摘 要：智能化供電系統(tǒng)是智能電網的重要組成部分，以低壓側典型配電系統(tǒng)作為研究對象，研究其智能化的關鍵技術、開發(fā)出組網所需的關鍵設備及智能元件，組成智能電網的末端—典型的低壓配電系統(tǒng)。

關鍵詞： 智能化；關鍵設備及智能元件；典型的低壓配電系統(tǒng)。

0 引言

智能化供電系統(tǒng)是智能電網的重要組成部分，既要包括組網技術，又要包括系統(tǒng)中關鍵設備與智能化電器的開發(fā)，本項目以供電系統(tǒng)低壓側典型配電系統(tǒng)作為研究對象，研究其智能化的關鍵技術、開發(fā)出組網所需的關鍵設備及智能元件，組成智能電網的末端—低壓配電系統(tǒng)，并應用于企業(yè)典型的低壓配電中。

1 智能電網

智能電網是當前國內外剛開始起步的研究熱點。智能電網是指電網的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術的應用，實現(xiàn)

電網的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標，并容許各種不同發(fā)電電源的接入、啟動電力市場的優(yōu)化高效運行。

智能電網的主要特征是自愈電網，“自愈”指的是把電網中有問題的元件從系統(tǒng)中隔離出來并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復到正常運行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對用戶的供電服務。從本質上講，自愈就是智能電網的“免疫系統(tǒng)”。這是智能電網最重要的特征。

2 智能低壓配電系統(tǒng)與智能元件

雖然不同地區(qū)、不同國家對智能電網的定義和側重點各有不同，但智能電網的一個共同點就是為我們串起了一條從發(fā)電、輸電、配電到用戶端的電能生產與消費的能量鏈和信息鏈。

據不完全統(tǒng)計，電力系統(tǒng)80 %以上的電能是通過用戶端配電網絡傳輸到用戶，并在終端用電設備上消耗的。用戶端涵蓋了從電力變壓器到用電設備之間對電能進行傳輸、分配、控制、保護和能源管理的所有設備及系統(tǒng)，主要包括智能低壓配電系統(tǒng)和智能樓宇系統(tǒng)。智能低壓配電系統(tǒng)處于智能電網的最底層，是構建堅強智能電網的重要組成部分。在智能低壓配電系統(tǒng)中起到控制與保護作用的核心元件——低壓電器，包括萬能式斷路器、塑殼斷路器、接觸器、軟啟動器等的智能化自然成了智能低壓配電系統(tǒng)的基礎。因此，要打造智能電網離不開作為電網基石的低壓配電系統(tǒng)與低壓電器元件的智能化。

3 關鍵設備研究

3.1通信技術的研究

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網的基礎，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網的特征都無法實現(xiàn)，因為智能電網的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網的第一步。企業(yè)配電自動化多采用現(xiàn)場總線技術（MODBUS、、等）和工業(yè)以太網技術（MODBUS-TCP、、/IP等），如施耐德的系統(tǒng)。

因此，需要研究工業(yè)以太網和現(xiàn)場總線的特點，制定通信規(guī)程和內部通信協(xié)議，實現(xiàn)管理層到設備層的訪問的透明性和可靠性。由于現(xiàn)場總線類型多種多樣，造成以太網數據適配器具有多種協(xié)議轉化及網關功能，因此需要解決以太網數據適配器的復雜性問題、安全技術問題、資源開銷問題。

需要規(guī)劃制定低壓配電的通信網的體系結構，以及各個智能化電器元件及設備的通信接口標準。

3.2智能化電器元件開發(fā)

智能化電器元件開發(fā)，主要包括智能化萬能式斷路器、智能化塑殼式斷路器、智能化軟啟動器等產品的開發(fā)。

（1）萬能式斷路器智能化

在配電系統(tǒng)中，萬能式斷路器是最關鍵的保護電器，不僅具備過電流四段保護，還具備欠壓、過壓、欠頻、過頻、三相不平衡、逆功率、需用保護、ZSI、卸載等保護功能。高級型號的萬能式斷路器還具備MCR、電能測量、諧波測量、故障記錄、故障報警、遠程通信、遠程復位、產品維護等功能。

在傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中，萬能式斷路器的許多功能并未得到應用，如ZSI、需用保護、卸載、可通信等。但是在智能電網型的配電系統(tǒng)中，這些功能將發(fā)揮其優(yōu)勢，如ZSI可實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)鎖保護被認為是真正的全選擇性保護、需用保護可以和用電經濟相關聯(lián)、卸載功能可以和提高電力資產利用率關聯(lián)、通信功能是基礎必將廣泛應用。

但是，萬能式斷路器這些功能還存在許多不足，如ZSI的實現(xiàn)方法、閉鎖時間固定不變，又如可通信的協(xié)議還存在不統(tǒng)一問題，這些制約其在未來智能電網的應用。同時僅僅這些功能還不夠，為了適應智能電網，萬能式斷路器要求具備工業(yè)以太網通信接口，還要具備分析、預計、預測等功能。新一代適應智能電網需要的萬能式斷路器勢在必行。

