對配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術探討

許琴　黃寧　郭慶　馬衛康

摘要：目前，隨著人們的生活質量在不斷的提高，對于用電的需求在不斷的加大，在智能電網發展趨勢下，配電網電力電子裝備的互聯水平和網絡化水平逐步提升，為智能集中抄表、遠程數據監控等提供了有力支持。本文首先對配電網電力電子裝備進行研究，并分析其通信系統建設現狀及發展趨勢，在此基礎上，探討配電網電力電子裝備互聯及網絡化的關鍵實現技術，包括系統架構設計、即插即用功率接口應用、能量路由器應用、開放標準操作系統等。

關鍵詞：配電網;電力電子裝備;互聯;網絡化技術

引言

基于當前狀況來看，電力企業在飛速發展下逐漸開始與網絡進行融合，其中電力電子裝備作為電力通信行業應用的核心手段，需相關研究人員能夠展開深入研究探討，通過一系列整合分析得出正確結論，進一步明確配電網未來發展方向和如何利用電力電子裝置實現網絡互聯，有效提高電力電子裝置使用功能，促使配電網工作更加順利高效完成。

1配電網電力電子裝備的研究

現代電力電子技術的研究和應用方向，實際上通過采用不同的電力電子裝備，進行電能變換。配電系統中，應用的電力電子技術十分廣泛，包括功率開關器件、無源元件、變換器技術、封裝技術、冷卻技術等。一個完整的配電網可以劃分為三個層次，即器件、變壓器、電力電子系統。其中，半導體開關器件是構成電力電子系統的重要基礎，器件材料、結構、氧化層形成等則是影響器件性能的關鍵因素。隨著材料科學的發展，目前SiC和GaN等新型半導體材料已經被應用到配電網中，使其開關損耗得到進一步降低。變換器是電能功率處理裝置，將輸入的電能形式轉換為所需的電能幅值和頻率，再進行輸出。目前變換器功能已經達到99%以上，并能夠通過多個變換器的連接，提高電壓與電流處理能力，從而滿足配電網容量要求。由多個不同類型的電力電子裝備構成的復雜電路即為電力電子系統，一般設計為分層結構，由系統控制器收集變換器狀態信息，并下達指令，執行閉環運算和保護等功能。目前高壓大電流電氣器件與無源元件的配合使用，使直流配電網的設計和實現成為可能。

2配電網電力電子裝備互聯及網絡化的關鍵技術

2.1功率接口

功率接口是電力電子裝備中的重要一種。它以期方便、高效的優勢備受電力企業青睞。具體來講，功率接口的操作方式是即插即用，它能夠在終端系統中隨時接入配電網。同時這種功率接口還可以做到電能與功能相互轉化的效果。在功率接口使用時，相關的操作人員需要重視它周圍的網絡環境，和網絡連接之后，可以識別終端設備，與此同時把設備的運行信息通過網絡進行實時上傳，使系統根據實際的運行需求來對設備進行科學、合理的調控。

2.2能量路由器

對于電力電子裝備網絡化技術來說，能量路由器屬于智能管理模塊，同時也是低壓區域網與中壓配電網和低壓區域網的相應接口，在運行過程中能夠實現電能的雙向流動，不僅可以提供可再生能源的電力電子設備使用，還可以提供相應的低壓直流母線。此外，能量路由器也需要具備通信接口，并能夠實現網絡的連接，能把終端設備的運行信息上傳到網絡端口，進而接受調控指令。對指令值的確定由終端設備的實際工作狀態所決定，能量路由器可以有效地限制故障電流，完成維持低壓配電網的電壓穩定的任務。由于在配電過程中實際面對的電能用戶有所不同，能量路由器的功率等級以及電壓等級存在差異性。

2.3電力電子系統

從客觀的角度來說，電力系統的組成部分主要是變電設備以及電力電子裝備等，其中，對于電力電子系統的高效運行而言，變電設備發揮著非常重要的作用。變電設備的不同類型中差異也各不相同，有并聯、串聯以及混聯等多種類型。由于變電設備的結構具有復雜性的特點，因此，和變電設備配套的控制設備的類型也比較多。從技術的角度看來，控制設備有變電控制以及系統控制等類型。通過多它們的工作原理進行詳細的劃分，能得到以下方面的內容：1）系統控制類系統控制類的設備，能夠對所控制的不同變壓器設備的狀態數據進行實時分析，同時還能夠分析狀態數據信息，通過不同的分析結果，能夠實現對變電設備的有效調控，從而促進配電工作的順利開展。2）變電控制類對于系統控制類的設備來說，變電設備的控制范圍具有局限性，其主要對特定的變電設備進行調控，使變電設備處于常態化的運行狀態，并且擔任整個系統的驅動、運算以及防護等方面的作用?？傮w而言，使變電控制類設備以及系統控制類設備相互配合，能夠對配電系統進行智能化的控制。

2.4系統框架設計

在智能配電網的建設過程中，越來越多的電力電子設備被應用到系統中，包括配電網DFACTS設備、可再生能源接口、用戶側用電設備電源等。以往配電網主要采取將不同電力電子設備功率端聯接到一起的形式，但無法實現在電網層次對設備運行進行調節。因此，智能化裝置的靈活性、可控性還沒有被真正發揮出來?，F階段的配電網系統架構調整將逐漸改善這一問題，將每個電力電子裝置看作一個網絡節點，通過構建通信網絡，連接所有的節點，實現對節點電能狀態的實時采集、實時發布指令等功能，從而在電網層次，協調各電力電子裝置運行，這是互聯和網絡化技術的關鍵所在。符合上述要求的配電網系統設計主要包括以下幾個部分：電力電子模塊（PEBB）、機械設備模塊（MEBB）、能量管理模塊（EM）、能量產生源（Producer）、儲能（Storage）、負載（Load）等，如圖1所示。在該系統框架下，電網不僅包括能量流，還包括各節點產生的信息流。智能裝置具有對電能的主動調節能力，因此不同電網間接口以及分布式發電端、負載等均有智能裝置承擔，并參與通信和命令執行。該系統架構的應用可以將傳統集中式發電和用電模式改變為分布式發電和用電模式，實現以用戶為導向，匯集網絡內所有信息，為實時電價的實現提供保障。

2.5操作系統

在配電網電力電子裝備中引入互聯與網絡化技術的最主要意義在于打造智能化的高效操作系統，該操作系統主要包括信息流和能量流兩個因素。所以說這一操作系統實際上是一種網絡協議，協調和處理系統內部的功率接口和能量路由器。除此之外配電網電力電子裝備的操作系統還具有識別與檢測功能，這種功能的存在能夠極大地促進電網系統網絡的管理，對于保證整個配電網系統的智能化平穩運行具有重要的意義。另外，雖然目前的系統發展還需要進一步完善，在系統中能量層相對完善，通訊層尚有缺陷，亟待廣大技術人員進一步改進。

結語

總而言之，新時代打到來背景下，工作人員不僅僅再將配電網工作局限在整體角度，而是要擴大工作范圍，切實提高自身對電力電子裝備重視程度，準確找出當前電力電子裝備運行期間存在不足，基于此提出完善性措施，將電力電子裝備互聯和網絡化技術有效結合起來，促使配電網結構不斷改進優化，進而大大提高配電工作效率。同時為進一步提高電力電子裝備運行成效，工作人員還應不斷創新完善應用技術，做好配電調節工作，并且還要適當融入通信技術手段，充分明確配電網未來發展方向，針對配電網未來發展展開深入化探究，從而大大提高社會大眾用電質量和供電效率，推動我國電力行業愈發朝向更好方向前進。

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