智能電網(wǎng)中電力設(shè)備及其技術(shù)發(fā)展分析

近年來(lái)，隨著各種先進(jìn)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，發(fā)展智能電網(wǎng)已在世界范圍內(nèi)形成共識(shí)。由于智能電網(wǎng)尚處于起步階段，國(guó)際上對(duì)其還沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一而明確的定義。從技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的角度看，世界各國(guó)、各領(lǐng)域的專(zhuān)家、學(xué)者普遍認(rèn)同以下觀點(diǎn)，智能電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和能源電力技術(shù)相結(jié)合，并與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。作為一個(gè)完整的電力系統(tǒng)，智能電網(wǎng)涵蓋發(fā)、輸、變、配和用全流程，各個(gè)環(huán)節(jié)中涉及大量的電力設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)。智能電力設(shè)備，從狹義上來(lái)說(shuō)，是具有信息獲取或傳輸，并能進(jìn)行邏輯判斷的電力設(shè)備，而廣義上，則可以認(rèn)為是適應(yīng)和支持智能電網(wǎng)新特點(diǎn)的有電力設(shè)備。實(shí)際上，就智能電網(wǎng)相關(guān)的各種硬件設(shè)施，比如高度的電力設(shè)備自動(dòng)化，各國(guó)一直都在進(jìn)行相關(guān)的建設(shè)。智能電網(wǎng)具有系統(tǒng)整合的特點(diǎn)和趨勢(shì)，將涉及到的各個(gè)單元或是部件整合成一個(gè)能智能化工作的系統(tǒng)，如智能配電系統(tǒng)，數(shù)字化變電站ビ沒(méi)У緙芻ザ系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中已經(jīng)包含多種智能單元和部件，整合后的系統(tǒng)可能同時(shí)包含多個(gè)當(dāng)前電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備。

本文簡(jiǎn)要分析和介紹了支持智能電網(wǎng)的各項(xiàng)新設(shè)備(新技術(shù))包含各種新型能源發(fā)電和接入設(shè)備，超導(dǎo)、復(fù)合材料傳輸設(shè)備，儲(chǔ)能設(shè)備，新型電力電子設(shè)備，信息量測(cè)和傳輸設(shè)備，以及諸如智能電表、智能終端和智能管理終端等。其中部分技術(shù)和設(shè)備在智能電網(wǎng)概念提出之前就已經(jīng)出現(xiàn)，但作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成或?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)的重要手段，在本文中也進(jìn)行了相應(yīng)介紹。

國(guó)內(nèi)外智能電網(wǎng)的側(cè)重區(qū)別

智能電網(wǎng)中電力設(shè)備及其技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)可以用“環(huán)境決定側(cè)重×Χ染齠ㄋ俁”來(lái)概括。后半句表明政府意圖對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展的決策和重視程度決定智能電網(wǎng)和各項(xiàng)技術(shù)的速度，而前面半句，則表明智能電網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)與國(guó)情相適應(yīng)，智能電力設(shè)備技術(shù)的發(fā)展也與智能電網(wǎng)的側(cè)重相匹配。

美國(guó)智能電網(wǎng)環(huán)境的特點(diǎn)是分布式發(fā)電比重快速上升與完全競(jìng)爭(zhēng)性的電力市場(chǎng)，因此注重用戶(hù)側(cè)和配電智能設(shè)備，相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也著重這兩部分。在美國(guó)“grid2030“智能電網(wǎng)規(guī)劃中，美國(guó)智能電網(wǎng)的電力設(shè)備主要圍繞如智能電表、智能終端、智能配電網(wǎng)設(shè)備以及超導(dǎo)和儲(chǔ)能等方面。歐洲國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)主要是促進(jìn)并滿(mǎn)足風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能等可再生能源的快速發(fā)展，把可再生能源、分布式電源的接入以及碳的零排放等環(huán)保問(wèn)題作為重點(diǎn)，因此優(yōu)先發(fā)展新能源接入與控制相關(guān)設(shè)備及技術(shù)。日本和韓國(guó)將智能變電站、配電網(wǎng)的自愈控制相關(guān)設(shè)備，以及大規(guī)模太陽(yáng)能等新能源開(kāi)發(fā)的保護(hù)與控制設(shè)備作為研究重點(diǎn)。由于我國(guó)能源與用電負(fù)荷分布的情況以及網(wǎng)、售合并的壟斷性電力環(huán)境，導(dǎo)致智能電網(wǎng)規(guī)劃側(cè)重長(zhǎng)距離、高電壓輸變電的發(fā)展，但同時(shí)智能用電雙向互動(dòng)、分布式電源，即插即用，接入的需求及電力市場(chǎng)化改革，也極大推動(dòng)配用電設(shè)備的發(fā)展，如智能電表及雙向通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛建設(shè)。

