智能電網(wǎng)建設(shè)中電子電工技術(shù)的應(yīng)用

信陽技師學(xué)院 汪曉嵐

1 智能電網(wǎng)相關(guān)概述

1.1 基本概念

所謂智能電網(wǎng)就是將集成化高速雙向形式的通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，將各種智能化檢測與控制等設(shè)備應(yīng)用在電網(wǎng)中，并以此為依據(jù)建立的一種高效、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的智能化電網(wǎng)電力運(yùn)維監(jiān)管系統(tǒng)[1]。

1.2 主要特征

就目前的智能電網(wǎng)來看，其主要特征包括以下幾個方面：第一，當(dāng)電網(wǎng)受到較大擾動或發(fā)生故障時，其供電能力不會受到較大影響，也不會出現(xiàn)大面積停電情況；第二，在受到外部極端環(huán)境影響或遭遇外部破壞的情況下，電網(wǎng)中的電力信息依然可以保持安全；第三，可自動進(jìn)行故障診斷和安全預(yù)警，也可以及時進(jìn)行故障隔離，并實現(xiàn)自我修復(fù)；第四，具有良好的兼容性，可將其他可再生能源、微電網(wǎng)，以及分布式電源等接入其中；第五，可進(jìn)一步提升整體電網(wǎng)中的電能利用率，降低損耗，從而確保整體電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；第六，可實現(xiàn)電網(wǎng)中所有電力信息的高度集成與全面共享，從而為電網(wǎng)運(yùn)維工作提供有力支持。

2 電子電工技術(shù)在現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 保障智能電網(wǎng)與相關(guān)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行

在智能電網(wǎng)建設(shè)中，電力單位就需要引入電子電工技術(shù)。通過該技術(shù)的合理應(yīng)用，彌補(bǔ)傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)存在的不足，進(jìn)一步提升其輸電效率；同時也可以使其對復(fù)雜環(huán)境條件的適應(yīng)能力顯著提升，為電網(wǎng)與設(shè)備的良好運(yùn)行提供有力防護(hù)。

2.2 保障智能電網(wǎng)的整體電能輸出質(zhì)量

由于電網(wǎng)具有較大的覆蓋面積，所以在傳統(tǒng)電網(wǎng)模式下，要想有效降低輸電損耗，最常用的方法是降低輸電電流或降低線路電阻[2]。但是這些方法都并不符合現(xiàn)代智能電網(wǎng)的實際建設(shè)及其應(yīng)用目標(biāo)。為實現(xiàn)此類問題的有效解決，電力單位、研究者與技術(shù)人員可對電子電工技術(shù)加以合理應(yīng)用，從而使智能電網(wǎng)中的電能輸出質(zhì)量得以良好改善。

2.3 保障智能電網(wǎng)中各種資源配置的升級改造效果

為進(jìn)一步提升智能電網(wǎng)中各種資源配置的升級改造效果，電力單位和研究者需要將先進(jìn)的電子電工技術(shù)引入其中，以此來為各種新型的電力能源與設(shè)施引進(jìn)提供支持，并擴(kuò)大智能電網(wǎng)的輸電距離，提升其中的電能利用率，從而達(dá)到更好的升級改造效果。

3 電子電工技術(shù)在現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設(shè)中的主要應(yīng)用策略

3.1 電氣自動化技術(shù)應(yīng)用策略

相比傳統(tǒng)的人工操作模式，將此電氣自動化模式應(yīng)用到現(xiàn)代智能電網(wǎng)的建設(shè)中，不僅可顯著提升控制效率，還可以使操作誤差概率顯著降低。尤其是在日益復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用更使電網(wǎng)的日常管理工作實現(xiàn)了進(jìn)一步創(chuàng)新。同時，通過電氣自動化技術(shù)的合理應(yīng)用，也可以使智能電網(wǎng)自身的智能化優(yōu)勢得以充分凸顯[3]。為達(dá)到這一目標(biāo)，具體建設(shè)中，電力單位與技術(shù)人員一定要通過合理的策略來應(yīng)用此項技術(shù)。

比如，在智能電網(wǎng)中的故障識別與故障排除方面，技術(shù)人員可將電氣自動化技術(shù)加以合理應(yīng)用。在此過程中，應(yīng)通過各類傳感器來全面采集智能電網(wǎng)中的各項運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實時上傳到電氣自動化控制中心。在接收到電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)之后，控制中心會將其與數(shù)據(jù)庫中儲存的原始運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以此發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的異常數(shù)據(jù)，并結(jié)合實際情況，對智能電網(wǎng)中的故障位置與故障類型做出準(zhǔn)確判斷。在確定了故障之后，系統(tǒng)會將相應(yīng)的控制指令下達(dá)給故障位置的智能化電子電工元件，并通過該元件來實現(xiàn)故障部位的遠(yuǎn)程控制。這樣便可及時發(fā)現(xiàn)并處理智能電網(wǎng)中的各類運(yùn)行故障，在提升智能電網(wǎng)故障診斷與排除效率的同時最大限度確保智能電網(wǎng)整體運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。這對于電子電工技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮將十分有利，從而為現(xiàn)代智能電網(wǎng)的建設(shè)提供有力的技術(shù)支持。

