智能电网中电力设备及其技术发展分析

智能电网中电力设备及其技术发展分析

第２电力系统及其自动化学报４卷第２期Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．２

２０１２年４月ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｓｏｆｔｈｅＣＳＵ－ＥＰＳＡＡｒ．０１２　　　　２ｇｐ

智能电网中电力设备及其技术发展分析

孔祥玉，赵帅，贾宏杰，姜涛

（）天津大学智能电网教育部重点实验室，天津３０００７２

摘要：智能电网是未来电力系统发展方向，作为一个完整的电力系统，智能电网涵盖发、输、变、配、用全流程，各个环节中将涉及大量电力设备。文中简要分析了各环节中智能电力设备发展的特点，并对现有及正在研发指出在智能电网发展中的影响及重要作用。结合我国电力系统建设的特点的智能电力设备及技术进行介绍，

提出我国智能电力设备领域需要重点发展的关键技术。和世界智能电网发展进程，

关键词：智能电网；电力设备；电力电子技术；储能技术

（）中图分类号：ＴＭ７２；ＴＭ６４　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００３９３０２０１２０２０２１６－８－０－０

ＡｎａｌｓｉｓｏｆＥｕｉｍｅｎｔａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｉｎＳｍａｒｔＧｒｉｄＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔ　　　　　　　ｙｑｐｇｙｐ　

，，ｕ，ｉｅＫＯＮＧＸｉａｎＺＨＡＯＳｈｕａｉＪＩＡ　ＨｏｎＪＩＡＮＧＴａｏ　－　－　ｙｊｇｇ

（，，ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＳｍａｒｔＧｒｉｄｏｆＭｉｎｉｓｔｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＴｉａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ　　　　　　ｙｙｙｊｙ　　　

）Ｔｉａｎｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ　ｊ

：，，，ＡｂｓｔｒａｃｔＳｍａｒｔＧｒｉｄｉｓｔｈｅｆｕｔｕｒｅｏｆｏｗｅｒｓｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｃｏｖｅｒｓｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉ　　　　　　　　　－ｐｙｇ，，ｂｕｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｉｎｖｏｌｖｅｓａｌａｒｅｎｕｍｂｅｒｏｆｎｅｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｕｉｍｅｎｔｓａｎｄｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓ．Ｔｈｅ　　　　　　　　　　　　ｇｑｐｇｏｆｅｕｉｍｅｎｔａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｉｎｓｍａｒｔｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄｉｎｔｈｅｉｒｄａｅｒ．Ｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　　　　　　　　　　　　ｑｐｇｙｐｙｇｐｐｇ　ｅｕｉｍｅｎｔｒｉｄａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｏｆｅｘｉｓｔｉｎａｎｄｕｎｄｅｒｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｉｍａｃｔｆｏｒｓｍａｒｔｄｅ　　　　　　　　　　　　　　－ｑｐｇｇｙｇｐｐ　　ｏｉｎｔｅｄｏｗｅｒｖｅｌｏｍｅｎｔｏｕｔ．ＣｏｍｂｉｎｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣｈｉｎａｓｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔ　　　　　　　　　　　ｐｐｐｇｐｙｐ　，ｒｉｄｒｉｄｒｏｏｓｅｄ．ｒｏｃｅｓｓｏｆｗｏｒｌｄｓｍａｒｔｋｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｆｏｒＣｈｉｎａｓｍａｒｔｗｅｒｅ　　　　　　　　　　ｇｇｐｐｐｙｇ　

：；；；ｒｉｄｏｗｅｒＫｅｗｏｒｄｓｓｍａｒｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｕｉｍｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｅｎｅｒｓｔｏｒａｅｔｅｃｈｎｏｌｏ　　　　ｇｐｑｐｇｙｇｇｙｙ　　

随着各种先进技术在电网中的广泛　　近年来，

应用，发展智能电网已在世界范围内形成共识。由国际上对其还没有达于智能电网尚处于起步阶段，

从技术发展和应用的角度成统一而明确的定义。

看，世界各国、各领域的专家、学者普遍认同以下观智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信点：

技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。作为一个完整的电力系统，智能电网涵盖发、输、变、配和用全流程，各个环节中涉及大量的电力设备和关键技术。

