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【摘要】在智能電網發展趨勢下，配電網電力電子裝備的互聯水平和網絡化水平逐步提升，為智能集中抄表、遠程數據監控等提供了有力支持。本文首先對配電網電力電子裝備進行研究，并分析其通信系統建設現狀及發展趨勢，在此基礎上，探討配電網電力電子裝備互聯及網絡化的關鍵實現技術，包括系統架構設計、即插即用功率接口應用、能量路由器應用、開放標準操作系統等。

【關鍵詞】配電網；電力電子裝備；互聯；網絡化技術

前言

配電網中的電力電子裝備不僅要保證自身的運行穩定性，還要實現與同一系統下的其他電力電子裝備進行交互和通信，從而確保整個系統的正常運行以及智能化監測功能的正常使用。在電力電子技術的快速發展下，配電網設備的智能化功能已不再局限于電能質量調節，還可實現電能雙向、多向流動控制或更復雜的電能調節功能。其中，改變傳統裝備獨立工作運行方式，是滿足復雜配電網控制功能的關鍵。需要建立一體化網絡，進一步提高裝備之間的聯動性和通信及時性。

1配電網電力電子裝備的研究

現代電力電子技術的研究和應用方向，實際上通過采用不同的電力電子裝備，進行電能變換。配電系統中，應用的電力電子技術十分廣泛，包括功率開關器件、無源元件、變換器技術、封裝技術、冷卻技術等。一個完整的配電網可以劃分為三個層次，即器件、變壓器、電力電子系統。其中，半導體開關器件是構成電力電子系統的重要基礎，器件材料、結構、氧化層形成等則是影響器件性能的關鍵因素。隨著材料科學的發展，目前SiC和GaN等新型半導體材料已經被應用到配電網中，使其開關損耗得到進一步降低。變換器是電能功率處理裝置，將輸入的電能形式轉換為所需的電能幅值和頻率，再進行輸出。目前變換器功能已經達到99%以上，并能夠通過多個變換器的連接，提高電壓與電流處理能力，從而滿足配電網容量要求。由多個不同類型的電力電子裝備構成的復雜電路即為電力電子系統，一般設計為分層結構，由系統控制器收集變換器狀態信息，并下達指令，執行閉環運算和保護等功能。目前高壓大電流電氣器件與無源元件的配合使用，使直流配電網的設計和實現成為可能。

2配電網通信系統分析

在電力電子技術和信息網絡技術的快速發展下，配電網的智能化程度越來越高，許多電子裝備可以進行信息自動采集，并利用網絡方式進行傳輸，根據檢測進行遠程控制。但由于配電網中的電力電子裝備數量多，運行方式復雜，要實現所有設備的互聯和網絡化通信，還需要建立更加智能的配電網通信系統。配電網通信系統要實現的功能主要包括全網節點的信息匯集、指令下派、輔助調度分析與決策等。目前電力系統主要采用三級通信結構，即高壓等級到中壓等級、發電端到176電力訊息輸電端、以及主變電站的SCADA系統覆蓋。在三級通信結構下，控制中心可實現對配電網中電力電子設備的實時數據收集與遠程監控功能。隨著配電網智能化程度的提高，其功能不再局限與對電力電子設備運行數據的簡單監測，二是要實現配網調控，主動對配電網中的電力電子設備進行管理。采用單一通信方式難以實現不同規模的信息通信需要，因此，未來配電網通信系統將相多種通信方式的混合應用方向發展。

3配電網電力電子裝備互聯及網絡化的關鍵技術

3.1系統框架設計

在智能配電網的建設過程中，越來越多的電力電子設備被應用到系統中，包括配電網DFACTS設備、可再生能源接口、用戶側用電設備電源等。以往配電網主要采取將不同電力電子設備功率端聯接到一起的形式，但無法實現在電網層次對設備運行進行調節。因此，智能化裝置的靈活性、可控性還沒有被真正發揮出來?，F階段的配電網系統架構調整將逐漸改善這一問題，將每個電力電子裝置看作一個網絡節點，通過構建通信網絡，連接所有的節點，實現對節點電能狀態的實時采集、實時指令等功能，從而在電網層次，協調各電力電子裝置運行，這是互聯和網絡化技術的關鍵所在。符合上述要求的配電網系統設計主要包括以下幾個部分：電力電子模塊（PEBB）、機械設備模塊（MEBB）、能量管理模塊（EM）、能量產生源（Producer）、儲能（Storage）、負載（Load）等，如圖1所示。在該系統框架下，電網不僅包括能量流，還包括各節點產生的信息流。智能裝置具有對電能的主動調節能力，因此不同電網間接口以及分布式發電端、負載等均有智能裝置承擔，并參與通信和命令執行。該系統架構的應用可以將傳統集中式發電和用電模式改變為分布式發電和用電模式，實現以用戶為導向，匯集網絡內所有信息，為實時電價的實現提供保障.

