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近年來，隨著各種先進技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，發(fā)展智能電網(wǎng)已在世界范圍內(nèi)形成共識。由于智能電網(wǎng)尚處于起步階段，國際上對其還沒有達成統(tǒng)一而明確的定義。從技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的角度看，世界各國、各領(lǐng)域的專家、學(xué)者普遍認同以下觀點，智能電網(wǎng)是將先進的傳感測量技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)、自動控制技術(shù)和能源電力技術(shù)相結(jié)合，并與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。作為一個完整的電力系統(tǒng)，智能電網(wǎng)涵蓋發(fā)、輸、變、配和用全流程，各個環(huán)節(jié)中涉及大量的電力設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)。智能電力設(shè)備，從狹義上來說，是具有信息獲取或傳輸，并能進行邏輯判斷的電力設(shè)備，而廣義上，則可以認為是適應(yīng)和支持智能電網(wǎng)新特點的有電力設(shè)備。實際上，就智能電網(wǎng)相關(guān)的各種硬件設(shè)施，比如高度的電力設(shè)備自動化，各國一直都在進行相關(guān)的建設(shè)。智能電網(wǎng)具有系統(tǒng)整合的特點和趨勢，將涉及到的各個單元或是部件整合成一個能智能化工作的系統(tǒng)，如智能配電系統(tǒng)，數(shù)字化變電站?用戶電價互動系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中已經(jīng)包含多種智能單元和部件，整合后的系統(tǒng)可能同時包含多個當前電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備。 本文簡要分析和介紹了支持智能電網(wǎng)的各項新設(shè)備（新技術(shù)）包含各種新型能源發(fā)電和接入設(shè)備，超導(dǎo)、復(fù)合材料傳輸設(shè)備，儲能設(shè)備，新型電力電子設(shè)備，信息量測和傳輸設(shè)備，以及諸如智能電表、智能終端和智能管理終端等。其中部分技術(shù)和設(shè)備在智能電網(wǎng)概念提出之前就已經(jīng)出現(xiàn)，但作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成或?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)的重要手段，在本文中也進行了相應(yīng)介紹。? 國內(nèi)外智能電網(wǎng)的側(cè)重區(qū)別 智能電網(wǎng)中電力設(shè)備及其技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動可以用“環(huán)境決定側(cè)重?力度決定速度”來概括。后半句表明政府意圖對智能電網(wǎng)發(fā)展的決策和重視程度決定智能電網(wǎng)和各項技術(shù)的速度，而前面半句，則表明智能電網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)與國情相適應(yīng)，智能電力設(shè)備技術(shù)的發(fā)展也與智能電網(wǎng)的側(cè)重相匹配。 美國智能電網(wǎng)環(huán)境的特點是分布式發(fā)電比重快速上升與完全競爭性的電力市場，因此注重用戶側(cè)和配電智能設(shè)備，相關(guān)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用也著重這兩部分。在美國“grid2030“智能電網(wǎng)規(guī)劃中，美國智能電網(wǎng)的電力設(shè)備主要圍繞如智能電表、智能終端、智能配電網(wǎng)設(shè)備以及超導(dǎo)和儲能等方面。歐洲國家智能電網(wǎng)建設(shè)主要是促進并滿足風能、太陽能和生物質(zhì)能等可再生能源的快速發(fā)展，把可再生能源、分布式電源的接入以及碳的零排放等環(huán)保問題作為重點，因此優(yōu)先發(fā)展新能源接入與控制相關(guān)設(shè)備及技術(shù)。日本和韓國將智能變電站、配電網(wǎng)的自愈控制相關(guān)設(shè)備，以及大規(guī)模太陽能等新能源開發(fā)的保護與控制設(shè)備作為研究重點。由于我國能源與用電負荷分布的情況以及網(wǎng)、售合并的壟斷性電力環(huán)境，導(dǎo)致智能電網(wǎng)規(guī)劃側(cè)重長距離、高電壓輸變電的發(fā)展，但同時智能用電雙向互動、分布式電源，即插即用，接入的需求及電力市場化改革，也極大推動配用電設(shè)備的發(fā)展，如智能電表及雙向通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛建設(shè)。? 