電力工業(yè)是當(dāng)前工業(yè)界最后幾個(gè)還沒(méi)全面應(yīng)用傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)提升服務(wù)水平、降低運(yùn)行費(fèi)用的重要工業(yè)，尤其是配電網(wǎng)領(lǐng)域。未來(lái)配電網(wǎng)在新技術(shù)應(yīng)用上還存在廣闊的發(fā)展空間。此外，為了應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的分布式電源、電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷，以及對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性的高要求，配電網(wǎng)亟需引入若干新技術(shù)。
電氣工程專家認(rèn)為：未來(lái)配電網(wǎng)將在各個(gè)變電站之間使用高速寬帶通信系統(tǒng)，利用智能電子設(shè)備(Intelligent electronic devices，IEDs)進(jìn)行自適應(yīng)控制和保護(hù)，應(yīng)用能量管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，并充分采用智能系統(tǒng)減少電能質(zhì)量問(wèn)題和提高供電可靠性。
未來(lái)配電網(wǎng)中將會(huì)逐步普及的新技術(shù)包括：
1、先進(jìn)的配電網(wǎng)自動(dòng)化(Distribution automation，DA)技術(shù)
2、配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化技術(shù)，包括智能饋線終端重合器和繼電器
3、電力電子技術(shù)
4、饋線電壓/無(wú)功控制技術(shù)
5、先進(jìn)傳感技術(shù)
6、智能通用變壓器
7、多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)
8、配電網(wǎng)故障預(yù)測(cè)及定位技術(shù)
9、先進(jìn)的計(jì)量設(shè)施(Advanced metering infrastructure，AMI)
10、本地能源網(wǎng)絡(luò)控制器
11、分布式電源，包括分布式發(fā)電設(shè)備，可再生能源，儲(chǔ)能設(shè)備。
先進(jìn)的配電自動(dòng)化技術(shù)
配電自動(dòng)化對(duì)配電網(wǎng)中的重要設(shè)備進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，整合了配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA)。先進(jìn)配電自動(dòng)化(Advanced Distribution Automation，ADA)包含從重要饋線采集信息的智能傳感器，電子控制器，雙向通信系統(tǒng)。ADA系統(tǒng)采集并顯示電壓、電流、有功、無(wú)功、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)，事件日志以及跟配電系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的其他信息。操作員可以很方便地遠(yuǎn)程控制電容器的接入、斷路器的開(kāi)斷以及電壓的調(diào)節(jié)。變電站自動(dòng)化如果裝設(shè)了自動(dòng)開(kāi)關(guān)、重合器、電容器和高級(jí)計(jì)量裝置，就能充分地發(fā)揮智能電網(wǎng)的功能了。
ADA不僅將智能系統(tǒng)引入了變電站和計(jì)量設(shè)施中，還將智能系統(tǒng)帶入配電網(wǎng)饋線當(dāng)中。配電網(wǎng)饋線中的智能系統(tǒng)包括：
1、配電網(wǎng)中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)：使配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)重構(gòu)
2、自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)：協(xié)助配電網(wǎng)重構(gòu)和集成分布式電源(Distributed energy resources，DERs)
3、電力電子控制器：提高系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)性能
4、電壓調(diào)節(jié)和無(wú)功控制器：減小系統(tǒng)網(wǎng)損，提高電能質(zhì)量，促進(jìn)新能源消納。
智能饋線終端重合器和繼電器
用基于微處理器的智能繼電器和重合器來(lái)替換基于電子機(jī)械的保護(hù)控制系統(tǒng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然過(guò)程。預(yù)計(jì)到2030年，70%的饋線都將配備智能繼電器和重合器。在饋線首末端用智能電子設(shè)備替換傳統(tǒng)的機(jī)電式繼電器保護(hù)和控制設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、測(cè)量?jī)x器能夠持續(xù)地對(duì)測(cè)量值（電流、電壓等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，能及時(shí)處理測(cè)量信息并計(jì)算出有用數(shù)據(jù)（如到故障點(diǎn)的故障距離）。
