智能電網設備研發的思考

文／中國電器工業協會智能電網設備工作委員會／

“十一五”期間，我國風電產業發展迅猛，風電總裝機連續5年實現翻番。截止2010年底，風電總裝機容量達到4182.7萬千瓦，其中3100萬千瓦裝機實現并網發電，與美國風電規模相當。2010年，風電發電量達到450億千瓦時，比上年增長63%。同時，風電行業也呈現了一些行業性的問題，先后發生機組裝機后無法正常并網；風機質量、脫網事故頻繁發生；由于風電企業多且技術能力參差不齊、永磁材料價格大幅度上漲、低價競標等因素導致風電企業利潤大幅下滑。為促進風電行業健康可持續發展，中國電器工業協會召開中國電器工業協會風力發電電器設備分會2011年年會暨專題研討會，結合當前形勢和行業任務，研究確定風電產業生產方式調整的方向、標準、認證等。

一.發展智能電網的原因

1.發展智能電網轉變經濟發展方式的戰略性新興產業

發展智能電網是節能環保的最重要、最有效的手段之一；是新能源汽車戰略得以實施的基本前提條件；是信息技術與高端裝備制造深度融合發展的重要依托；是高端裝備制造業的重要內容，同時智能電網也是領跑中國經濟發展的新引擎。

2.發展智能電網減少對化石能源消耗—節能減排的要求

提高化石能源利用效率，減少消耗總量；提高電網運行效率，減少消耗需求；新能源及分布式電源的接入，減少消耗需求；改善電網運行方式，減少發電裝機總量；這些都要求發展智能電網。

提高電網運行效率，減少消耗需求：實施科學的需求側管理，到2020年，可減少裝機1億kW左右，超過5個三峽工程裝機容量，同時還可節約8000億元至10000億元的投資。新的能源資源：到2020年達到抽水蓄能6千萬kW；核電9千萬kW；風電1.8億kW；太陽能發電2千萬kW；天然氣發電2千萬kW，非化石能源發電達到6.85億kW，可代替約7億噸標煤。

目前電機安裝總功率約7.5億kW，采用智能化技術使其系統運行效率提高10%，則可減少相當于三個多三峽工程的裝機容量。到2020年，我發電裝機容量約為18.85億kW（變壓器與發電裝機容量比例大于10:1，變壓器裝機容量約100億kW），變壓器變電損耗占發電總量約10%，通過智能化措施其損耗能降低1%，則節約1.885千萬kW裝機容量，比三峽地上發電裝機容量還大；城市10kV配電線路和變壓器的年平均載荷率低于30%。2020年智能配電，若6%～8%的峰荷消減，減少的發電容量約為2193萬kW。

3.減少對化石能源依賴—能源安全的要求

發展智能電網減少了化石能源的消耗，開辟了新的能源供應和利用的條件，推動我國能源結構的優化調整，增加了能源多元化的能源保障輸送渠道。

4.電網自身發展方式轉變的要求

發展智能電網能夠提高電網的安全性和供電可靠性，提高能源資源及設備利用效率，促進技術、設備、運行和管理等的創新提升，提高電網運營效率。

其中改善電網運行方式有HVDC技術和FACTS技術，前者是更大容量和更遠距離輸電的方式，后者能提高輸電能力、減輕瓶頸壓力。目前線損率6.72%，2020年降低至6.5%，到時特高壓傳輸的容量為3億kW以上，節約電量達到578億kWh。在高壓、中低壓領域可降低線損率的空間更大。

5.經濟社會發展的要求

經濟社會的發展，需要有大量的電能消耗供應增長，發展智能電網是轉變經濟發展方式重要、有效途徑；能源資源分布與負荷中心分布不匹配，發展智能電網為能源資源優化配置創造條件，提供了切實可行的途徑；經濟社會發展對電能質量提出了更高要求，發展智能電網為高新技術發展、科技創新、高端制造創造條件，為公眾生產、生活提供更高質量的電能。

二、智能電網解析

1.智能電網的描述

以物理電網為基礎(中國智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各電壓等級電網協調發展的堅強電網為基礎)，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。

它以充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性、滿足環保約束、保證電能質量、適應電力市場化發展等為目的，實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。

