電子技術在智能電網中的應用研究

吳勇翀

摘要：文章指出，智能電網是指電網的智能化，它在高技術和高速度的基礎上集成，通過對整個電網系統的自動化和控制化管理，實現高速、高效的全程自動化的控制管理，將整個電網系統中調度從人為的低效率管理中解放出來，最終的決策管理交由電網管理人員負責，而基本的電力傳輸、電力調度和電力控制等多個電力系統中的流程由系統自動完成，極大地提高了管理效率并降低了管理成本。

關鍵詞：智能電網；電子技術；自動化管理

智能電網建立在現代工業化進程高速發展的時代，科技的進步推動工業化進程的加速，工業化進程的要義是提高機械化的水平。智能電網是區別于傳統的電網技術，智能電網力求改變傳統電網由人力控制的不足，使電網管理做到信息化、智能化、高效率和低風險。要實現這種控制的自動化需要對電網中運用的電子技術進行分析，分析電子技術的可利用性，將其高效地應用在電網的自動化和智能化控制中。

1.電子技術

電子技術包括電子系統集成、電子通信、電子無線電技術等多個領域，這些領域應該都與智能電網有一定的關聯性。其中，電子通信和電子系統集成是與智能電網非常有關聯性的領域。電子系統集成能夠將電網中各個組件部分按照既定的規則進行組合，保證各個部件之間能夠正常工作。電子系統集成可以說是智能電網系統的實際落地控制，智能電網依賴集成的電子系統進行電力生產和傳輸。電子通信技術是智能電網中又一個不可或缺的部分，整個電網系統是一個巨大的控制器，控制器中各個元器件需要進行通信，保證整個系統的有效運行，通信的關鍵就需要電子通信技術的支撐。不僅如此，各地電力系統之間進行數值和其他參數通信時都依賴電子通信的支撐。電網屬于影響國民經濟命脈的行業，稍有不慎，則會產生非常大的影響。下面就電子技術中電子系統集成和電子通信作具體介紹。

1.1電子半導體傳輸元器件

半導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穩定性。半導體可以應用于鎮流器、發光器和振蕩器等多個電子系統組件中。半導體是區別于集成電路的，集成電路通常由多個半導體器件并集成控制系統等部件構成。半導體同時也是晶體二極管的主要構成部件，晶體二極管具有信號放大、信號增強、信號變換和信號接收等多種功能，并且能夠實現能量轉換。晶體二極管能夠覆蓋的頻率很廣，可從低頻開始直至紅外和光波。隨著科技的進步，又不斷產生微波半導體等部件，微波半導體以其獨特性迅速發展，不斷升級，已經實現工作頻率的不斷提高，相應的噪聲系數也不斷降低。由于微波半導體所表現出來的各種特點，已經在軍事、國防和電力等多個核心產業發揮著重要的作用。半導體結構如圖1所示。

1.2電子對不同傳輸電路的控制決策

電力通過電路進行傳輸，不同電路狀況對電力傳輸的參數要求也不同，對于遠距離傳輸則需要提高電壓，減少在線路上的損耗。同時，線況不好的地方，則需要考慮傳輸時的安全性和有效性，在減低傳輸電壓的情況下保證傳輸質量。電力的傳輸中需要中間節點的問題，通常涉及降壓的問題，降壓通常采用降壓器將傳輸的高低壓通過變壓轉換為低電壓，但整個電能是不會發生變化的。電力傳輸過程可能還涉及傳輸的控制決策，當發生線路故障或者線路損耗時，需要智能地調節線路的負載情況，考慮規避一些線損較大的路段，或者通常用實時探測的方式減低電能的損耗。

1.3電子對線路功率的變換

線路功率變換是保障電力能夠有效利用的高效方式，合理地設計線路的部署情況，按照實際線路的控線狀況優化電力線路的分配。在電路設計前，首先需要按照實際功率消耗情況，實際分配具體的電力傳輸線路，優化電力傳輸線路的布線，保障不會發生電力重復傳輸線路導致電力耗損的情況。另外，對于優化線路的網絡拓撲結構，通過合理地調配電路，保障供電節點之間的按近供應是最大化利用電力的有效方式。電力網絡拓撲通常采用集中式的布線方式。