2、能將IEDs測(cè)量或計(jì)算出的數(shù)據(jù)通過(guò)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通信系統(tǒng)傳送給外部或者用戶。
3、具有自我檢測(cè)能力，使得IEDs能夠檢測(cè)自身的內(nèi)部故障并及時(shí)通知工作人員進(jìn)行維修，從而避免系統(tǒng)發(fā)生故障而設(shè)備拒動(dòng)的情況。
4、可存儲(chǔ)多種運(yùn)行方式，可按要求將負(fù)荷切換到最佳的運(yùn)行方式。這種功能在智能配電系統(tǒng)中非常重要，尤其是含高滲透率DER的網(wǎng)絡(luò)或者頻繁重構(gòu)的配電網(wǎng)。
5、功能多樣化。絕大部分的IEDs都將多種功能封裝在一個(gè)設(shè)備中。比如說(shuō)，一個(gè)繼電保護(hù)的IED就具有快速過(guò)電流保護(hù)、自動(dòng)重合閘、饋線保護(hù)，還有測(cè)量和監(jiān)測(cè)設(shè)備環(huán)境的功能，這些功能都集成到一個(gè)設(shè)備中了，從而減少了設(shè)備內(nèi)部的繞線和控制板體積。
智能線路開(kāi)關(guān)技術(shù)
智能配電網(wǎng)中包含了大量分布在配電網(wǎng)饋線重要位置上的智能線路開(kāi)關(guān)。這些智能開(kāi)關(guān)將支持配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“自愈”功能。同時(shí)，它也支持饋線終端實(shí)現(xiàn)滿足分布式發(fā)電與負(fù)荷平衡需求的最優(yōu)網(wǎng)架重構(gòu)。智能開(kāi)關(guān)具有如下主要特征：
1、具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)，用于支持遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)獲取功能。出于遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)獲取的目的，智能線路開(kāi)關(guān)將支持信號(hào)傳回配電控制中心。該開(kāi)關(guān)也支持與其他智能設(shè)備（如其他智能開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電容器、分布式電源等）進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。該功能使得線路開(kāi)關(guān)可以全面支持分布式、多代理、自治式的對(duì)等控制。隨著智能分布式控制的逐漸成熟，我們期待自治式、分散式控制不僅僅用于自動(dòng)存儲(chǔ)，而且還能用于電壓/無(wú)功優(yōu)化、DERs協(xié)調(diào)控制。其中，魯棒性好、可靠性高的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的必要條件。
2、每個(gè)智能線路開(kāi)關(guān)必須包含一個(gè)獨(dú)立的本地控制器，以獲取本地?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。
3、智能線路開(kāi)關(guān)和相關(guān)的控制器必須支持“雙向”操作，可檢測(cè)潮流流向，并根據(jù)潮流流向進(jìn)行響應(yīng)：當(dāng)潮流流向變電站時(shí)，它必須有相應(yīng)的時(shí)間配合曲線(Time coordination curve，TCC)，而當(dāng)潮流流向相反時(shí)，必須有另一個(gè)對(duì)應(yīng)的TCC。對(duì)于配電網(wǎng)饋線的重構(gòu)（在智能配電系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生）以及可能出現(xiàn)潮流逆流的配電網(wǎng)（例如含高滲透率DERs）中，雙向操作能力非常必要。
4、同時(shí)支持單向操作（只對(duì)需要跳閘相跳閘）和三線操作（三相同時(shí)跳閘）。單向重合器只把故障相線路斷開(kāi)，避免中斷非故障相的電力供應(yīng)。如果分布式發(fā)電設(shè)備在智能線路開(kāi)關(guān)的下游（遠(yuǎn)離變電站），其單相跳閘的功能將被禁用，以避免對(duì)發(fā)電機(jī)造成損害。
預(yù)計(jì)到2030年將會(huì)有25%的配網(wǎng)饋線會(huì)加裝智能線路開(kāi)關(guān)。目前，部分智能線路開(kāi)關(guān)技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用。這些技術(shù)使得配電網(wǎng)具有自愈性。下圖就是S&C電力公司開(kāi)發(fā)的智能線路開(kāi)關(guān)“Intellirupter”。
“Intellirupter”采用了新的技術(shù)——脈沖閉合，使得智能開(kāi)關(guān)能在重合前判斷出線路故障類型。傳統(tǒng)的重合器在故障發(fā)生時(shí)就會(huì)跳閘、重合，此時(shí)位于開(kāi)關(guān)上游的電力設(shè)備可能受到高能故障電流的影響。應(yīng)用脈沖閉合技術(shù)后，如果饋線發(fā)生故障，快速控制電路將捕捉到這一電流階躍并在電流還沒(méi)達(dá)到破壞性程度的情況下重新跳開(kāi)這一相。脈沖閉合消除了故障電流對(duì)開(kāi)關(guān)上游電力設(shè)備的潛在危害，減小了將開(kāi)關(guān)合在故障相時(shí)的電壓下降問(wèn)題。
