智能电网中电力设备及其技术发展分析

HVDC技术及设备

高压直流输电是将发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电注入受端交流电网。直流输电核心技术集中于换流站设备，换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互能量转换コ在交流场具有交流变电站相同设备外，还有以下特有设备，换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀，换流阀单位容量在不断增大。姜氮釜

HVDC中的轻型直流输电系统(LIGHTHVDC)技术目前备受关注，如海上风力发电用岸上轻型高压直流输电装置，采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，可以免除换相失败的风险，对受端系统的容量没有要求。未来可用于向孤立小系统，(如海上石油平台、海岛)供电，或在城市配电系统中用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源，是智能电网发展中的重要技术和设备。

超导技术及设备

智能电网的目标是降低网络损耗，美国智能电网规划的一个重要目标是实现以超导为主的骨干网，大幅降低网络损耗。超导电力技术是利用超导体的无阻高密度载流能力及超导体的超导态和正常态相变的物理特性发展起来的一门新的电力技术，它在实现电力装置的轻量化、小型化、低能耗和提高电力系统的安全性、稳定性和电力质量等方面具有重要的意义和广阔的应用前景。

超导技术及其发展的各种设备是智能电网发展的重要构成部分和载体。目前，超导电力技术已进入高速发展时期，若干超导电力设备，如超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导磁储能系统等已在电力系统试运行。表1为超导电力设备的特点及其对电力工业的作用和影响。

变电方面

未来变电站需要在网络信息交互共享的基础上实现信息互用，建立电力企业的大信息平台，并在此基础上逐步实现智能电网所要求的诸多强大功能。目前主要进行的是数字化变电站，它由智能化一次设备、网络化二次设备在通信协议基础上分层构建，从而实现智能设备间信息共享和互操作。与传统变电站相比，数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。

智能变电站是数字变电站的发展，是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。与数字化变电站相比，不仅是简单的数字采集与展示更具有一定智能意义的分析功能。智能变电站中，一次设备被检测的信号回路和被控操作驱动将采用微处理器和光电技术设计，简化了传统机电式继电器及控制回路结构。数字程控器及数字公共信号网络取代传统导线连接。变电站二次回路中传统继电器及其逻辑回路被可编程序代替，传统的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

变电站内的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等将基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接采用高速的网络通信，常规的功能装置将具有逻辑功能模块。

配电方面

智能电网配电部分将实现高级配电自动化，以适应分布式电源与柔性配电设备的大量接入，满足功率双向流动配电网的监控需要，同时采用分布式智能控制，现场终端装置能通过局域网交换信息，实现广域电压无功调节、快速故障隔离等控制功能。智能配电网依赖前端先进的传感量测技术对各类数据的采集，并通过通信网络完成数据的融合和传输，实现运行监视与协调控制，其中包含诸多的新技术和新设备。例如构建覆盖配电网中所有节点，控制中心、变电站、分段开关、用户端口等，的数据通信网，将涉及光纤、无线、载波等各种组网技术及设备。对各种信息量的采集，涉及先进的传感测量技术与设备，如光学或电子互感器、架空线路与电缆温度测量、电力设备状态在线监测、电能质量测量等。目前我国配电网的传感测量比较多的是构建在光纤传感测量技术之上，未来智能电网的构建也将在此基础上进行延伸。

提高电能质量是智能电网构建的一个重要目标，在配电方面涉及大量的电力电子设备。而作为FACTS技术在配电系统应用的延伸，DFACTS(DISTRIBUTIONFACTS)技术综合了配电网未来新技术的应用。DFACTS技术与输电系统中的FACTS技术侧重不同，FACTS设备的主要作用是调整输电线路的参数，控制线路的潮流，提高输电线路的功率传输极限，使输电线路的潮流能按预定计划实现控制，提高全网的经济性，也可以通过快速控制提高系统动态性能，如调节电压、控制功率振荡和抑制次同步振荡等，而DFACTS技术主要用来提高供电质量，即减小谐波和畸变、电压波动与闪变、电压暂降与电压中断、消除三相不平衡，使电压的幅值和波形符合要求、提高功率因数等。配电网涉及的智能电力设备如表2所示。

用电方面

智能用电部分的重要目标是实现用户互动，促使电力市场完全竞争。用户侧支持能量和信息的双向流动，用户可以通过实时获取用电信息与不断变化的不同供电商的电价，真正实现全国范围内电力市场完全竞争。

供电侧将以信息采集与管理为主，通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、推行阶梯定价、复合管理、线损分析∽钪沾锏阶远抄表、错峰用电、用电检查(防窃电)等，用户侧能够了解实时电价和按照自己需求，实时用电管理及用电质量等服务。因此该部分的智能电力设备包括，智能表计、高度自动化、即插即用式智能电力设备、智能保护装置、测量监视设备、储能电池、家庭自动化设备、海量数据处理设备和可视化设备等。