2.智能電網中電子技術應用

智能電網由精確的數據測量、精確的配電運送、精確的輸送電力運行和精確的資本管理幾大部分組成。精確的數據測量主要是用于收集電力在傳輸過程中的存儲、分析和實時監測數據構成的一個完整的數據分析網絡，由電力刻表、通信網絡和數據監測管理系統和用戶定向系統組成。通過通信網絡，能夠在用戶和電力公司之間建立聯系，為智能電網中電力配送的自動化奠定基礎。其實現目的也是為了能夠可視化地提高當前電力公司效益并減低管理成本。智能電網的結構如圖2所示。

2.1無功補償與電壓優化裝置在智能電網中的應用

電網的安全性至關重要，智能電網力求做到根據用戶需求、系統的變換和線路環境等多種要素的變換而實時改變，保障電力供應的有效運行。無功補償和電壓優化裝置是電力系統中的重要組成部分，它能夠及時、有效地改善電網的數據傳輸、電力調配和電力損耗，極大地降低故障發生的概率，從而使供電能夠高效、有序地運行。另外，此種優化裝置能夠進行形式上的自主創新，能夠進一步滿足智能電網對于高效供應的環境的需求。對于我國當前較為落后的供電環境和電網架構，加大、加快改進電網系統改造，提升供電穩定性勢在必行。隨著供電線路的深入，所面臨的供電環境存在著千差萬別的變化，供電裝置、供電線路和供電管理人員都需要進行一次完全提升。對于電力系統中使用的不可再生能源，需要極大地開發可再生資源，有效利用、調用和控制能源，促進可再生資源在電網中穩定運行。利用無功補償和電壓優化裝置使電力電子技術在智能電網中進一步發展。當前電力設備的經濟性還有待完善，通過電子技術的革新來帶動經濟效益的提升。總之，無功補償和電壓優化使電力設施在質量上得到了保障。

2.2電抗器在智能電網中的應用

超高壓并聯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：降低空載和負荷線路的電容效應，降低過大電壓消耗；較為明顯地均衡化線路傳輸過程中電壓分布；使傳輸過程中功率損耗盡可能達到平衡的狀態，防止無功功率的不合理流動，從而降低線路上電能的損耗；在與其他機組并行傳輸時能夠穩定機組電壓，保證并行機組的高效運行；防止在機組在同步傳輸時出現磁頻共振的現象。

2.3柔性直流輸電在智能電網中的應用

柔性直流電是一種輕量性的直流輸送電力技術，是以電壓源換流器、可關斷器件和脈寬調制技術為核心的新一代的直流輸電技術。在城市環境的電力調配系統、孤島效應的配電供應系統、大規模的風電場和交并聯互聯的場景下，供電有著較強的優勢所在。

柔性直流輸電與傳統采用可控硅（SCR）換流裝置的高壓直流輸電相比，技術上的主要特點為：（1）VSC能夠自關斷，工作于無源換流方式，不需要電網提供換相電壓；（2）控制方式靈活，可同時獨立控制有功功率和無功功率，穩態運行時不需要交流系統提供無功；（3）交流系統故障時，能夠提供緊急有功支援和動態無功支撐，提高系統的功角、電壓穩定性；（4）采用VSC有利于構成并聯多端直流輸電系統；（5）采用PWM技術，輸出諧波多為高次諧波，所需濾波裝置容量大大減小。

2.4自動并網在智能電網中的應用

通過電力電子技術，對電力設備和電網進行改造，提高電能質量，提升電網輸送容量和可靠性；通過引進新的儲能設備和電源，平衡和調節新能源發電及電力需求的不穩定性。可以說，智能電網是解決新能源發電入網問題的根本途徑，而對新能源發電的兼容性也是智能電網的基本要求，二者通過技術、政策、經濟、制度等手段的完善，最終將實現無縫、安全、自動的對接。

從整體而言，智能電網和新能源的融合勢在必行。一方面，智能電網依賴新能源的補充來提升智能電網的一體化調配，能夠加快降低傳輸的功率損耗和傳輸故障，能夠較為明顯地降低運行成本；另一方面，從環保的角度出發，新能源的出現也能夠極大地降低對環境的影響。

3.結語

本文從智能電網的應用研究出發，分析智能電網中涉及的電子電力技術，以實際的電力運輸為出發點闡述智能電網的發展方向，論述在智能電網的整個系統中存在的技術點。