輸變電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局 唐 猛 仇國滔 汪 鑫

1 輸變電技術(shù)、智能電網(wǎng)概述

輸變電技術(shù)是電網(wǎng)在一般狀態(tài)下與其緊密相關(guān)的各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)的統(tǒng)稱[1]。輸變電技術(shù)的應(yīng)用對于保障公眾用電需求、維護(hù)電網(wǎng)的應(yīng)用運(yùn)行、防控電網(wǎng)易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等有著十分關(guān)鍵的作用，其能夠確保電網(wǎng)建設(shè)有序開展。

現(xiàn)階段，輸變電技術(shù)正伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展不斷發(fā)展，特別是其可靠性、經(jīng)濟(jì)含量等方面也處在不斷提升的過程中，由于信息化技術(shù)化程度的不斷加快，也為我國電網(wǎng)工作的有序運(yùn)行帶來了十分可靠的技術(shù)保障，依據(jù)特征的角度可發(fā)現(xiàn)，輸變電技術(shù)本身成本投入較大、消耗時(shí)間較長，同時(shí)技術(shù)水平要求較高，其在智能電網(wǎng)的應(yīng)用空間、應(yīng)用范圍也相對較大，在很大程度上促進(jìn)了智能網(wǎng)的有序發(fā)展和建設(shè)。

智能電網(wǎng)本質(zhì)上指的是信息化、智能化程度相對較高的電網(wǎng)，由于現(xiàn)代靠科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展也帶動了智能電網(wǎng)的出現(xiàn)[2]。智能電網(wǎng)主要將現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)作為建設(shè)主體，并將先進(jìn)技術(shù)、設(shè)施設(shè)備、測量技術(shù)等作為核心應(yīng)用手段，通過這一系列方式確保電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有序運(yùn)行，從根本上推動經(jīng)濟(jì)環(huán)保的有序發(fā)展。智能網(wǎng)對促進(jìn)民生有序供電、強(qiáng)化社會生產(chǎn)發(fā)展而言同樣起到了十分關(guān)鍵的作用。

以特征角度作為入手點(diǎn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，智能電網(wǎng)自身的電能輸出、外力侵襲預(yù)防的能力相對較為出色，且其供電方式還具備較強(qiáng)的自我修復(fù)能力以及兼容性[3]。這些應(yīng)用特征也在無形中確保了電網(wǎng)運(yùn)行的環(huán)保型和安全性。將輸變電技術(shù)應(yīng)用在智能電網(wǎng)建設(shè)中得到了社會的共同關(guān)注，其不僅能夠推動智能電網(wǎng)的有序發(fā)展，同時(shí)也可最大程度上滿足社會公眾的用電需求。

2 智能電網(wǎng)中輸變電技術(shù)的應(yīng)用

2.1 質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)

對于質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)來說，其實(shí)際上是保障智能電網(wǎng)中輸變電技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的主要保障技術(shù)，在智能電網(wǎng)建設(shè)工作中這一技術(shù)將發(fā)揮出十分關(guān)鍵的作用[4]。通過質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)確保電量的可靠性，隨后圍繞電能開展等級劃分并進(jìn)一步評估電能等級，確保輸變電技術(shù)的運(yùn)行具備較強(qiáng)的持續(xù)性。

在實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)的過程中將會涉及多種管理實(shí)施方法，以此來構(gòu)建起更加完善的供電系統(tǒng)[5]。通過質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可精準(zhǔn)評估智能電網(wǎng)的特征和性質(zhì)，并滿足智能電網(wǎng)的建設(shè)需求，在進(jìn)一步優(yōu)化制度、評估體系的同時(shí)確保電網(wǎng)建設(shè)有序開展。

2.2 特高壓輸電技術(shù)

