智能电网中电力设备及其技术发展分析

0　引言

随着近几年科技的发展，在电网系统的发展中，应用了越来越多的高科技，发展成了智能电网。从目前智能电网的发展应用范围、技术手段来看，智能电网涉及到下列4种技术：传感测量技术、分析决策技术、信息通信技术、能源电力和自动控制技术。这些技术在电力系统中发挥着重要作用。

1　智能电网概念

智能电网是融合了科技发展与高技术设备的现代化电网，该电网对传统的电力系统进行了整合，增加了电网的安全性能，且提高了供电质量。与传统电网相比，智能电网可进行自我检修与恢复，同时还可在电流传输中储能。通过智能电网可实现供电商与用户间的互动交流。综上所述，智能电网下的智能系统极大提升了电能运输与传送之间的稳定性能，降低电能损耗。

2　我国智能电力设备的发展现状

2.1　发电设备

在智能电网中，使用再生能源发电是该电气设备发展的主流方向。原则上，这些电气设备可以分为三大类：①借助分布式可再生能源来发电的电气设备，常见的有利用太阳能发电的设备、利用风能发电的电气设备、利用地热能来发电的设备、利用潮汐能来发电的设备等。②借助智能技术来实现自动控制的电气设备，如数字型保护继电器。此外，还有智能分接头变换器。③用于转换各种能量的电气设备，常见的有蓄电池、超导储能等。

2.2　输电设备

在传统的电网中，经常会存在因为输电距离远而造成电网系统不稳定的问题，而且在输电过程中，电网损耗相当严重。随着可再生能源投入到传统电网的使用中，电网系统的稳定性较之前更差了。智能电网的应用则较好地解决了这一难题。智能电网包含如下三种输电设备。

（1）在传统的电力系统中借助电力电子技术的应用原理而工作的柔性交流电输电设备。这是智能电网技术应用于输电设备中迈出的重要一步。该技术依靠特定功能的电子设备来控制输电系统中的参数，这样一来，可以很好地优化电力系统的输电功率。借助智能电网技术可以减少输电线路的损耗，进而提高系统的稳定系数。就目前发展阶段来看，该技术设备的应用较为典型的是静止调相器、串联补偿器、无功补偿器等。

（2）借助于换流站和换流阀完成高压交流电向高压直流电转化的超高压直流输电设备。该设备在转换成高压直流电后，借助输电线路直接可进行远距离的电流输送，当电流到达指定输送位置后，会自动转换成高压交流电。相较于传统的借助于输电线路传输的高压交流电而言，这种方式进行远距离的输送电流可使得输电系统的性能更加稳定。在这一输电设备中，换流站是该设备运输的核心。借助于换流站，可完成高压交流电和超高压直流电间的转换，使电流在输送过程中的安全系数更高一些。

（3）借助于超导体电力技术而完成电力输送的高温超导技术设备。超导体有很强的载流能力，可实现无阻高密度的电流传输，而且还能与正常状态下的设备技术进行融合，这样可以极大降低电力系统的损耗，使电力系统的性能较为稳定。常见的超导设备及其特点如表1所示。

表1　超导电力设备的特点和对电力系统的作用

2.3　变电设备

就目前发展状态来看，智能化的变电站正在筹建过程中，这是对一次设备进入智能化阶段，第二次设备进入网络技术的连接阶段，这样一来，变电站的信息可实现共享。较传统变电站一次设备和二次设备的连接特点来看，智能电网变电设备摒弃了以往的电缆连接，依靠电子式电压，电流将互感器和光纤之间完成一次设备和二次设备的衔接。

