智能配電網(wǎng)將要普及的新技術(shù)

在電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)中，變電，輸電和用電的智能化程度已經(jīng)相當(dāng)高，唯獨(dú)配電環(huán)節(jié)，受制于傳統(tǒng)建設(shè)思路，施工條件和技術(shù)水平的局限，成了智能化的洼地。

在國(guó)家政策的支持下，配電網(wǎng)迎來(lái)了發(fā)展新機(jī)遇，而建設(shè)改造的精細(xì)化深入、分布式能源比例的不斷升高，對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)技術(shù)要求也不斷的提高。那么，智能電網(wǎng)的突破口在哪？

全面?zhèn)鞲屑夹g(shù)、電力電子技術(shù)、新一代通信技術(shù)以及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用將成為突破“最后一公里”的關(guān)鍵。電氣工程專(zhuān)家認(rèn)為：未來(lái)配電網(wǎng)將在各個(gè)變電站之間使用高速寬帶通信系統(tǒng)，利用智能電子設(shè)備（IEDs）進(jìn)行自適應(yīng)控制和保護(hù)，應(yīng)用能量管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，并充分采用智能系統(tǒng)減少電能質(zhì)量問(wèn)題和提高供電可靠性。

未來(lái)配電網(wǎng)中將會(huì)逐步普及的新技術(shù)列舉如下：

配電自動(dòng)化對(duì)配電網(wǎng)中的重要設(shè)備進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，整合了配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）。

先進(jìn)配電自動(dòng)化（ADA）包含從重要饋線采集信息的智能傳感器，電子控制器，雙向通信系統(tǒng)。ADA系統(tǒng)采集并顯示電壓、電流、有功、無(wú)功、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)，事件日志以及跟配電系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的其他信息。

其優(yōu)點(diǎn)是操作員可以很方便地遠(yuǎn)程控制電容器的接入、斷路器的開(kāi)斷以及電壓的調(diào)節(jié)。變電站自動(dòng)化如果裝設(shè)了自動(dòng)開(kāi)關(guān)、重合器、電容器和高級(jí)計(jì)量裝置，可以使電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)重構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)性能，即可以充分地發(fā)揮智能電網(wǎng)的功能。

預(yù)計(jì)到2030年，70%的饋線都將配備智能繼電器和重合器。在饋線末端用基于微處理器的繼電器和重合器來(lái)替換傳統(tǒng)的電子機(jī)械式的繼電保護(hù)和控制設(shè)備是智能電網(wǎng)的發(fā)展必然過(guò)程。

智能饋線重合器和繼電器的控制設(shè)備優(yōu)點(diǎn)如下：

1、測(cè)量?jī)x器能夠持續(xù)地對(duì)測(cè)量值進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，能及時(shí)處理測(cè)量信息并計(jì)算出有用數(shù)據(jù)（如到故障點(diǎn)的故障距離）。

2、能將IEDs測(cè)量或計(jì)算出的數(shù)據(jù)通過(guò)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通信系統(tǒng)傳送給外部或者用戶(hù)。

3、具有自我檢測(cè)能力，使得IEDs能夠檢測(cè)自身的內(nèi)部故障并及時(shí)通知工作人員進(jìn)行維修。

4、可存儲(chǔ)多種運(yùn)行方式，可按要求將負(fù)荷切換到最佳的運(yùn)行方式。

5、功能多樣化。比如說(shuō)，一個(gè)繼電保護(hù)的IED就具有快速過(guò)電流保護(hù)、自動(dòng)重合閘、饋線保護(hù)，還有測(cè)量和監(jiān)測(cè)設(shè)備環(huán)境的功能，這些功能都集成到一個(gè)設(shè)備中了，從而減少了設(shè)備內(nèi)部的繞線和控制板體積。

預(yù)計(jì)到2030年將會(huì)有25%的配網(wǎng)饋線會(huì)加裝智能線路開(kāi)關(guān)。目前，部分智能線路開(kāi)部分智能線路開(kāi)關(guān)技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用。這些技術(shù)使得配電網(wǎng)具有自愈性。同時(shí)，它也支持饋線終端實(shí)現(xiàn)滿足分布式發(fā)電與負(fù)荷平衡需求的最優(yōu)網(wǎng)架重構(gòu)。

具有如下主要特征：

1、具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)，用于支持遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)獲取功能。該開(kāi)關(guān)也支持與其他智能設(shè)備（如其他智能開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電容器、分布式電源等）進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。可靠性高的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的必要條件。

2、每個(gè)智能線路開(kāi)關(guān)必須包含一個(gè)獨(dú)立的本地控制器，以獲取本地?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

3、智能線路開(kāi)關(guān)和相關(guān)的控制器必須支持“雙向”操作，可檢測(cè)潮流流向，并根據(jù)潮流流向進(jìn)行響應(yīng)。對(duì)于配電網(wǎng)饋線的重構(gòu)（在智能配電系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生）以及可能出現(xiàn)潮流逆流的配電網(wǎng)中，雙向操作能力非常必要。

4、同時(shí)支持單向操作（只對(duì)需要跳閘相跳閘）和三線操作（三相同時(shí)跳閘）。如果分布式發(fā)電設(shè)備在智能線路開(kāi)關(guān)的下游（遠(yuǎn)離變電站），其單相跳閘的功能將被禁用，以避免對(duì)發(fā)電機(jī)造成損害。