另一個(gè)非常有前景的智能開(kāi)關(guān)技術(shù)是“退出”式重合器，如下圖所示。
“退出”式重合器適用于易遭受瞬時(shí)故障的橫向電路。這種重合器在斷開(kāi)電路后會(huì)重合，而不是讓熔斷器直接熔斷，因此可避免長(zhǎng)時(shí)間停電。
電力電子技術(shù)
電力電子技術(shù)不僅可以為用戶提供穩(wěn)定的電能，還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率、相位、電壓等的靈活控制。靜止無(wú)功補(bǔ)償器、短路電流限制器就是配網(wǎng)中的兩個(gè)典型電力電子裝置。
1、靜止無(wú)功補(bǔ)償器
靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器是目前技術(shù)最為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。它不再采用大容量的電容、電感來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)質(zhì)的飛躍，特別適用于中高壓電力系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。它是一種沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，快速、平滑可控的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。下圖就是西安愛(ài)科賽博公司研發(fā)的靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器。
靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器能夠消除一個(gè)周波內(nèi)的微小電能質(zhì)量擾動(dòng)。因此，它可以處理由于出力波動(dòng)性DERs(風(fēng)電、光伏等)接入引起的配電網(wǎng)電壓波動(dòng)問(wèn)題。
2、短路電流限制器
另一個(gè)典型例子是短路電流限制器(Short-circuit currentl imiters，SCCLs)，在國(guó)內(nèi)常被稱為故障限流器(Fault current limiter，F(xiàn)CL)。SCCLs技術(shù)可以用于處理輸電系統(tǒng)中短路電流較大的問(wèn)題。目前，電力公司輸電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的承載量越來(lái)越逼近它的容量極限。與此同時(shí)，投運(yùn)的發(fā)電機(jī)組越來(lái)越多，以滿足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需求。顯然，發(fā)電容量越大，造成的故障電流也越大，很可能會(huì)超出運(yùn)行設(shè)備的承受能力。
基于電力電子技術(shù)的SCCL可有效解決這一問(wèn)題。SCCL的核心理念是：正常運(yùn)行時(shí)呈零阻抗（或低阻抗），短路故障時(shí)呈高阻抗，從而起到限制短路電流的作用，如下圖所示。
因此，一旦SCCL檢測(cè)到短路電流就立即工作在高阻抗運(yùn)行模式，使短路電流限制在現(xiàn)有保護(hù)設(shè)備能正常工作的范圍內(nèi)。同時(shí)，SCCL也整合了很多完備的系統(tǒng)，包括高級(jí)控制、信號(hào)處理和通信單元。
分布式電壓/無(wú)功控制技術(shù)
電壓和無(wú)功控制并非新概念，所有的配電系統(tǒng)均需要電壓和無(wú)功控制，以維持母線電壓水平，保障較高的功率因素。尤其是目前，電力公司正在采取措施提升電網(wǎng)運(yùn)行效率、資產(chǎn)管理水平，此時(shí)的電壓/無(wú)功控制技術(shù)就更加重要了。
智能電網(wǎng)分析軟件可以結(jié)合從自動(dòng)化變電站流過(guò)的信息和通過(guò)SCADA系統(tǒng)采集的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并推薦配網(wǎng)運(yùn)行最優(yōu)的重構(gòu)結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)優(yōu)化將以最小的線路網(wǎng)損為目標(biāo)，整合由高級(jí)計(jì)量設(shè)施(Advanced metering infrastructure，AMI)采集的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行電壓調(diào)整，同時(shí)將電壓維持在可接受的水平。預(yù)計(jì)到2030年，美國(guó)566000條配電饋線中的55%都將具備電壓/無(wú)功控制功能，新建的饋線則將全面實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。
