智能電網中電力設備及其技術發展分析

國網安徽省電力有限公司利辛縣供電公司 羅 斌 馮建華 趙 杰

1 引言

智能電網建設與實現是現階段電力產業發展的核心，而當前智能電網建設進程仍處于起步階段，結合智能電網建設情況來看，需結合智能電網實際需求而引入智能化電子設備，用于革新電網體系，并提升電網智能化程度，為智能電網的穩定運行提供助力。除此之外，可將新時代前沿科技手段良好融入智能電網體系中，強化技術支撐，以此切實保障智能電網運行效果。

2 案例概況

為增強本次智能電網電力設備及其技術發展分析的現實意義，本次選取某智能電網為實例展開具體分析。該智能電網現已基于電力行業源網荷儲而形成了完整的運行結構，且在“雙碳”目標指導下接入光伏發電系統，符合新時代產業發展大趨勢。對案例智能電網基本情況進行總結如下。

一是智能調度。該智能電網結合“云原生”設計理念而構建了彈性調度平臺，并以此為基礎形成了調度自動化主站系統，極大提高了電網調度針對性。

二是智能配用電。該智能電網內部配備新型智能化終端，可對電網系統內一次設備、二次設備進行智能設置與控制，一旦配用電期間出現故障問題，則可依托于智能配用電新型智能化終端進行快速診斷處理。

三是智能變電。案例智能電網引進了AI 技術，構建了以智能巡檢機器人為核心的智能巡檢系統，并基于此逐步推進智能電網無人值守局面的形成。

四是智能電表。案例智能電網聚焦能源網關智能終端，基于“操作系統+可拓展模組+移動軟件App”的形式強化智能電網電力設備及智能終端間的關聯，實現數據信息互通，同時借助智能電表而良好支撐電網社區多能服務、分布式能源服務以及智慧電能，持續提升電網服務價值量。

3 基于智能電網實例的電力設備探討

3.1 發電設備

在智能電網建設與實現過程中，主要所涉及的發電設備包括光伏、風機等再生能源發電設備，用于保障接入智能電網的再生能源發電系統能夠穩定運行。從電氣設備角度來看，電氣發電系統共分為三類，其一為可再生能源分布設備，如地熱發電、風力發電、潮汐發電、光伏發電系統所對應的發電設備；其二為智能控制電力設備，如動態控制設備、分接頭變換器、智能保護繼電器等；其三為能源轉換設備，包括飛輪、二次電池、超導儲能、燃料電池、蓄電池等[1]。

3.2 輸電設備

傳統電網運行期間存在遠距離輸電損耗大、波動強的隱患，尤其在“雙碳”目標深化落實過程中，間歇性清潔能源（光電、風電等）逐漸加入電網中，再次影響電網系統的運行穩定性。智能電網能夠依托于智能化電力設備對輸電過程進行調節調度，使智能輸電設備可結合電網實際情況針對性轉變運行參數，以此提高電網運行穩定程度。對智能電網案例中運用的電力設備進行總結如下。

一是柔性交流電設備。該類設備主要基于電力電子技術而實現，屬于現代化電力電子技術在智能電網輸電環節中的表現形式。在整個智能電網運行期間，柔性交流電設備能夠智能化調節控制輸電系統參數，用于控制輸電線路損耗、輸電成本，并對電網輸電功率進行優化，確保城市電網能夠實現安全穩定運行。案例智能電網中所運用的柔性交流輸電設備包括靜止快速勵磁器、串聯補償器、靜止調相器、無功補償器等。

二是超高壓直流輸電設備。通過該設備能夠使高壓交流電結合電網需求而轉化為高壓直流電，使電能可在智能電網中以直流電的形式展開遠距離傳輸，而完成遠距離傳輸后，再次轉變電能，使高壓直流電轉為交流電，借助該方式提升輸電穩定性。在整個智能電網中，換流站是超高壓直流輸電設備的關鍵，是交流電、直流電轉換的核心，因此，案例智能電網建設與運行期間，尤為看重換流站。

三是超導電力設備。案例智能電網充分應用了超導電力設備，混合應用正常態相變物理特性以及超導體載流能力，借助超導電力設備控制電網輸電損耗[2]。結合案例智能電網來看，其引入了超導電纜、超導磁儲能、超導限流器等超導電力設備，對上述超導電力設備的特征及作用進行總結，具體見表1。

表1 基于智能電網的超導電力設備的特征及作用

3.3 變電設備

多指智能電網中的一次二次設備，智能電網運行期間，可基于智能設備體系構建信息數據共享交換平臺，依托于智能電網而提高多元化設備之間的信息傳輸效率，在整個智能電網體系中實現數據共享。傳統電網與智能電網的信息通信模型存在差異，且數據傳輸方式具有不同，如傳統電網設備采用電纜連接，而智能電網設備的連接紐帶為光纖、電子式電流、電壓互感器等。因此，為防止智能電與傳統電網變電設備之間存在信息傳輸阻礙，需做好不同變電設備之間的通信對接工作，實現網絡通信對接，為智能電網變電設備的科學穩定運行創造良好條件。