1.1 智能電網的描述——范圍

從目的和功能看，單純的傳統輸電網絡絕難完成智能電網的使命。須將發電、變電、配電、用電環節等納入，實現發、輸、變、配、用、調各環節的統籌管理，才能實現電能高效、低碳的生產、輸送、調度、分配及使用。智能電網有一定社會學屬性，需要不斷發展，適時的、合理的加以修正、補充及完善。

1.2 智能電網的描述——社會學屬性

智能電網是一個涉及社會范圍廣大的系統工程，需涉電各環節密切協同完成，它引入科學的管理思想，緊跟現代科技發展步伐且涉及多種高新技術，將引起人們生活理念的變化。

2.智能電網的功能特征——對電網的要求

堅強：保持供電能力，保證電網的安全運行

自愈：自動故障診斷、隔離和系統自恢復能力

兼容：支持可再生、分布式發電和微電網的接入

經濟：資源合理配置，降低網損，提高利用效率

集成：信息的高度集成和共享

優化：通過優化提高資產利用，降低運維護成本

3.智能電網的技術特征——對設備的要求

測量數字化：對設備相關量做就地數字化

測量控制網絡化：對設備實現基于網絡的控制

狀態可視化：使設備狀態在電網中是可觀測的

功能一體化：對設備可進行功能一體化

設計信息互動化：與調度、設備運管及用戶互動

4.智能電網的特殊屬性

開放性：接納用戶參與、吸收高新技術

包容性：接納各種分布式多元的能源接入

系統性：是一個全方位、統一協調的系統工程

廣泛性：電網各環節、涉及電力用戶數量巨大

互動性：相鄰電站、站與電網調度、用戶與電站

5.智能化與數字化電站區別（如下表）

6.智能電網設備

智能電網設備要求：先進、可靠、集成、低碳、環保；前提是一次設備，通信、傳感技術先進；可靠方法為一次設備與其智能組件的有機結合體，途徑是依靠先進可靠的信息、通信技術，實現信息可靠、及時、準確傳輸。

三、智能電網發展現狀及前景

1.我國智能電網發展現狀

2011年3月的《綱要》中，在多處、從不同角度明確提出要大力發展智能電網相關產業。智能電網工作已取得階段性進展，在26個省市開展了21類共228個智能電網試點項目的建設，在發電、輸變電、用電等各個環節進行了原有設備的改造、升級和新設備的研制和開發。

我國智能電網發展現狀試點工程評價：

1）系列標準中提出的智能變電站技術原則、體系結構、功能要求，設計、測試、運維、調試驗收等內容符合變電站技術發展方向。

2）一次設備智能組件、IEC61850的應用、信息一體化技術、高級應用功能、站用一體化電源等技術成熟，可以推廣。

3）結合出現的一些問題，新的研究成果及經驗，有必要對相關標準進行補充和修訂。電子式互感器關鍵技術、網絡跳閘關鍵技術、一次設備智能化的通信要求和檢測規范，二次設備的整合、站域控制等需深入研究。

2.智能電網發展國家相關政策

新能源產業重點發展新一代核能、太陽能熱利用和光伏光熱發電、風電技術裝備、智能電網、生物質能。

新能源汽車產業重點發展插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車技術。戰略性新興產業增加值占國內生產總值比重達到8%。

3.發展目標

建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展，具有信息化、自動化、互動化特征。

4.發展規劃

未來十年，智能電網領域將約有4萬億元的建設投資。預計2011年至2015年將新建改造8000座智能變電站，這一階段預計投資2萬億元；2016年至2020年將新建改造7700個智能變電站，這一階段預計投資1.7萬億元。

5.用戶對智能電網設備的需求

智能電網的發展雖然涉及范圍十分廣大，但根據我國的能源發展格局及智能電網發展客觀現狀，智能電網設備制造企業的情況，目前較為重要的是輸、變、配、用和調度管理環節，而發電環節，一般的制造企業主要需要為新能源發電并網利用進行研究，主要包括控制器技術、高效儲能技術、逆變器技術、功率預測技術、并網接入技術、智能調控技術等。以下主要叢輸電環節介紹。

1）智能輸變電系統

智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基礎，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協調互動等高級功能。

