配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術研究

摘 要：隨著科學技術的快速發展，人們對電力的需求越來越大，而電力系統也在快速發展，配電網電子電力裝備的功能也越來越多。由于傳統的獨立工作模式已經無法適應現階段配電網的運行需求，所以，需要加強對各電子電力裝備互聯和信息集成網絡的建設，以提高配電網的運行效率。簡要分析和研究了配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：配電網；電力電子裝備；網絡化技術；互聯

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.111

文章編號：2095-6835（2016）11-0111-01

1 電力電子裝備關鍵技術分析

1.1 半導體開關器件

半導體開關器件是電力電子的基礎。目前，電子電力裝備中主要運用的是SCR、IGBT和IGCT。隨著科學技術的不斷發展，電力電子裝備的器件材料、結構、氧化層形成工藝等都在不斷變化。目前，一些碳化硅、碳化鎵等新型半導體材料迅速發展，明顯改善了器件的溫度和頻率。其中，碳化硅主要用于超高壓大功率器件，其熱傳導率為3.7 W/（cm·K），電子遷移率可達到650 cm2/（V·s），而碳化鎵等用于1 MHz以上的高頻器件，其熱傳導率為1.3 W/（cm·K），電子遷移率為900～2 200 cm2/（V·s）。對于電力電子裝備器件的形成工藝，無論是加工工藝還是制作工藝，都得到了一定的發展，大大提升了器件的開關速度，降低了不必要的損耗和驅動功率。同時，磁性元件和絕緣材料的優化能在一定程度上降低器件耗能，減小其體積，從而節省空間。

1.2 變換器

變換器能夠將某一組參數的輸入電能轉換成另一組參數的電能，以提升其在配電網中的適用性，它是有效的電能功率處理器。近年來，電力電子裝備變換器技術一直在不斷發展，變換器效率顯著提升，甚至很多變換器都能夠達到99%的高效，拓撲結構也得到了一定的創新，已經實現了雙向、多向的電能流動控制。同時，為了使變換器與現有配電網的容量相匹配，工作人員也可以采用串聯或并聯的形式將多個變換器連接起來。

1.3 電力電子裝備系統

電力電子裝備系統是由多個變換器和電路構成的，它適用于大型的電力電子裝備中。一般情況下，在電力電子裝備系統中，采用各種方式互相連接的變換器主要是用于能量處理的。由于系統規模比較大，所以，還需要配備多個控制器，以維護系統運行的穩定性。其中，配備的控制器主要分為系統控制器和變換器控制器2種，系統控制器負責獲取所有變換器的運行數據，并下達相應指令；變換器控制器主要負責單一的變換，以保證系統運行的穩定性，正常發揮其功能。雖然主控制器能夠與所有變換器控制器通信，但是，變換器之間還是需要根據實際情況來決定能否通信。

2 互聯與網絡化技術

2.1 功率接口

配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術中運用的功率接口具有即插即用的優勢，它能夠將普通用電器、儲能電池、分布式發電等終端接入配電網，能夠將不同的電能輸入形式轉變為符合電網的需求。這一功率接口也可以說是一種電力電子裝備。通信接口能夠通過識別接入電網的終端設備實現終端數據的網上傳輸，并接受調控指令。

2.2 能量路由器

能量路由器能夠實現能量的雙向流動，支持通用網絡協議，是網絡中十分重要的智能能量管理模塊。能量路由器具有以下3個功能：①促使能量雙向流動，并作為固定壓力配電網、區域網的接口。②隨時獲取各功率接口上傳的終端數據，并通過對數據的整理、分析以及對終端設備實際運行情況和中亞配電網指令的分析，向終端設備下達相應的指令。③維護電網電壓的穩定性，最大限度地減少故障電流。

在選擇能量路由器的過程中，應提前分析電力用戶的用電情況，根據用電量等因素劃分用戶。對于用電量一般的用戶，可以選用20 kVA容量的路由器；對于用電量較大的企業型用戶，可選用500 kVA的路由器。

2.3 操作系統

互聯與網絡化技術操作系統實際上是一個通用化的網絡協議。為了統一識別、監督網絡中的所有設備，提升管理效果，要統一協調全部功率接口和能量路由器，使其共同支持這一網絡協議。在實際運行中，用戶可以將這一網絡協議安裝在手機或電腦中，以實時監控自身用電情況，并獲取最新的上網電價等信息，通過對信息數據的整理、分析，得到有效的控制措施。在配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術中，能量流和信息流極其重要。目前，配電網能量層的互聯已經初具規模，但是，通信層方面的建設還有待加強——各節點信息化建設相對緩慢，信息化程度不足，很多地區還在使用傳統的老式電表，很少運用有通信功能的智能電表。

3 結束語

電力電子裝備的發展不僅有效提升了配電網的性能，還推動了直流配電網的發展。通信技術與其的結合實現了配電網電力電子裝備的互聯，充分滿足了電能形式多樣化的需求，形成了集成性的電力系統，即電力電子互聯網。電力電子互聯網的運用在保證電能高效利用、電力系統穩定運行方面發揮著至關重要的作用，有利于我國電力事業的發展。

參考文獻

[1]何湘寧，宗升，吳建德，等.配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術[J].中國電機工程學報，2014，5（29）：5162-5170.

[2]王亞剛，方真真，劉鵬濤.配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術研究[J].科技展望，2016，3（3）：105-106.

作者簡介：任健（1984—），男，陜西商州，本科，助教，畢業于第二炮兵工程學院，主要研究電力電子技術在智能電網中的應用。

〔編輯：白潔〕