智能电力设备，从狭义上来说，是具有信息获取或传输，并能进行逻辑判断的电力设备；而广义上，则可以认为是适应和支持智能电网新特点的所

１］

。实际上，就智能电网相关的各种硬有电力设备［

件设施，比如高度的电力设备自动化，各国一直都智能电网具有系统整合的特点在进行相关的建设。

将涉及到的各个单元或是部件整合成一个和趋势，

能智能化工作的系统，如智能配电系统，数字化变用户电价互动系统等，这些系统中已经包含电站，

多种智能单元和部件，整合后的系统可能同时包含

２～４］

。二次设备［多个当前电力系统一、

本文简要分析和介绍了支持智能电网的各项，新设备（新技术）包含各种新型能源发电和接入设超导、复合材料传输设备，储能设备，新型电力备：

电子设备，信息量测和传输设备，以及诸如智能电表、智能终端和智能管理终端等。其中部分技术和设备在智能电网概念提出之前就已经出现，但作为

；修回日期：２０１１１６２０１２１０　　收稿日期：－１－１－０－１

；基金项目：国家高技术研究发展计划（资助项目（国家重点基础研究发展计划（资助项目８６３计划）２０１１ＡＡ０５Ａ１１５）９７３计划）

（））及国家自然科学基金资助项目（２００９ＣＢ２１９７００５１１０７０８６

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电力系统及其自动化学报　　　　　　　　　　　　　　第２４卷

智能电网建设的重要组成或实现智能电网的重要手段，在本文中也进行了相应介绍。）各种大容量储能及高效能量转换装置，如３

蓄电池储能、超级电容器、超导储能、飞轮储能，以高容量储氢、高效二次电池等设备。及燃料电池，

以分布式发电系统为例，如图１所示，发电部分、功率调节部分有多个逆变器，其中功率转换和控制装置又包含诸多核心设备，如各种大功率高性大功率风力发电机的励磁与控制器、风能变流器、

力发电用永磁发电机变速调速装置、大功率并网逆储能装置以及电网的连接设备，燃料电池、电变器、

能输出波形质量设备，电压跌落隔离和保护设备等。对于大功率燃料电池系统，则涉及新的电路拓扑、智能集成功率变流器和智能系统级控制

６］

。设备［

１　国内外智能电网的侧重区别

智能电网中电力设备及其技术发展的驱动可以用“环境决定侧重，力度决定速度”来概括。后半句表明政府意图对智能电网发展的决策和重视程而前面半句，度决定智能电网和各项技术的速度，

则表明智能电网的发展应与国情相适应，智能电力设备技术的发展也与智能电网的侧重相匹配。

美国智能电网环境的特点是分布式发电比重快速上升与完全竞争性的电力市场，因此注重用户侧和配电智能设备，相关技术开发和应用也着重这”智能电网规划中，在美国“美国两部分。ｒｉｄ２０３０ｇ智能电网的电力设备主要围绕如智能电表、智能终端、智能配电网设备以及超导和储能等方面。欧洲太阳能国家智能电网建设主要是促进并满足风能、和生物质能等可再生能源的快速发展，把可再生能分布式电源的接入以及碳的零排放等环保问题源、

作为重点，因此优先发展新能源接入与控制相关设

５］

。备及技术［日本和韩国将智能变电站、配电网的

自愈控制相关设备，以及大规模太阳能等新能源开发的保护与控制设备作为研究重点。由于我国能源售合并的垄断性电与用电负荷分布的情况以及网、

力环境，导致智能电网规划侧重长距离、高电压输但同时智能用电双向互动、分布式电变电的发展，

源＂即插即用＂接入的需求及电力市场化改革，也如智能电表及双向通极大推动配用电设备的发展，信网络的广泛建设。

图１　分布式发电、储能及转化系统

，ｅｎｅｒａｔｉｏｎＦｉ．１　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｓｔｏｒａｅ　ｇｇｇｙｇ　

ａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｓｔｅｍ　　ｙ

２．２　输电方面

智能电网网架建设，既要发展大容量远距离低损耗输电技术，也要考虑大规模间歇式新能源接入对输电网的影响，主要集中于柔性交流输电（）及其ＦＡＣＴＳｆｌｅｘｉｂｌｅＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｓｔｅｍｓ　　　ｙ

