智能电网中电力设备及其技术发展分析

国网安徽省电力有限公司利辛县供电公司 罗 斌 冯建华 赵 杰

1 引言

智能电网建设与实现是现阶段电力产业发展的核心，而当前智能电网建设进程仍处于起步阶段，结合智能电网建设情况来看，需结合智能电网实际需求而引入智能化电子设备，用于革新电网体系，并提升电网智能化程度，为智能电网的稳定运行提供助力。除此之外，可将新时代前沿科技手段良好融入智能电网体系中，强化技术支撑，以此切实保障智能电网运行效果。

2 案例概况

为增强本次智能电网电力设备及其技术发展分析的现实意义，本次选取某智能电网为实例展开具体分析。该智能电网现已基于电力行业源网荷储而形成了完整的运行结构，且在“双碳”目标指导下接入光伏发电系统，符合新时代产业发展大趋势。对案例智能电网基本情况进行总结如下。

一是智能调度。该智能电网结合“云原生”设计理念而构建了弹性调度平台，并以此为基础形成了调度自动化主站系统，极大提高了电网调度针对性。

二是智能配用电。该智能电网内部配备新型智能化终端，可对电网系统内一次设备、二次设备进行智能设置与控制，一旦配用电期间出现故障问题，则可依托于智能配用电新型智能化终端进行快速诊断处理。

三是智能变电。案例智能电网引进了AI 技术，构建了以智能巡检机器人为核心的智能巡检系统，并基于此逐步推进智能电网无人值守局面的形成。

四是智能电表。案例智能电网聚焦能源网关智能终端，基于“操作系统+可拓展模组+移动软件App”的形式强化智能电网电力设备及智能终端间的关联，实现数据信息互通，同时借助智能电表而良好支撑电网社区多能服务、分布式能源服务以及智慧电能，持续提升电网服务价值量。

3 基于智能电网实例的电力设备探讨

3.1 发电设备

在智能电网建设与实现过程中，主要所涉及的发电设备包括光伏、风机等再生能源发电设备，用于保障接入智能电网的再生能源发电系统能够稳定运行。从电气设备角度来看，电气发电系统共分为三类，其一为可再生能源分布设备，如地热发电、风力发电、潮汐发电、光伏发电系统所对应的发电设备；其二为智能控制电力设备，如动态控制设备、分接头变换器、智能保护继电器等；其三为能源转换设备，包括飞轮、二次电池、超导储能、燃料电池、蓄电池等[1]。

3.2 输电设备

传统电网运行期间存在远距离输电损耗大、波动强的隐患，尤其在“双碳”目标深化落实过程中，间歇性清洁能源（光电、风电等）逐渐加入电网中，再次影响电网系统的运行稳定性。智能电网能够依托于智能化电力设备对输电过程进行调节调度，使智能输电设备可结合电网实际情况针对性转变运行参数，以此提高电网运行稳定程度。对智能电网案例中运用的电力设备进行总结如下。

一是柔性交流电设备。该类设备主要基于电力电子技术而实现，属于现代化电力电子技术在智能电网输电环节中的表现形式。在整个智能电网运行期间，柔性交流电设备能够智能化调节控制输电系统参数，用于控制输电线路损耗、输电成本，并对电网输电功率进行优化，确保城市电网能够实现安全稳定运行。案例智能电网中所运用的柔性交流输电设备包括静止快速励磁器、串联补偿器、静止调相器、无功补偿器等。

二是超高压直流输电设备。通过该设备能够使高压交流电结合电网需求而转化为高压直流电，使电能可在智能电网中以直流电的形式展开远距离传输，而完成远距离传输后，再次转变电能，使高压直流电转为交流电，借助该方式提升输电稳定性。在整个智能电网中，换流站是超高压直流输电设备的关键，是交流电、直流电转换的核心，因此，案例智能电网建设与运行期间，尤为看重换流站。

三是超导电力设备。案例智能电网充分应用了超导电力设备，混合应用正常态相变物理特性以及超导体载流能力，借助超导电力设备控制电网输电损耗[2]。结合案例智能电网来看，其引入了超导电缆、超导磁储能、超导限流器等超导电力设备，对上述超导电力设备的特征及作用进行总结，具体见表1。

表1 基于智能电网的超导电力设备的特征及作用

3.3 变电设备

多指智能电网中的一次二次设备，智能电网运行期间，可基于智能设备体系构建信息数据共享交换平台，依托于智能电网而提高多元化设备之间的信息传输效率，在整个智能电网体系中实现数据共享。传统电网与智能电网的信息通信模型存在差异，且数据传输方式具有不同，如传统电网设备采用电缆连接，而智能电网设备的连接纽带为光纤、电子式电流、电压互感器等。因此，为防止智能电与传统电网变电设备之间存在信息传输阻碍，需做好不同变电设备之间的通信对接工作，实现网络通信对接，为智能电网变电设备的科学稳定运行创造良好条件。

