電力電子裝備在配電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展

黃寧　許琴　鄭志華　馬衛(wèi)康

摘要：科技在不斷的發(fā)展，社會在不斷的進步，在我國經(jīng)濟穩(wěn)步增長的背景下，配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著密切的聯(lián)系，電力電子裝備技術(shù)發(fā)展得比較迅速。本文重點論述了電力電子裝備技術(shù)，也詳細(xì)闡釋了電力電子裝備的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，以期為電力系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電力電子裝備配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

引言

現(xiàn)如今，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透到各個行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，電力行業(yè)也不例外，配電網(wǎng)的電力電子裝備也越來越智能化、自動化?；ヂ?lián)與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，還使得配電網(wǎng)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(wǎng)的運行效率。因此，配電網(wǎng)電力電子裝備和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)成為如今電力行業(yè)積極研究的重要課題，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1電力電子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

目前，在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電各個環(huán)節(jié)中都廣泛應(yīng)用了電力電子裝備技術(shù)，尤其是配電環(huán)節(jié)，但是，配電網(wǎng)系統(tǒng)在各電力電子裝備運行過程中的協(xié)調(diào)控制方面還存在一些問題，影響了配電系統(tǒng)的電能管控工作。而將互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用到配電網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術(shù)連接配電網(wǎng)中的各個電力電子裝備，進而通過網(wǎng)絡(luò)收集各個電力電子裝備的運行數(shù)據(jù)，并將相關(guān)的節(jié)點指令發(fā)送到中樞區(qū)域，這樣就可以全面、有效地協(xié)調(diào)各個電力電子裝備的運行。這種通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)調(diào)控電力電子裝備的技術(shù)就是電力電子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2電力電子裝備的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

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(shè)備和配電系統(tǒng)進行銜接。即插即用的功率銜接口就是有效轉(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的電能輸入形式，保證輸入的形式能夠和電網(wǎng)相吻合。另一方面，即插即用的功率接口也是電力電子設(shè)備。在當(dāng)前信息技術(shù)不斷進步和發(fā)展的過程中，信息技術(shù)要求即插即用的功率接口必須設(shè)立通信接口，經(jīng)過合理操作后，實行網(wǎng)絡(luò)對接。這樣就能夠把設(shè)備上存在的信息傳輸至網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，進而傳達(dá)調(diào)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(wǎng)中，能量路由器主要作為接口來使用，可實現(xiàn)能量的雙向流通，并提供低壓直流母線，方便可再生能源設(shè)備的接入。在上述的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)架構(gòu)中，同樣需要采用標(biāo)準(zhǔn)開放協(xié)議，確保能量路由器功能的正常發(fā)揮，實時接收功率接口傳輸過來的終端信息，并為各終端設(shè)備提供指令參考。其中，參考指令參數(shù)主要根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)中的終端設(shè)備工作狀態(tài)及電網(wǎng)質(zhì)量來確定。同時，能量路由器還負(fù)責(zé)維持低壓配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，限制電壓穿越與故障電流等。配電網(wǎng)中的用戶類型和規(guī)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(yīng)加以區(qū)分。比如一部分能量路由器是針對民用用戶設(shè)計的，容量一般為20kVA，還有部分能量路由器是針對工業(yè)用電大戶設(shè)計的，容量可達(dá)到500kVA。對于后者，可直接由中壓配電網(wǎng)供電，然后通過三相低壓交流母線為用戶供電。在上述互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，能量路由器是一個關(guān)鍵設(shè)備。

2.3插即用功率接口

借助即插即用的功率接口，能夠?qū)㈦姎庠O(shè)備以及分布發(fā)電等全部接收到配電網(wǎng)中，但是，通常情況下，不同設(shè)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(xiàn)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(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變電能輸入形式為配電網(wǎng)形式，確保配電網(wǎng)系統(tǒng)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(yīng)該和網(wǎng)絡(luò)體系連接起來，從而對終端設(shè)備進行準(zhǔn)確的識別，并且接受系統(tǒng)所發(fā)出的指令。