高压、特高压直流输电相应柔性交流输电设备，

），以及高温超ＨＶＤＣ（ｈｉｈｖｏｌｔａｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔ　　　ｇｇ

导技术等，前两项涉及大量的电力电子设备，最后一项同时涉及新材料和复合材料等关键技术和设备。

）１ＦＡＣＴＳ技术及设备

柔性交流输电技术是现代电力电子技术与电力系统相结合的产物，是智能电力设备在输电部分应用的体现。该技术采用具有单独或综合功能的电对输电系统的主要参数（如电压、相位力电子装置，

差、电抗等）进行灵活快速的适时控制，以期实现输送功率合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定和可靠性。目前已成功应用或正在开发研究的Ｆ如静止无功ＡＣＴＳ装置有十几种，

２　智能电力设备发展现状

智能电网作为一个整体，无论侧重点在哪个部分，都需要众多先进的智能电力设备的支持。２．１　发电方面

智能电网在发电方面涉及的电气设备包括各种可再生能源能量转换设备，安全、可靠并网接入设备以及储能设备。

）各种新能源和分布式发电技术设备，如微１

、型燃气轮机、燃料电池（微透平）太阳能光伏发电（、、太阳板）风力发电（风机）生物质能发电设备、海洋能发电设备和地热发电设备等。

）智能保护与控制类设备，如数字型保护继２

电器、智能分接头变换器、动态分布式电力控制设备等。

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第２期　　　　　　　　　　　　　　　　孔祥玉：智能电网中电力设备及其技术发展分析

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、、补偿器（静止调相机（静止快ＳＶＣ）ＳＴＡＴＣＯＭ））、、速励磁器（串联补偿器（统一潮流控ＰＳＳＳＳＳＣ）、、晶闸管控制串联电容器（晶制器（ＵＰＦＣ）ＴＣＳＣ）闸管控制申联电抗器（ＴＣＳＲ）和可转换静止补偿器（ＣＳＣ）等。

近年来，该技术已经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用。但如果大规ＦＡＣＴＳ技术的应用还局限于个别工程，

还要解决一些全局性的技术模应用ＦＡＣＴＳ装置，

７］

，问题［例如多个ＦＡＣＴＳ装置控制系统的协调配

展的重要构成部分和载体。目前，超导电力技术已进入高速发展时期，若干超导电力设备，如超导电超导变压器、超导限流器、超导磁储能系统等已缆、

在电力系统试运行。表１为超导电力设备的特点及其对电力工业的作用和影响。

表１　超导电力设备的特点及其对电力系统的作用和影响

Ｔａｂ．１　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｅｕｉｍｅｎｔ　　ｐｇｑｐ　

ａｎｄｉｔｓｒｏｌｅａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｎｓｓｔｅｍｏｗｅｒ　　　　　　　ｙｐ

应用超导限流器超导电缆导储能系特点

故障①正常时阻抗为零，

时呈现为一个大阻抗；

触发和限流于②集检测、

一体；③反应和恢复速度快。

作用和影响

①提高电网的稳定性；②改善供电可靠性；③保

降低建设护电气设备；④

成本和改造费用；⑤增加电网的输送容量。

合问题，继电保护ＦＡＣＴＳ装置与已有的常规控制、的衔接问题等。随着智能电网的发展以及电力电子器件的性能提高和造价降低，ＦＡＣＴＳ装置和设备会在未来输电领域大规模应用。

）２ＨＶＤＣ技术及设备

高压直流输电是将发电厂发出的交流电通过然后通过直流输电线路送至受换流阀变成直流电，

电端再变成交流电注入受端交流电网。直流输电核换流站实现了直流输电心技术集中于换流站设备，

工程中直流和交流相互能量转换，除在交流场具有交流变电站相同设备外，还有以下特有设备：换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光换流阀单位容量在不断增大。控晶闸管阀，

ＨＶＤＣ中的轻型直流输电系统（Ｌｉｈｔｇ

如海上风力发电用岸ＨＶＤＣ）技术目前备受关注，上轻型高压直流输电装置，采用ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等可关断的器件组成换流器，可以免除换相失败的风险，对受端系统的容量没有要求。未来可用于向孤立小系统（如海上石油平台、海岛）供电，或在城市配电系统中用于接入燃料电池、光伏发电等分布式

