智能電網中電力設備及其技術發(fā)展分析

近年來，隨著各種先進技術在電網中的廣泛應用，發(fā)展智能電網已在世界范圍內形成共識。由于智能電網尚處于起步階段，國際上對其還沒有達成統(tǒng)一而明確的定義。從技術發(fā)展和應用的角度看，世界各國、各領域的專家、學者普遍認同以下觀點，智能電網是將先進的傳感測量技術、信息通信技術、分析決策技術、自動控制技術和能源電力技術相結合，并與電網基礎設施高度集成而形成的新型現代化電網。作為一個完整的電力系統(tǒng)，智能電網涵蓋發(fā)、輸、變、配和用全流程，各個環(huán)節(jié)中涉及大量的電力設備和關鍵技術。智能電力設備，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備，而廣義上，則可以認為是適應和支持智能電網新特點的有電力設備。實際上，就智能電網相關的各種硬件設施，比如高度的電力設備自動化，各國一直都在進行相關的建設。智能電網具有系統(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)，數字化變電站ビ沒У緙芻ザ系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中已經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、二次設備。

本文簡要分析和介紹了支持智能電網的各項新設備(新技術)包含各種新型能源發(fā)電和接入設備，超導、復合材料傳輸設備，儲能設備，新型電力電子設備，信息量測和傳輸設備，以及諸如智能電表、智能終端和智能管理終端等。其中部分技術和設備在智能電網概念提出之前就已經出現，但作為智能電網建設的重要組成或實現智能電網的重要手段，在本文中也進行了相應介紹。

國內外智能電網的側重區(qū)別

智能電網中電力設備及其技術發(fā)展的驅動可以用“環(huán)境決定側重×Χ染齠ㄋ俁”來概括。后半句表明政府意圖對智能電網發(fā)展的決策和重視程度決定智能電網和各項技術的速度，而前面半句，則表明智能電網的發(fā)展應與國情相適應，智能電力設備技術的發(fā)展也與智能電網的側重相匹配。

美國智能電網環(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，因此注重用戶側和配電智能設備，相關技術開發(fā)和應用也著重這兩部分。在美國“grid2030“智能電網規(guī)劃中，美國智能電網的電力設備主要圍繞如智能電表、智能終端、智能配電網設備以及超導和儲能等方面。歐洲國家智能電網建設主要是促進并滿足風能、太陽能和生物質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設備及技術。日本和韓國將智能變電站、配電網的自愈控制相關設備，以及大規(guī)模太陽能等新能源開發(fā)的保護與控制設備作為研究重點。由于我國能源與用電負荷分布的情況以及網、售合并的壟斷性電力環(huán)境，導致智能電網規(guī)劃側重長距離、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備的發(fā)展，如智能電表及雙向通信網絡的廣泛建設。

智能電力設備發(fā)展現狀

智能電網作為一個整體，無論側重點在哪個部分，都需要眾多先進的智能電力設備的支持。勃唱

發(fā)電方面

智能電網在發(fā)電方面涉及的電氣設備包括各種可再生能源能量轉換設備，安全、可靠并網接入設備以及儲能設備。＊

各種新能源和分布式發(fā)電技術設備，如微型燃氣輪機、燃料電池(微透平?、剃柲芄夥l(fā)電(太陽板)、風力發(fā)電(風機)、生物質能發(fā)電設備、海洋能發(fā)電設備和地熱發(fā)電設備等。―

智能保護與控制類設備∪縭字型保護繼電器、智能分接頭變換器、動態(tài)分布式電力控制設備等。┆

各種大容量儲能及高效能量轉換裝置，如蓄電池儲能、超級電容器、超導儲能、飛輪儲能∫約叭劑系緋鬲「呷萘看⑶?、高效洞坞姵氐仍O備。

以分布式發(fā)電系統(tǒng)為例，如圖1所示，發(fā)電部分、功率調節(jié)部分有多個逆變器，其中功率轉換和控制裝置又包含諸多核心設備，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)電機變速調速裝置、大功率并網逆變器、儲能裝置以及電網的連接設備，燃料電池、電能輸出波形質量設備，電壓跌落隔離和保護設備等。對于大功率燃料電池系統(tǒng)≡蟶婕靶碌牡緶吠仄?、智乃G成功率變流器和智能系統(tǒng)級控制設備。

圖1 分布式發(fā)電、儲能及轉化系統(tǒng)

輸電方面

智能電網網架建設，既要發(fā)展大容量遠距離低損耗輸電技術，也要考慮大規(guī)模間歇式新能源接入對輸電網的影響，主要集中于柔性交流輸電及其相應柔性交流輸電設備，高壓、特高壓直流輸電以及高溫超導技術等，前兩項涉及大量的電力電子設備，最后一項同時涉及新材料和復合材料等關鍵技術和設備。＊í錨豹藹

FACTS技術及設備

柔性交流輸電技術是現代電力電子技術與電力系統(tǒng)相結合的產物，是智能電力設備在輸電部分應用的體現。該技術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，如電壓、相位差、電抗等，進行靈活快速的適時控制，以期實現輸送功率合理分配，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)和可轉換靜止補償器(CSC)等。

近年來，該技術已經在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應用。但FACTS技術的應用還局限于個別工程，如果大規(guī)模應用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術問題，例如多個FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調配合問題，FACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護的銜接問題等。隨著智能電網的發(fā)展以及電力電子器件的性能提高和造價降低，FACTS裝置和設備會在未來輸電領域大規(guī)模應用。―姜氮釜