現(xiàn)有的電壓等級無法滿足特高壓輸電技術(shù)的復(fù)雜性，這也意味著，圍繞特高壓輸電技術(shù)展開的研究不論是人力還是資金投入都要遠(yuǎn)超過超高壓，且在設(shè)備研制方面也要相對較為困難。根據(jù)國外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段特高壓交流輸電技術(shù)已逐步成熟，并不存在無法克服的技術(shù)性問題。但我國的特高壓制造技術(shù)雖然具備一定基礎(chǔ)，但其中仍有一些關(guān)鍵技術(shù)有待完善。

對于特高壓輸電技術(shù)而言，其總體劃分為兩種形式，分別為高壓直流輸電技術(shù)以及高壓交流輸電技術(shù)，雖然這兩種技術(shù)從表面來看差異較小，但在應(yīng)用過程中這兩種技術(shù)對于供電電壓具備差異化的等級要求，特高壓交流輸電實(shí)際需要的供電電壓必須要在1000kV之上，此外在智能電網(wǎng)中特高壓輸電技術(shù)具備相對較高的應(yīng)用效率，并且其輸電線路并不會產(chǎn)生損害情況。

2.3 能量轉(zhuǎn)換技術(shù)

在一個(gè)固定的封閉環(huán)境下，能量不可能憑空出現(xiàn)更不能憑空消失。而能量轉(zhuǎn)換指的是能量從一個(gè)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，或是從一個(gè)物體上轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上。存在于輸變電當(dāng)中的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，主要是由電力系統(tǒng)內(nèi)部的輸電、用電、發(fā)電等多個(gè)環(huán)節(jié)共同構(gòu)成的電能消費(fèi)和生產(chǎn)系統(tǒng)。其核心功能是通過發(fā)電動力裝置的應(yīng)用將自然界中一次能源相應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑫r(shí)在經(jīng)由輸電、變電和配電等環(huán)節(jié)將其供給各大用戶，這一過程中就與能量的轉(zhuǎn)換過程有所關(guān)聯(lián)，而能量轉(zhuǎn)換技術(shù)是輸變電技術(shù)中的核心技術(shù)。

從本質(zhì)上講，將能量轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用在智能電網(wǎng)中，主要是通過電力電子轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用針對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對于能量轉(zhuǎn)換技術(shù)而言，其首先需要將能量儲存、能量效率作為分析基礎(chǔ)，進(jìn)一步解決智能電網(wǎng)中的能源效率問題，同時(shí)圍繞交流/交流、交流/支流等進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.4 柔性交流輸電技術(shù)

對于柔性交流輸電技術(shù)的應(yīng)用而言，主要控制智能電網(wǎng)當(dāng)中影響到電力運(yùn)行性能的阻抗、參數(shù)電壓等，通過這一舉措確保輸配電系統(tǒng)的運(yùn)行性和可靠性得以提升。在工作過程中，柔性交流輸電技術(shù)變量控制環(huán)節(jié)主要通過應(yīng)用FACTS控制器加以完成，通過FATCS技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步在電力系統(tǒng)中應(yīng)用微電子技術(shù)以及電力電子元件，以此來針對電網(wǎng)運(yùn)行中的交流輸電、發(fā)電過程等進(jìn)行控制，以此來大幅度提升電網(wǎng)的節(jié)能環(huán)保型以及安全穩(wěn)定性。作為柔性交流輸電技術(shù)的核心裝置，F(xiàn)ACTS裝置當(dāng)中主要包括SVC、UPFC等裝置。

UPFC為統(tǒng)一潮流控制裝置，其主要構(gòu)成單元為具備差異化接線方式的并聯(lián)、串聯(lián)變化器，同時(shí)使支流段與相同一組的電容器進(jìn)行互聯(lián)，依托這樣一種“背靠背”形式的連接結(jié)構(gòu)，可確保電網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)成實(shí)時(shí)控制，并且在兩個(gè)不同變化器支架可形成有功功率的雙向化流通，簡單來說就是有功功率能夠在交流端同時(shí)進(jìn)行發(fā)出和吸收。

圖1 UPFC裝置示意圖

在一般情況下，UPFC裝置主要會被應(yīng)用在電壓等級高于220kV的電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中接入對應(yīng)的兩個(gè)變化器以后，其可針對無功功率進(jìn)行分別吸收和產(chǎn)生，同時(shí)完成電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)調(diào)控。

