智能電網(wǎng)中電力設備及其技術(shù)發(fā)展分析

HVDC技術(shù)及設備

高壓直流輸電是將發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出的交流電通過(guò)換流閥變成直流電，然后通過(guò)直流輸電線(xiàn)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)集中于換流站設備，換流站實(shí)現了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉換コ在交流場(chǎng)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、換流變壓器、交流濾波器和無(wú)功補償設備、直流濾波器、平波電抗器及直流場(chǎng)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(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，對受端系統的容量沒(méi)有要求。未來(lái)可用于向孤立小系統，(如海上石油平臺、海島)供電，或在城市配電系統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)和設備。

超導技術(shù)及設備

智能電網(wǎng)的目標是降低網(wǎng)絡(luò )損耗，美國智能電網(wǎng)規劃的一個(gè)重要目標是實(shí)現以超導為主的骨干網(wǎng)，大幅降低網(wǎng)絡(luò )損耗。超導電力技術(shù)是利用超導體的無(wú)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(lái)的一門(mén)新的電力技術(shù)，它在實(shí)現電力裝置的輕量化、小型化、低能耗和提高電力系統的安全性、穩定性和電力質(zhì)量等方面具有重要的意義和廣闊的應用前景。

超導技術(shù)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(shù)已進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，若干超導電力設備，如超導電纜、超導變壓器、超導限流器、超導磁儲能系統等已在電力系統試運行。表1為超導電力設備的特點(diǎn)及其對電力工業(yè)的作用和影響。

變電方面

未來(lái)變電站需要在網(wǎng)絡(luò )信息交互共享的基礎上實(shí)現信息互用，建立電力企業(yè)的大信息平臺，并在此基礎上逐步實(shí)現智能電網(wǎng)所要求的諸多強大功能。目前主要進(jìn)行的是數字化變電站，它由智能化一次設備、網(wǎng)絡(luò )化二次設備在通信協(xié)議基礎上分層構建，從而實(shí)現智能設備間信息共享和互操作。與傳統變電站相比，數字化變電站間隔層和站控層的設備及網(wǎng)絡(luò )接口只是通信模型發(fā)生了變化，而過(guò)程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統的電流、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、光纖連接等內容。

智能變電站是數字變電站的發(fā)展，是以全站信息數字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò )化、信息共享標準化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等功能，并可根據需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調節、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能，實(shí)現與相鄰變電站、電網(wǎng)調度等互動(dòng)的變電站。與數字化變電站相比，不僅是簡(jiǎn)單的數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(dòng)將采用微處理器和光電技術(shù)設計，簡(jiǎn)化了傳統機電式繼電器及控制回路結構。數字程控器及數字公共信號網(wǎng)絡(luò )取代傳統導線(xiàn)連接。變電站二次回路中傳統繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，傳統的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

變電站內的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無(wú)功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線(xiàn)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(luò )通信，常規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(shí)現高級配電自動(dòng)化，以適應分布式電源與柔性配電設備的大量接入，滿(mǎn)足功率雙向流動(dòng)配電網(wǎng)的監控需要，同時(shí)采用分布式智能控制，現場(chǎng)終端裝置能通過(guò)局域網(wǎng)交換信息，實(shí)現廣域電壓無(wú)功調節、快速故障隔離等控制功能。智能配電網(wǎng)依賴(lài)前端先進(jìn)的傳感量測技術(shù)對各類(lèi)數據的采集，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )完成數據的融合和傳輸，實(shí)現運行監視與協(xié)調控制，其中包含諸多的新技術(shù)和新設備。例如構建覆蓋配電網(wǎng)中所有節點(diǎn)，控制中心、變電站、分段開(kāi)關(guān)、用戶(hù)端口等，的數據通信網(wǎng)，將涉及光纖、無(wú)線(xiàn)、載波等各種組網(wǎng)技術(shù)及設備。對各種信息量的采集，涉及先進(jìn)的傳感測量技術(shù)與設備，如光學(xué)或電子互感器、架空線(xiàn)路與電纜溫度測量、電力設備狀態(tài)在線(xiàn)監測、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建在光纖傳感測量技術(shù)之上，未來(lái)智能電網(wǎng)的構建也將在此基礎上進(jìn)行延伸。

提高電能質(zhì)量是智能電網(wǎng)構建的一個(gè)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(shù)在配電系統應用的延伸，DFACTS(DISTRIBUTIONFACTS)技術(shù)綜合了配電網(wǎng)未來(lái)新技術(shù)的應用。DFACTS技術(shù)與輸電系統中的FACTS技術(shù)側重不同，FACTS設備的主要作用是調整輸電線(xiàn)路的參數，控制線(xiàn)路的潮流，提高輸電線(xiàn)路的功率傳輸極限，使輸電線(xiàn)路的潮流能按預定計劃實(shí)現控制，提高全網(wǎng)的經(jīng)濟性，也可以通過(guò)快速控制提高系統動(dòng)態(tài)性能，如調節電壓、控制功率振蕩和抑制次同步振蕩等，而DFACTS技術(shù)主要用來(lái)提高供電質(zhì)量，即減小諧波和畸變、電壓波動(dòng)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(shí)現用戶(hù)互動(dòng)，促使電力市場(chǎng)完全競爭。用戶(hù)側支持能量和信息的雙向流動(dòng)，用戶(hù)可以通過(guò)實(shí)時(shí)獲取用電信息與不斷變化的不同供電商的電價(jià)，真正實(shí)現全國范圍內電力市場(chǎng)完全競爭。

供電側將以信息采集與管理為主，通過(guò)對配電變壓器和終端用戶(hù)的用電數據的采集和分析，實(shí)現用電監控、推行階梯定價(jià)、復合管理、線(xiàn)損分析∽鈧沾锏階遠抄表、錯峰用電、用電檢查(防竊電)等，用戶(hù)側能夠了解實(shí)時(shí)電價(jià)和按照自己需求，實(shí)時(shí)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備包括，智能表計、高度自動(dòng)化、即插即用式智能電力設備、智能保護裝置、測量監視設備、儲能電池、家庭自動(dòng)化設備、海量數據處理設備和可視化設備等。