电子技术在智能电网中的应用研究

2023.09.02

吴勇翀

摘要：文章指出，智能电网是指电网的智能化，它在高技术和高速度的基础上集成，通过对整个电网系统的自动化和控制化管理，实现高速、高效的全程自动化的控制管理，将整个电网系统中调度从人为的低效率管理中解放出来，最终的决策管理交由电网管理人员负责，而基本的电力传输、电力调度和电力控制等多个电力系统中的流程由系统自动完成，极大地提高了管理效率并降低了管理成本。

关键词：智能电网；电子技术；自动化管理

智能电网建立在现代工业化进程高速发展的时代，科技的进步推动工业化进程的加速，工业化进程的要义是提高机械化的水平。智能电网是区别于传统的电网技术，智能电网力求改变传统电网由人力控制的不足，使电网管理做到信息化、智能化、高效率和低风险。要实现这种控制的自动化需要对电网中运用的电子技术进行分析，分析电子技术的可利用性，将其高效地应用在电网的自动化和智能化控制中。

1.电子技术

电子技术包括电子系统集成、电子通信、电子无线电技术等多个领域，这些领域应该都与智能电网有一定的关联性。其中，电子通信和电子系统集成是与智能电网非常有关联性的领域。电子系统集成能够将电网中各个组件部分按照既定的规则进行组合，保证各个部件之间能够正常工作。电子系统集成可以说是智能电网系统的实际落地控制，智能电网依赖集成的电子系统进行电力生产和传输。电子通信技术是智能电网中又一个不可或缺的部分，整个电网系统是一个巨大的控制器，控制器中各个元器件需要进行通信，保证整个系统的有效运行，通信的关键就需要电子通信技术的支撑。不仅如此，各地电力系统之间进行数值和其他参数通信时都依赖电子通信的支撑。电网属于影响国民经济命脉的行业，稍有不慎，则会产生非常大的影响。下面就电子技术中电子系统集成和电子通信作具体介绍。

1.1电子半导体传输元器件

半导体元器件通常以硅材料为主，硅材料主要的效用是隔热性和化学稳定性。半导体可以应用于镇流器、发光器和振荡器等多个电子系统组件中。半导体是区别于集成电路的，集成电路通常由多个半导体器件并集成控制系统等部件构成。半导体同时也是晶体二极管的主要构成部件，晶体二极管具有信号放大、信号增强、信号变换和信号接收等多种功能，并且能够实现能量转换。晶体二极管能够覆盖的频率很广，可从低频开始直至红外和光波。随着科技的进步，又不断产生微波半导体等部件，微波半导体以其独特性迅速发展，不断升级，已经实现工作频率的不断提高，相应的噪声系数也不断降低。由于微波半导体所表现出来的各种特点，已经在军事、国防和电力等多个核心产业发挥着重要的作用。半导体结构如图1所示。

1.2电子对不同传输电路的控制决策

电力通过电路进行传输，不同电路状况对电力传输的参数要求也不同，对于远距离传输则需要提高电压，减少在线路上的损耗。同时，线况不好的地方，则需要考虑传输时的安全性和有效性，在减低传输电压的情况下保证传输质量。电力的传输中需要中间节点的问题，通常涉及降压的问题，降压通常采用降压器将传输的高低压通过变压转换为低电压，但整个电能是不会发生变化的。电力传输过程可能还涉及传输的控制决策，当发生线路故障或者线路损耗时，需要智能地调节线路的负载情况，考虑规避一些线损较大的路段，或者通常用实时探测的方式减低电能的损耗。

1.3电子对线路功率的变换

线路功率变换是保障电力能够有效利用的高效方式，合理地设计线路的部署情况，按照实际线路的控线状况优化电力线路的分配。在电路设计前，首先需要按照实际功率消耗情况，实际分配具体的电力传输线路，优化电力传输线路的布线，保障不会发生电力重复传输线路导致电力耗损的情况。另外，对于优化线路的网络拓扑结构，通过合理地调配电路，保障供电节点之间的按近供应是最大化利用电力的有效方式。电力网络拓扑通常采用集中式的布线方式。