2.4　配电设备

在智能电网中，配电设备也趋于自动化。这一改变方便了监控配电网的运行状态，及时掌握其运行数据，以便于在输电过程中及时采取措施，应对突发情况。

2.5　用电设备

方便用户随时了解用电量和电价信息，更好地实现供电商与用电户间的交流互动一直以来都是智能电网在用电发展过程中所追求的终极目标。就目前发展形势来看，用电设备主要集中在以下两种：①智能表计量，这种智能表目前已广泛投入到用户市场，可以智能计量用户的用电量，实行实时计费。②数据两侧设备根据服务对象可以将其分为两种类型，用户专用的测量设备和企业专用的测量设备。前者指改造原有的测量设备，并以此为基础添加高科技的通信设备以便于用户实时监控电量信息。后者指可以对线路容量实时监控设备的保护系统和故障识别的控制系统相互配合，从而实现对企业用电的实时监控。

3　智能电力设备技术与发展

3.1　电力电子技术

随着智能电网的发展，电力电子技术的应用也必然会越来越普遍。不论从发电还是输电方面来看，应用电力电子技术可以起到积极的推动作用，极大地提升电能的输送质量。从配电方面来看，应用电子电力技术可以起到减少电能损耗的目的。这种技术应用领域主要包括以下4个方面：①电源选择，可供选择的范围有两种形式——便携式电源和储能设备；②电机种类，主要有变频器和同步励磁器装置；③电力系统的运行模式，其中较为典型的有两大系统——FACTS和HVDC；④新能源方面的应用，最具特征的有风力发电、光能发电等。

3.2　储能技术

较传统的电力系统对电能的输出情况来看，智能电网改变了传统的输出变配形式，实现了电能的存储。这种储能技术在智能电网中的应用相当普遍。传统风能发电会对电力系统造成很严重的伤害，但在智能电网中可以使用储能电池降低电能在输送过程中的波动，使得电网性能得到进一步的稳固。根据储能技术在电网应用的用途来看，可以分为两种：①能量型，比较典型的代表是蓄电池的使用；②功率型，比较典型的代表是超级电容器飞轮等的应用。

3.3　高级计量体系

高级计量体系（AMI）指借助多种通信介质，根据一定的方式达到测量、收集用户用电数据并对其进行分析的目的。该体系在智能电网中占有很重要的位置。使用AMI体系能较好地实现供电商与用户间的交流互动，方便分析用电户的用电规律，进而达到供需平衡的状态。该体系的另一大优势是用户角色的变化，由被动消费者转为主动参与者，因为用户可以根据电价的变化，自由选择用电时间和用电量。

3.4　高级配电运行体系

高级配电运行体系（ADOI）可实现电网中的自愈功能，其构成详见图1。该运行体系有7大模块，其中配电快速仿真模块的运行包括自愈控制系统，若在电网运行过程中，突发紧急状况，可以较好地恢复电网运行状态，实现自愈。此外，还包括风险评估和优化系统，该系统可预测电网运行中的故障情况，借助于数字分析，达到优化系统的目的。

图1　ADOI的功能结构关系图

3.5　电力设备技术的发展分析

电力设备技术在智能电网中的应用领域十分广阔，涉及到电网运行系统中的各个环节。分析研究电力设备技术的发展，可以推动我国智能电网智能化的建设，提升能源利用率，还能促使电力设备的研究方向逐渐向低投入、高储能、大规模转变，降低输电损耗，提升电能品质。

4　结语

综上所述，智能电力设备的发展离不开智能电力设备关键技术的有效应用。为更好地体现智能电力设备关键技术的应用优势，除引入或开发出高性能的电力电子设备外，还需要重点做好技术范围与发展前景的控制工作，切实完善智能电力设备关键技术的开发与维护，确保电力设备的质量，为智能电网的搭建创造新的条件。

参考文献

[1]卢嘉栋．智能电网中电力设备及其技术发展[J]．机电工程技术，2016（12）：62-65．

[2]朱辉．智能电网中电力设备及其技术发展分析[J]．通信电源技术，2016（2）：213-214．

[3]孔祥玉，赵帅，贾宏杰，等．智能电网中电力设备及其技术发展分析[J]．电力系统及其自动化学报，2012（2）：21-26．

收稿日期：2018-09-19

作者简介：陈麒（1982-），男，上海人，上海送变电工程有限公司工程师，研究方向：工程管理。