將礦用電動輪自卸車變流系統的整流器輸出的電壓，作為輸入常量勢源，三相逆變器的其中一相作為參考，另外兩相以可調變換器（MTF）替代，通過對m1和m2的可調控制，達到對電容器提供的電壓進行控制，對礦用電動輪自卸車變流系統進行鍵合圖建模符合實際變流系統，并且滿足控制的需要。

采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基礎，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協調互動等高級功能。

智能輸變電設備的總體發展要求是提高設備的智能程度，提高智能電子裝置的準確性和可靠性，降低智能輸變電設備的成本。

——智能開關設備

（1）操作智能化：自動選擇操動機構及滅弧室預定的工作條件；對合分閘相位控制。

（2）狀態檢測與判斷：監測運行狀態，增加可靠性，判斷工作狀態，預測壽命及失效率評估，最佳運行調控。

（3）二次控制智能化：自動監測開關設備狀態、自動處理信息、自動診斷保護和自動顯示、記錄等功能。

分合閘操作智能化是指動觸頭從一個位置到另一個位置的自適應控制的轉換，能夠根據監測到的不同故障電流信號，自動選擇操動機構及滅弧室預先設計預定的工作條件，獲得實際開、斷時電氣和機械性能上的最佳效果。對斷路器的合分閘相位的控制可以大大提高斷路器的開斷能力，提高斷路器的可靠性。

監測自身的運行狀態，增加開關設備運行的可靠性，并能判斷其工作是否正常，給出壽命預測及失效率評估及對其進行最佳運行調控，可以有效地提高電網的可靠性。

二次控制智能化應具有自動監測開關設備狀態、自動處理信息、自動診斷保護和自動顯示、記錄等功能。

——智能變壓器

關鍵是要實時反映變壓器的運行狀態，能夠在統一信息模型和服務模型的網絡環境下實現信息共享和互操作。采用統一建模的網絡協議通過網絡實現集成。

在現有技術基礎上，需進一步研究光纖繞組測溫、繞組變形監測、局部放電定點或定量監測、內部振動監測、絕緣狀態監測、變壓器節能冷卻控制技術等。

輸變電設備智能化所需的IED，還需滿足如下要求：

（1）支持標準通訊協議: IEC61850 和TCP/IP。

（2）具有互操作性，不同廠家的 IED間可 互聯。

（3）內嵌 Web 維護界面，支持遠程維護功能。

（4）帶有跟蹤自診斷功能，確保系統異常后實時報警。

（5）滿足室外長期運行要求。

滿足室外長期運行要求，必須保證能夠在惡劣環境或極端環境和變電站強電磁干擾環境下，安全可靠運行。

2）測量及監測設備

——傳感器

目前主要使用傳感器大都屬于技術水平不是很高但對可靠性和穩定性卻要求非常高的通用傳感器；技術水平要求較高的測量電流、電壓的光纖傳感器現在在電力行業應用還較少。

傳感器承擔了智能電網實時信息的最前端測量、監測信息的直接獲取，可以說傳感器技術的發展很大程度上決定了智能電網發展水平。我國電力行業使用傳感器的場合是很多的，從發、輸、變、配、用各個環節都離不開傳感器技術的應用。主要使用傳感器有：電流傳感器、電壓傳感器、局部放電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器等。這些傳感器大都屬于技術水平不是很高但對可靠性和穩定性卻要求非常高的通用傳感器，技術水平要求較高的測量電流、電壓的光纖傳感器現在在電力行業應用還較少。