８］

。电源，是智能电网发展中的重要技术和设备［

①功率输送密度高；②损①低压大电流高密度输

体积小、重量轻；耗小、电；②符合环保和节能的

发展要求；③单位长度电抗值小；③减少城市用

。；地④缩短电气即离。④液氮冷却

①快速进行功率补偿；

①反应速度快；②转换效

②提高大电网的动态稳定

率高；③可短时向电网提

性；③改善电能品质；④改

供大功率。

善供电可靠性。

①调节功率或进行功率补偿；②改善电能质量；③提高电网稳定性；④限制短

；路电流⑤适于分布式电

力系统。

①反应速度快；②转换效超

率高；③能够弥补基于电导

力电容器的ＦＡＣＴＳ装置的

ＦＡＣＴＳ

不足之处。

２．３　变电方面

未来变电站需要在网络信息交互共享的基础上实现信息互用，建立电力企业的大信息平台，并在此基础上逐步实现智能电网所要求的诸多强大目前主要进行的是数字化变电站，它由智能功能。

化一次设备、网络化二次设备在ＩＥＣ６１８５０通信协从而实现智能设备间信息共享议基础上分层构建，

和互操作。与传统变电站相比，数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电压互感器、一次设备以及一次设备与二次电流、

设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。

智能变电站是数字变电站的发展，是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量并可根据需要支持电网实时自动控和监测等功能，

制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。与数字化变电站相比，不仅是简单的数字采集与展

）超导技术及设备３

智能电网的目标是降低网络损耗，美国智能电网规划的一个重要目标是实现以超导为主的骨干网，大幅降低网络损耗。超导电力技术是利用超导体的无阻高密度载流能力及超导体的超导态和正常态相变的物理特性发展起来的一门新的电力技术，它在实现电力装置的轻量化、小型化、低能耗和稳定性和电力质量等方面提高电力系统的安全性、

具有重要的意义和广阔的应用前景。

超导技术及其发展的各种设备是智能电网发

智能电网中电力设备及其技术发展分析

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电力系统及其自动化学报　　　　　　　　　　　　　　第２４卷

示，更具有一定智能意义的分析功能。智能变电站中，一次设备被检测的信号回路和被控操作驱动将简化了传统机电式采用微处理器和光电技术设计，

继电器及控制回路结构。数字程控器及数字公共信号网络取代传统导线连接。变电站二次回路中传统继电器及其逻辑回路被可编程序代替，传统的强电

９］

。模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替［

节点（控制中心、变电站、分段开关、用户端口等）的数据通信网，将涉及光纤、无线、载波等各种组网对各种信息量的采集，涉及先进的传技术及设备。

感测量技术与设备，如光学或电子互感器、架空线路与电缆温度测量、电力设备状态在线监测、电能质量测量等。目前我国配电网的传感测量比较多的未来智能电网的是构建在光纤传感测量技术之上，构建也将在此基础上进行延伸。

提高电能质量是智能电网构建的一个重要目

标，在配电方面涉及大量的电力电子设备。而作为ＦＡＣＴＳ技术在配电系统应用的延伸，

（）技术综合了配电ＤＦＡＣＴＳＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦＡＣＴＳ　网未来新技术的应用。ＤＦＡＣＴＳ技术与输电系统中的ＦＡＣＴＳ技术侧重不同，ＦＡＣＴＳ设备的主要作用是调整输电线路的参数，控制线路的潮流，提高输电线路的功率传输极限，使输电线路的潮流能提高全网的经济性；也可以按预定计划实现控制，

通过快速控制提高系统动态性能，如调节电压、控而Ｄ制功率振荡和抑制次同步振荡等；ＦＡＣＴＳ技术主要用来提高供电质量，即减小谐波和畸变、电压波动与闪变、电压暂降与电压中断、消除三相不平衡，使电压的幅值和波形符合要求、提高功率因数等。配电网涉及的智能电力设备如表２所示。

变电站内的二次设备，如继电保护装置、防误测量控制装置、远动装置、故障录波装闭锁装置、

置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等，将基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接采用高速的网络通信，常规的功能装置将具有逻辑功能模块。２．４　配电方面