智能電力設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 智能電網(wǎng)作為一個整體，無論側(cè)重點在哪個部分，都需要眾多先進的智能電力設(shè)備的支持。??? 發(fā)電方面 智能電網(wǎng)在發(fā)電方面涉及的電氣設(shè)備包括各種可再生能源能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，安全、可靠并網(wǎng)接入設(shè)備以及儲能設(shè)備。?? 各種新能源和分布式發(fā)電技術(shù)設(shè)備，如微型燃氣輪機、燃料電池(微透平?、太陽能光伏發(fā)電(太陽板)、風力發(fā)電(風機)、生物質(zhì)能發(fā)電設(shè)備、海洋能發(fā)電設(shè)備和地熱發(fā)電設(shè)備等。?? 智能保護與控制類設(shè)備?如數(shù)字型保護繼電器、智能分接頭變換器、動態(tài)分布式電力控制設(shè)備等。?? 各種大容量儲能及高效能量轉(zhuǎn)換裝置，如蓄電池儲能、超級電容器、超導(dǎo)儲能、飛輪儲能?以及燃料電池?高容量儲氫、高效二次電池等設(shè)備。 以分布式發(fā)電系統(tǒng)為例，如圖1所示，發(fā)電部分、功率調(diào)節(jié)部分有多個逆變器，其中功率轉(zhuǎn)換和控制裝置又包含諸多核心設(shè)備，如各種大功率高性能變流器、大功率風力發(fā)電機的勵磁與控制器、風力發(fā)電用永磁發(fā)電機變速調(diào)速裝置、大功率并網(wǎng)逆變器、儲能裝置以及電網(wǎng)的連接設(shè)備，燃料電池、電能輸出波形質(zhì)量設(shè)備，電壓跌落隔離和保護設(shè)備等。對于大功率燃料電池系統(tǒng)?則涉及新的電路拓撲、智能集成功率變流器和智能系統(tǒng)級控制設(shè)備。? 
圖1 分布式發(fā)電、儲能及轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 輸電方面智能電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)，既要發(fā)展大容量遠距離低損耗輸電技術(shù)，也要考慮大規(guī)模間歇式新能源接入對輸電網(wǎng)的影響，主要集中于柔性交流輸電及其相應(yīng)柔性交流輸電設(shè)備，高壓、特高壓直流輸電以及高溫超導(dǎo)技術(shù)等，前兩項涉及大量的電力電子設(shè)備，最后一項同時涉及新材料和復(fù)合材料等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。??????? FACTS技術(shù)及設(shè)備 柔性交流輸電技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是智能電力設(shè)備在輸電部分應(yīng)用的體現(xiàn)。該技術(shù)采用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)，如電壓、相位差、電抗等，進行靈活快速的適時控制，以期實現(xiàn)輸送功率合理分配，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠性。目前已成功應(yīng)用或正在開發(fā)研究的裝置有十幾種，如靜止無功補償器(SVC)、靜止調(diào)相機(?STATCOM)、靜止快速勵磁器(PSS)、串聯(lián)補償器(SSSC)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)、晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)、晶閘管控制申聯(lián)電抗器(TCSR)和可轉(zhuǎn)換靜止補償器(CSC)等。 近年來，該技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。但FACTS技術(shù)的應(yīng)用還局限于個別工程，如果大規(guī)模應(yīng)用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問題，例如多個FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問題，F(xiàn)ACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護的銜接問題等。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展以及電力電子器件的性能提高和造價降低，F(xiàn)ACTS裝置和設(shè)備會在未來輸電領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。?????? HVDC技術(shù)及設(shè)備 高壓直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過換流閥變成直流電，然后通過直流輸電線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(shè)備，換流站實現(xiàn)了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉(zhuǎn)換?