電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

吳勇翀

摘要：文章指出，智能電網(wǎng)是指電網(wǎng)的智能化，它在高技術(shù)和高速度的基礎(chǔ)上集成，通過(guò)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化和控制化管理，實(shí)現(xiàn)高速、高效的全程自動(dòng)化的控制管理，將整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中調(diào)度從人為的低效率管理中解放出來(lái)，最終的決策管理交由電網(wǎng)管理人員負(fù)責(zé)，而基本的電力傳輸、電力調(diào)度和電力控制等多個(gè)電力系統(tǒng)中的流程由系統(tǒng)自動(dòng)完成，極大地提高了管理效率并降低了管理成本。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；電子技術(shù)；自動(dòng)化管理

智能電網(wǎng)建立在現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程高速發(fā)展的時(shí)代，科技的進(jìn)步推動(dòng)工業(yè)化進(jìn)程的加速，工業(yè)化進(jìn)程的要義是提高機(jī)械化的水平。智能電網(wǎng)是區(qū)別于傳統(tǒng)的電網(wǎng)技術(shù)，智能電網(wǎng)力求改變傳統(tǒng)電網(wǎng)由人力控制的不足，使電網(wǎng)管理做到信息化、智能化、高效率和低風(fēng)險(xiǎn)。要實(shí)現(xiàn)這種控制的自動(dòng)化需要對(duì)電網(wǎng)中運(yùn)用的電子技術(shù)進(jìn)行分析，分析電子技術(shù)的可利用性，將其高效地應(yīng)用在電網(wǎng)的自動(dòng)化和智能化控制中。

1.電子技術(shù)

電子技術(shù)包括電子系統(tǒng)集成、電子通信、電子無(wú)線(xiàn)電技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，這些領(lǐng)域應(yīng)該都與智能電網(wǎng)有一定的關(guān)聯(lián)性。其中，電子通信和電子系統(tǒng)集成是與智能電網(wǎng)非常有關(guān)聯(lián)性的領(lǐng)域。電子系統(tǒng)集成能夠?qū)㈦娋W(wǎng)中各個(gè)組件部分按照既定的規(guī)則進(jìn)行組合，保證各個(gè)部件之間能夠正常工作。電子系統(tǒng)集成可以說(shuō)是智能電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際落地控制，智能電網(wǎng)依賴(lài)集成的電子系統(tǒng)進(jìn)行電力生產(chǎn)和傳輸。電子通信技術(shù)是智能電網(wǎng)中又一個(gè)不可或缺的部分，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)巨大的控制器，控制器中各個(gè)元器件需要進(jìn)行通信，保證整個(gè)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，通信的關(guān)鍵就需要電子通信技術(shù)的支撐。不僅如此，各地電力系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)值和其他參數(shù)通信時(shí)都依賴(lài)電子通信的支撐。電網(wǎng)屬于影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的行業(yè)，稍有不慎，則會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。下面就電子技術(shù)中電子系統(tǒng)集成和電子通信作具體介紹。

1.1電子半導(dǎo)體傳輸元器件

半導(dǎo)體元器件通常以硅材料為主，硅材料主要的效用是隔熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。半導(dǎo)體可以應(yīng)用于鎮(zhèn)流器、發(fā)光器和振蕩器等多個(gè)電子系統(tǒng)組件中。半導(dǎo)體是區(qū)別于集成電路的，集成電路通常由多個(gè)半導(dǎo)體器件并集成控制系統(tǒng)等部件構(gòu)成。半導(dǎo)體同時(shí)也是晶體二極管的主要構(gòu)成部件，晶體二極管具有信號(hào)放大、信號(hào)增強(qiáng)、信號(hào)變換和信號(hào)接收等多種功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。晶體二極管能夠覆蓋的頻率很廣，可從低頻開(kāi)始直至紅外和光波。隨著科技的進(jìn)步，又不斷產(chǎn)生微波半導(dǎo)體等部件，微波半導(dǎo)體以其獨(dú)特性迅速發(fā)展，不斷升級(jí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工作頻率的不斷提高，相應(yīng)的噪聲系數(shù)也不斷降低。由于微波半導(dǎo)體所表現(xiàn)出來(lái)的各種特點(diǎn)，已經(jīng)在軍事、國(guó)防和電力等多個(gè)核心產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著重要的作用。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2電子對(duì)不同傳輸電路的控制決策