——互感器

電子互感器設計制造需進一步滿足數字化、絕緣簡單、頻響快、機械抗性強、無危險、測量精度高、易集成、易安裝、易更換、環保等特點。

目前是傳統的電磁互感器與電子式互感器并存。全光纖互感器工程應用開始起步，其可靠性和穩定性及壽命等技術問題還需進一步研究解決。

——在線監測技術

在線監測與診斷技術，要求傳感器技術水平不斷提高，可實現采用多參量綜合檢測的方法，去研究運行中狀態特征參量的變化規律以及應用一些新數字信號分析技術。

采用先進的現代科學技術及工程技術，確保電網堅強、靈活、智能、高效運行，滿足現代社會對供電可靠性和電能質量的要求。

我國變壓器、GIS等關鍵電力設備的在線監測與診斷技術，要求傳感器技術水平不斷提高，可實現采用多參量綜合檢測的方法去研究運行中狀態特征參量的變化規律（如：超高頻局部放電檢測、超聲波絕緣缺陷檢測、油中氣體在線監測、光纖溫度在線測量等）以及一些新數字信號分析技術應用于在線監測中；采用先進的傳感器技術、計算機技術、電力電子技術、數字系統控制技術、靈活高效的通信技術，才能確保電網堅強、靈活、智能、高效運行，滿足現代社會對供電可靠性和電能質量的要求，優化發輸配用各環節的協調調度，實現運行方式自適應管理，實現系統節能降耗以及績效指標的優化，提升管理和決策水平。

——通信

要構建以骨干通信電路、跨區聯網通信電路為主，各級通信網協調發展的電力專用通信網；

滿足智能電網需求的傳輸網、數據網、業務網、支撐網全方位的通信系統。

以提高對各級通信資源調配能力、提高對各類通信業務承載能力、提高對各種自然災害和外力破壞抵御能力為目標。

要構建以骨干通信電路、跨區聯網通信電路為主，各級通信網協調發展的電力專用通信網。以提高對各級通信資源的調配能力、提高對各類通信業務的承載能力、提高對各種自然災害和外力破壞的抵御能力為目標，滿足電網發電、輸電、變電、配電、用電及調度等各個環節的通信需求。構建滿足智能電網需求的傳輸網、數據網、業務網、支撐網全方位的通信系統。

3）智能配電設備

——配電一次設備

要求配電網測控保護技術：

向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態在整定的方向發展。

各種保護、控制技術：

進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發展為一體化智能設備。

配電網測控保護技術將向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態在整定的方向發展，以適應多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護、控制技術進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發展為一體化智能設備。

永磁操動機構及具備數字化測控技術的同步柱上真空開關，新型固體絕緣介質的環網柜；完整有效的智能配電裝備成套運行的狀態預警技術。

——配電二次設備

配電二次設備是保證配電網安全可靠經濟運行的，與之相配套的必不可少的重要裝備。自適應多元化電源、靈活配用電要求的智能終端，支持軟插件與邏輯組態、動態在線整定及遠程維護，實現裝置與一次電力設備的高度集成，為10 kV配電網分布電源接入的配電網保護與控制提供技術支撐。

國內對配電二次設備的要求具體大致有以下幾點：多樣化；從信息孤島到集成的配電管理系統DMS；配電網優化運行；定制電力技術的應用；分布式電源接入。

4）智能用電設備要求

——智能用電系統

用電環節智能化主要包括建設和完善智能雙向互動服務平臺和相關技術支持平臺，實現與電力用戶的能量流、信息流、業務流的雙向互動，全面提升公司雙向互動用電服務能力。用電信息采集系統、智能化用電裝置是該環節發展側重點。但國內智能電能表在使用壽命，工藝外觀等方面與國外有一定差距，不過這些年已經逐步改進。

在系統主站方面，各類用電信息采集系統要針對不同采集用戶對象獨立建設，如建設負荷管理系統實現50kVA及以上專變用戶信息采集，建設集中抄表系統實現居民用戶信息采集。需要克服系統獨立建設的方式給系統數據共享帶來障礙，難以完全滿足不同專業、不同層面的數據需求等矛盾。要提高系統標準化程度，滿足省級、電力企業總部等更高層面的數據應用需求。

在采集設備方面，要克服用戶用電信息采集的終端設備多種多樣，遵循的技術標準不盡相同，根據安裝設備用戶類型不同，其功能及性能也不同等矛盾。加強提采集設備技術標準的統一性，減少設備多樣化，及在功能與性能等方面的差異，給系統運行維護提供方便。

——智能家居控制系統

家庭智能交互終端是實現智能家居系統的“大腦”，要利用4C技術（即計算機、網絡與通訊、自控、IC卡四種不同的技術，電力PLC即電力網絡路由器，EPON是基于以太網的無源光網絡），通過電力PLC+EPON光纖的傳輸網絡，將多元信息服務與管理、物業管理與安防、住宅智能化系統集成，為住宅小區的服務與管理提供高技術的智能化手段，實現快捷高效的超值服務與管理，提供安全舒適的家居環境。