在智能配電系統(tǒng)中引入通信技術(shù)和設(shè)備，將位于變電站和控制中心中的處理器和現(xiàn)有的控制器互聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息共享，從而拓寬電壓/無(wú)功優(yōu)化控制的能力。這些處理器可根據(jù)配電系統(tǒng)層面的參數(shù)，采取相應(yīng)的控制措施來(lái)滿足需要的電壓/無(wú)功要求。值得一提的是，現(xiàn)在已經(jīng)有很多的電壓/無(wú)功控制器安裝了支持IEC61850、DNP3等協(xié)議的通信設(shè)備，如下圖所示。
配電系統(tǒng)的控制器通常采用“獨(dú)立模式”，即控制器只根據(jù)其設(shè)備自身的測(cè)量信息動(dòng)作。近年來(lái)，隨著配網(wǎng)饋線的頻繁重構(gòu)、并網(wǎng)新能源功率波動(dòng)的影響，在這種動(dòng)態(tài)環(huán)境下，電力公司就不得不考慮效率、線損、穩(wěn)定性這些過(guò)去不那么嚴(yán)重的問(wèn)題。曾經(jīng)普遍采用的“獨(dú)立模式”的控制器無(wú)法滿足新形勢(shì)下的需求了。因此，必須研發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備，要求能根據(jù)環(huán)境變化，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)不同類型的電壓/無(wú)功控制設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，電力公司就得部署能夠協(xié)調(diào)所有電壓/無(wú)功控制設(shè)備的電壓/無(wú)功控制系統(tǒng)。目前，主要有3種系統(tǒng)級(jí)的電壓/無(wú)功優(yōu)化控制方法。
1、“基于規(guī)則”的解決方案：這種方法根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，基于確定的規(guī)則來(lái)決定當(dāng)前的電壓/無(wú)功控制措施。這種方法簡(jiǎn)單，易于理解。但在處理饋線頻繁重構(gòu)以及高滲透率DERs(尤其功率波動(dòng)性較大的可再生能源)接入情況時(shí)比較棘手。
2、“基于模型”的解決方案：高級(jí)配電管理系統(tǒng)能夠處理動(dòng)態(tài)配網(wǎng)的最優(yōu)潮流。這種方法可以較好地解決饋線頻繁變動(dòng)的配電網(wǎng)的電壓/無(wú)功控制問(wèn)題。當(dāng)然，系統(tǒng)復(fù)雜度和開(kāi)發(fā)費(fèi)用也明顯增大了。
3、自適應(yīng)的解決方案：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，第三種方案要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，然后根據(jù)當(dāng)前測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（電氣條件、天氣狀況等）和在同樣條件下過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定采用哪種方法。自適應(yīng)方案的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要摸擬系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，因此是一個(gè)靈活可拓展的解決辦法。一些供應(yīng)商，包括PCSUtilidata和庫(kù)柏電力系統(tǒng)，目前正在推動(dòng)這種技術(shù)，如下圖所示。
智能逆變器技術(shù)
逆變器是將直流電能變換為交流電能的設(shè)備。逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最為復(fù)雜的設(shè)備，是系統(tǒng)中成本第二高的設(shè)備，同時(shí)也是系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)。光伏電池板一般非常堅(jiān)強(qiáng)可靠，有長(zhǎng)達(dá)25年的使用壽命，而逆變器的壽命一般不超過(guò)10年。
市場(chǎng)上的逆變器有離網(wǎng)型的、并網(wǎng)型的。并網(wǎng)型逆變器的控制系統(tǒng)整合了包括雷電保護(hù)在內(nèi)的多種功能。現(xiàn)有的逆變器通常根據(jù)“主從”原則接入系統(tǒng)。而小型的逆變器模塊則應(yīng)用于小型的光伏系統(tǒng)，比如屋頂光伏發(fā)電。研發(fā)中的新一代微型逆變器（國(guó)內(nèi)常簡(jiǎn)稱為微逆）有希望克服局部遮擋問(wèn)題，充分挖掘光伏電池板的發(fā)電能力。
目前的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所有的光伏電池板均是串聯(lián)的。若光伏板上的某部分被遮擋了，則整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率就隨之降低。此外，如果要想讓光伏模塊最優(yōu)工作，則所有的光伏板必須具有相同的朝向和傾斜，這就限制了屋頂光伏的布局。與之不同的是，未來(lái)的光伏發(fā)電系統(tǒng)則要求每個(gè)電池板都連接在它自帶的微逆上，這就能充分挖掘每一個(gè)光伏板的發(fā)電潛能，提升整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率。尤其是應(yīng)用于錯(cuò)落有致的屋頂時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性就增強(qiáng)了。
