不同功率半导体器件在电力领域的应用
基于半导体技术与电力技术的融合,其增强了电网的灵活性和可靠性,是智能电网的先进控制和调节手段。
传统的机械式控制手段,响应速度慢、不能频繁动作、控制功能离散,而大功率电力电子器件作为智能电网的核心部件具有更强、更快、更有效的功能特点。这种大功率电力电子技术包括高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)、柔性交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmission System, FACTS)、定制电力(Custom Power, CP)和基于电压源变换(Voltage Sourced Converter)的柔性直流输电(VSC-HVDC)。功率器件的运用着重于它的容量(大电流,大电压)、开关频率、通态损耗、串并联使用性等,例如功率MOSFET、IGBT、GTO等。第三代宽禁带半导体材料SiC、GaN使得电力电子器件迈上了新的台阶,人们越来越重视相关的技术问题。
B:电力线通信技术(PLC):
PLC模块框图
传统的上网方式就不再赘述了,如今,我们又多了一种更方便,更经济的选择:利用电线,这就是PLC! PLC的英文全称是Power Line Communication,即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体,使得PLC具有极大的便捷性,只要在房间任何有电源插座的地方,不用拨号,就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入,来浏览网页﹑拨打电话,和观看在线电影,从而实现集数据﹑语音﹑视频,以及电力于一体的"四网合一"! PLC利用现有电力线基础设施,为在许多工业应用引进智能监控和控制提供了经济高效的方法。它让 PLC 成为用于智能电网应用(如智能抄表、照明控制、太阳能、插入式电动车以及家庭和楼宇中的供暖、空调和安全系统)的******技术之一。问题是电力线本身噪声很大,开发高效PLC实施也会遇到诸如数据可靠性等的困难。
C:新能源并轨:
当今社会,能源紧缺是各个国家遇到的共同问题,可再生能源和替代能源的利用与转化受到大家的青睐。通过评估太阳能到电能的转换以及适应未来需求的新型半导体材料,从而提高电力密度以及电压和效率等级的可行性。
能量收集系统包含能量收集模块和处理器/发送器模块。能量收集模块从光、振动、热或生物来源中捕获毫瓦级能量。可能的能源还来自手机天线塔等发出的射频。连接至电网的光电 (PV) 安装通常采用串联至串逆变器的模块阵列。利用专用于每个模块的 DC-DC 转换器补充传统串逆变器,使单个模块可收集更多能量的新兴系统架构。
D:电网基础设施:
保护继电器在从发电到输配电等电网基础设施的各个环节上很常见,它们能够让运营商在不同的点监视和控制电网,两大主要功能是测量和保护。在现代保护继电器中,通信也是解决方案的必要组成部分,能够让运营商远程监视和运行电网基础设施。保护继电器输入通常是来自线路传感器的电流和电压,以及来自电网网络中其他相关设备的任何通信。输出包括向断路器发送的信号(打开或关闭)以及与电网网络的通信。当保护继电器检测到故障时,它会命令断路器将经检测发生故障的线路置为开路,从而为保护继电器下游线路的一切提供保护。在测量精度以及响应速度上,需要工程师做更多的技术支持。
E:电表与监测:
配电自动化和用户信息采集,一直以来是电力系统发展最薄弱的环节,也是电网实现智能化的关键。配电自动化包括各种采集控制终端采集信息的上传和主站控制命令的下达;用户信息采集包括用户用电信息的上传以及采集指令的下达。这些终端包括数据集中器、智能电子式电表、电能质量检测仪、水表、热量表等。
单相本地费控智能电表
预付费型智能单相代码表
例如传统的智能电表是由用户交费对智能IC卡充值并输入电表中,电表才能供电,表中电量用完后自动拉闸断电,新型的智能电表目前以完美实现网络购电,就像手机充值一样简单。除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外,为了适应智能电网和新能源的使用它还具有用电信息存储、双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能,智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。
电能质量或电能保护监测仪常用于许多工业环境中。现在,小型设备同样可供家庭使用。它们使操作人员既能够监视电力线的扰动,还能监控某个建筑、机器或设备的用电情况。在某些情况下,可通过调制解调器或高速通信线对设备功能进行远程监视和控制。
各种传感器负责收集重要电站设备的性能和状况信息,例如变压器和电路断路器,并负责存储数据以供将来参考使用。这些分时数据将用于执行特定功能并为操作员、维护计划员和工程师提供决策指导。
三、 总结:
智能电网不是终点,而是一个过程。智能电网的建设既是逐步使电网具有智能化的过程,也是复杂的系统工程,需要一系列新技术、新设备的支撑,必须在新技术研究和新设备制造方面取得突破。物联网技术的应用和智能城市的发展将给智能电网建设带来不可忽视的影响,对此也必须密切跟踪和深入研究。
目前国际上关于智能电网标准体系的研究最具代表性的是国际电工委员会(IEC)、美国国家标准技术研究院(NIST)、美国电气和电子工程师协会(IEEE)。我国“十二五”期间将建成“三纵三横一环网”的特高压交流线,并建设11回特高压直流输电工程,形成以华北、华中、华东为受端,以西北、东北电网为送端的三大同步电网,使电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。
国家电网公司以能量流和信息流为主线绘制了技术标准体系概念模型:综合与规划;
智能发电;
智能输电;
智能变电;
智能配电;
智能用电;
智能电网调度;
通信信息。
总之,在绿色节能意识的驱动下,智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域,理念初步萌发形成,成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。我国电力工作者应顺应形势变化,把握历史机遇,响应国家节能减排的号召,加快信息化、智能化建设的步伐,我坚信祖国一定会成为世界智能电网理论与实践的引领者!