智能家居是以住宅為平臺，集系統、結構、服務、管理、控制于一體，與居家生活有關的各種設備有機地結合起來，通過網絡化綜合管理家中設備，來創造一個優質、高效、舒適、安全、便利、節能、健康、環保，簡單說就是智能化的居住生活空間。

——網絡化控制系統

網絡化控制系統要求信息化程度提高，性能穩定可靠，編程方便，安裝調試簡單，價格便宜。

網絡化控制系統要做系統模塊化與網絡化設計，除具備防雷擊、防浪涌、過電壓保護等基本功能外，其網絡單元要易于重構，靈活組網；人性化的人機界面，使用方便；低成本與低功耗，實用性強。相互關聯性及與不同電器的兼容性要高，家具和辦公環境用電網絡能系統化節能，網絡化遠程監控。實現家居電器的節能、智能、網絡管理，向節能減排、物聯網的方向發展。

——智能樓宇&小區&城市

樓宇智能化控制其中一個重要的任務是通過使用能量優化功能，并考慮最優的能源價格標準和負荷的管理功能降低整體能源消耗減少資源浪費，降低日常運行成本。在樓宇、小區的范圍內可以結合微網、綠色能源等新技術，將分布式發電供能系統以微網的形式接入到大電網并網運行，與大電網互為支撐，實現最大程度的能源浪費減少，充分發揮分布式發電供能系統的效能。

智能電網的建設突出的不同就是互動性，采用EPON或電纜復合光纖入戶（PFTTH）加電力線寬帶的方式，通過電網的配、用電網絡實現了光纖到樓宇，甚至入戶的方式，為信息網絡“最后一公里”的最終解決提供了低成本、高性能的解決方案，也為國家“三網合一”的規劃提供了現實基礎。高速的光纖網絡結合電網可以遍布整個城市，通過網絡建設和應用分離的方式，通過互聯網絡可以接入諸如智能政府、智能醫療、智能交通、智能路燈等許許多多的公共服務資源，更可以偵測、分析和整合各種數據，對市民的服務需求地作出智能化的響應。

——用戶端設備

（1）用戶端電能管理、負載控制與管理系統都通過數字化技術的運用，實現有效、可靠的運行，促進各類傳感器研究與應用；

（2）全面提升綜合服務能力，最大限度滿足用戶多元化需求；借助雙向供電技術，實現雙向互動營銷；智能樓宇、智能家電、智能交通等建設的推動；

（3）面對全球性能源短缺，全球氣候變暖、環境、可持續發展等問題，發展分布式光伏發電；

（4）先進的分布式儲能技術、電池儲能、超級電容器儲能等技術的開發與應用；

四、智能電網設備研發方向

智能電網設備是多學科交叉和融合的結果。它涵蓋了傳統電器、電力系統自動化、微機控制、微電子技術、電力電子技術及數字通信和計算機網絡等多種學科的相關知識。它需要現代傳感技術、通信技術、狀態監測和故障診斷技術、微處理技術、設備制造技術、新材料應用技術、控制技術、決策支持技術、功率預測技術、現代管理技術、標準體系等多方面的支持。部分介紹如下：

1.智能電網設備支撐技術

1.1 電力電子技術

電力電子技術是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科。電力電子技術的內容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統。電力電子技術分為電力電子器件制造技術和交流技術（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個分支。

根據器件特點和電能轉換要求有多種電力電子電能轉換電路，還包括各種控制、觸發、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次電路。

新型電力電子技術設備，有并網逆變器、靜態開關和電能質量控制裝置等。利用電力電子技術，可實現開關設備更加智能準確的選相合分閘控制。

1.2 通信技術—IEC61850標準

目前國際上統一的變電站無縫網絡通信標準，它采用抽象通信服務接口并將之映射到成熟的通信技術，適應網絡的發展；采用面向對象建模技術，面向設備建模和自我描述，以適應功能擴展，滿足應用開放互操作要求；采用變電站配置語言，定義數據和數據屬性，擴充數據和設備管理功能，傳輸采樣測量值等。