智能电网配电部分将实现高级配电自动化，以适应分布式电源与柔性配电设备的大量接入，满足同时采用分布式功率双向流动配电网的监控需要；

智能控制，现场终端装置能通过局域网交换信息，实现广域电压无功调节、快速故障隔离等控制功

１０］

。智能配电网依赖前端先进的传感量测技术能［

对各类数据的采集，并通过通信网络完成数据的融合和传输，实现运行监视与协调控制，其中包含诸多的新技术和新设备。例如构建覆盖配电网中所有

表２　配电网涉及的智能电力设备的特点及分类

Ｔａｂ．２　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｕｉｍｅｎｔｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｓｍａｒｔｒｉｄ　　　　　　　　　　ｑｐｇ

类型静态

开关设备

配电网设备固态断路器（ＳＳＣＢ）

特点

可靠及重复操作特性，通过与其它装置，如静态补偿器或统一潮流控制器　具有快速通断、

等的配合使用，可极大提高配电网络的稳定性和可靠性。高频、低损耗和高安全性的特性，能够保证重要用户供电电源的迅速投切、限　具有瞬时、

有效解决冲击性负荷给电力系统带来的冲击。也可与其他技术结合使用，通制合闸电流等，

过协调控制解决配电网的相关电能质量问题。

具有消除系统电压波动、限制故障电流和抑　能在毫秒时间内将电压跌落补偿至正常值，

是对敏感负荷供电质量非常有效的串联补偿装置。制电压谐波的功能，

其无功输出相当于同容量Ｓ与传ＶＣ的１．４～２倍。　可从感性到容性全范围内连续调节，

统Ｓ具有响应更加迅速、电压闪变抑制更强、运行范围更宽、滤除高次谐波能力强、ＶＣ相比，

。电磁噪声显著降低以及功率损耗低等特点，是Ｓ的换代产品ＶＣ具有简化管理、节约开支、降低损耗、提　基于ＰＷＭ变流器的一种用户电力新型调节器，

高效率等优点。可以使三电平并联型变流器同时完成抑制谐波、补偿无功和不对称的功能，并且达到良好的动态和静态效果。如果直流侧带有蓄电池，还可以作为逆变器向负荷提供

改善电能质量的有效措施。与传统的无源滤波器相比，有源电力滤　是治理电力系统谐波、

抑制闪变、补偿无功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势。波器具有补偿各次谐波、

并联单元具有ＳＴＡＴＣＯＭ和ＡＰＦ等功　集串联型和并联型补偿装置的多重功能于一体，

）等功能，能，串联单元具Ｄ直流储能单元具有蓄电池能量存ＶＲ和动态不间断电源（ＤＵＰＳ

储系统功能，通过多目标协调控制可实现电压调节、有功、无功动态调节、有源滤波、平衡化补偿、动态不间断电源、储能、直流电源等综合功能。系统正常运行时，电阻很小，对ＴＯ两端并联限流阻抗接入电网，　将超导装置或反并联Ｇ系统运行无影响；发生故障时，短路电流急剧上，超导体失超使电阻迅速增加，或由ＧＴＯ构

。，。成的固态开关能快速切断短路电流故障切除后一段时间恢复到正常状态

）固态转换开关（ＳＳＴＳ动态电压调节器（ＤＶＲ）

静

止补偿器

配电系统静止同步补偿器

（ＤＳＴＡＴＣＯＭ）用户电力统一调节器

（ＵＣＰＣ）有源电力滤波器（ＡＰＦ）统一电能质量调节器（ＵＰＱＣ）

其

他

故障电流限制器（ＦＣＬ）

智能电网中电力设备及其技术发展分析

第２期　　　　　　　　　　　　　　　　孔祥玉：智能电网中电力设备及其技术发展分析

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２．５　用电方面

智能用电部分的重要目标是实现用户互动，促用户侧支持能量和信息的双使电力市场完全竞争。

向流动，用户可以通过实时获取用电信息与不断变化的不同供电商的电价，真正实现全国范围内电力

１１］

。市场完全竞争［

３　智能电力设备的关键技术

结合我国智能电网发展特点和世界智能电网发展进程，智能电力设备方面应着重发展以下两方面的技术。

智能化电力电子技术３．１　高性能、

在未来的智能电网中，由于在发电部分各种新能源和分布式能源的开发和利用，在输电部分电力以及在配、系统安全稳定及降低网络损耗的传输，

用电方面对电能质量的要求，预计会有９５％以上

６］

。的电能要经过电力电子技术的处理后才能使用［

供电侧将以信息采集与管理为主，通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现推行阶梯定价、复合管理、线损分析，最用电监控、