（2）塑殼式斷路器智能化

塑殼式斷路器作為工業(yè)配電末端保護電器，一般具備過電流三段保護，高級型具備可通信功能。在將來智能配電網中，會對塑殼式斷路器提出更高的要求，如要求具備電能測量功能、諧波測量功能、遠程通信等。

因此開發(fā)具備MDU（測量顯示單元）的塑殼式斷路器也很迫切。

（3）智能起動器

啟動器分為有觸點式和軟起動式，目前75kW以下的電機應用十分廣泛，他們是工廠過程自動化的基礎單位，因此其智能化很必要。

4 關鍵技術

4.1通信技術：

智能電網對通信系統(tǒng)的要求是“高速、雙向、實時、集成”，需要研究各種工業(yè)以太網及其交換設備，選擇一種合適的工業(yè)以太網作為智能配電系統(tǒng)的通信網。同時，開發(fā)現(xiàn)場總線到工業(yè)以太網的網關適配器。

4.2測量技術與自愈技術：

參數測量技術是智能電網基本的組成部件，采用先進的參數測量技術獲得數據并將其轉換成數據信息，以供智能網的各個方面使用。它們評估電網設備的健康狀況和電網的完整性。低壓配電的自愈技術包括故障隔離、雙電源自動切換等。

4.3設備技術：

智能電網要廣泛應用先進的設備技術，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來的智能電網中的設備將充分應用材料、電力電子和微電子技術方面的最新研究成果，從而提高供電可靠性和電能質量以及電力生產的效率。

4.4控制技術：

先進的控制技術是指智能電網中分析、診斷和預測狀態(tài)并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。這些技術將提供對配電和用戶側的控制方法并且可以管理整個電網的有功和無功功率。

4.5故障預警技術：

根據配電系統(tǒng)的健康狀況以及各元件剩余壽命的情況，預測系統(tǒng)故障。其中各智能元件剩余壽命的估算在元件端完成，智能元件根據使用時間、通斷次數、通斷電流估算其剩余壽命。

5 典型智能低壓配網平臺的開發(fā)

智能低壓配網試驗平臺的開發(fā)，包括低壓配電柜、監(jiān)控監(jiān)測柜、配電控制計算機等，并研制相應的軟件。

圖1典型智能低壓配網平臺總體框圖

（1）中壓配電柜與中壓變壓器：中壓配電柜用于10kV中壓線路保護、檢測，連接智能變電站。中壓變壓器為配電線路的主變壓器。

（2）低壓配電柜：用于低壓系統(tǒng)線路保護、雙電源的切換、無功補償等，由智能化的萬能式斷路器、塑殼式斷路器、隔離開關、組合電器、電容器組等組成，具備工業(yè)以太網通信接口，可以實現(xiàn)遠程通信、可靠保護。為了適應智能電網的要求還要具備火災報警系統(tǒng)、圖象采集裝置，以適應智能電網的高安全性的需要。

（3）監(jiān)控監(jiān)測柜：用于監(jiān)控、檢測電力線路的運行狀態(tài)，由高級傳感器構成如電子式互感器、火災報警系統(tǒng)、圖象采集裝置、智能諧波表、電網擾動記錄儀等，并具備遠程分合功能，具備工業(yè)以太網通信接口。

（4）配電控制計算機：為智能配電運營中心的神經中樞，具備工業(yè)以太網通信接口以及連接變電站的以太網能力。配電控制計算機負責數據流、信息流、任務流等管理、調度，負責各種任務、命令的執(zhí)行決策。負責配電系統(tǒng)可靠性、安全性的遠程控制以及接入的控制，用于電網參數的計算與管理，如功率、電能、諧波、不平衡度等，診斷網絡系統(tǒng)安全性，故障報警等。外網的連接通過路由器來實現(xiàn)。

（5）用電單元模塊：試驗站、車間、辦公室、食堂、宿舍以及其他設施等組成了用電單元模塊。一般用電單元模塊的配電單元采用帶工業(yè)以太網通信接口的智能塑殼斷路器與小型斷路器級聯(lián)而成，參見圖2。智能塑殼斷路器帶工業(yè)以太網通信接口，上下級塑殼斷路器可以組成區(qū)域連鎖，實現(xiàn)選擇性保護。小型斷路器也可以智能型，帶通信接口，與上級塑殼斷路器連鎖，實現(xiàn)末端選擇性保護。

圖2用電單元模塊配電示意圖

6 結語

智能電網的目標是實現(xiàn)電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全，智能電網能夠實現(xiàn)這些目標，用于智能配網的低壓電器設備研發(fā)和產業(yè)化是基礎。

【 參 考 文 獻 】

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