網絡控制和通信信息技術是保障智能電網發展的基礎技術。電力信息技術方面，信息存儲與處理向海量信息與大規模復雜高速計算發展，信息業務系統趨向集中化、總線化，信息和控制終端趨向本地化、智能化、互動化和自動化。需要綜合考慮多種通信協議的集成；無線通信與有線通信集成；控制與通信有機結合；網絡化控制系統通用解決方案與專用解決方案。

1.3 控制技術

控制技術是指智能電網中分析、診斷和預測狀態，并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。它緊密依靠并服務于四個關鍵技術領域，如參數測量技術（監測的基本元件），集成通信技術、先進設備技術（提供及時和適當的響應），先進決策技術（對任何事件進行快速診斷）。

1.4 傳感器技術

1）新型的傳感技術應用，需要采用各類新型的傳感技術，光電隔離技術，數據傳輸技術，解決供電、強弱電隔離、抗干擾，局放內置探頭位置問題等。

2）傳感器的植入技術，要采用統一的接口和相關的植入規范和標準，融合各種傳感器信息；有可能改變原設備的機械結構和電場分布的，要重新設計、驗證。

2.智能電網工程示范中存在的問題

2.1 一次電力設備與二次設備

1）一、二次設備間的關系

產品智能化過程中，一、二次設備劃分界線趨于模糊，導致二次設備廠家對其在電網智能化建設中角色的偏頗，對電網安全穩定運行帶來了新的嚴峻的考驗因素；這也意味著責任界定的困難。

智能變電站試點工程告一段落，為智能電網設備研發制造進行了十分有益的探索，取得了很好的業績效果，但其中出現的一些問題也為我們進行智能電網設備研發提出了實實在在的課題。

2）二次元器件對一次電力設備本體的影響

傳感器對一次電力設備本體的影響以及傳感器本身的可靠性需進一步研究，智能組件就地安裝的環境，要求組件柜要能夠營造適合IED工作的溫度及濕度條件，其內部的IED要具有更好地電磁兼容特性，因而一次電力設備本體傳感器配置、安裝方式等需進一步研究規范，智能組件的布局方式、內部通信、性能配置等亦須規范。

3）實現形式

試點工程多采用“一次高壓電力設備+傳感器+智能組件”形式實現，整體上一體化、小型化、緊湊化程度不高。

4）電子式互感器

原理、配置選型、設計安裝具有明顯而較大的差別；現場測試及調試標準需完善；產品穩定性和可靠性表現較差；有合并單元發熱、傳輸數據無效的現象。

電子式互感器工作原理、配置選型、設計安裝具有明顯而較大的差別，現場測試及調試標準需進一步完善但難度較大，因供貨企業層次差距較大而致使其穩定性和可靠性表現較差。同時也存在著合并單元發熱、傳輸數據無效的現象。

2.2 通信信息

1）關于IEC61850標準

對標準研究不深入，溝通與交流不夠，對規范理解不統一，模型及配置工具不統一；標準有待補充完善，在工程中需規范應用。

2）協同互動

站域之間的協同互動、協調合作工作薄弱。

3）信息數據的規范

信息滿足一體化要求的程度不一致，集成化程度不統一，各站之間差別更大。在某些方面信息數據種類太雜、太多，占有存儲空間太大。

4）網絡結構

網絡結構形式多樣，需進一步研究提供保護可靠采樣跳閘的實施技術與手段。因為信息的來源、用途以及采用的技術手段等的相異，信息滿足一體化要求的程度不一致，集成化程度也不統一，各站之間差別更大。同時，在某些方面信息數據種類太雜、太多，對數據篩選不夠，占有存儲空間太大。

3.設備研發方向

產品的現將傳感器或/和控制器、智能組件與先進的高壓設備本體或部件進行一定程度的一體化設計；在智能組件中將相關測量、控制、計量、監測、保護進行一體化融合設計；產品的性能監測、運行狀態監測、設備功監測、絕緣狀態 監測、輔助設備工作狀態監測控制等入手。高壓設備與通信、輔助部分、與站控一體化平臺要做統 一的綜合規劃設計，為電站高級管理應用作好準備。

