對(duì)配電網(wǎng)電力電子裝備的互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)探討

許琴　黃寧　郭慶　馬衛(wèi)康

摘要：目前，隨著人們的生活質(zhì)量在不斷的提高，對(duì)于用電的需求在不斷的加大，在智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)下，配電網(wǎng)電力電子裝備的互聯(lián)水平和網(wǎng)絡(luò)化水平逐步提升，為智能集中抄表、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控等提供了有力支持。本文首先對(duì)配電網(wǎng)電力電子裝備進(jìn)行研究，并分析其通信系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，探討配電網(wǎng)電力電子裝備互聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、即插即用功率接口應(yīng)用、能量路由器應(yīng)用、開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)等。

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

引言

基于當(dāng)前狀況來(lái)看，電力企業(yè)在飛速發(fā)展下逐漸開(kāi)始與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，其中電力電子裝備作為電力通信行業(yè)應(yīng)用的核心手段，需相關(guān)研究人員能夠展開(kāi)深入研究探討，通過(guò)一系列整合分析得出正確結(jié)論，進(jìn)一步明確配電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展方向和如何利用電力電子裝置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，有效提高電力電子裝置使用功能，促使配電網(wǎng)工作更加順利高效完成。

1配電網(wǎng)電力電子裝備的研究

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的研究和應(yīng)用方向，實(shí)際上通過(guò)采用不同的電力電子裝備，進(jìn)行電能變換。配電系統(tǒng)中，應(yīng)用的電力電子技術(shù)十分廣泛，包括功率開(kāi)關(guān)器件、無(wú)源元件、變換器技術(shù)、封裝技術(shù)、冷卻技術(shù)等。一個(gè)完整的配電網(wǎng)可以劃分為三個(gè)層次，即器件、變壓器、電力電子系統(tǒng)。其中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件是構(gòu)成電力電子系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，器件材料、結(jié)構(gòu)、氧化層形成等則是影響器件性能的關(guān)鍵因素。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，目前SiC和GaN等新型半導(dǎo)體材料已經(jīng)被應(yīng)用到配電網(wǎng)中，使其開(kāi)關(guān)損耗得到進(jìn)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(zhuǎn)換為所需的電能幅值和頻率，再進(jìn)行輸出。目前變換器功能已經(jīng)達(dá)到99%以上，并能夠通過(guò)多個(gè)變換器的連接，提高電壓與電流處理能力，從而滿(mǎn)足配電網(wǎng)容量要求。由多個(gè)不同類(lèi)型的電力電子裝備構(gòu)成的復(fù)雜電路即為電力電子系統(tǒng)，一般設(shè)計(jì)為分層結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)控制器收集變換器狀態(tài)信息，并下達(dá)指令，執(zhí)行閉環(huán)運(yùn)算和保護(hù)等功能。目前高壓大電流電氣器件與無(wú)源元件的配合使用，使直流配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)成為可能。

2配電網(wǎng)電力電子裝備互聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵技術(shù)

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(yōu)勢(shì)備受電力企業(yè)青睞。具體來(lái)講，功率接口的操作方式是即插即用，它能夠在終端系統(tǒng)中隨時(shí)接入配電網(wǎng)。同時(shí)這種功率接口還可以做到電能與功能相互轉(zhuǎn)化的效果。在功率接口使用時(shí)，相關(guān)的操作人員需要重視它周?chē)木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境，和網(wǎng)絡(luò)連接之后，可以識(shí)別終端設(shè)備，與此同時(shí)把設(shè)備的運(yùn)行信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，使系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行需求來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)控。

2.2能量路由器

對(duì)于電力電子裝備網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)來(lái)說(shuō)，能量路由器屬于智能管理模塊，同時(shí)也是低壓區(qū)域網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)和低壓區(qū)域網(wǎng)的相應(yīng)接口，在運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向流動(dòng)，不僅可以提供可再生能源的電力電子設(shè)備使用，還可以提供相應(yīng)的低壓直流母線(xiàn)。此外，能量路由器也需要具備通信接口，并能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接，能把終端設(shè)備的運(yùn)行信息上傳到網(wǎng)絡(luò)端口，進(jìn)而接受調(diào)控指令。對(duì)指令值的確定由終端設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)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(wǎng)的電壓穩(wěn)定的任務(wù)。由于在配電過(guò)程中實(shí)際面對(duì)的電能用戶(hù)有所不同，能量路由器的功率等級(jí)以及電壓等級(jí)存在差異性。

2.3電力電子系統(tǒng)