3.2 微網(wǎng)和柔性直流技術(shù)應(yīng)用策略

在智能電網(wǎng)的實際運(yùn)行中，電力通信是其信息傳輸和指令響應(yīng)的關(guān)鍵措施，而智能電網(wǎng)自身的智能化程度也將受到各類信息傳輸速率的直接影響。因此，隨著當(dāng)今社會電力能源需求的不斷提升，電子電工技術(shù)在現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設(shè)過程中也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是其中的微網(wǎng)技術(shù)和柔性直流技術(shù)，更是在智能電網(wǎng)通信中發(fā)揮出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。

其中，微網(wǎng)是緩解智能電網(wǎng)壓力的一項主要電子電工技術(shù)。微網(wǎng)的主要有兩部分組成：第一是用戶負(fù)荷，第二是微電源。具體應(yīng)用時，需要將多個具有電力調(diào)整和電力變換功能的電子電工設(shè)備設(shè)置到智能電網(wǎng)中，以此來控制智能電網(wǎng)，使其供電效果足夠穩(wěn)定，并根據(jù)實際需求來智能變換其中的電能輸出。通過這樣的方式，便可使傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)中的電能損耗問題得以有效解決，使智能電網(wǎng)具備更高的供電質(zhì)量。比如，在某配電系統(tǒng)對其中的IEEE-33節(jié)點實施智能化升級與改進(jìn)的過程中，電力單位與工作人員便對微網(wǎng)進(jìn)行了合理應(yīng)用，其中的每一個微網(wǎng)都含有多個可控電源，包括可控電源DE、可控電源MT、可控電源PV、可控電源WT、可控電源FC 以及可控電源ESS。在具體的智能化升級改進(jìn)時，技術(shù)人員特將該配電系統(tǒng)的實際運(yùn)行情況及其應(yīng)用需求等作為依據(jù)，通過MATLAB 對整體配電網(wǎng)進(jìn)行了仿真模擬試驗分析。經(jīng)仿真模擬之后，對其中各個可控電源的出力上限、出力下限、爬坡率，以及運(yùn)維系數(shù)參數(shù)做出了科學(xué)確定，從而可有效滿足該配電系統(tǒng)實際的智能化升級改進(jìn)需求，提升其整體供配電效果與服務(wù)質(zhì)量。表1為某配電系統(tǒng)基于微網(wǎng)智能化升級改進(jìn)中的可控電源基本參數(shù)設(shè)置情況。

表1 某配電系統(tǒng)基于微網(wǎng)智能化升級改進(jìn)中的可控電源基本參數(shù)設(shè)置情況

同時，在智能電網(wǎng)的直流輸電過程中，基于電子電工技術(shù)的柔性直流技術(shù)也可以發(fā)揮出良好的靈活、環(huán)保等優(yōu)勢。具體建設(shè)時，電力單位可將此項技術(shù)應(yīng)用到城市中心等供電集中區(qū)域，將傳統(tǒng)的三相運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)樗南噙\(yùn)行模式，使電網(wǎng)中的無功功率和有功功率能夠任意切換[4]。通過這樣的方式，不僅可讓智能電網(wǎng)具備多段并聯(lián)直流輸電特性，從而賦予其極高的換流控制能力，也可以使所有電網(wǎng)段都保持獨(dú)立，最大限度降低供電集中區(qū)域中的電路短路故障發(fā)生概率。比如，在某電力系統(tǒng)的智能化升級改造中，電力單位與技術(shù)人員選擇了柔性直流保護(hù)技術(shù)，將限流器用來限制電路或電力系統(tǒng)中的電流流動情況，其主要組成部分包括限流器阻抗支路以及故障轉(zhuǎn)移支路，其中包含著多個IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）及二極管反并聯(lián)形式的電力電子器件，以此來對電力系統(tǒng)中的過流故障進(jìn)行判別和阻斷，并將過電流及時轉(zhuǎn)移到限流阻抗支路。具體應(yīng)用中，該技術(shù)主要借助于電流互感器、電阻式傳感器，以及霍爾效應(yīng)傳感器等設(shè)備對其中的電流值進(jìn)行監(jiān)測，借助于智能控制器對電流傳感器中的電流信號進(jìn)行接收，并將設(shè)定好的限流值作為依據(jù)，來執(zhí)行相應(yīng)的限流控制操作。在監(jiān)測中，如果發(fā)現(xiàn)某線路上的電流值已經(jīng)達(dá)到或超出了直流保護(hù)上限，智能控制器將會立即將該線路的電流切斷，以免過流所導(dǎo)致的線路故障。圖1為該電力系統(tǒng)智能化升級改造中的柔性直流限流器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 該電力系統(tǒng)智能化升級改造中的柔性直流限流器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