隨著光伏發(fā)電技術(shù)的普及，以及光伏在電網(wǎng)中滲透率的增加，電力公司正在大力推進(jìn)智能逆變器，它除了完成直流-交流轉(zhuǎn)換的基本功能以外，還將提供如下輔助服務(wù)：低/高電壓穿越，自動(dòng)發(fā)電，自動(dòng)棄光，諧振抑制，阻尼振蕩，電網(wǎng)支撐……。對(duì)于并網(wǎng)的每一個(gè)逆變器，從面板電平級(jí)到兆瓦級(jí)，均是電網(wǎng)的一部分，并在電網(wǎng)穩(wěn)定性上發(fā)揮作用，從此不再獨(dú)善其身了。
智能變壓器
傳統(tǒng)變壓器在輕負(fù)載下的效率很低，有液體介質(zhì)泄漏的隱患，并且只有升/降壓這一單一功能，不能提供實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)和系統(tǒng)監(jiān)控的功能。同時(shí)，它們不能通過(guò)單相電路提供三相電能，不能部分拆開(kāi)逐個(gè)修復(fù)。
未來(lái)配電變壓器將作為分布式電源的接口，能接入儲(chǔ)能，能接納電動(dòng)汽車，采用電力電子器件替代傳統(tǒng)配網(wǎng)變壓器的設(shè)備。美國(guó)電力科學(xué)研究院(Electric Power Research Institute，EPRI)研發(fā)出的智能變壓器，可以作為可再生能源并網(wǎng)的接口（Renewable energy grid interface，REGI），包括一個(gè)雙向功率接口，方便光伏、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車的接入，也包含系統(tǒng)整合、本地控制和孤島控制方面的指揮和控制功能。REGI將成為智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略中的關(guān)鍵因素，扮演著將傳統(tǒng)電力變壓器和接口功能相結(jié)合的角色，可以無(wú)縫地接入可再生能源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車和需求響應(yīng)（Demandresponse，DR）性負(fù)荷，同時(shí)還為本地能源網(wǎng)絡(luò)提供可靠的供能。此外，還將整合高級(jí)配電管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)（Energy management systems，EMSs）和DR系統(tǒng)，以優(yōu)化、提升電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。
此外，EPRI還研發(fā)出了中壓智能通用變壓器（Intelligent Universal Transformer，IUT）。該技術(shù)替代了獨(dú)立的電能轉(zhuǎn)換器和傳統(tǒng)的變壓器，完全摒棄了傳統(tǒng)變壓器的笨重結(jié)構(gòu)和大量的接線。多功能的IUT可提供400V的直流母線電壓，用于供應(yīng)直流配電系統(tǒng)或?yàn)殡妱?dòng)車快速充電，如下圖所示。
多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)
多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)設(shè)備（solid-state switchgear system），在國(guó)內(nèi)常被稱為能源路由器，用于替換傳統(tǒng)配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)，是用于配電自動(dòng)化的典型智能電子設(shè)備。EPRI目前研發(fā)的主攻方向是10KV等級(jí)，已經(jīng)研發(fā)完成的基于SGTO的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（Static transfer switch，SSTS）就是這種典型的多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)設(shè)備，利用獲得R＆D100獎(jiǎng)的超級(jí)門極可關(guān)斷器件(supergateturn-off，SGTO)，采用模塊化設(shè)計(jì)，性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，重構(gòu)力強(qiáng)，有一定的成本優(yōu)勢(shì)，適用于6kV至35kV系統(tǒng)。
SSTS特別適用于配電網(wǎng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，將作為配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一部分，在商業(yè)、工業(yè)、城市和郊區(qū)中大量應(yīng)用。SSTS中的有源開(kāi)關(guān)可用于實(shí)時(shí)潮流監(jiān)測(cè)和控制，也可以作為系統(tǒng)保護(hù)的一個(gè)基本單元，用于限制短路電流。同時(shí)，也能減輕變壓器的壓力，提高變壓器壽命。此外，還能減少機(jī)組停機(jī)時(shí)間，使機(jī)組運(yùn)行更加連續(xù)，提供更好的電能質(zhì)量。
