智能电网中电力设备及其技术发展分析翟宾

智能电网中电力设备及其技术发展分析翟宾

翟宾

（国网河南省电力公司检修公司472500）

摘要：随着科学技术不断发展，电力技术也在不断进步，智能电网就是电力系统的一个重要的发展方向。本文对智能电网进行了阐述，并对智能电网中的电力设备及其技术发展进行了介绍和分析。

关键词：智能电网；电力设备；电力技术

随着社会的发展，电力在人们生活中得到了更广泛的应用，并且人们对电力的需求还在不断增加，因此需要不断的提高电力系统的水平，来保证人们对电力的需求，智能电网因此成为了电力系统发展的方向。

1智能电网概述

现在，人们对于智能电网还没有做出明确的定义，在各个领域对于其概念有不同的解释。一般来说，智能电网就是指一个完全自动化的供电网络，其能够对所有的用户和节点进行实时的监控，并且供电线路中的各部分中的电流和信息都可以双向流动。智能电网在电力系统发电、输电、变电、配电和用电等关键环节中都有相应的智能化电力设备支持，并且有网络拓扑、智能调度、通信系统等技术作为保障。智能电网是社会发展进步的必然选择，通过智能电网可以更加合理的利用资源，并且使能源供应更加安全，还有助于减少有害气体排放，实现用户成本和投资收益之间的平衡。智能电网相较于普通电网有很多独特的性能，在自愈和自适应性、安全可靠性、兼容性、经济高效以及和用户走好互动等多个方面都优于普通电网。目前，世界上很多国家和地区都在进行智能电网研究，我国在智能电网的研究上也取得了一些重要成果。例如，2009年2月28日，华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御以及全过程发电控制系统通过了专家组的验收，为我国智能化电网的发展奠定了基础。未来，智能电网将发挥更重要的作用。

2智能电力设备发展分析

智能电网是一个完整的供电系统，各个组成部分都需要智能电力设备的支持，因此在发电、输电、变电、配电和用电方面都要发展智能设备。

2.1发电方面

智能电网在发电方面主要有三个方面的内容，分别是新能源到电力资源的转换、接入并网和能量储存。发电设备种类很多，如太阳能光伏发电设备、风力发电设备、生物质能发电设备以及海洋能发电设备等。接入并网设备方面主要是智能保护以及控制类的设备，如数字型保护继电器和分布式接头转换器等，这类设备的功能是保证智能电网的安全运行。大容量的储能设备主要有超导储能、超级电容器、飞轮储能和高容量储氢等设备，这些装置的能够使电力资源被有效的利用。

2.2输电方面

智能电网在输电方面需要两方面的技术支持，一是大容量远距离低损耗输电技术，二是大规模间歇式新能源接入技术，目前解决的方法有柔性交流输电、高压、特高压直流输电和超导技术。柔性交流输电（FACTS）能够通过对输电系统各参数的合理控制，达到降低输电过程能量损耗并提升电力系统稳定性的目的，其需要静止无功补偿器、串联补偿器、晶闸管控制串联电容器、可转换静止补偿器等十几种电子装置的支持，还有相应的装置正在研发过程中。高压、特高压直流输电技术（HVDC）需要进行直、交电的转换，其核心内容是换流站设备，因此这种技术输电还需要换流阀、控制保护系统换流变压器很多设备，在功能上其能够满足在配电网中接入光伏发电等分布式电源，这使其在智能电网中的作用更加重要。超导技术需要有关新材料的关键技术和设备，其最大的特点是能够降低输电过程中的损耗。

2.3变电方面

智能电网需要具有强大功能的变电设备支持，要求变电站那能够通过网络信息共享来实现信息互用。目前数字化变电站是变电站的主要形式，智能化变电站是由数字化变电站发展而成。智能化变电站以靠信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化等技术为基础，具有自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量以及监测等功能，最终可以实现电网的自动控制，并且还可以和附近变电站以及电网调度的等进行互动。智能变电站中需要的设备有继电保护装置、测量控制装置和远动装置等。

2.4配电方面

智能电网要求配电实现自动化，来实现对功率双向配电网的监控、广域电压无功调节和快速故障隔离等功能。智能化配电网络需要依靠传感量测技术和通信网络作为支持，通过这些技术实现数据的采集、融合和传输，进而实现对配电系统的监控并且进行协调控制。因此智能化配电系统包含了许多先进的技术和设备，举个例子，为了建立可以能够涵盖配电网中每一个节点数据通讯网络，会利用到光纤、无线以及载波等多种技术和设备，智能化配电网中还涉及到了诸如先进的传感测量技术与设备，光学或电子互感器、电力设备状态在线监测等多种设备。

2.5用电方面

智能电网中用电部分对于用户和企业有不同的功能，在用户方主要提供能量和信息的双向流动，使用户可以了解用电信息，供电方则可以通过其进行信息的采集和管理，通过对采集到信息的分析，实现自动计算电费、安排供电方案并防止有人窃电。为了实现这些功能，智能化配电网需要智能表计、智能保护装置、测量监视设备、海量数据处理设备等多种设备。