智能電力設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)作為一個(gè)整體，無(wú)論側(cè)重點(diǎn)在哪個(gè)部分，都需要眾多先進(jìn)的智能電力設(shè)備的支持。勃唱

發(fā)電方面

智能電網(wǎng)在發(fā)電方面涉及的電氣設(shè)備包括各種可再生能源能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，安全、可靠并網(wǎng)接入設(shè)備以及儲(chǔ)能設(shè)備。＊

各種新能源和分布式發(fā)電技術(shù)設(shè)備，如微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池(微透平ā⑻陽(yáng)能光伏發(fā)電(太陽(yáng)板)、風(fēng)力發(fā)電(風(fēng)機(jī))、生物質(zhì)能發(fā)電設(shè)備、海洋能發(fā)電設(shè)備和地?zé)岚l(fā)電設(shè)備等。―

智能保護(hù)與控制類(lèi)設(shè)備∪縭字型保護(hù)繼電器、智能分接頭變換器、動(dòng)態(tài)分布式電力控制設(shè)備等。┆

各種大容量?jī)?chǔ)能及高效能量轉(zhuǎn)換裝置，如蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能∫約叭劑系緋鬲「呷萘看⑶?、高效洞坞姵氐仍O(shè)備。

以分布式發(fā)電系統(tǒng)為例，如圖1所示，發(fā)電部分、功率調(diào)節(jié)部分有多個(gè)逆變器，其中功率轉(zhuǎn)換和控制裝置又包含諸多核心設(shè)備，如各種大功率高性能變流器、大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁與控制器、風(fēng)力發(fā)電用永磁發(fā)電機(jī)變速調(diào)速裝置、大功率并網(wǎng)逆變器、儲(chǔ)能裝置以及電網(wǎng)的連接設(shè)備，燃料電池、電能輸出波形質(zhì)量設(shè)備，電壓跌落隔離和保護(hù)設(shè)備等。對(duì)于大功率燃料電池系統(tǒng)≡蟶婕靶碌牡緶吠仄恕⒅悄薌成功率變流器和智能系統(tǒng)級(jí)控制設(shè)備。

圖1 分布式發(fā)電、儲(chǔ)能及轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

輸電方面

智能電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)，既要發(fā)展大容量遠(yuǎn)距離低損耗輸電技術(shù)，也要考慮大規(guī)模間歇式新能源接入對(duì)輸電網(wǎng)的影響，主要集中于柔性交流輸電及其相應(yīng)柔性交流輸電設(shè)備，高壓、特高壓直流輸電以及高溫超導(dǎo)技術(shù)等，前兩項(xiàng)涉及大量的電力電子設(shè)備，最后一項(xiàng)同時(shí)涉及新材料和復(fù)合材料等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。＊í錨豹藹

FACTS技術(shù)及設(shè)備

柔性交流輸電技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是智能電力設(shè)備在輸電部分應(yīng)用的體現(xiàn)。該技術(shù)采用具有單獨(dú)或綜合功能的電力電子裝置，對(duì)輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)，如電壓、相位差、電抗等，進(jìn)行靈活快速的適時(shí)控制，以期實(shí)現(xiàn)輸送功率合理分配，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠性。目前已成功應(yīng)用或正在開(kāi)發(fā)研究的裝置有十幾種，如靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、靜止調(diào)相機(jī)(STATCOM)、靜止快速勵(lì)磁器(PSS)、串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)、晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)、晶閘管控制申聯(lián)電抗器(TCSR)和可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器(CSC)等。

近年來(lái)，該技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、日本、瑞典、巴西等國(guó)重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。但FACTS技術(shù)的應(yīng)用還局限于個(gè)別工程，如果大規(guī)模應(yīng)用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問(wèn)題，例如多個(gè)FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問(wèn)題，F(xiàn)ACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護(hù)的銜接問(wèn)題等。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展以及電力電子器件的性能提高和造價(jià)降低，F(xiàn)ACTS裝置和設(shè)備會(huì)在未來(lái)輸電領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。―姜氮釜