本地能源網(wǎng)絡(luò)LEN控制器
如果用電決策可以基于當(dāng)前信息進(jìn)行分類和執(zhí)行，并且這些信息能夠很容易地搜集處理，那么用戶就能輕松掌握并且愿意使用這樣的系統(tǒng)。用戶可以安裝一個(gè)家庭局域網(wǎng)絡(luò)(Home area network，HAN)：一個(gè)是連接在EMS上的電子信息網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)決策處理器。HAN容納了信息流并形成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)均與家庭電力系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)備或元件相關(guān)聯(lián)。節(jié)點(diǎn)可以是代表有大量電能消耗的硬連接設(shè)備，比如抽水泵、照明電路，也可以是帶插頭的負(fù)荷。設(shè)備和EMS通過(guò)無(wú)線、有線或者HAN中的電力載波進(jìn)行通信。
EMS主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)HAN中的各個(gè)設(shè)備，根據(jù)用戶定義的規(guī)則來(lái)決定其中的設(shè)備和負(fù)荷何時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉。這些規(guī)則基于一定時(shí)期的電價(jià)信號(hào)（比如：電價(jià)超過(guò)一定的閥值時(shí)），當(dāng)前的情況（比如：家用負(fù)荷按預(yù)期需要啟動(dòng)的時(shí)候）或者是響應(yīng)外部代理機(jī)構(gòu)下達(dá)的指令（比如：對(duì)一個(gè)需求響應(yīng)參與者用戶下達(dá)的負(fù)荷削減指令）。
EMS根據(jù)外部環(huán)境并基于預(yù)先制定的規(guī)則做出決策。HAN就像是神經(jīng)系統(tǒng)，可以傳遞節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的信息，并且可以傳達(dá)命令，確定命令的接收者和發(fā)布者。它是一個(gè)電子設(shè)備，目的是在用戶離線時(shí)仍然能夠?yàn)橛脩艄芾砗秒娔?。為了達(dá)到這一目標(biāo)，就需要了解用戶的用電規(guī)律和用電態(tài)度，建立效用函數(shù)，表征不同系統(tǒng)狀態(tài)下用電滿意度的相對(duì)值，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則執(zhí)行。
當(dāng)前能源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)正向智能電網(wǎng)和低碳發(fā)電、本地能源網(wǎng)絡(luò)(Local energy networks，LENs)和電力交通相結(jié)合的方向發(fā)展。LEN包括終端用戶的能源服務(wù)設(shè)備，分布式發(fā)電，本地儲(chǔ)能，基于建筑、校園或社區(qū)層面的需求側(cè)響應(yīng)功能。分布式、集中式的控制結(jié)構(gòu)決定了LEN和配電網(wǎng)、大電網(wǎng)之間的交互關(guān)系，而系統(tǒng)的整個(gè)布局則能夠促進(jìn)基于這兩種控制結(jié)構(gòu)的高度交互的網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
這些結(jié)構(gòu)有利于整合連接在高壓電網(wǎng)中的集中式發(fā)電電源。特別地，這種結(jié)構(gòu)使得不太可控的可再生能源發(fā)電，如風(fēng)電、光伏和一些起平衡作用的電源互聯(lián)起來(lái)了。預(yù)計(jì)到2030，10%的既有饋線和25%的新建饋線將包含LEN控制器。
住宅EMS系統(tǒng)
住宅EMS系統(tǒng)專注于管理建筑中的構(gòu)件、產(chǎn)品或設(shè)備。住宅EMS系統(tǒng)并不是典型的門戶。門戶是常用于門戶網(wǎng)站的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。住宅EMS包括居民EMS和智能家居設(shè)備(Intelligent home device，IHD)。除此以外，系統(tǒng)還可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃，按用戶的喜好對(duì)負(fù)荷或其他自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行管理。
在線能量管理的門戶使用戶可以了解能量使用情況、能效自動(dòng)管理情況，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)顯示出來(lái)，方便用戶瀏覽查看?？梢哉故緝r(jià)格信息，并將客戶的能量消耗和產(chǎn)能情況與發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃關(guān)聯(lián)起來(lái)。這一技術(shù)的推廣應(yīng)用將促進(jìn)資源的整合和第三方平臺(tái)信息的共享，從而推動(dòng)住宅EMS的應(yīng)用。然而，至今為止購(gòu)買這一系統(tǒng)的人還很少。
