延伸，DFACTS(DISTRIBUTIONFACTS)技術綜合了配電網(wǎng)未來新技術的應用。DFACTS技術與輸電系統(tǒng)中的FACTS技術側重不同，F(xiàn)ACTS設備的主要作用是調整輸電線路的參數(shù)，控制線路的潮流，提高輸電線路的功率傳輸極限，使輸電線路的潮流能按預定計劃實現(xiàn)控制，提高全網(wǎng)的經(jīng)濟性，也可以通過快速控制提高系統(tǒng)動態(tài)性能，如調節(jié)電壓、控制功率振蕩和抑制次同步振蕩等，而DFACTS技術主要用來提高供電質量，即減小諧波和畸變、電壓波動與閃變、電壓暫降與電壓中斷、消除三相不平衡，使電壓的幅值和波形符合要求、提高功率因數(shù)等。配電網(wǎng)涉及的智能電力設備如表2所示。

用電方面

智能用電部分的重要目標是實現(xiàn)用戶互動，促使電力市場完全競爭。用戶側支持能量和信息的雙向流動，用戶可以通過實時獲取用電信息與不斷變化的不同供電商的電價，真正實現(xiàn)全國范圍內(nèi)電力市場完全競爭。

供電側將以信息采集與管理為主，通過對配電變壓器和終端用戶的用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)用電監(jiān)控、推行階梯定價、復合管理、線損分析∽鈧沾锏階遠抄表、錯峰用電、用電檢查(防竊電)等，用戶側能夠了解實時電價和按照自己需求，實時用電管理及用電質量等服務。因此該部分的智能電力設備包括，智能表計、高度自動化、即插即用式智能電力設備、智能保護裝置、測量監(jiān)視設備、儲能電池、家庭自動化設備、海量數(shù)據(jù)處理設備和可視化設備等。