3.4 配電設備

智能電網中的自動化配電設備需能夠良好符合分布式電源、雙向流動配電網的運行需求，結合分布式智能控制方式而使電網終端設備能夠基于局域網實現數據互通交換。在案例智能電網運行期間，其充分引進了傳感量測技術，依托于多類型傳感器裝置而采集統計配電設備實際運行數據，在此基礎上借助通信網絡傳輸與集成數據信息，為配電設備協調控制與運行監控提供便利。此外，要求智能配電網絡覆蓋用戶端口、分段開關、變電站、控制中心等所有節點，以載波、無線、光纖為紐帶實現組網銜接[3]。

4 基于智能電網實例的技術發展分析

4.1 AI 智能技術

AI 技術是新時代典型的技術手段，智能電網建設期間可將AI 技術與傳統電力技術相結合，將智能巡檢機器人融入智能電網體系配電、變電、輸電等環節中，依托于智能巡檢機器人而實現無人化運維檢測，在智能巡檢機器人幫助下無遺漏、大范圍、高頻次完成電網巡檢任務，以防常規人工巡檢產生誤操作等問題。電力智能巡檢機器人不僅運用了AI技術手段，還集成融入了導航定位技術、多傳感器信息融合技術、遠程控制技術、視頻采集技術、紅外檢測技術、圖像識別技術，而正是在多元化技術的集成應用下，使電力智能巡檢機器人具備了較為全面的功能。

第一，能夠對智能電網內部所有設備設施的運行參數進行統計集成，還可24h全天候巡檢有害氣體，借助電力智能巡檢機器人代替人工，減輕巡檢人員作業強度，保障智能電網巡檢質量。

第二，智能電網運行期間可對電力智能巡檢機器人進行遠程監控，并可遠程查閱與調閱智能機器人的巡檢數據，結合巡檢數據發現異常后，則可通過遠程控制對電力智能巡檢機器人下達指令，使其執行臨時巡檢任務。

第三，電力智能巡檢機器人所采集到的巡檢數據可實時傳輸至智能電網控制中心，此時可通過數據對比檢查展開分析，若出現參數超限問題，可及時檢查核實并處理解決，大幅提升智能電網運行可靠性。

4.2 電網儲能技術

傳統電網的電能輸出與變配具有同步性，電能難以存儲，而在智能電網建設期間，可引入新時代儲能技術，將儲能技術與光電、風電等系統相銜接，發電高峰將額外電能存儲，當發電效率較低時，則可運用儲能電池中的電能進行變配，以此起到削峰填谷的作用。案例智能電網銜接光伏發電系統，于該智能電網中融入了儲能技術，搭建了分布式光伏發電系統，其所產生的電能可直接饋入電網，依托分布式光伏自發自用離網儲能系統，該儲能系統自發自用，應用靈活，且光伏電能清潔低碳，并可憑借儲能系統解決光伏發電波動的情況。

整體來看，智能電網引入儲能基礎后，大幅提升了電能利用率，對電網運行成本與損耗成本進行了有效控制，同時還可極大推進“雙碳”目標的有效落實，減小負荷峰谷差，為智能電網科學調度、規劃、控制提供便利。分布式光伏自發自用離網儲能系統如圖1所示。

圖1 分布式光伏自發自用離網儲能系統

4.3 高級配電輸電體系

案例智能電網中設置了高級配電體系，其由配電SCADA、AC/DC 微網運行、配電快速仿真與模擬、新興電力電子裝置、高級配電自動化、GIS 配電地理系統、分布式電源運行等構成，在多裝置協同運行下，則可使智能電網具備“自愈”效果[4]。結合案例智能電網來看，其高級快速仿真與模擬模板還可便捷化評估電網運行風險，若經風險評估后發現存在隱患問題，則可第一時間進行優化，在高級配電體系作用下使智能電網具備數字支持、預測能力，在實現智能電網系統優化的同時，可精準可靠評估電網運行狀態，并實時預測，盡可能保障智能電網運行穩定性與可靠性。高級輸電體系在智能電網中的應用大幅規避停運風險，其由輸電GIS 技術、EMS 高級報警可視化、輸電阻塞管理、輸電SCADA、輸電系統仿真與模擬等模塊構成，在高級輸電體系幫助下有效提升智能電網輸電運行效率，以便智能電網更好地發揮作用。

5 結語

智能電網是未來階段電力產業發展的主要方向，而在智能電網構建與實現過程中，應結合電網實際運行需求而科學適宜地引入配電設備、變電設備、輸電設備以及發電設備，為智能電網穩定運行夯實設備基礎。此外，為盡可能地發揮出智能電網的優勢，可引入AI 智能技術、電力儲能技術、高級配電輸電體系，從不同技術角度入手，構建一個高效穩定的智能電網系統。