高壓設備實現智能化的切入點需注意：

——電網狀態

電壓、電流、頻率

——設備絕緣狀態

開關設備SF6氣體狀態（壓力、微水含量、成分、溫度）監測、局部放電監測（放電量、定位）；

變壓器局部放電監測及定位、油中溶解氣體監測、套管絕緣監測、油及絕緣材料中微水及油色譜分析、介損監測等。

——設備性能狀態

開關設備控制器、監測功能組、測量及控制裝置、合并單元選相合閘控制器、信息建模、導體溫升、觸頭溫升專家診斷系統等；

變壓器狀態監測及控制功能組、電量測量、光纖繞組測溫、非電量保護、合并單元、信息建模、鐵心接地電流、繞組變形、專家診斷系統等。

——輔機狀態

開關設備機構狀態監測，可包括分、合閘線圈電流波形、分、合閘時間、行程-時間曲線、儲能系統狀態等，根據工程實際選擇應用；遠期可研究機械振動、動態回路電阻。

變壓器冷卻裝置、OLTC（有載分接開關）、變壓器油壓力、油液面位置等。

3.1 輸變電設備

1）智能開關設備

在傳統性能方面，在同樣電壓等級下，開關設備應開發更大容量、更緊湊的產品。要發展真空等環境友好介質在更高電壓等級開關上的應用；加強技術領先的新型滅弧室、新型操動機構應用。

在智能開關設備方面，還可在操動機構、組合電流電壓互感器、溫升監控、電壽命監控、選相合閘、智能組件功能等方面作進一步的提升。

2）智能變壓器

智能變壓器在傳統性能方面：同樣電壓下，變壓器向更大容量、更緊湊方向發展；換流變出線絕緣套、穿墻套管等直流裝置研究。750kV冷卻裝置智能控制系統做功能提升及推廣。研究電子傳感裝置的性能穩定及可靠性保障措施。

——通信方面

冷卻器控制IED可直接接入站控層網路；有載分接開關（OLTD）IED接入過程層網絡和站控層網絡。

——主監測功能

表2 變壓器常規測量項目及技術要求

新造產品局放監測宜采用內置型特高頻天線接收式或外置型高頻線圈耦合式監測技術。投運產品宜采用外置型高頻線圈耦合式或超聲波監測技術。

3）測量及監測設備

——傳感器

測量傳感器與國外差距大；

電網在線監測方面，各個環節監測、采集到的狀態信息要求實時性高、具有一致性、準確性，對得到的信息分析、診斷、研判和決策方面有差距。涉及電網系統本身裝備狀態信息，系統運行狀態信息和其它相關信息。

（1）輸電線路運行狀態與氣象環境監測裝置、測量傾角和線路電流的電力測量環、以及測震儀。

（2）SF6開關設備狀態評估、故障監測及診斷技術。

（3）超高頻局部放電檢測、超聲波絕緣缺陷檢測、 氣相色譜在線監測、光纖溫度在線測量、光電測量。

（4）電力設備劣化多因子（包括電、熱、機械、化學、環境等因子）老化規律研究。

——互感器

全光纖產品高準確度下的動態范圍大、抗干擾能力強、測量不失真、安裝方式靈活、安全環保等特點，但需進一步研究其可靠性和穩定性問題，需要通過溫度、沖擊、振動和低氣壓下等各種特定條件下的驗證。

低功耗、羅氏線圈等形式的產品更易達到較高的可靠性和穩定性。

——在線監測和評估系統

提高在線監測和評估系統的準確性，實現智能電網設備與調控系統的信息互動。提高和完善已開發監測裝置的性能，加強在線監測系統的智能化水平，形成專家系統，為分析判斷被測設備故障的依據。

完善智能電網設備在線監測和評估系統，提高在線監測和評估系統的準確性，讓電力系統與智能電網設備更加了解設備的運行狀態、控制狀態、可靠性狀態，實現智能電網設備與調控系統的信息互動。

4）柔性交流輸電設備

柔性交流輸電系統即FACTS(Flexible AC Transmission System)是指采用基于電力電子元件的控制器和其他靜止控制器，以提高其可控性和增強功率傳輸能力的交流輸電系統。FACTS設備能給電力系統帶來眾多好處，主要作用歸納如下：較大規模的控制潮流；提高輸電線路輸送容量；依靠限制短路和設備故障影響來防止線路串級跳閘；阻尼電力系統振蕩。