除在交流場具有交流變電站相同設(shè)備外，還有以下特有設(shè)備，換流閥、控制保護系統(tǒng)、換流變壓器、交流濾波器和無功補償設(shè)備、直流濾波器、平波電抗器及直流場設(shè)備，而換流閥是換流站中的核心設(shè)備，其主要功能是交直流轉(zhuǎn)換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現(xiàn)在的電控和光控晶閘管閥，換流閥單位容量在不斷增大。???? HVDC中的輕型直流輸電系統(tǒng)(LIGHTHVDC)技術(shù)目前備受關(guān)注，如海上風力發(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險，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求。未來可用于向孤立小系統(tǒng)，(如海上石油平臺、海島)供電，或在城市配電系統(tǒng)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(shè)備。 超導(dǎo)技術(shù)及設(shè)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(guī)劃的一個重要目標是實現(xiàn)以超導(dǎo)為主的骨干網(wǎng)，大幅降低網(wǎng)絡(luò)損耗。超導(dǎo)電力技術(shù)是利用超導(dǎo)體的無阻高密度載流能力及超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)相變的物理特性發(fā)展起來的一門新的電力技術(shù)，它在實現(xiàn)電力裝置的輕量化、小型化、低能耗和提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和電力質(zhì)量等方面具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。 超導(dǎo)技術(shù)及其發(fā)展的各種設(shè)備是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要構(gòu)成部分和載體。目前，超導(dǎo)電力技術(shù)已進入高速發(fā)展時期，若干超導(dǎo)電力設(shè)備，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)等已在電力系統(tǒng)試運行。表1為超導(dǎo)電力設(shè)備的特點及其對電力工業(yè)的作用和影響。
未來變電站需要在網(wǎng)絡(luò)信息交互共享的基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息互用，建立電力企業(yè)的大信息平臺，并在此基礎(chǔ)上逐步實現(xiàn)智能電網(wǎng)所要求的諸多強大功能。目前主要進行的是數(shù)字化變電站，它由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，從而實現(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作。與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口只是通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅鳌⒅悄芑淮卧O(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。 智能變電站是數(shù)字變電站的發(fā)展，是以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動的變電站。與數(shù)字化變電站相比，不僅是簡單的數(shù)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(shè)備被檢測的信號回路和被控操作驅(qū)動將采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了傳統(tǒng)機電式繼電器及控制回路結(jié)構(gòu)。數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)導(dǎo)線連接。變電站二次回路中傳統(tǒng)繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，傳統(tǒng)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。 變電站內(nèi)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等將基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，常規(guī)的功能裝置將具有邏輯功能模塊。? 