终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电）等；用户侧能够了解实时电价和按照自己需求，实时用电管理及用电质量等服务。因此该部分的智能电力设备包括：智能表计、高度自动化、即插即用式智能保护装置、测量监视设备、储能智能电力设备、

电池、家庭自动化设备、海量数据处理设备和可视化设备等。

）智能表计，具有电功率计量计时、记费、与１

上位机通讯、用电管理等功能的电度表，可以定时，如１或即时取得用户带有时标的分时段的（５ｍｉｎ或准实时）的多种计量值，如用电１ｈ等）或实时（量、用电功率、电压、电流和其他信息。）数据量测设备，可以分为用户专用和公用２

事业专用。用户专用量测主要包括具有家电控制、电能质量分析、防偷电、功率和用电量测量、实时电价处理、成本控制、自备电源监测等功能的设备。它通过发达的通信技们通常以电子计量设备为基础，

术，实现对电力运行状态及交易相关参数的测量、控制等。公用事业专用量测有公用事业监测系统和、高级保护系统。相角量测单元（广域量测ＰＭＵ）（）、线路容量动态监测、各种先进的传感ＷＡＭＳ器、具有监测功能的电子设备（如电子变压器）等均属前者；高级保护系统包括故障检测继电器、一些特定保护系统，如关键设备监视、状态和预想故障监视保护等相关智能电力设备。

）通信设备，通信技术涉及的智能设备种类３繁多，常见的类型有铜芯线、光纤、电力线通信（、、无线通信等技术，还需发展如Ｉ卫ＢＰＬ）ｎｔｅｒｎｅｔ星、无线、传感器网络等多种通信方式。通过这３Ｇ、些载体，可以在更广的范围实现更多信息和应用的连接和集成，使数据在发电、输电、配电和用户等不同主体及各类应用系统之间高速传递。同时通信设备还包括维持精确的数据对时和同步能力的设备，提高抵御外部通信干扰的能力，降低对外部的辐射和电磁干扰等功能的技术和设备等。

在智能电网中，可谓电力电子技术和装置将无处不在：从发、输电角度来说，电力电子技术可有效提高从配用电角度来说，电发电效率和提高输电质量；

力电子技术可有效进行节能改造，提高用电效率。图２简单说明了电　　由于智能电网的范围广泛，

主要包括三大类产力电子所涉及的各部分的应用，

、品：变频器（变频调速）电能质量类产品（含高压直柔性交流输电Ｆ流输电、ＡＣＴＳ等）和电子电源产品。智能电网的电力电子设备正朝着高性能化、智能化、全数字控制、系统化和绿色化（无谐波公害）方向发展

。

图２　电力电子在智能电网中的应用

Ｆｉ．２　Ａｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎｓｍａｒｔｒｉｄ　　　　　　ｇｐｐｐｇ

高密度、大规模储能技术３．２　低成本、

利用电能储存技术可以实现负荷的消峰填谷，有助于提高配电系统的资产利用率，降低系统损耗，是实现电能高效利用的一项重要措施。储能设备接入系统或用户侧还可与各种分布式电源相配合，解决风能、太阳能等的间歇性对配电系统造成与各种电能质量控制设备相配的不利影响问题；

合，有助于定制电力技术的实现。目前，各种储能技术的研究在国际上受到了广泛的关注。随着低成高密度、大规模储能技术的突破，电力系统的运本、

智能电网中电力设备及其技术发展分析

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电力系统及其自动化学报　　　　　　　　　　　　　　第２４卷

［］５ｕｒｅｖＰ，ＲａａｉｎｉＥ．Ｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔａｌｉｃａｔｉｏｎｌ　Ｇ　　　－Ａ－ｙｇｇｐｐｐｐｙ

ｉｎｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｅｕｉｍｅｎｔｔｏｂｒｉｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｅｎｅｆｉｔｓ　　　　ｇｇｑｐｇ　　

］ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｓａｎｄｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｃｕｓｔｏｍｅｒｓ［Ｊ．ｔｏｏｗｅｒ　　　　　ｐ（）：ＡＢＢＲｅｖｉｅｗ，２０１１，４３３２－３９．　