需重點研究以下設備：

柔性交流輸電換流閥、柔性交流輸電電纜、柔性多端交流輸電系統、靜止無功補償器（SVC）、可控并聯電抗器（CSR）、統一潮流控制器UPFC、靜止同步補償器（STATCOM）、障電流限制器（FCL）、串補/可控串補（FSC/TCSC）、故靜止同步串聯補償器（SSSC）。

3.2 配電設備

1）配電一次設備

配電一次設備大致應具有6項功能：運行時自身狀態的監測、診斷、記錄和實時顯示；系統參數的測量和記錄；信號數字化、通信網絡化；控制保護；長壽命、高可靠，延長開關設備的檢修周期。配電網測控保護技術將向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態在整定的方向發展，以適應多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護、控制技術進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發展為一體化智能設備。

——通用性金屬封閉開關

將向著高可靠性、免維護、智能化、小型化、操作方便、外觀精美、低成本的方向發展。開發新一代全工況、免維護、高可靠性、小型化的負荷開關以及環網柜，可實現配電自動化，是環網柜發展的重要方向。

——中低壓設備

固體絕緣環網開關柜（SIS）設備研制，環保型氣體絕緣環網開關柜（E-GIS）研發，永磁操動機構和中、高壓真空滅弧室的仿真技術研究和制造技術。

——柱上開關設備

迫切需要進行在線監測、遠動、遠控、負荷轉移等智能化技術的改造，使配電自動化開關設備具備自動識別，自動隔離，自動轉功的功能。

要關注環保智能化柱上開關、智能配電網保護測控一體化裝置、智能配變監測終端、復合電能質量控制器、高效節能配電變壓器、集成智能配電站、配電自動化系統、充放電配電保護與測控裝置、智能配電裝備快速保護動作機構等產品。

2）配電二次設備

配電網自動化向多樣化、集成化、智能化方向發展。

配網自動化主站應該具有如下功能：

（1）基于全網拓撲的分析應用；

（2）智能化的自愈控制；

（3）支持調控一體化應用；

（4）與相關系統的互動化應用。

配電終端設備應該具有如下功能：

（1）一次開關、變壓器設備的在線監測功能；

（2）智能分布式終端將得到廣泛應用；

（3）變電站自動化系統將向10kV饋線延伸，與配電終端密切配合實現饋線自動化功能；

（4）與一次設備結合，實現就地故障快速隔離，小電流接地探測、相位同期檢測等功能。

3）微網設備

微網設備將要有對有功功率、無功功率、電壓、頻率的輸出進行控制的功能；具備一定的故障維持能力，為大電網做支撐；能實時給調度提供發電設備的相關信息，保證電能質量要求。微網設備需要研制開發微網與大電網的接入設備、微網監測和保護控制設備、微網能量管理系統和數據管理系統，微網內部的變頻和逆變設備。

3.3 用電設備

1）智能電網用戶端系統

智能電網用戶端系統是集成化的系統軟件和管理平臺；應用計算機控制技術和智能化運行算法進一步優化系統運行與用電規劃；具有人性化界面（可視化工具和性能儀表板等）及決策支持工具（報警工具, 方案工具等，避免管理者誤操作）；適應多種分布式電源接入，實現多電源協調管理模式；使用各種智能傳感技術，實現更高層次系統智能化控制與保護；形成系統全面解決方案，滿足不同類型用戶需求；它能提供多種增值服務，建立新型電能消費模式，推動低碳綠色經濟發展。

2）低壓電器設備

需要研究具有如下特點的低壓電器設備：

采用統一平臺與標準體系，能實現其網絡化管理和控制；

具有早期預警與快速安全恢復和自愈等功能；

能實現全電流范圍的控制與保護功能。

3）智能家居/智能樓宇設備

家庭智能交互終端、智能插座、各種家用傳感器以及包括智能空調、智能電視、智能冰箱、智能洗衣機、智能吸塵器、智能電飯煲等在內的智能家電。

4）智能小區系統

小區主站軟件、終端設備（用電信息采集終端、分布式電源及儲能裝置、電動汽車充電站監控裝置、自動用電服務終端）、通信信道、用電信息采集系統、雙向互動服務系統、電動汽車充電控制系統、分布式電源管理系統、小區配電自動化系統。