3.3 SVC、TCSC 和HVDC 技術(shù)應(yīng)用策略

在現(xiàn)代智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，SVC 技術(shù)、TCSC 技術(shù)，以及HVDC 技術(shù)都是其中比較常用的電子電工技術(shù)。基于此，在建設(shè)智能電網(wǎng)時，電力單位與技術(shù)人員一定要對這幾項電子電工技術(shù)加以合理應(yīng)用。

其中，SVC 技術(shù)又叫作虛擬電路技術(shù)，該技術(shù)在智能電網(wǎng)中有很多作用，包括電壓調(diào)節(jié)、無功潮流控制、電力輸送能力增強(qiáng)、穩(wěn)定性提升、抗干擾能力增強(qiáng)、設(shè)備故障發(fā)生概率降低等。具體應(yīng)用時，通常需要將多個大容量形式的SVC 裝置設(shè)置在智能電網(wǎng)母線側(cè)，以便充分發(fā)揮其應(yīng)用功能和技術(shù)優(yōu)勢。

TCSC 技術(shù)又叫作可控串補(bǔ)技術(shù)，其主要作用是優(yōu)化智能電網(wǎng)系統(tǒng)，顯著提升其輸電能力。其主要結(jié)構(gòu)是將一個電抗器并聯(lián)到固定串補(bǔ)電容器上，通過晶閘管來控制這個電抗器。具體應(yīng)用中，其主要的控制模式有三種：第一，晶閘管截止控制模式，在此模式下，TCSC 相當(dāng)于固定式串聯(lián)補(bǔ)償；第二，晶閘管旁路控制，在此模式下，TCSC 整體呈現(xiàn)出小電抗特性；第三，容性微調(diào)控制模式，在此模式下，TCSC 導(dǎo)通阻抗將會呈現(xiàn)出感性電抗特征。

HVDC 技術(shù)又叫作高壓直流輸電技術(shù)，其主要原理是將穩(wěn)定直流電的無感抗、無容抗、無同步問題等各種優(yōu)勢加以充分利用，通過直線電纜來實現(xiàn)智能電網(wǎng)的遠(yuǎn)距離、大功率輸電。在此種模式下，整個輸電過程均為直流輸電。具體應(yīng)用時，電力單位與技術(shù)人員可將其應(yīng)用到智能電網(wǎng)中的長距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)、海底電纜，以及可再生能源等方面，以此來保障電能傳輸?shù)陌踩浴⒎€(wěn)定性和可靠性，并實現(xiàn)電力能源的有效節(jié)約[5]。

4 電子電工技術(shù)在現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設(shè)中的主要發(fā)展方向

經(jīng)上述分析可知，電子電工技術(shù)在當(dāng)前的智能電網(wǎng)建設(shè)中已經(jīng)發(fā)揮出了非常顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。就目前的智能電網(wǎng)來看，雖然電子電工技術(shù)的引入使其具備了更高的智能化管控水平，但是很多運(yùn)維工作依然需要通過人工方式來完成，因此不僅會降低智能電網(wǎng)的運(yùn)維工作效率，還受到一定的人為因素影響，從而使其安全性、穩(wěn)定性和可靠性等方面出現(xiàn)一定程度的降低。

為解決此類問題，在現(xiàn)代人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展中，研究者與技術(shù)人員可加強(qiáng)電子電工技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合研究，比如，可通過人工智能機(jī)器人來替代目前的電網(wǎng)運(yùn)維工作人員，及時處理智能電網(wǎng)無法自愈的故障。這對于電子電工技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮與智能電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量的提升都將十分有利，同時也可以進(jìn)一步提升智能電網(wǎng)在當(dāng)今的應(yīng)用效果，滿足當(dāng)今社會實際的智能供電服務(wù)需求，并促進(jìn)智能電網(wǎng)在未來社會中的良好發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，智能化是當(dāng)前電力行業(yè)的主要發(fā)展方向。因此，智能電網(wǎng)的建設(shè)也受到了當(dāng)今電力行業(yè)與社會各界的廣泛關(guān)注。為提升智能電網(wǎng)的建設(shè)效果，使其應(yīng)用優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，電子電工技術(shù)的合理應(yīng)用至關(guān)重要。基于此，電力企業(yè)、相關(guān)研究者與技術(shù)人員一定要對電子電工技術(shù)的應(yīng)用策略及其發(fā)展方向展開深入研究，并結(jié)合實際應(yīng)用需求，將其合理引入智能電網(wǎng)的建設(shè)中。通過這樣的方式，才可以使電子電工技術(shù)發(fā)揮出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，為智能電網(wǎng)的建設(shè)及其優(yōu)化等工作提供有力的技術(shù)支持，賦予智能電網(wǎng)最大化的智能化特點，以此來滿足其實際應(yīng)用和發(fā)展需求。