配電方面 智能電網(wǎng)配電部分將實現(xiàn)高級配電自動化，以適應(yīng)分布式電源與柔性配電設(shè)備的大量接入，滿足功率雙向流動配電網(wǎng)的監(jiān)控需要，同時采用分布式智能控制，現(xiàn)場終端裝置能通過局域網(wǎng)交換信息，實現(xiàn)廣域電壓無功調(diào)節(jié)、快速故障隔離等控制功能。智能配電網(wǎng)依賴前端先進的傳感量測技術(shù)對各類數(shù)據(jù)的采集，并通過通信網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的融合和傳輸，實現(xiàn)運行監(jiān)視與協(xié)調(diào)控制，其中包含諸多的新技術(shù)和新設(shè)備。例如構(gòu)建覆蓋配電網(wǎng)中所有節(jié)點，控制中心、變電站、分段開關(guān)、用戶端口等，的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，將涉及光纖、無線、載波等各種組網(wǎng)技術(shù)及設(shè)備。對各種信息量的采集，涉及先進的傳感測量技術(shù)與設(shè)備，如光學(xué)或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)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(gòu)建在光纖傳感測量技術(shù)之上，未來智能電網(wǎng)的構(gòu)建也將在此基礎(chǔ)上進行延伸。 提高電能質(zhì)量是智能電網(wǎng)構(gòu)建的一個重要目標，在配電方面涉及大量的電力電子設(shè)備。而作為FACTS技術(shù)在配電系統(tǒng)應(yīng)用的延伸，DFACTS(DISTRIBUTIONFACTS)技術(shù)綜合了配電網(wǎng)未來新技術(shù)的應(yīng)用。DFACTS技術(shù)與輸電系統(tǒng)中的FACTS技術(shù)側(cè)重不同，F(xiàn)ACTS設(shè)備的主要作用是調(diào)整輸電線路的參數(shù)，控制線路的潮流，提高輸電線路的功率傳輸極限，使輸電線路的潮流能按預(yù)定計劃實現(xiàn)控制，提高全網(wǎng)的經(jīng)濟性，也可以通過快速控制提高系統(tǒng)動態(tài)性能，如調(diào)節(jié)電壓、控制功率振蕩和抑制次同步振蕩等，而DFACTS技術(shù)主要用來提高供電質(zhì)量，即減小諧波和畸變、電壓波動與閃變、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(shù)等。配電網(wǎng)涉及的智能電力設(shè)備如表2所示。
智能用電部分的重要目標是實現(xiàn)用戶互動，促使電力市場完全競爭。用戶側(cè)支持能量和信息的雙向流動，用戶可以通過實時獲取用電信息與不斷變化的不同供電商的電價，真正實現(xiàn)全國范圍內(nèi)電力市場完全競爭。 供電側(cè)將以信息采集與管理為主，通過對配電變壓器和終端用戶的用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)用電監(jiān)控、推行階梯定價、復(fù)合管理、線損分析?最終達到自動抄表、錯峰用電、用電檢查(防竊電)等，用戶側(cè)能夠了解實時電價和按照自己需求，實時用電管理及用電質(zhì)量等服務(wù)。因此該部分的智能電力設(shè)備包括，智能表計、高度自動化、即插即用式智能電力設(shè)備、智能保護裝置、測量監(jiān)視設(shè)備、儲能電池、家庭自動化設(shè)備、海量數(shù)據(jù)處理設(shè)備和可視化設(shè)備等。?? 智能表計，具有電功率計量計時、記費、與上位機通訊、用電管理等功能的電度表，可以定時或即時取得用戶帶有時標的分時段的，如(15min，1h)等，或?qū)崟r(或準實時)的多種計量值，如用電量、用電功率、電壓、電流和其他信息。?? 數(shù)據(jù)量測設(shè)備，可以分為用戶專用和公用事業(yè)專用。用戶專用量測主要包括具有家電控制、電能質(zhì)量分析、防偷電、功率和用電量測量、實時電價處理、成本控制、自備電源監(jiān)測等功能的設(shè)備。它們通常以電子計量設(shè)備為基礎(chǔ)?通過發(fā)達的通信技術(shù)，實現(xiàn)對電力運行狀態(tài)及交易相關(guān)參數(shù)的測量、控制等。公用事業(yè)專用量測有公用事業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)和高級保護系統(tǒng)。相角量測單元(PMU)、廣域量測(WAMS)、線路容量動態(tài)監(jiān)測、各種先進的傳感器、具有監(jiān)測功能的電子設(shè)備（如電子變壓器）等均屬前者，高級保護系統(tǒng)包括故障檢測繼電器、一些特定保護系統(tǒng)，如關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)視、狀態(tài)和預(yù)想故障監(jiān)視保護等相關(guān)智能電力設(shè)備。 