面向智能电网的智能电力设备技术与应用

面向智能电网的智能电力设备技术与应用

宁佳

(通号（北京）轨道工业集团有限公司轨道交通技术研究院北京102613)

摘要：智能电网的建设属于电力系统的一个重大变革，是电网今后发展的方向。另外，智能电力设备不仅在智能电网中起到了很大的作用，对人们的生活也带来了极大的便捷。本文对智能电力设备的关键技术及在智能电网中的作用进行了分析。

关键词：智能电网；智能电力设备；技术与应用

智能电网的建设是电力系统的一次重要变革，是电网未来的发展方向。随着智能电网建设的推进和相关研究的深入，为确保智能电网运行的安全和可靠，对智能电力设备技术的应用还需不断探索。

1智能电网与智能电力设备技术要求

智能型电网的智能化特征十分明显，具体表现在如下几方面：①智能电网的运行安全有了较好保障，因为其主要功能即保证电网稳定可靠，以及抵御攻击的自愈功能；②智能电网兼容和集成特征明显，其发电资源可兼容，其信息系统采用集成方式；③智能电网实现了用户的交互式，以及电脑质量的高度优化，同时，其还对电力市场的协同功效也不言而喻，为供电企业在很大程度上节约了资本支出，提高了供电企业的经济效益。

在上述智能电网特征中，自愈功能是其中最为重要的，其好坏程度直接影响电网智能化程度的深浅。要确保电网的自愈功能实现，先进的控制技术是前提，而要确保控制技术的有效实现，IED等智能电力设备技术的应用便成为最初也是最重要的基础条件，加之智能电网其他标志性功能的实现，要有效确保这些功能可正常进行，必须在配电网底层设置覆盖率高的“配电网控制节点”。

总之，在智能电网背景下，IED设备是其基础和前提，而与之密切相关的智能电力设备技术主要内容如下：①其必须包括量测、传感的可观测技术；②其必须对观测状态进行有效的调节和控制；③其必须实现数据到信息的提升，并采用嵌入式自主处理技术；④其必须具有明显的自适应和自愈功能。IED设备利用新兴传感和测量技术将电网实时信息通过各类集成通信与控制技术、决策支持进行数据交换，并能准确执行上层信息。

2设计分析及软硬件实现

2.1关键技术分析。综合目前的研究成果，智能电力设备宜采用模块化设计，并综合运用了以下关键技术。

1）全电量实时数据采集与处理技术。全电量实时数据包括相电流、相(线)电压、频率、功率、功率因数、电能等。通过对电流和电压二次信号的高速A/D转换，得出正确的一次值，并且能监控瞬时故障电流的发生。基于电流电压的向量计算，得出其它电力参数。

2)执行控制技术。在智能电力网络中为防止电力事故的出现，智能电力设备中的执行控制技术是最为关键的一点，执行控制技术是智能电网中控制环节，起到了关闭与开启的作用。在传统的电网中关闭和开启需要人力，这样很不安全也很麻烦，是传统电网中一个重大隐患。智能电网的智能控制技术是在情况紧急时，也能发挥出自身优点的技术。

3)数据交换与信息安全技术，随着网络时代到来，电力网络安全也是人们日益关心的话题。信息安全技术是为防御来自网络攻击而开发的技术，这项技术的科技含量极高，能有效避免来自网络攻击而带来的电力损失。

4)多通信接口技术。当前，智能电力设备的通信接口越来越多样化，能满足外部环境的需要。主要包括以下几种：①RS-232、RS-485及以太网通信接口都是目前较常见的接口；②对使用公网通信的终端设备而言，则需要客户根据实际情况，具体问题具体分析，进行合理配置，比如配置GPRS或CDMA等通信模块；③对使用光纤、载波等通信方式的监控系统，则必须根据光纤、载波的频率，配备相对应的通信设备。

2.2设备硬件实现

1）控制系统。控制系统模块主要实现两大功能：一是开关控制，通过开关连接器直接与开关相连；二是故障电流监测与测量，通过采集板采集电流与电压，并计算出其它参数。

对执行设备进行控制，必须采集相关的状态信号，如开关状态、接地刀闸状态等，所有DI量具有光电隔离措施。IED设备接收并执行遥控及复归指令，具有远方和本地闭锁及控制切换功能；支持开关就地操作控制，输入、输出回路采用严密的防干扰、防误动安全防护措施，保证在任何情况下模块都不出现误动；设备支持在交流失电的情况下，能对开关进行三次以上分合操作，具有输出短路、过热、过压等保护功能；遥控模块采用三级遥控模式，即遥控对象预置、遥控对象返校、遥控执行；单模块、单插件的故障不影响其它模块的正常运行，支持热插拔，支持在线扩充。