電力通過(guò)電路進(jìn)行傳輸，不同電路狀況對(duì)電力傳輸?shù)膮?shù)要求也不同，對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸則需要提高電壓，減少在線(xiàn)路上的損耗。同時(shí)，線(xiàn)況不好的地方，則需要考慮傳輸時(shí)的安全性和有效性，在減低傳輸電壓的情況下保證傳輸質(zhì)量。電力的傳輸中需要中間節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，通常涉及降壓的問(wèn)題，降壓通常采用降壓器將傳輸?shù)母叩蛪和ㄟ^(guò)變壓轉(zhuǎn)換為低電壓，但整個(gè)電能是不會(huì)發(fā)生變化的。電力傳輸過(guò)程可能還涉及傳輸?shù)目刂茮Q策，當(dāng)發(fā)生線(xiàn)路故障或者線(xiàn)路損耗時(shí)，需要智能地調(diào)節(jié)線(xiàn)路的負(fù)載情況，考慮規(guī)避一些線(xiàn)損較大的路段，或者通常用實(shí)時(shí)探測(cè)的方式減低電能的損耗。

1.3電子對(duì)線(xiàn)路功率的變換

線(xiàn)路功率變換是保障電力能夠有效利用的高效方式，合理地設(shè)計(jì)線(xiàn)路的部署情況，按照實(shí)際線(xiàn)路的控線(xiàn)狀況優(yōu)化電力線(xiàn)路的分配。在電路設(shè)計(jì)前，首先需要按照實(shí)際功率消耗情況，實(shí)際分配具體的電力傳輸線(xiàn)路，優(yōu)化電力傳輸線(xiàn)路的布線(xiàn)，保障不會(huì)發(fā)生電力重復(fù)傳輸線(xiàn)路導(dǎo)致電力耗損的情況。另外，對(duì)于優(yōu)化線(xiàn)路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)合理地調(diào)配電路，保障供電節(jié)點(diǎn)之間的按近供應(yīng)是最大化利用電力的有效方式。電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫ǔ２捎眉惺降牟季€(xiàn)方式。

2.智能電網(wǎng)中電子技術(shù)應(yīng)用

智能電網(wǎng)由精確的數(shù)據(jù)測(cè)量、精確的配電運(yùn)送、精確的輸送電力運(yùn)行和精確的資本管理幾大部分組成。精確的數(shù)據(jù)測(cè)量主要是用于收集電力在傳輸過(guò)程中的存儲(chǔ)、分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)成的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)，由電力刻表、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)和用戶(hù)定向系統(tǒng)組成。通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，能夠在用戶(hù)和電力公司之間建立聯(lián)系，為智能電網(wǎng)中電力配送的自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。其實(shí)現(xiàn)目的也是為了能夠可視化地提高當(dāng)前電力公司效益并減低管理成本。智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1無(wú)功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化裝置在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

電網(wǎng)的安全性至關(guān)重要，智能電網(wǎng)力求做到根據(jù)用戶(hù)需求、系統(tǒng)的變換和線(xiàn)路環(huán)境等多種要素的變換而實(shí)時(shí)改變，保障電力供應(yīng)的有效運(yùn)行。無(wú)功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化裝置是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，它能夠及時(shí)、有效地改善電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、電力調(diào)配和電力損耗，極大地降低故障發(fā)生的概率，從而使供電能夠高效、有序地運(yùn)行。另外，此種優(yōu)化裝置能夠進(jìn)行形式上的自主創(chuàng)新，能夠進(jìn)一步滿(mǎn)足智能電網(wǎng)對(duì)于高效供應(yīng)的環(huán)境的需求。對(duì)于我國(guó)當(dāng)前較為落后的供電環(huán)境和電網(wǎng)架構(gòu)，加大、加快改進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)改造，提升供電穩(wěn)定性勢(shì)在必行。隨著供電線(xiàn)路的深入，所面臨的供電環(huán)境存在著千差萬(wàn)別的變化，供電裝置、供電線(xiàn)路和供電管理人員都需要進(jìn)行一次完全提升。對(duì)于電力系統(tǒng)中使用的不可再生能源，需要極大地開(kāi)發(fā)可再生資源，有效利用、調(diào)用和控制能源，促進(jìn)可再生資源在電網(wǎng)中穩(wěn)定運(yùn)行。利用無(wú)功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化裝置使電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)前電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性還有待完善，通過(guò)電子技術(shù)的革新來(lái)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益的提升。總之，無(wú)功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化使電力設(shè)施在質(zhì)量上得到了保障。