與此相似，但成本更低的智能家用顯示設(shè)備卻在隨著智能電網(wǎng)的推進(jìn)而迅速應(yīng)用起來(lái)了，主要用于顯示能量、費(fèi)用、環(huán)境等信息，比如：實(shí)時(shí)的以及計(jì)劃小時(shí)內(nèi)的電費(fèi)和耗電量(kWh)，購(gòu)電費(fèi)用，最近24小時(shí)內(nèi)的用電量，當(dāng)前月（或者前一個(gè)月）的用電量和總費(fèi)用，計(jì)劃用電量，月峰值負(fù)荷，當(dāng)前使用模式下的溫室氣體排放，不同時(shí)期的戶外溫度等。
電動(dòng)汽車充電設(shè)施
幾乎所有的知名汽車制造商都在進(jìn)軍電動(dòng)汽車行業(yè)，研發(fā)全電動(dòng)、插電式混合動(dòng)力和增程式電動(dòng)汽車，如通用汽車、雪佛蘭、日產(chǎn)。值得一提的是，特斯拉是當(dāng)今唯一能生產(chǎn)雙座跑車的制造商，并且它還在持續(xù)研發(fā)低成本家用電動(dòng)轎車。
曾經(jīng)，電動(dòng)汽車主要由庫(kù)侖科技、ECOtality公司、銀泉網(wǎng)絡(luò)公司等充電站運(yùn)營(yíng)商采用封閉、專門的充電網(wǎng)絡(luò)為其服務(wù)?，F(xiàn)在，國(guó)家、地方都在采取積極措施鼓勵(lì)充電設(shè)施的新建、擴(kuò)建，此舉有利于全面推動(dòng)電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用，有利于培育新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)和一批高科技民族企業(yè)。例如，許繼集團(tuán)公司就在這股浪潮下迅速發(fā)展成為國(guó)內(nèi)目前唯一能夠成套提供“充、換、儲(chǔ)、放”一體化設(shè)備的制造商。下圖是許繼參與建設(shè)的青島薛家島電動(dòng)汽車智能充、換、儲(chǔ)、放一體化示范電站。
電能存儲(chǔ)
以鉛酸蓄電池為代表的電儲(chǔ)能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于不間斷供電的住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)。商業(yè)和工業(yè)用儲(chǔ)能系統(tǒng)可以以75％的效率提供長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)的連續(xù)電力，并且具有高達(dá)5000次循環(huán)周期的使用壽命。往宅區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)一般具有以75％的效率連續(xù)提供2小時(shí)電能的能力，也具有5000次循環(huán)周期。待機(jī)和在線的UPS技術(shù)均可使用。在線式UPS一般比較貴，但是當(dāng)電力環(huán)境很差時(shí)，其還是顯現(xiàn)出其必要性。通常應(yīng)用于電氣絕緣的環(huán)境和對(duì)功率波動(dòng)敏感的設(shè)備，功率在10kW以上。隨著科技的進(jìn)步，儲(chǔ)能裝置現(xiàn)在可以作為一個(gè)普通的供電設(shè)備，提供500W，甚至更小的功率。在剛剛結(jié)束的杭州G20峰會(huì)，廈門科華恒盛提供了數(shù)十套高端UPS電源及整體電源解決方案，成功護(hù)航了G20峰會(huì)文藝晚會(huì)。
傳感器
配電用傳感器技術(shù)一直在不斷發(fā)展，傳感器的大量應(yīng)用提高了系統(tǒng)的可靠性和資產(chǎn)管理水平。一些即將進(jìn)入配電網(wǎng)應(yīng)用的傳感器如下：
1、線路絕緣子傳感器。線路絕緣子傳感器并不是新技術(shù)，但在未來(lái)將會(huì)有新的用途：監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)中的線路電流、節(jié)點(diǎn)電壓，監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)饋線，還可以監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)電容器、饋線電壓調(diào)節(jié)器、配電線路自動(dòng)開(kāi)關(guān)。在其高級(jí)應(yīng)用中，還可以與變電站配合起來(lái)。
2、帶電流電壓監(jiān)測(cè)功能的絕緣子。線路絕緣子傳感器實(shí)際上是帶電流電壓監(jiān)測(cè)功能絕緣子的擴(kuò)展應(yīng)用，這些絕緣子也能起到類似于支柱絕緣子的功能。
3、肘式電壓電流監(jiān)測(cè)器。Lindsey制造公司生產(chǎn)的肘式電壓電流監(jiān)測(cè)器可以安裝在變壓器和開(kāi)關(guān)的末端。
結(jié)語(yǔ)
為提升服務(wù)水平、降低運(yùn)行費(fèi)用，未來(lái)配電網(wǎng)亟需引入若干新技術(shù)以提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、交互性.新技術(shù)將在未來(lái)的智能配電網(wǎng)中發(fā)揮重大作用，電力公司應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)控制設(shè)施，同時(shí)不斷地尋找并利用新方法、新技術(shù)、新設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、交互性。