电流采集采用测量互感器+连接电缆+电流采集卡的组合形式，以利于设备安装与连接。相电流基于RMS电流测量并考虑一定的谐波分量。零序电流则通过穿芯平衡电流互感器进行直接测量。

电压采集通过电压测量模块接入供电电源来获取，可测量50Hz或60Hz的单相或三相电压，它基于基波成分测量。剩余电压的测量取三相电压的内部和。频率基于单相测量电压RMS。功率是基于线电压U21和U32及相电流11和13得出。采用2个瓦特计方式测量三相三线线路的有功和无功功率。有功和无功电能基于基波成分的测量，可分别计算2个方向的累积电能，当电源故障时，保留累积值。

2）通信系统。通信模块是智能电力设备中的信息传输系统，通信系统模块把控制系统中测算的各种参数加以储存和传输。通信系统的端口有“串口类”通信端口、IP类通信端口、互相传输类端口，这三种端口有效的保证了在信息处理方面做的更完善。

3）电源系统。智能电力设备的供电系统是由两部分组成，IED设备具有高可靠性和高可用性，在没有电力的紧急情况下，智能电力设备自带的备用电源可暂时使IED设备从新运转。设备电源的自主监测能实时发现设备中的电力问题，在交流供电缺失时，电力监控装置会及时报警维修，监测系统能监测48V电机电源、12VDC通信装置电源、12VDC内部电源故障。

备用电源的监测与管理：IED设备的备用电源主要是以电池为主，电池的监控是每12小时进行一次监测，监测的两个点都为负时，及时的上报管控中心。备用电池的供电量，能带动无线通信设备的传输工作16小时，并在供电的同时能执行10次的分合闸操作。

2.3软件实现方法。软件实现方法使用内嵌WEB数据服务器以HT-ML格式进行数据显示，主要有：①监视画面：显示所有的状态量和测量值；②控制画面：断路器开/合命令，预制命令计数；③诊断画面：读取或存储数据存档；④维护画面：站点参数，软件版本升级，配置参数下载，网络分析；⑤参数画面：通信配置，规约协议，开关控制，测量值和检测参数。通过软件可实现重要状态量变位信息快速主动上报及时间记录；能保存极值记录及事件记录SOE等数据；识别馈线发生的短路故障，以状态量变位的方式上报并有时间记录。

3智能电力设备的应用成效

在残酷的自然环境下，智能电力设备相对于传统电力设备更加稳定和先进，保证了电力的稳定传输，使居民和工业用电更加和谐，同时也减轻了当地电力工人的工作难度，保证了电力工作者的安全，使电力使用者和电力维护者都感受到智能电力设备带来的便捷和先进。目前，我国的智能电力设备已在几个试点城市中开始试点，在残酷的环境条件下，智能电力设备能有效的发挥作用，加快城市建设并优化市民的生活。

4结语

配电网智能化已成为电网建设的重点，随着低碳经济的不断深入和可持续发展的总战略要求，电力工业也必然会从经济、环保、科学的轨道上快速迈进，而配电网“智能”便是最鲜明的特征之一。因此，在供电安全和低碳节能的大趋势下，有必要对智能电力设备技术在智能电网中的应用进行分析，以提高智能电网的智能化监控管理水平，进而为确保智能电网的安全可靠运行奠定坚实基础。

参考文献：

[1]霍海锋.面向智能电网的智能电力设备技术与应用[J].电工技术，2014．

[2]张磊.试探面向智能电网的智能电力设备技术与应用[J].科技资讯，2015．

[3]李学军.面向智能电网的智能电力设备技术与应用[J].电工文摘，2015．

[4]徐超,周涛.电力设备智能电网是主旋律[J].证券导刊.2010(01)

[5]刘群垚.感知行业脉搏优化产业布局——访北京川江电力设备有限公司总经理齐兵先生[J].电气时代.2016(07)

[6]王稹.面对机遇,电力设备企业发展切忌盲目乐观[J].高科技与产化.2009(10)

[7]刘群垚.感知行业脉搏优化产业布局访北京川江电力设备有限公司总经理齐兵[J].电气制造.2015(03)