3.4 配电设备

智能电网中的自动化配电设备需能够良好符合分布式电源、双向流动配电网的运行需求，结合分布式智能控制方式而使电网终端设备能够基于局域网实现数据互通交换。在案例智能电网运行期间，其充分引进了传感量测技术，依托于多类型传感器装置而采集统计配电设备实际运行数据，在此基础上借助通信网络传输与集成数据信息，为配电设备协调控制与运行监控提供便利。此外，要求智能配电网络覆盖用户端口、分段开关、变电站、控制中心等所有节点，以载波、无线、光纤为纽带实现组网衔接[3]。

4 基于智能电网实例的技术发展分析

4.1 AI 智能技术

AI 技术是新时代典型的技术手段，智能电网建设期间可将AI 技术与传统电力技术相结合，将智能巡检机器人融入智能电网体系配电、变电、输电等环节中，依托于智能巡检机器人而实现无人化运维检测，在智能巡检机器人帮助下无遗漏、大范围、高频次完成电网巡检任务，以防常规人工巡检产生误操作等问题。电力智能巡检机器人不仅运用了AI技术手段，还集成融入了导航定位技术、多传感器信息融合技术、远程控制技术、视频采集技术、红外检测技术、图像识别技术，而正是在多元化技术的集成应用下，使电力智能巡检机器人具备了较为全面的功能。

第一，能够对智能电网内部所有设备设施的运行参数进行统计集成，还可24h全天候巡检有害气体，借助电力智能巡检机器人代替人工，减轻巡检人员作业强度，保障智能电网巡检质量。

第二，智能电网运行期间可对电力智能巡检机器人进行远程监控，并可远程查阅与调阅智能机器人的巡检数据，结合巡检数据发现异常后，则可通过远程控制对电力智能巡检机器人下达指令，使其执行临时巡检任务。

第三，电力智能巡检机器人所采集到的巡检数据可实时传输至智能电网控制中心，此时可通过数据对比检查展开分析，若出现参数超限问题，可及时检查核实并处理解决，大幅提升智能电网运行可靠性。

4.2 电网储能技术

传统电网的电能输出与变配具有同步性，电能难以存储，而在智能电网建设期间，可引入新时代储能技术，将储能技术与光电、风电等系统相衔接，发电高峰将额外电能存储，当发电效率较低时，则可运用储能电池中的电能进行变配，以此起到削峰填谷的作用。案例智能电网衔接光伏发电系统，于该智能电网中融入了储能技术，搭建了分布式光伏发电系统，其所产生的电能可直接馈入电网，依托分布式光伏自发自用离网储能系统，该储能系统自发自用，应用灵活，且光伏电能清洁低碳，并可凭借储能系统解决光伏发电波动的情况。

整体来看，智能电网引入储能基础后，大幅提升了电能利用率，对电网运行成本与损耗成本进行了有效控制，同时还可极大推进“双碳”目标的有效落实，减小负荷峰谷差，为智能电网科学调度、规划、控制提供便利。分布式光伏自发自用离网储能系统如图1所示。

图1 分布式光伏自发自用离网储能系统

4.3 高级配电输电体系

案例智能电网中设置了高级配电体系，其由配电SCADA、AC/DC 微网运行、配电快速仿真与模拟、新兴电力电子装置、高级配电自动化、GIS 配电地理系统、分布式电源运行等构成，在多装置协同运行下，则可使智能电网具备“自愈”效果[4]。结合案例智能电网来看，其高级快速仿真与模拟模板还可便捷化评估电网运行风险，若经风险评估后发现存在隐患问题，则可第一时间进行优化，在高级配电体系作用下使智能电网具备数字支持、预测能力，在实现智能电网系统优化的同时，可精准可靠评估电网运行状态，并实时预测，尽可能保障智能电网运行稳定性与可靠性。高级输电体系在智能电网中的应用大幅规避停运风险，其由输电GIS 技术、EMS 高级报警可视化、输电阻塞管理、输电SCADA、输电系统仿真与模拟等模块构成，在高级输电体系帮助下有效提升智能电网输电运行效率，以便智能电网更好地发挥作用。

5 结语

智能电网是未来阶段电力产业发展的主要方向，而在智能电网构建与实现过程中，应结合电网实际运行需求而科学适宜地引入配电设备、变电设备、输电设备以及发电设备，为智能电网稳定运行夯实设备基础。此外，为尽可能地发挥出智能电网的优势，可引入AI 智能技术、电力储能技术、高级配电输电体系，从不同技术角度入手，构建一个高效稳定的智能电网系统。