智能配电网将要普及的新技术

在电网各个环节中，变电，输电和用电的智能化程度已经相当高，唯独配电环节，受制于传统建设思路，施工条件和技术水平的局限，成了智能化的洼地。

在国家政策的支持下，配电网迎来了发展新机遇，而建设改造的精细化深入、分布式能源比例的不断升高，对未来配电网技术要求也不断的提高。那么，智能电网的突破口在哪？

全面传感技术、电力电子技术、新一代通信技术以及大数据处理技术的应用将成为突破“最后一公里”的关键。电气工程专家认为：未来配电网将在各个变电站之间使用高速宽带通信系统，利用智能电子设备（IEDs）进行自适应控制和保护，应用能量管理系统监测配电网的运行状况，并充分采用智能系统减少电能质量问题和提高供电可靠性。

未来配电网中将会逐步普及的新技术列举如下：

配电自动化对配电网中的重要设备进行持续监测和自动控制，整合了配电网监测控制系统和数据采集系统（SCADA）。

先进配电自动化（ADA）包含从重要馈线采集信息的智能传感器，电子控制器，双向通信系统。ADA系统采集并显示电压、电流、有功、无功、设备状态、运行状态，事件日志以及跟配电系统状态有关的其他信息。

其优点是操作员可以很方便地远程控制电容器的接入、断路器的开断以及电压的调节。变电站自动化如果装设了自动开关、重合器、电容器和高级计量装置，可以使电网实现最优重构，提高系统的可靠性和技术性能，即可以充分地发挥智能电网的功能。

预计到2030年，70%的馈线都将配备智能继电器和重合器。在馈线末端用基于微处理器的继电器和重合器来替换传统的电子机械式的继电保护和控制设备是智能电网的发展必然过程。

智能馈线重合器和继电器的控制设备优点如下：

1、测量仪器能够持续地对测量值进行监测分析，能及时处理测量信息并计算出有用数据（如到故障点的故障距离）。

2、能将IEDs测量或计算出的数据通过基于工业标准协议的通信系统传送给外部或者用户。

3、具有自我检测能力，使得IEDs能够检测自身的内部故障并及时通知工作人员进行维修。

4、可存储多种运行方式，可按要求将负荷切换到最佳的运行方式。

5、功能多样化。比如说，一个继电保护的IED就具有快速过电流保护、自动重合闸、馈线保护，还有测量和监测设备环境的功能，这些功能都集成到一个设备中了，从而减少了设备内部的绕线和控制板体积。

预计到2030年将会有25%的配网馈线会加装智能线路开关。目前，部分智能线路开部分智能线路开关技术已经得到应用。这些技术使得配电网具有自愈性。同时，它也支持馈线终端实现满足分布式发电与负荷平衡需求的最优网架重构。

具有如下主要特征：

1、具有工业标准的通信系统，用于支持远程控制和数据获取功能。该开关也支持与其他智能设备（如其他智能开关、开关电容器、分布式电源等）进行点对点通信。可靠性高的通信系统是实现上述目标的必要条件。

2、每个智能线路开关必须包含一个独立的本地控制器，以获取本地数据，实现自动开关。

3、智能线路开关和相关的控制器必须支持“双向”操作，可检测潮流流向，并根据潮流流向进行响应。对于配电网馈线的重构（在智能配电系统中经常发生）以及可能出现潮流逆流的配电网中，双向操作能力非常必要。

4、同时支持单向操作（只对需要跳闸相跳闸）和三线操作（三相同时跳闸）。如果分布式发电设备在智能线路开关的下游（远离变电站），其单相跳闸的功能将被禁用，以避免对发电机造成损害。

电力电子技术不仅可以为用户提供稳定的电能，还能同时实现频率、相位、电压等的灵活控制。静止无功补偿器、短路电流限制器就是配网中的两个典型电力电子装置。

两种典型的电力电子装置：

1、静止无功补偿器静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。它不再采用大容量的电容、电感来产生无功功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃，特别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。静止同步无功补偿器能够消除一个周波内的微小电能质量扰动。因此，它可以处理由于出力波动性DERs（风电、光伏等）接入引起的配电网电压波动问题。

2、短路电流限制器另一个典型例子是短路电流限制器，在国内常被称为故障限流器。SCCLs技术可以用于处理输电系统中短路电流较大的问题。发电容量越大，造成的故障电流也越大，很可能会超出运行设备的承受能力。基于电力电子技术的SCCL可有效解决这一问题。SCCL的核心理念是：正常运行时呈零阻抗（或低阻抗），短路故障时呈高阻抗，从而起到限制短路电流的作用。

逆变器是将直流电能变换为交流电能的设备。逆变器是光伏发电系统中最为复杂的设备，是系统中成本第二高的设备，同时也是系统中最脆弱的环节。光伏电池板一般非常坚强可靠，有长达25年的使用寿命，而逆变器的寿命一般不超过10年。

小型逆变器在光伏中的应用目前的光伏系统设计中，所有的光伏电池板均是串联的。若光伏板上的某部分被遮挡了，则整个系统的发电效率就随之降低。此外，如果要想让光伏模块最优工作，则所有的光伏板必须具有相同的朝向和倾斜，这就限制了屋顶光伏的布局。

与之不同的是，未来的光伏发电系统则要求每个电池板都连接在它自带的微逆上，这就能充分挖掘每一个光伏板的发电潜能，提升整个系统的发电效率。尤其是应用于错落有致的屋顶时，系统设计的灵活性就增强了。 随着光伏发电技术的普及，以及光伏在电网中渗透率的增加，电力公司正在大力推进智能逆变器，它除了完成直流-交流转换的基本功能以外，还将提供如下辅助服务：低/高电压穿越，自动发电，自动弃光，谐振抑制，阻尼振荡，电网支撑……

传统变压器在轻负载下的效率很低，有液体介质泄漏的隐患，并且只有升/降压这一单一功能，不能提供实时电压调节和系统监控的功能。

同时，它们不能通过单相电路提供三相电能，不能部分拆开逐个修复。 未来配电变压器将作为分布式电源的接口，能接入储能，能接纳电动汽车，采用电力电子器件替代传统配网变压器的设备。

美国电力科学研究院研发出的智能变压器，可以作为可再生能源并网的接口，包括一个双向功率接口，方便光伏、储能、电动汽车的接入，也包含系统整合、本地控制和孤岛控制方面的指挥和控制功能。 此外，EPRI还研发出了中压智能通用变压器。该技术替代了独立的电能转换器和传统的变压器，完全摒弃了传统变压器的笨重结构和大量的接线。多功能的IUT可提供400V的直流母线电压，用于供应直流配电系统或为电动车快速充电。

如上所述，配网中的智能新技术还有很多，例如：多功能固态开关技术、配电网故障预测及定位技术、先进的计量设施（AMI）、本地能源网络控制器、分布式电源、包括分布式发电设备，可再生能源，储能设备等。

在电力改革的大背景下，为提升服务水平、降低运行费用，新技术将在未来的智能配电网中发挥重大作用，电力行业应当充分利用现有的监测控制设施，同时不断地寻找并利用新方法、新技术、新设备来实现供电系统的安全、高效、长期、稳定的运行。