從客觀的角度來(lái)說(shuō)，電力系統(tǒng)的組成部分主要是變電設(shè)備以及電力電子裝備等，其中，對(duì)于電力電子系統(tǒng)的高效運(yùn)行而言，變電設(shè)備發(fā)揮著非常重要的作用。變電設(shè)備的不同類(lèi)型中差異也各不相同，有并聯(lián)、串聯(lián)以及混聯(lián)等多種類(lèi)型。由于變電設(shè)備的結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，因此，和變電設(shè)備配套的控制設(shè)備的類(lèi)型也比較多。從技術(shù)的角度看來(lái)，控制設(shè)備有變電控制以及系統(tǒng)控制等類(lèi)型。通過(guò)多它們的工作原理進(jìn)行詳細(xì)的劃分，能得到以下方面的內(nèi)容：1）系統(tǒng)控制類(lèi)系統(tǒng)控制類(lèi)的設(shè)備，能夠?qū)λ刂频牟煌儔浩髟O(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，同時(shí)還能夠分析狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)不同的分析結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電設(shè)備的有效調(diào)控，從而促進(jìn)配電工作的順利開(kāi)展。2）變電控制類(lèi)對(duì)于系統(tǒng)控制類(lèi)的設(shè)備來(lái)說(shuō)，變電設(shè)備的控制范圍具有局限性，其主要對(duì)特定的變電設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，使變電設(shè)備處于常態(tài)化的運(yùn)行狀態(tài)，并且擔(dān)任整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、運(yùn)算以及防護(hù)等方面的作用?？傮w而言，使變電控制類(lèi)設(shè)備以及系統(tǒng)控制類(lèi)設(shè)備相互配合，能夠?qū)ε潆娤到y(tǒng)進(jìn)行智能化的控制。

2.4系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

在智能配電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，越來(lái)越多的電力電子設(shè)備被應(yīng)用到系統(tǒng)中，包括配電網(wǎng)DFACTS設(shè)備、可再生能源接口、用戶(hù)側(cè)用電設(shè)備電源等。以往配電網(wǎng)主要采取將不同電力電子設(shè)備功率端聯(lián)接到一起的形式，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)層次對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，智能化裝置的靈活性、可控性還沒(méi)有被真正發(fā)揮出來(lái)。現(xiàn)階段的配電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)調(diào)整將逐漸改善這一問(wèn)題，將每個(gè)電力電子裝置看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，連接所有的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)電能狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)發(fā)布指令等功能，從而在電網(wǎng)層次，協(xié)調(diào)各電力電子裝置運(yùn)行，這是互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的關(guān)鍵所在。符合上述要求的配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：電力電子模塊（PEBB）、機(jī)械設(shè)備模塊（MEBB）、能量管理模塊（EM）、能量產(chǎn)生源（Producer）、儲(chǔ)能（Storage）、負(fù)載（Load）等，如圖1所示。在該系統(tǒng)框架下，電網(wǎng)不僅包括能量流，還包括各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的信息流。智能裝置具有對(duì)電能的主動(dòng)調(diào)節(jié)能力，因此不同電網(wǎng)間接口以及分布式發(fā)電端、負(fù)載等均有智能裝置承擔(dān)，并參與通信和命令執(zhí)行。該系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用可以將傳統(tǒng)集中式發(fā)電和用電模式改變?yōu)榉植际桨l(fā)電和用電模式，實(shí)現(xiàn)以用戶(hù)為導(dǎo)向，匯集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有信息，為實(shí)時(shí)電價(jià)的實(shí)現(xiàn)提供保障。

2.5操作系統(tǒng)

在配電網(wǎng)電力電子裝備中引入互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的最主要意義在于打造智能化的高效操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)主要包括信息流和能量流兩個(gè)因素。所以說(shuō)這一操作系統(tǒng)實(shí)際上是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，協(xié)調(diào)和處理系統(tǒng)內(nèi)部的功率接口和能量路由器。除此之外配電網(wǎng)電力電子裝備的操作系統(tǒng)還具有識(shí)別與檢測(cè)功能，這種功能的存在能夠極大地促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理，對(duì)于保證整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化平穩(wěn)運(yùn)行具有重要的意義。另外，雖然目前的系統(tǒng)發(fā)展還需要進(jìn)一步完善，在系統(tǒng)中能量層相對(duì)完善，通訊層尚有缺陷，亟待廣大技術(shù)人員進(jìn)一步改進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，新時(shí)代打到來(lái)背景下，工作人員不僅僅再將配電網(wǎng)工作局限在整體角度，而是要擴(kuò)大工作范圍，切實(shí)提高自身對(duì)電力電子裝備重視程度，準(zhǔn)確找出當(dāng)前電力電子裝備運(yùn)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(lián)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)有效結(jié)合起來(lái)，促使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)優(yōu)化，進(jìn)而大大提高配電工作效率。同時(shí)為進(jìn)一步提高電力電子裝備運(yùn)行成效，工作人員還應(yīng)不斷創(chuàng)新完善應(yīng)用技術(shù)，做好配電調(diào)節(jié)工作，并且還要適當(dāng)融入通信技術(shù)手段，充分明確配電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展方向，針對(duì)配電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展展開(kāi)深入化探究，從而大大提高社會(huì)大眾用電質(zhì)量和供電效率，推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)愈發(fā)朝向更好方向前進(jìn)。

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