2.4開放標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)

上述配電網(wǎng)電力電子裝備互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的實現(xiàn)需要采用開放通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，包括TCP/IP或HTML協(xié)議等。開放標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)是一個通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在配電網(wǎng)中使用的功率接口、能量路由器等裝置，都必須支持開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，從而實現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的識別、監(jiān)測和調(diào)控等功能，協(xié)調(diào)全網(wǎng)運行。此外，通過將通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(wǎng)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(qū)域網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中心，匯總實時用電信息，對其加以分析，并根據(jù)結(jié)構(gòu)進行主動控制。從系統(tǒng)主要功能來看，上述系統(tǒng)架構(gòu)又可以成為能量互聯(lián)網(wǎng)，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(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。在不同類型的電力電子裝置廣泛應(yīng)用下，目前能量層已基本實現(xiàn)了互聯(lián)互通，而通信層的網(wǎng)絡(luò)化程度仍較低，具體表現(xiàn)為各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息化程度較低、智能電表等通信功能設(shè)備利用效率低，因此目前配電網(wǎng)實時控制能力還未達(dá)到預(yù)期水平，需要進一步研究通信層網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的實現(xiàn)。

2.5半導(dǎo)體開關(guān)器件

半導(dǎo)體開關(guān)器件是電力電子裝備技術(shù)中重要的組成部分，下面重點對半導(dǎo)體開關(guān)器件進行詳細(xì)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(dǎo)體技術(shù)發(fā)展較快，具有代表性的是SiC和GaN。通常，SiC的應(yīng)用領(lǐng)域為功率非常大的半導(dǎo)體器件。和傳統(tǒng)材料相比，SiC穿場強度和熱傳導(dǎo)率都在穩(wěn)步提升。GaN主要應(yīng)用于高頻器件的制造，一般具有很高的遷移率，可能會達(dá)到2200cm2/（Vs）。對于器件工藝，當(dāng)前半導(dǎo)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(yōu)勢。以上兩項工作的發(fā)展提升了半導(dǎo)體開關(guān)器件的速度，降低了開關(guān)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(wǎng)通信系統(tǒng)分析

隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的智能化程度逐漸提升，很多電子設(shè)備也可以完成信息采集工作，并且借助網(wǎng)絡(luò)的方法實現(xiàn)傳輸，根據(jù)檢測也能夠完成遠(yuǎn)程控制。但是，因配電網(wǎng)中的電力電子設(shè)備的數(shù)量眾多，而且其運行方式也比較復(fù)雜，因此，要想確保所有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化以及互聯(lián)通信，就需要加強智能化的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的建立。配電網(wǎng)通信系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能需要有匯集全網(wǎng)節(jié)點的信息、協(xié)調(diào)調(diào)度以及指令下派等。如今，電力系統(tǒng)主要運用了三級通信結(jié)構(gòu)，也就是從發(fā)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(tǒng)覆蓋在受到這三級通信結(jié)構(gòu)的影響之后，控制中心能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)中的電力電子設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的實施收集。在配電網(wǎng)智能化程度不斷提升的時代背景下，配電網(wǎng)系統(tǒng)的功能也從原來的只是對電力電子設(shè)備數(shù)據(jù)的簡單監(jiān)測，直接轉(zhuǎn)變到配電調(diào)控方面，對于配電網(wǎng)中的電力電子設(shè)備實現(xiàn)了主動化的管理。使用單一的通信方法，很難滿足規(guī)模不同的信息通信的需求，由此可見，未來的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)，需要向著多種通信方式的混合方向不斷發(fā)展。

結(jié)語

綜上所述，配電網(wǎng)中應(yīng)用電力電子裝備提升了自身性能，也使得配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較明顯的改變，把直流配電網(wǎng)從可能變成了現(xiàn)實。同時，電力電子裝備技術(shù)的不斷發(fā)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(wǎng)中繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

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