智能電網(wǎng)中電力設(shè)備及其技術(shù)發(fā)展分析

HVDC技術(shù)及設(shè)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(shù)集中于換流站設(shè)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(zhuǎn)換コ在交流場具有交流變電站相同設(shè)備外，還有以下特有設(shè)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(shè)備、直流濾波器、平波電抗器及直流場設(shè)備，而換流閥是換流站中的核心設(shè)備，其主要功能是交直流轉(zhuǎn)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(shù)目前備受關(guān)注，如海上風(fēng)力發(fā)電用岸上輕型高壓直流輸電裝置，采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，可以免除換相失敗的風(fēng)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(shù)和設(shè)備。

超導(dǎo)技術(shù)及設(shè)備

智能電網(wǎng)的目標(biāo)是降低網(wǎng)絡(luò)損耗，美國智能電網(wǎng)規(guī)劃的一個重要目標(biāo)是實現(xiàn)以超導(dǎo)為主的骨干網(wǎng)，大幅降低網(wǎng)絡(luò)損耗。超導(dǎo)電力技術(shù)是利用超導(dǎo)體的無阻高密度載流能力及超導(dǎo)體的超導(dǎo)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(shù)，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(zhì)量等方面具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

超導(dǎo)技術(shù)及其發(fā)展的各種設(shè)備是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要構(gòu)成部分和載體。目前，超導(dǎo)電力技術(shù)已進入高速發(fā)展時期，若干超導(dǎo)電力設(shè)備，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)等已在電力系統(tǒng)試運行。表1為超導(dǎo)電力設(shè)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(luò)信息交互共享的基礎(chǔ)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(chǔ)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(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，從而實現(xiàn)智能設(shè)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(shè)備及網(wǎng)絡(luò)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(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)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(shè)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(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)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(diào)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(diào)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(shè)備被檢測的信號回路和被控操作驅(qū)動將采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了傳統(tǒng)機電式繼電器及控制回路結(jié)構(gòu)。數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)導(dǎo)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接采用高速的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)分布式電源與柔性配電設(shè)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(diào)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(shù)對各類數(shù)據(jù)的采集，并通過通信網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的融合和傳輸，實現(xiàn)運行監(jiān)視與協(xié)調(diào)控制，其中包含諸多的新技術(shù)和新設(shè)備。例如構(gòu)建覆蓋配電網(wǎng)中所有節(jié)點，控制中心、變電站、分段開關(guān)、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(shù)及設(shè)備。對各種信息量的采集，涉及先進的傳感測量技術(shù)與設(shè)備，如光學(xué)或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測、電能質(zhì)量測量等。目前我國配電網(wǎng)的傳感測量比較多的是構(gòu)建在光纖傳感測量技術(shù)之上，未來智能電網(wǎng)的構(gòu)建也將在此基礎(chǔ)上進行延伸。

提高電能質(zhì)量是智能電網(wǎng)構(gòu)建的一個重要目標(biāo)，在配電方面涉及大量的電力電子設(shè)備。而作為FACTS技術(shù)在配電系統(tǒng)應(yīng)用的延伸，DFACTS(DISTRIBUTIONFACTS)技術(shù)綜合了配電網(wǎng)未來新技術(shù)的應(yīng)用。DFACTS技術(shù)與輸電系統(tǒng)中的FACTS技術(shù)側(cè)重不同，F(xiàn)ACTS設(shè)備的主要作用是調(diào)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(yù)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(diào)節(jié)電壓、控制功率振蕩和抑制次同步振蕩等，而DFACTS技術(shù)主要用來提高供電質(zhì)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(shè)備如表2所示。

用電方面

智能用電部分的重要目標(biāo)是實現(xiàn)用戶互動，促使電力市場完全競爭。用戶側(cè)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(cè)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(fù)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(cè)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(zhì)量等服務(wù)。因此該部分的智能電力設(shè)備包括，智能表計、高度自動化、即插即用式智能電力設(shè)備、智能保護裝置、測量監(jiān)視設(shè)備、儲能電池、家庭自動化設(shè)備、海量數(shù)據(jù)處理設(shè)備和可視化設(shè)備等。