在國家政策的支持下，配電網(wǎng)迎來了發(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，對未來配電網(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。電氣工程專家認(rèn)為：未來配電網(wǎng)將在各個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)測配電網(wǎng)的運行狀況，并充分采用智能系統(tǒng)減少電能質(zhì)量問題和提高供電可靠性。

 

 

未來配電網(wǎng)中將會逐步普及的新技術(shù)列舉如下：

一、先進(jìn)的配電網(wǎng)自動化技術(shù)

 

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

 

先進(jìn)配電自動化(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、無功、設(shè)備狀態(tài)、運行狀態(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、斷路器的開斷以及電壓的調(diào)節(jié)。變電站自動化如果裝設(shè)了自動開關(guān)、重合器、電容器和高級計量裝置，可以使電網(wǎng)實現(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。

 

二、智能饋線重合器和繼電器

 

預(yù)計到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)展必然過程。

 

智能饋線重合器和繼電器的控制設(shè)備優(yōu)點如下：

 

1、測量儀器能夠持續(xù)地對測量值進(jìn)行監(jiān)測分析，能及時處理測量信息并計算出有用數(shù)據(jù)(如到故障點的故障距離)。

 

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

 

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

 

4、可存儲多種運行方式，可按要求將負(fù)荷切換到最佳的運行方式。

 

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

 

三、智能線路開關(guān)技術(shù)

 

預(yù)計到2030年將會有25%的配網(wǎng)饋線會加裝智能線路開關(guān)。目前，部分智能線路開部分智能線路開關(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，它也支持饋線終端實現(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。該開關(guān)也支持與其他智能設(shè)備(如其他智能開關(guān)、開關(guān)電容器、分布式電源等)進(jìn)行點對點通信?？煽啃愿叩耐ㄐ畔到y(tǒng)是實現(xiàn)上述目標(biāo)的必要條件。

 

2、每個智能線路開關(guān)必須包含一個獨立的本地控制器，以獲取本地數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動開關(guān)。

 

3、智能線路開關(guān)和相關(guān)的控制器必須支持“雙向”操作，可檢測潮流流向，并根據(jù)潮流流向進(jìn)行響應(yīng)。對于配電網(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、同時支持單向操作(只對需要跳閘相跳閘)和三線操作(三相同時跳閘)。如果分布式發(fā)電設(shè)備在智能線路開關(guān)的下游(遠(yuǎn)離變電站)，其單相跳閘的功能將被禁用，以避免對發(fā)電機(jī)造成損害。

 

四、電力電子技術(shù)

 

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

 

兩種典型的電力電子裝置：

 

1、靜止無功補償器靜止同步無功補償器是目前技術(shù)最為先進(jìn)的無功補償裝置。它不再采用大容量的電容、電感來產(chǎn)生無功功率，而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)對無功補償技術(shù)質(zhì)的飛躍，特別適用于中高壓電力系統(tǒng)中的動態(tài)無功補償。靜止同步無功補償器能夠消除一個周波內(nèi)的微小電能質(zhì)量擾動。因此，它可以處理由于出力波動性DERs(風(fēng)電、光伏等)接入引起的配電網(wǎng)電壓波動問題。

 

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

 

五、智能逆變器技術(shù)

 

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，同時也是系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)。光伏電池板一般非常堅強(qiáng)可靠，有長達(dá)25年的使用壽命，而逆變器的壽命一般不超過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，未來的光伏發(fā)電系統(tǒng)則要求每個電池板都連接在它自帶的微逆上，這就能充分挖掘每一個光伏板的發(fā)電潛能，提升整個系統(tǒng)的發(fā)電效率。尤其是應(yīng)用于錯落有致的屋頂時，系統(tǒng)設(shè)計的靈活性就增強(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，自動發(fā)電，自動棄光，諧振抑制，阻尼振蕩，電網(wǎng)支撐……

 

六、智能變壓器

 

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，不能提供實時電壓調(diào)節(jié)和系統(tǒng)監(jiān)控的功能。

 

同時，它們不能通過單相電路提供三相電能，不能部分拆開逐個修復(fù)。 未來配電變壓器將作為分布式電源的接口，能接入儲能，能接納電動汽車，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，包括一個雙向功率接口，方便光伏、儲能、電動汽車的接入，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)或為電動車快速充電。

 

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)開關(guān)技術(shù)、配電網(wǎng)故障預(yù)測及定位技術(shù)、先進(jìn)的計量設(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，儲能設(shè)備等。

 

總結(jié)如下：

 

在電力改革的大背景下，為提升服務(wù)水平、降低運行費用，新技術(shù)將在未來的智能配電網(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)測控制設(shè)施，同時不斷地尋找并利用新方法、新技術(shù)、新設(shè)備來實現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全、高效、長期、穩(wěn)定的運行。