3智能电力设备技术

3.1高性能、智能化电力电子技术

智能化的电力电子技术在智能电网中有着非常重要的作用，几乎涉及到智能电网运行的方方面面，是构建智能电网的重要基础和手段。在智能电网中，发电部分会利用到新能源以及分布式能源的开发，输电部分则需要保证其安全行并且降低传输过程中电能损耗，并且配电和用电部分也对电能的质量有了更高的要求，在这种情况下大部分电能要在电力电子技术处理之后才能够使用，发展电子电力技术的重要性可见一斑。

电力电子技术在推动智能电网的发展上有着重要的作用。首先，高性能、智能化电力电子技术能够对电网进行优化，并且可以保障电网的安全运行。随着电子电力技术的发展，例如在输电方面，HVDC、FACTS等技术的发展可以提升电网的输配电能力，降低电能传输过程中的损失，还可以减少因为发生故障而造成的损失，并缩短电网从故障中恢复需要的时间。这对于保障电力系统在应对自然灾害有着重要的意义，可以提高电网的安全运能的能力。其次，高性能、智能化电力电子技术能够对改善电网电能质量起到促进作用，同时可以促进电力市场的发展。由于各种新能源和分布式能源被开发和利用于发电，这些电能并网过程中可能对电能质量造成影响，需要电力电子技术进行处理，从而改善电网电能质量，从而实现高效、优质的电能供应。第三，高性能、智能化电力电子技术可以优化资源的利用，促进可持续发展，在电网中更多的利用可再生能源发电，并且完善智能电网系统，提升电网远距离输送能力，优化全国范围内电力资源的配置。

高性能、智能化电力电子技术在智能电网中应用广泛，其主要研究电气器件的制造以及电子电路的变流技术，其在发电、输电、变电、配电以及用电等各个方面都有应用。例如在发电过程中，电子电力技术可以用于可再生能源转换装备以及安全可靠的并网装备的研究，如在风力发电过程中，为了使发电机组变速运行，需要将双馈风机组的定在就直接并入电网，从而能够控制蓄电池组的双向充放电，这样能够使系统平稳供电。电力电子技术在智能电网中的应用主要包括三大类产品：变频器、电能质量类产品和电子电源产品。智能电网的电力电子设备正朝着高性能化、智能化、全数字控制、系统化和绿色化方向发展

3.2低成本、高密度、大规模储能技术

由于电力的生产过程是连续不间断的，因此需要保持发电、负荷和损耗三者之间时刻保持一种平衡，但是用户对电的使用具有一定的弹性，会随着外部环境的变化而产生变动，因此需要采取一些措施保证这种平衡关系，在传统的电力系统中人们采用的是控制发电机的方式进行调节。在未来的智能电网中，会更多的采用新能源和分布式能源发电，其中新能源发电不易控制，而分布式能源又对环境十分敏感，因此如何保证这种情况下的发电和负荷平衡十分重要。若果解决不好发电和负荷之间的平衡关系，很可能造成电能质量恶化，甚至可能会导致停电和电力系统的崩溃。为了应对这一问题，可以使电力系统保留一定的裕量，但这会损害电力系统运行的效率。为了从根本上解决这一问题需要发展低成本、高密度、大规模储能技术，这种方式主要从两个方面解决这一问题，第一种方式是在电源侧采取措施，在系统中安装大容量的储能元件，这样可以根据负荷灵活的选择储能和放能，从而保证发电和符合的平衡问题。第二种方式是从负荷方面入手，在用户侧进行管理，做到消峰填谷，从而保证电力系统中发电和负荷的平衡。

储能技术是将电能转化为其他形式的能量并且进行高效的储存，在需要的时候有刻意方便的再次进行转化。因此需要大容量的存储能量的技术，也需要就快速高效的能量转化技术。目前的储能技术主要有机械储能、电磁储能和电化学储能和相变储能等方式，不同的储能方式的应用方向也有所不同，例如机械储能包括抽水蓄能、飞轮储能等，抽水蓄能主要用于负荷调节，频率控制以及系统备用等方面，而飞轮储能则用于电能质量调节、调峰以及输配电系统稳定性等方面。

储能对于智能电网有着至关重要的作用，可以有效的解决风能和太阳能和新能源等不稳定发电或是不易控制的发电方式对电网的冲击。就目前的发展形势而言，抽水蓄能电站、超导储能装置以及超级电容器储能是目前研究的方向。以超导储能装置为例，大型的超导储能装置是具有独立输出有功和无功能力的电源，其具有独立和反应速度快等优点，将其加入到电力系统中，可以有效的对电力系统的发电和负荷记性调节，同时可以提高系统在出现故障时的应急能力，促进电力系统安全平稳的运行。

智能电网还涉及到很多先进的技术，并且在发展过程中还有很多新的技术被应用进来，目前人们还需要对智能电网涉及到的技术进行不断的研究，来完善智能电网，使只智能电网为人们提供更大的便利。

结论

总之，智能电网是电力系统发展的主要方向，其涉及到电力系统的各个方面，发电、输电、变电、配电和用电等各个环节都需要智能电力设备，以提高其运行的质量和效率。智能电网的发展离不开电力电子技术和大规模储能技术的支持，也需要更多先进的科学技术的加入其中，鉴于智能电网对于电力系统的重要作用，相关研究人员需要努力进行智能电力设备和技术的研究，提高电能的使用效率，让人们可以安全、方便、高效的利用电能。

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