2.5 系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展也導(dǎo)致我國生態(tài)環(huán)境遭受到了破壞。現(xiàn)階段我國已推出針對性的法律法規(guī)用以推動環(huán)境保護(hù)工作的開展，公眾也愈發(fā)意識到了環(huán)境保護(hù)節(jié)能減排工作的重要性。而電力在多項(xiàng)能源消耗領(lǐng)域當(dāng)中都占據(jù)了相對較大的比例，因此電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)注意在配電、輸電、用電等環(huán)節(jié)中進(jìn)一步優(yōu)化電能節(jié)能措施工作。在這樣的背景下，系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)如今被廣泛應(yīng)用在智能電網(wǎng)當(dāng)中，由于系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)自身存在的系統(tǒng)化優(yōu)勢，因此其不論是針對配電、輸電、用電等環(huán)節(jié)的工作展開，都運(yùn)用了有與之相對應(yīng)的原則性措施，不論是在任意一個(gè)環(huán)節(jié)中都必須嚴(yán)格遵循既有原則。

分層平衡原則。其具體指的是在差異化的電壓層級之間，應(yīng)當(dāng)注意保障無功交換被控制在合理水平；分區(qū)平衡原則。指的是必須保障應(yīng)將差異化供電區(qū)域的無功交換控制在合理水平，盡可能是發(fā)電廠武功補(bǔ)償設(shè)備武功處理與本地武功需求之間相平衡，通過這一舉措來降低區(qū)域間的武功交換頻率；無功不倒送原則。指在小負(fù)荷方式下，需盡可能避免低壓電網(wǎng)依托變壓器來向高壓電網(wǎng)進(jìn)行無功電力的倒松，同時(shí)各類配電便器以及電力用戶裝設(shè)的無功補(bǔ)償裝置，必須始終根據(jù)對應(yīng)的無功需求進(jìn)行無功出力的調(diào)整，避免向系統(tǒng)倒送無功電力；功率因素須滿足電網(wǎng)運(yùn)行需求；電壓偏差須滿足電網(wǎng)運(yùn)行需求；應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況合理降低各個(gè)電壓等級電網(wǎng)理論線損。

針對系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)而言，其本身是針對節(jié)能、節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域展開探索的有效技術(shù)手段，同時(shí)經(jīng)由實(shí)踐檢驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)具備大面積推廣的意義。

2.6 靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功補(bǔ)償器是一種技術(shù)較為先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置，可圍繞晶閘管道通道作出有效調(diào)節(jié)，并由此為基礎(chǔ)針對無源電力元件作出積極控制。其本身具備雙向連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的基本功能，同時(shí)因該裝置上并不存在任何螺旋部件，這也使得其在日常的管理和維護(hù)工作中相對較為便利。相較于電力電容器而言擁有相對較快的調(diào)節(jié)速度，同時(shí)這一裝置自身出現(xiàn)的電容性電流大小與對應(yīng)的電壓情況并無過多關(guān)聯(lián)。因此在實(shí)際應(yīng)用過程中，即使智能電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓下降的問題，則該裝置依然可出現(xiàn)相對較大的電容性電流。

與此同時(shí)，該裝置的端電壓十分穩(wěn)定，不會由于外部運(yùn)行條件的影響發(fā)生變化。需要注意的一點(diǎn)是，在實(shí)際應(yīng)用靜止無功補(bǔ)償器的過程中，因?yàn)檫@一裝置本身的電容器容量相對較小，這也導(dǎo)致其中并不會產(chǎn)生對應(yīng)的低頻諧振，但其可能會出現(xiàn)一定的諧波，因此該裝置需要與濾波器協(xié)同配套應(yīng)用。