2.智能电网中电子技术应用

智能电网由精确的数据测量、精确的配电运送、精确的输送电力运行和精确的资本管理几大部分组成。精确的数据测量主要是用于收集电力在传输过程中的存储、分析和实时监测数据构成的一个完整的数据分析网络，由电力刻表、通信网络和数据监测管理系统和用户定向系统组成。通过通信网络，能够在用户和电力公司之间建立联系，为智能电网中电力配送的自动化奠定基础。其实现目的也是为了能够可视化地提高当前电力公司效益并减低管理成本。智能电网的结构如图2所示。

2.1无功补偿与电压优化装置在智能电网中的应用

电网的安全性至关重要，智能电网力求做到根据用户需求、系统的变换和线路环境等多种要素的变换而实时改变，保障电力供应的有效运行。无功补偿和电压优化装置是电力系统中的重要组成部分，它能够及时、有效地改善电网的数据传输、电力调配和电力损耗，极大地降低故障发生的概率，从而使供电能够高效、有序地运行。另外，此种优化装置能够进行形式上的自主创新，能够进一步满足智能电网对于高效供应的环境的需求。对于我国当前较为落后的供电环境和电网架构，加大、加快改进电网系统改造，提升供电稳定性势在必行。随着供电线路的深入，所面临的供电环境存在着千差万别的变化，供电装置、供电线路和供电管理人员都需要进行一次完全提升。对于电力系统中使用的不可再生能源，需要极大地开发可再生资源，有效利用、调用和控制能源，促进可再生资源在电网中稳定运行。利用无功补偿和电压优化装置使电力电子技术在智能电网中进一步发展。当前电力设备的经济性还有待完善，通过电子技术的革新来带动经济效益的提升。总之，无功补偿和电压优化使电力设施在质量上得到了保障。

2.2电抗器在智能电网中的应用

超高压并联电抗器能够较为明显地改善电路的功率损耗情况，主要可以分为几点：降低空载和负荷线路的电容效应，降低过大电压消耗；较为明显地均衡化线路传输过程中电压分布；使传输过程中功率损耗尽可能达到平衡的状态，防止无功功率的不合理流动，从而降低线路上电能的损耗；在与其他机组并行传输时能够稳定机组电压，保证并行机组的高效运行；防止在机组在同步传输时出现磁频共振的现象。

2.3柔性直流输电在智能电网中的应用

柔性直流电是一种轻量性的直流输送电力技术，是以电压源换流器、可关断器件和脉宽调制技术为核心的新一代的直流输电技术。在城市环境的电力调配系统、孤岛效应的配电供应系统、大规模的风电场和交并联互联的场景下，供电有着较强的优势所在。

柔性直流输电与传统采用可控硅（SCR）换流装置的高压直流输电相比，技术上的主要特点为：（1）VSC能够自关断，工作于无源换流方式，不需要电网提供换相电压；（2）控制方式灵活，可同时独立控制有功功率和无功功率，稳态运行时不需要交流系统提供无功；（3）交流系统故障时，能够提供紧急有功支援和动态无功支撑，提高系统的功角、电压稳定性；（4）采用VSC有利于构成并联多端直流输电系统；（5）采用PWM技术，输出谐波多为高次谐波，所需滤波装置容量大大减小。

2.4自动并网在智能电网中的应用

通过电力电子技术，对电力设备和电网进行改造，提高电能质量，提升电网输送容量和可靠性；通过引进新的储能设备和电源，平衡和调节新能源发电及电力需求的不稳定性。可以说，智能电网是解决新能源发电入网问题的根本途径，而对新能源发电的兼容性也是智能电网的基本要求，二者通过技术、政策、经济、制度等手段的完善，最终将实现无缝、安全、自动的对接。

从整体而言，智能电网和新能源的融合势在必行。一方面，智能电网依赖新能源的补充来提升智能电网的一体化调配，能够加快降低传输的功率损耗和传输故障，能够较为明显地降低运行成本；另一方面，从环保的角度出发，新能源的出现也能够极大地降低对环境的影响。

3.结语

本文从智能电网的应用研究出发，分析智能电网中涉及的电子电力技术，以实际的电力运输为出发点阐述智能电网的发展方向，论述在智能电网的整个系统中存在的技术点。