［］我国电力电子与电力传动６ＱｉａｎＺｈａｏｍｉｎ．　钱照明（　ｇ）

发展的大好机遇（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｏｒｔｕｎｉ　　－ｐｐｐ）ｔｉｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｉｎＣｈｉｎａｏｗｅｒ　　　　　　　　ｐ［］），２变频器世界（Ｊ．ＴｈｅＷｏｒｌｄｏｆＩｎｖｅｒｔｅｒｓ００８，　　　（）：７４０－４６．

［７］ｌｅｃｔｒｏｃｕｔｅｄｅＦｒａｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔ．　Ｅ　　　　　ｐ

ｒｉｄｒｏＰｒｏｆｉｌｉｎａｎｄｍａｉｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔＲ＆Ｄ　　　　　－ｇｐｇｐｐｇｇ　　，，ｒａｍｓ［Ｒ］．ＰａｌｏＡｌｔｏＣＡ：ＥＰＲＩ２００６．　ｇ

［］，８ｏｎＸｉａｎｕＪｉａＨｏｎｉｅ．Ｔｅｃｈｎｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃａｎａｌ　Ｋ　　－ｇｇｙｇｊ　

ｓｉｓｏｆＳＶＣ－ＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｓｔｅｍｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅ　　　　　　ｙｙ［ｗｉｎｄＣ］．２０１１Ａｓｉａ－ＰａｃｉｆｉｃＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒＥｎ　　　－ｇｙ　，ＭｉｎｅｅｒｉｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｒｃｈ２５－２８，２０１１ｉｎ　Ｗｕ　－ｇｇ　，ｈａｎＣｈｉｎａ．

［］，９ａｖｅｒｔＤ　Ｍ，ＭｏｒｒｏｗＤＪＢｅｓｔＲ，ｅｌｅｃｏｍ－ｅｔａｌ．Ｔ　Ｌ　　　ｙ　　

：ｂｒｉｄｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｓｍａｒｔａｃｋｈａｕｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒ　　　　　ｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｃ］．ＩＥＥＥＰｏｗｅｒ＆Ｅｎｅｒｔｈｅ　　　　ｇｙ，Ｍ，ＵＳｏｃｉｅｔＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｉｎｎｅａｏｌｉｓＳＡ：２０１０．　ｙｇｐ　［］）智能电网的技术组成和实现顺１０ＹｕＹｉｘｉｎ．　余贻鑫（　

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［，Ｈ１２］华光辉，赫卫国，赵大伟（ＨｕａＧｕａｎｈｕｉｅ　ｇ

，）储能技术在坚强智能电网建ＷｅｉｕｏＺｈａｏＤａｗｅｉ．　ｇ设中的作用（Ｒｏｌｅｏｆｅｎｅｒｓｔｏｒａｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｉｎ　　　　ｇｙｇｇ　）［］ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒｏｎｓｍａｒｔＪ．２０１０，２７ｒｉｄ　　　　ｇｇ　（）：４２２－２５，２９．

作者简介：

，孔祥玉（男，博士，讲师，研究方向为智能电网、电１９７８－）：力系统优化及电力系统稳定性分析。Ｅｍａｉｌｋｏｎｘ０６＠ｇｙ１６３．ｃｏｍ

，赵　帅（男，博士研究生，研究方向为电力系统数１９８６－）字仿真及建模、电力系统稳定控制。

，贾宏杰（男，博士，教授，研究方向为电力系统安全１９７３－）与稳定性、配电系统优化规划。

行方式将大大改变，对用户的用电策略也会产生很

１２］

。大的影响［

需要注意的是，智能电网所涉及的技术范围十分广泛且不乏很多前沿的技术创新和技术融合，有些技术已经被开发和掌握，同时还在逐步完善并向更高层次发展，如数字化变电站技术，向智能变电而有些技术依然是攻关的难度，如大规站的发展；

模储能技术、高温超导技术等，在何处取得技术突将会对智能电力设备产生巨大影响。破性进展，

４　结语

信息是智能电网的基础支撑，信息的获取需要大量的智能装备来支持。在智能电网中，一次与二装备与电网、装置与系统将更加融合，复合技术次、

应用日益广泛。专业界限的模糊将使得智能电网中智能系统的外延大大拓宽。可以预期的是，各种智能设备和智能系统在智能电网中将呈现日益整合、相互交融、灵活组态的发展趋势。因此，在今后电网应该鼓励和优先采用适用于未来智建设和改造中，

能电网建设所需和可用的智能电网设备。

参考文献：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lux1.html