2.7 有源電力濾波器

在智能電網(wǎng)日常運(yùn)行工作中，因諧波的出現(xiàn)可能會導(dǎo)致供電、發(fā)電設(shè)備自身穩(wěn)定性受到影響，甚至在嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的問題發(fā)生，由此可見消除諧波能夠保障電網(wǎng)后續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行。有源電力濾波器是一類可針對諧波做出有效過濾的裝置，依托這一裝置的應(yīng)用可面向頻率不同的各類諧波做出跟蹤補(bǔ)償。在智能電網(wǎng)運(yùn)行工作中，如完成有源電力濾波器的應(yīng)用，則可進(jìn)一步抑制高次諧波帶給電網(wǎng)的污染影響。特別是有源電力濾波器的濾波精度也相對較高，同時(shí)諧波電流的濾除率甚至可達(dá)到97%以上。

有源電力濾波器的應(yīng)用范圍十分廣泛，能濾除2～50次濾波。該設(shè)備應(yīng)用在智能電網(wǎng)當(dāng)中時(shí)，并不會與電力系統(tǒng)間發(fā)生諧振情況，這也達(dá)成了有效抑制電壓目的，從根本上強(qiáng)化了電壓的穩(wěn)定性。在實(shí)踐工作中，可充分結(jié)合智能電網(wǎng)的特征，聯(lián)合應(yīng)用有源電力濾波器及其他控制技術(shù)，以此來達(dá)到合理抑制高次諧波的目的。有源電力濾波器除可有效抑制智能電網(wǎng)諧波外，還可進(jìn)一步補(bǔ)償無功功率，因此也可選擇有效并聯(lián)電子元件的電阻、電容，從根本上強(qiáng)化智能電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

3 實(shí)例分析

選取某智能電網(wǎng)建設(shè)為例，通過在智能電網(wǎng)中應(yīng)用緊湊型電路，可大幅度降低線間距離。如，在110kV的電網(wǎng)線路中，可利用緊湊型電路來將原本需3m的供電線路有效下降到1.5m，而在220kV的供電線路內(nèi)，可將原有5～6.5m的供電線路降低為2～3.0m之間，針對于規(guī)格在500kV左右的供電線路，其降低幅度則會越發(fā)更大。在緊湊型交流輸電當(dāng)中，供電導(dǎo)向往往會部設(shè)在塔頭上方并呈現(xiàn)出緊密的狀態(tài)，特別是在桿塔幾何尺寸降低的同時(shí)，其所需的線路走廊也會大幅度降低，這就在很大程度上提升了輸電線路的自身密度。在這一過過程中，可通過選取合理的分裂導(dǎo)線數(shù)目，并以此為基礎(chǔ)有效進(jìn)行導(dǎo)線排列，確保各個(gè)導(dǎo)線電廠之間形成協(xié)調(diào)配合，可大幅度提升輸電線路容量，且對確保電網(wǎng)運(yùn)行也起到十分關(guān)鍵的作用。

在智能電網(wǎng)建設(shè)工作中，為實(shí)現(xiàn)線路緊湊化、輕型化的目的，可通過以下措施展開工作：選取多跟分裂導(dǎo)線，并結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)各導(dǎo)線的排列設(shè)計(jì)。導(dǎo)線的根數(shù)和導(dǎo)線間距離將在很大程度上影響到智能電網(wǎng)的建設(shè)。因此在分裂導(dǎo)線設(shè)計(jì)工作過程中需注意分析各個(gè)線路間的傳輸功率，以及不同導(dǎo)線之間的電磁場影響，同時(shí)須充分注意各個(gè)線路間的阻擾和功率問題；針對桿塔結(jié)構(gòu)做出優(yōu)化，通過絕緣子和間隔棒的應(yīng)用進(jìn)一步在保障固定距離的基礎(chǔ)上合理控制風(fēng)偏，避免電路出現(xiàn)閃路問題。

4 結(jié)語

綜上所述，輸變電技術(shù)本身具備科技含量高、穩(wěn)定性強(qiáng)的特征，可大幅度提升智能電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)也降低了智能電網(wǎng)的復(fù)雜程度，通過將輸變電技術(shù)應(yīng)用在智能電網(wǎng)中也確保了居民的日常用電需求得以實(shí)現(xiàn)，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。