2.2電抗器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

超高壓并聯(lián)電抗器能夠較為明顯地改善電路的功率損耗情況，主要可以分為幾點(diǎn)：降低空載和負(fù)荷線(xiàn)路的電容效應(yīng)，降低過(guò)大電壓消耗；較為明顯地均衡化線(xiàn)路傳輸過(guò)程中電壓分布；使傳輸過(guò)程中功率損耗盡可能達(dá)到平衡的狀態(tài)，防止無(wú)功功率的不合理流動(dòng)，從而降低線(xiàn)路上電能的損耗；在與其他機(jī)組并行傳輸時(shí)能夠穩(wěn)定機(jī)組電壓，保證并行機(jī)組的高效運(yùn)行；防止在機(jī)組在同步傳輸時(shí)出現(xiàn)磁頻共振的現(xiàn)象。

2.3柔性直流輸電在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

柔性直流電是一種輕量性的直流輸送電力技術(shù)，是以電壓源換流器、可關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制技術(shù)為核心的新一代的直流輸電技術(shù)。在城市環(huán)境的電力調(diào)配系統(tǒng)、孤島效應(yīng)的配電供應(yīng)系統(tǒng)、大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)和交并聯(lián)互聯(lián)的場(chǎng)景下，供電有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)所在。

柔性直流輸電與傳統(tǒng)采用可控硅（SCR）換流裝置的高壓直流輸電相比，技術(shù)上的主要特點(diǎn)為：（1）VSC能夠自關(guān)斷，工作于無(wú)源換流方式，不需要電網(wǎng)提供換相電壓；（2）控制方式靈活，可同時(shí)獨(dú)立控制有功功率和無(wú)功功率，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)不需要交流系統(tǒng)提供無(wú)功；（3）交流系統(tǒng)故障時(shí)，能夠提供緊急有功支援和動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，提高系統(tǒng)的功角、電壓穩(wěn)定性；（4）采用VSC有利于構(gòu)成并聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)；（5）采用PWM技術(shù)，輸出諧波多為高次諧波，所需濾波裝置容量大大減小。

2.4自動(dòng)并網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

通過(guò)電力電子技術(shù)，對(duì)電力設(shè)備和電網(wǎng)進(jìn)行改造，提高電能質(zhì)量，提升電網(wǎng)輸送容量和可靠性；通過(guò)引進(jìn)新的儲(chǔ)能設(shè)備和電源，平衡和調(diào)節(jié)新能源發(fā)電及電力需求的不穩(wěn)定性。可以說(shuō)，智能電網(wǎng)是解決新能源發(fā)電入網(wǎng)問(wèn)題的根本途徑，而對(duì)新能源發(fā)電的兼容性也是智能電網(wǎng)的基本要求，二者通過(guò)技術(shù)、政策、經(jīng)濟(jì)、制度等手段的完善，最終將實(shí)現(xiàn)無(wú)縫、安全、自動(dòng)的對(duì)接。

從整體而言，智能電網(wǎng)和新能源的融合勢(shì)在必行。一方面，智能電網(wǎng)依賴(lài)新能源的補(bǔ)充來(lái)提升智能電網(wǎng)的一體化調(diào)配，能夠加快降低傳輸?shù)墓β蕮p耗和傳輸故障，能夠較為明顯地降低運(yùn)行成本；另一方面，從環(huán)保的角度出發(fā)，新能源的出現(xiàn)也能夠極大地降低對(duì)環(huán)境的影響。

3.結(jié)語(yǔ)

本文從智能電網(wǎng)的應(yīng)用研究出發(fā)，分析智能電網(wǎng)中涉及的電子電力技術(shù)，以實(shí)際的電力運(yùn)輸為出發(fā)點(diǎn)闡述智能電網(wǎng)的發(fā)展方向，論述在智能電網(wǎng)的整個(gè)系統(tǒng)中存在的技術(shù)點(diǎn)。