通信設(shè)備，通信技術(shù)涉及的智能設(shè)備種類繁多，常見的類型有銅芯線、光纖、電力線通信(BPL)、無線通信等技術(shù)，還需發(fā)展如internet、衛(wèi)星、無線、3G、傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種通信方式。通過這些載體，可以在更廣的范圍實現(xiàn)更多信息和應(yīng)用的連接和集成，使數(shù)據(jù)在發(fā)電、輸電、配電和用戶等不同主體及各類應(yīng)用系統(tǒng)之間高速傳遞。同時通信設(shè)備還包括維持精確的數(shù)據(jù)對時和同步能力的設(shè)備，提高抵御外部通信干擾的能力，降低對外部的輻射和電磁干擾等功能的技術(shù)和設(shè)備等。 智能電力設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù) 結(jié)合我國智能電網(wǎng)發(fā)展特點和世界智能電網(wǎng)發(fā)展進程，智能電力設(shè)備方面應(yīng)著重發(fā)展以下兩方面的技術(shù)。??? 高性能、智能化電力電子技術(shù)在未來的智能電網(wǎng)中，由于在發(fā)電部分各種新能源和分布式能源的開發(fā)和利用，在輸電部分電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定及降低網(wǎng)絡(luò)損耗的傳輸，以及在配、用電方面對電能質(zhì)量的要求，預(yù)計會有95%以上的電能要經(jīng)過電力電子技術(shù)的處理后才能使用。在智能電網(wǎng)中，可謂電力電子技術(shù)和裝置將無處不在，從發(fā)、輸電角度來說，電力電子技術(shù)可有效提高發(fā)電效率和提高輸電質(zhì)量，從配用電角度來說，電力電子技術(shù)可有效進行節(jié)能改造，提高用電效率。 由于智能電網(wǎng)的范圍廣泛，圖2簡單說明了電力電子所涉及的各部分的應(yīng)用，主要包括三大類產(chǎn)品，變頻器(變頻調(diào)速)、電能質(zhì)量類產(chǎn)品(含高壓直流輸電、柔性交流輸電?FACTS等)和電子電源產(chǎn)品。智能電網(wǎng)的電力電子設(shè)備正朝著高性能化、智能化、全數(shù)字控制、系統(tǒng)化和綠色化(無諧波公害)方向發(fā)展。
圖2 電力電子在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用 低成本、高密度、大規(guī)模儲能技術(shù)利用電能儲存技術(shù)可以實現(xiàn)負荷的消峰填谷，有助于提高配電系統(tǒng)的資產(chǎn)利用率，降低系統(tǒng)損耗，是實現(xiàn)電能高效利用的一項重要措施。儲能設(shè)備接入系統(tǒng)或用戶側(cè)還可與各種分布式電源相配合，解決風能、太陽能等的間歇性對配電系統(tǒng)造成的不利影響問題，與各種電能質(zhì)量控制設(shè)備相配合，有助于定制電力技術(shù)的實現(xiàn)。目前，各種儲能技術(shù)的研究在國際上受到了廣泛的關(guān)注。隨著低成本、高密度、大規(guī)模儲能技術(shù)的突破，電力系統(tǒng)的運行方式將大大改變對用戶的用電策略也會產(chǎn)生很大的影響。 需要注意的是，智能電網(wǎng)所涉及的技術(shù)范圍十分廣泛且不乏很多前沿的技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)融合，有些技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)和掌握，同時還在逐步完善并向更高層次發(fā)展，如數(shù)字化變電站技術(shù)，向智能變電站的發(fā)展，而有些技術(shù)依然是攻關(guān)的難度，如大規(guī)模儲能技術(shù)、高溫超導(dǎo)技術(shù)等，在何處取得技術(shù)突破性進展，將會對智能電力設(shè)備產(chǎn)生巨大影響。? 結(jié)語 信息是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐，信息的獲取需要大量的智能裝備來支持。在智能電網(wǎng)中，一次與二次、裝備與電網(wǎng)、裝置與系統(tǒng)將更加融合，復(fù)合技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。專業(yè)界限的模糊將使得智能電網(wǎng)中智能系統(tǒng)的外延大大拓寬。可以預(yù)期的是，各種智能設(shè)備和智能系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中將呈現(xiàn)日益整合、相互交融、靈活組態(tài)的發(fā)展趨勢。因此，在今后電網(wǎng)建設(shè)和改造中，應(yīng)該鼓勵和優(yōu)先采用適用于未來智能電網(wǎng)建設(shè)所需和可用的智能電網(wǎng)設(shè)備。 來源：電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報 |
