电力电子装备在配电网中的网络化技术发展

来源 :中国电气工程学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinlei102
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  摘要:科技在不断的发展,社会在不断的进步,在我国经济稳步增长的背景下,配电网技术的发展和互联网技术有着密切的联系,电力电子装备技术发展得比较迅速。本文重點论述了电力电子装备技术,也详细阐释了电力电子装备的网络化技术,以期为电力系统和网络系统发展提供借鉴。
  关键词:电力电子装备配电网网络化技术
  引言
  现如今,网络技术已经渗透到各个行业领域当中,电力行业也不例外,配电网的电力电子装备也越来越智能化、自动化。互联与网络化技术的应用,还使得配电网中电力电子装备的各项性能都得到有效的提升,从而也提升了配电网的运行效率。因此,配电网电力电子装备和网络化技术的结合已经成为如今电力行业积极研究的重要课题,具有非常重要的现实意义。
  1电力电子互联网技术概述
  目前,在电力系统的发电、输电、配电各个环节中都广泛应用了电力电子装备技术,尤其是配电环节,但是,配电网系统在各电力电子装备运行过程中的协调控制方面还存在一些问题,影响了配电系统的电能管控工作。而将互联与网络化技术应用到配电网中电子电力装备上能够有效解决这些问题,其主要工作原理就是利用通信和互联网技术连接配电网中的各个电力电子装备,进而通过网络收集各个电力电子装备的运行数据,并将相关的节点指令发送到中枢区域,这样就可以全面、有效地协调各个电力电子装备的运行。这种通过网络技术调控电力电子装备的技术就是电力电子互联网技术。
  2电力电子装备的网络化技术
  2.1即插即用的功率接口
  该接口能够把储能电池和正常用电器等不同类型的电气设备和配电系统进行衔接。即插即用的功率衔接口就是有效转换系统内部设备的电能输入形式,保证输入的形式能够和电网相吻合。另一方面,即插即用的功率接口也是电力电子设备。在当前信息技术不断进步和发展的过程中,信息技术要求即插即用的功率接口必须设立通信接口,经过合理操作后,实行网络对接。这样就能够把设备上存在的信息传输至网络系统中,进而传达调控的指令。
  2.2能量路由器
  能量路由器即能量智能管理模块(IEM),在中低压配电网中,能量路由器主要作为接口来使用,可实现能量的双向流通,并提供低压直流母线,方便可再生能源设备的接入。在上述的网络化系统架构中,同样需要采用标准开放协议,确保能量路由器功能的正常发挥,实时接收功率接口传输过来的终端信息,并为各终端设备提供指令参考。其中,参考指令参数主要根据当前配电网中的终端设备工作状态及电网质量来确定。同时,能量路由器还负责维持低压配电网电压的稳定性,限制电压穿越与故障电流等。配电网中的用户类型和规模均不同,在能量路由器选择过程中,功率和电压等级方面也应加以区分。比如一部分能量路由器是针对民用用户设计的,容量一般为20kVA,还有部分能量路由器是针对工业用电大户设计的,容量可达到500kVA。对于后者,可直接由中压配电网供电,然后通过三相低压交流母线为用户供电。在上述互联网络中,能量路由器是一个关键设备。
  2.3插即用功率接口
  借助即插即用的功率接口,能够将电气设备以及分布发电等全部接收到配电网中,但是,通常情况下,不同设备的电能输入形式也有着一定的差距,从而会影响到最终的使用效果。为了有效克服这种现象,就需要使用即插即用插口,借助这一插口可完成电能到功能的转变,转变电能输入形式为配电网形式,确保配电网系统的顺利运行。一般情况下,这种功率接口也就是一个电力电子装配,其不仅要具备通信接口的功能,同时还应该和网络体系连接起来,从而对终端设备进行准确的识别,并且接受系统所发出的指令。
  2.4开放标准操作系统
  上述配电网电力电子装备互联与网络化系统的实现需要采用开放通信协议标准操作系统,包括TCP/IP或HTML协议等。开放标准操作系统是一个通用网络协议,在配电网中使用的功率接口、能量路由器等装置,都必须支持开放标准协议,从而实现全网设备的识别、监测和调控等功能,协调全网运行。此外,通过将通用网络协议安装到智能手机端或用户PC机端,还可以满足用户实时查询用电信息、网上电价查询及电费缴纳等功能提供支持。用户在操作过程中可连接到区域网络调度中心,汇总实时用电信息,对其加以分析,并根据结构进行主动控制。从系统主要功能来看,上述系统架构又可以成为能量互联网,其重要组成部分是能量流与信息流,这是组成电力电子互联网的重要基础。在不同类型的电力电子装置广泛应用下,目前能量层已基本实现了互联互通,而通信层的网络化程度仍较低,具体表现为各网络节点的信息化程度较低、智能电表等通信功能设备利用效率低,因此目前配电网实时控制能力还未达到预期水平,需要进一步研究通信层网络化技术的实现。
  2.5半导体开关器件
  半导体开关器件是电力电子装备技术中重要的组成部分,下面重点对半导体开关器件进行详细介绍,首先介绍器件使用的材料。该器件的主要制约因素是工作温度。近几年,新型半导体技术发展较快,具有代表性的是SiC和GaN。通常,SiC的应用领域为功率非常大的半导体器件。和传统材料相比,SiC穿场强度和热传导率都在稳步提升。GaN主要应用于高频器件的制造,一般具有很高的迁移率,可能会达到2200cm2/(Vs)。对于器件工艺,当前半导体器件的制作水平不断提升,加工工艺也较之前具有一定的优势。以上两项工作的发展提升了半导体开关器件的速度,降低了开关降损,且制作时逐渐改进元件和材料,逐渐减小了器件占用的体积。
  3配电网通信系统分析
  随着信息网络技术以及电力电子技术的快速发展,配电网的智能化程度逐渐提升,很多电子设备也可以完成信息采集工作,并且借助网络的方法实现传输,根据检测也能够完成远程控制。但是,因配电网中的电力电子设备的数量众多,而且其运行方式也比较复杂,因此,要想确保所有设备的网络化以及互联通信,就需要加强智能化的配电网通信系统的建立。配电网通信系统应该实现的功能需要有汇集全网节点的信息、协调调度以及指令下派等。如今,电力系统主要运用了三级通信结构,也就是从发电端到176电力讯息输电端、从高压等级到中压等级、以及主变电站的SCADA系统覆盖在受到这三级通信结构的影响之后,控制中心能够对配电网中的电力电子设备实现远程监控以及数据的实施收集。在配电网智能化程度不断提升的时代背景下,配电网系统的功能也从原来的只是对电力电子设备数据的简单监测,直接转变到配电调控方面,对于配电网中的电力电子设备实现了主动化的管理。使用单一的通信方法,很难满足规模不同的信息通信的需求,由此可见,未来的配电网通信系统,需要向着多种通信方式的混合方向不断发展。
  结语
  综上所述,配电网中应用电力电子装备提升了自身性能,也使得配电网的结构发生了较明显的改变,把直流配电网从可能变成了现实。同时,电力电子装备技术的不断发展逐渐满足了电能存在的多样化形式,也保证了大功率的电能需求得到满足,势必将在配电网中继续发挥重要作用。
  参考文献
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