3.2即插即用功率接口

在上述電力電子裝備的互聯與網絡結構中，關鍵實現要素包括即開放標準操作系統、能量路由器和插即用功率接口等。其中，即插即用功率接口主要負責計入儲能電池和分布式發電終端等裝置。在這種功率接口的應用下，各種不同設備輸入的電能形式可分別被轉換為匹配于系統運行的形式，實現對不同電能形式的轉換。而且這種功率接口實際上也是一種電力電子設備，可采用PV并網逆變器和雙向變換器等實現。在采用該功率接口時，需要配置通信接口，通過采用標準協議，對接入到配電網中的設備進行快速識別，最終將終端設備的信息上傳到網絡控制中心處，由控制中心調控指令，調節設備運行。即插即用功率接口的使用不僅能夠滿足功能接口的一般功能要求，而且具有使用方便、反映靈敏等優勢，目前已經在配電網中得到了較為廣泛的應用。

3.3能量路由器

能量路由器即能量智能管理模塊（IEM），在中低壓配電網中，能量路由器主要作為接口來使用，可實現能量的雙向流通，并提供低壓直流母線，方便可再生能源設備的接入。在上述的網絡化系統架構中，同樣需要采用標準開放協議，確保能量路由器功能的正常發揮，實時接收功率接口傳輸過來的終端信息，并為各終端設備提供指令參考。其中，參考指令參數主要根據當前配電網中的終端設備工作狀態及電網質量來確定。同時，能量路由器還負責維持低壓配電網電壓的穩定性，限制電壓穿越與故障電流等。配電網中的用戶類型和規模均不同，在能量路由器選擇過程中，功率和電壓等級方面也應加以區分。比如一部分能量路由器是針對民用用戶設計的，容量一般為20kVA，還有部分能量路由器是針對工業用電大戶設計的，容量可達到500kVA。對于后者，可直接由中壓配電網供電，然后通過三相低壓交流母線為用戶供電。在上述互聯網絡中，能量路由器是一個關鍵設備。

3.4開放標準操作系統

上述配電網電力電子裝備互聯與網絡化系統的實現需要采用開放通信協議標準操作系統，包括TCP/IP或HTML協議等。開放標準操作系統是一個通用網絡協議，在配電網中使用的功率接口、能量路由器等裝置，都必須支持開放標準協議，從而實現全網設備的識別、監測和調控等功能，協調全網運行。此外，通過將通用網絡協議安裝到智能手機端或用戶PC機端，還可以滿足用戶實時查詢用電信息、網上電價查詢及電費繳納等功能提供支持。用戶在操作過程中可連接到區域網絡調度中心，匯總實時用電信息，對其加以分析，并根據結構進行主動控制。從系統主要功能來看，上述系統架構又可以成為能量互聯網，其重要組成部分是能量流與信息流，這是組成電力電子互聯網的重要基礎。在不同類型的電力電子裝置廣泛應用下，目前能量層已基本實現了互聯互通，而通信層的網絡化程度仍較低，具體表現為各網絡節點的信息化程度較低、智能電表等通信功能設備利用效率低，因此目前配電網實時控制能力還未達到預期水平，需要進一步研究通信層網絡化技術的實現。

4結束語

綜上所述，電力電子設備在配電網中應用廣泛，實現其互聯和網絡化管理，可以進一步提升智能電網的自動化水平，實現不同裝置之間的聯動管理。目前電力電子技術的快速發展以及智能化技術的發展都為新型電力電子裝置互聯網絡的構建提供了基礎，本次研究提出了一種具體的互聯網絡實現方式，并指出其中的關鍵技術，希望可以為配電網電力電子裝備網絡化的研究及系統設計提供參考。

參考文獻

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[3]王亞剛，方真真，劉鵬濤.配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術研究[J].科技展望，2016，26（03）：105.

作者:柯鴻源 單位:東莞潤贏電力科技有限公司