電力電子裝備在配電網中的網絡化技術發展

黃寧　許琴　鄭志華　馬衛康

摘要：科技在不斷的發展，社會在不斷的進步，在我國經濟穩步增長的背景下，配電網技術的發展和互聯網技術有著密切的聯系，電力電子裝備技術發展得比較迅速。本文重點論述了電力電子裝備技術，也詳細闡釋了電力電子裝備的網絡化技術，以期為電力系統和網絡系統發展提供借鑒。

關鍵詞：電力電子裝備配電網網絡化技術

引言

現如今，網絡技術已經滲透到各個行業領域當中，電力行業也不例外，配電網的電力電子裝備也越來越智能化、自動化。互聯與網絡化技術的應用，還使得配電網中電力電子裝備的各項性能都得到有效的提升，從而也提升了配電網的運行效率。因此，配電網電力電子裝備和網絡化技術的結合已經成為如今電力行業積極研究的重要課題，具有非常重要的現實意義。

1電力電子互聯網技術概述

目前，在電力系統的發電、輸電、配電各個環節中都廣泛應用了電力電子裝備技術，尤其是配電環節，但是，配電網系統在各電力電子裝備運行過程中的協調控制方面還存在一些問題，影響了配電系統的電能管控工作。而將互聯與網絡化技術應用到配電網中電子電力裝備上能夠有效解決這些問題，其主要工作原理就是利用通信和互聯網技術連接配電網中的各個電力電子裝備，進而通過網絡收集各個電力電子裝備的運行數據，并將相關的節點指令發送到中樞區域，這樣就可以全面、有效地協調各個電力電子裝備的運行。這種通過網絡技術調控電力電子裝備的技術就是電力電子互聯網技術。

2電力電子裝備的網絡化技術

2.1即插即用的功率接口

該接口能夠把儲能電池和正常用電器等不同類型的電氣設備和配電系統進行銜接。即插即用的功率銜接口就是有效轉換系統內部設備的電能輸入形式，保證輸入的形式能夠和電網相吻合。另一方面，即插即用的功率接口也是電力電子設備。在當前信息技術不斷進步和發展的過程中，信息技術要求即插即用的功率接口必須設立通信接口，經過合理操作后，實行網絡對接。這樣就能夠把設備上存在的信息傳輸至網絡系統中，進而傳達調控的指令。

2.2能量路由器

能量路由器即能量智能管理模塊（IEM），在中低壓配電網中，能量路由器主要作為接口來使用，可實現能量的雙向流通，并提供低壓直流母線，方便可再生能源設備的接入。在上述的網絡化系統架構中，同樣需要采用標準開放協議，確保能量路由器功能的正常發揮，實時接收功率接口傳輸過來的終端信息，并為各終端設備提供指令參考。其中，參考指令參數主要根據當前配電網中的終端設備工作狀態及電網質量來確定。同時，能量路由器還負責維持低壓配電網電壓的穩定性，限制電壓穿越與故障電流等。配電網中的用戶類型和規模均不同，在能量路由器選擇過程中，功率和電壓等級方面也應加以區分。比如一部分能量路由器是針對民用用戶設計的，容量一般為20kVA，還有部分能量路由器是針對工業用電大戶設計的，容量可達到500kVA。對于后者，可直接由中壓配電網供電，然后通過三相低壓交流母線為用戶供電。在上述互聯網絡中，能量路由器是一個關鍵設備。

2.3插即用功率接口

借助即插即用的功率接口，能夠將電氣設備以及分布發電等全部接收到配電網中，但是，通常情況下，不同設備的電能輸入形式也有著一定的差距，從而會影響到最終的使用效果。為了有效克服這種現象，就需要使用即插即用插口，借助這一插口可完成電能到功能的轉變，轉變電能輸入形式為配電網形式，確保配電網系統的順利運行。一般情況下，這種功率接口也就是一個電力電子裝配，其不僅要具備通信接口的功能，同時還應該和網絡體系連接起來，從而對終端設備進行準確的識別，并且接受系統所發出的指令。

2.4開放標準操作系統

上述配電網電力電子裝備互聯與網絡化系統的實現需要采用開放通信協議標準操作系統，包括TCP/IP或HTML協議等。開放標準操作系統是一個通用網絡協議，在配電網中使用的功率接口、能量路由器等裝置，都必須支持開放標準協議，從而實現全網設備的識別、監測和調控等功能，協調全網運行。此外，通過將通用網絡協議安裝到智能手機端或用戶PC機端，還可以滿足用戶實時查詢用電信息、網上電價查詢及電費繳納等功能提供支持。用戶在操作過程中可連接到區域網絡調度中心，匯總實時用電信息，對其加以分析，并根據結構進行主動控制。從系統主要功能來看，上述系統架構又可以成為能量互聯網，其重要組成部分是能量流與信息流，這是組成電力電子互聯網的重要基礎。在不同類型的電力電子裝置廣泛應用下，目前能量層已基本實現了互聯互通，而通信層的網絡化程度仍較低，具體表現為各網絡節點的信息化程度較低、智能電表等通信功能設備利用效率低，因此目前配電網實時控制能力還未達到預期水平，需要進一步研究通信層網絡化技術的實現。

2.5半導體開關器件

半導體開關器件是電力電子裝備技術中重要的組成部分，下面重點對半導體開關器件進行詳細介紹，首先介紹器件使用的材料。該器件的主要制約因素是工作溫度。近幾年，新型半導體技術發展較快，具有代表性的是SiC和GaN。通常，SiC的應用領域為功率非常大的半導體器件。和傳統材料相比，SiC穿場強度和熱傳導率都在穩步提升。GaN主要應用于高頻器件的制造，一般具有很高的遷移率，可能會達到2200cm2/（Vs）。對于器件工藝，當前半導體器件的制作水平不斷提升，加工工藝也較之前具有一定的優勢。以上兩項工作的發展提升了半導體開關器件的速度，降低了開關降損，且制作時逐漸改進元件和材料，逐漸減小了器件占用的體積。

3配電網通信系統分析

隨著信息網絡技術以及電力電子技術的快速發展，配電網的智能化程度逐漸提升，很多電子設備也可以完成信息采集工作，并且借助網絡的方法實現傳輸，根據檢測也能夠完成遠程控制。但是，因配電網中的電力電子設備的數量眾多，而且其運行方式也比較復雜，因此，要想確保所有設備的網絡化以及互聯通信，就需要加強智能化的配電網通信系統的建立。配電網通信系統應該實現的功能需要有匯集全網節點的信息、協調調度以及指令下派等。如今，電力系統主要運用了三級通信結構，也就是從發電端到176電力訊息輸電端、從高壓等級到中壓等級、以及主變電站的SCADA系統覆蓋在受到這三級通信結構的影響之后，控制中心能夠對配電網中的電力電子設備實現遠程監控以及數據的實施收集。在配電網智能化程度不斷提升的時代背景下，配電網系統的功能也從原來的只是對電力電子設備數據的簡單監測，直接轉變到配電調控方面，對于配電網中的電力電子設備實現了主動化的管理。使用單一的通信方法，很難滿足規模不同的信息通信的需求，由此可見，未來的配電網通信系統，需要向著多種通信方式的混合方向不斷發展。

結語

綜上所述，配電網中應用電力電子裝備提升了自身性能，也使得配電網的結構發生了較明顯的改變，把直流配電網從可能變成了現實。同時，電力電子裝備技術的不斷發展逐漸滿足了電能存在的多樣化形式，也保證了大功率的電能需求得到滿足，勢必將在配電網中繼續發揮重要作用。

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