電力電子技術(shù)不僅可以為用戶(hù)提供穩(wěn)定的電能，還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率、相位、電壓等的靈活控制。靜止無(wú)功補(bǔ)償器、短路電流限制器就是配網(wǎng)中的兩個(gè)典型電力電子裝置。

兩種典型的電力電子裝置：

1、靜止無(wú)功補(bǔ)償器靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器是目前技術(shù)最為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。它不再采用大容量的電容、電感來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)質(zhì)的飛躍，特別適用于中高壓電力系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器能夠消除一個(gè)周波內(nèi)的微小電能質(zhì)量擾動(dòng)。因此，它可以處理由于出力波動(dòng)性DERs（風(fēng)電、光伏等）接入引起的配電網(wǎng)電壓波動(dòng)問(wèn)題。

2、短路電流限制器另一個(gè)典型例子是短路電流限制器，在國(guó)內(nèi)常被稱(chēng)為故障限流器。SCCLs技術(shù)可以用于處理輸電系統(tǒng)中短路電流較大的問(wèn)題。發(fā)電容量越大，造成的故障電流也越大，很可能會(huì)超出運(yùn)行設(shè)備的承受能力?；陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的SCCL可有效解決這一問(wèn)題。SCCL的核心理念是：正常運(yùn)行時(shí)呈零阻抗（或低阻抗），短路故障時(shí)呈高阻抗，從而起到限制短路電流的作用。

逆變器是將直流電能變換為交流電能的設(shè)備。逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最為復(fù)雜的設(shè)備，是系統(tǒng)中成本第二高的設(shè)備，同時(shí)也是系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)。光伏電池板一般非常堅(jiān)強(qiáng)可靠，有長(zhǎng)達(dá)25年的使用壽命，而逆變器的壽命一般不超過(guò)10年。

小型逆變器在光伏中的應(yīng)用目前的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所有的光伏電池板均是串聯(lián)的。若光伏板上的某部分被遮擋了，則整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率就隨之降低。此外，如果要想讓光伏模塊最優(yōu)工作，則所有的光伏板必須具有相同的朝向和傾斜，這就限制了屋頂光伏的布局。

與之不同的是，未來(lái)的光伏發(fā)電系統(tǒng)則要求每個(gè)電池板都連接在它自帶的微逆上，這就能充分挖掘每一個(gè)光伏板的發(fā)電潛能，提升整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率。尤其是應(yīng)用于錯(cuò)落有致的屋頂時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性就增強(qiáng)了。 隨著光伏發(fā)電技術(shù)的普及，以及光伏在電網(wǎng)中滲透率的增加，電力公司正在大力推進(jìn)智能逆變器，它除了完成直流-交流轉(zhuǎn)換的基本功能以外，還將提供如下輔助服務(wù)：低/高電壓穿越，自動(dòng)發(fā)電，自動(dòng)棄光，諧振抑制，阻尼振蕩，電網(wǎng)支撐……

傳統(tǒng)變壓器在輕負(fù)載下的效率很低，有液體介質(zhì)泄漏的隱患，并且只有升/降壓這一單一功能，不能提供實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)和系統(tǒng)監(jiān)控的功能。

同時(shí)，它們不能通過(guò)單相電路提供三相電能，不能部分拆開(kāi)逐個(gè)修復(fù)。 未來(lái)配電變壓器將作為分布式電源的接口，能接入儲(chǔ)能，能接納電動(dòng)汽車(chē)，采用電力電子器件替代傳統(tǒng)配網(wǎng)變壓器的設(shè)備。

美國(guó)電力科學(xué)研究院研發(fā)出的智能變壓器，可以作為可再生能源并網(wǎng)的接口，包括一個(gè)雙向功率接口，方便光伏、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)的接入，也包含系統(tǒng)整合、本地控制和孤島控制方面的指揮和控制功能。 此外，EPRI還研發(fā)出了中壓智能通用變壓器。該技術(shù)替代了獨(dú)立的電能轉(zhuǎn)換器和傳統(tǒng)的變壓器，完全摒棄了傳統(tǒng)變壓器的笨重結(jié)構(gòu)和大量的接線。多功能的IUT可提供400V的直流母線電壓，用于供應(yīng)直流配電系統(tǒng)或?yàn)殡妱?dòng)車(chē)快速充電。

如上所述，配網(wǎng)中的智能新技術(shù)還有很多，例如：多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)、配電網(wǎng)故障預(yù)測(cè)及定位技術(shù)、先進(jìn)的計(jì)量設(shè)施（AMI）、本地能源網(wǎng)絡(luò)控制器、分布式電源、包括分布式發(fā)電設(shè)備，可再生能源，儲(chǔ)能設(shè)備等。

在電力改革的大背景下，為提升服務(wù)水平、降低運(yùn)行費(fèi)用，新技術(shù)將在未來(lái)的智能配電網(wǎng)中發(fā)揮重大作用，電力行業(yè)應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)控制設(shè)施，同時(shí)不斷地尋找并利用新方法、新技術(shù)、新設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全、高效、長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行。