引言智能電網(wǎng)已經(jīng)成為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向和當(dāng)今電力技術(shù)的熱點。智能電網(wǎng)的特點是自愈、安全、經(jīng)濟、清潔、優(yōu)質(zhì),其主要特征是互動、自適應(yīng)。目前智能電網(wǎng)的定義各國雖有不同,強調(diào)的重點也不同,但其共同的目標(biāo)是要建設(shè)一個堅強的電網(wǎng),提高服務(wù)水平。例如美國GRID2030計劃從三個方面來達(dá)到目標(biāo),一是提高電網(wǎng)的可靠性,二是降低電網(wǎng)運行的損耗,三是充分利用可再生能源。智能電網(wǎng)發(fā)展方向是“一次”與“二次”系統(tǒng)的融合,其追求的功能目標(biāo)是智能化、自適應(yīng),追求的經(jīng)濟目標(biāo)是綜合建設(shè)成本最低,運行維護(hù)費用最低。從配電網(wǎng)的角度來講,要提高用戶的用電質(zhì)量,必須實現(xiàn)電網(wǎng)的高度自動化以及和用戶之間的互動。全面提升配電網(wǎng)監(jiān)測和控制的智能化水平。目前主電網(wǎng)的監(jiān)控手段已經(jīng)非常先進(jìn),如光纖通信、無人值守變電站、數(shù)據(jù)自動采集等,但是配電網(wǎng)的監(jiān)測控制水平還較差。配電網(wǎng)需要加強末端的信息采集以及末端配電設(shè)備的控制,從而使配電網(wǎng)達(dá)到可觀可控的狀態(tài)。美國目前在底特律等三個城市進(jìn)行“百萬級節(jié)點”配電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的試點工作,該系統(tǒng)能夠使處于配電網(wǎng)末梢的每個用戶信息都處于“可觀”狀態(tài)。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中,變壓器是重要設(shè)備,它直接和用電設(shè)備連接,分布廣、數(shù)量多,容量大,總損耗(變壓器損耗,用電設(shè)備損耗)大。配電變壓器的安全經(jīng)濟運行和降低損耗(降低變壓器損耗和用電設(shè)備損耗)對智能電網(wǎng)發(fā)展的影響重大。隨著電力自動化技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,電力設(shè)備智能化方面有了良好的技術(shù)支撐。變壓器控制技術(shù)也在不斷提高和發(fā)展,這也為智能變壓器的發(fā)展提供了有利的條件。本文拋磚引玉,針對變壓器尤其是配電網(wǎng)變壓器論述了智能變壓器的構(gòu)成、功能及發(fā)展趨勢。1 智能變壓器的構(gòu)成智能變壓器是計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和通信技術(shù)和變壓器技術(shù)不斷融合的結(jié)果。它主要由如下幾個部分組成:1)變壓器基本部件;2)智能控制部件;3)主控單元;4)傳感、檢測、傳輸裝置;1.1 變壓器基本部件變壓器的基本功能是電壓變換,因此其基本部件必須具備這一功能。變壓器有油浸、干式等不同的結(jié)構(gòu)之分,有鐵芯與非鐵芯、硅鋼片與非晶合金等不同的材料選用,滿足不同的應(yīng)用場合需求。1.2智能控制部件變壓器作為電網(wǎng)輸配電的重要環(huán)節(jié),在進(jìn)行電壓變換的同時,也應(yīng)具有電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)控制等功能,這要依靠優(yōu)良性能的控制部件來實現(xiàn)?,F(xiàn)有的電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)實現(xiàn)方式,分無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種,即通過無勵磁開關(guān)或者機械式有載分接開關(guān)等控制部件實現(xiàn)有級調(diào)壓。由于機械式有載開關(guān)壽命低、可靠性差,切換有電弧,因此實際使用效果不能滿足電壓調(diào)節(jié)快速、可靠動作的要求。目前,一種用于配電網(wǎng)的光控電子式有載分接開關(guān)已經(jīng)研發(fā)成功,其可頻繁動作、壽命長、快速響應(yīng)、無電弧、可分相操作的良好技術(shù)特性為電網(wǎng)電壓穩(wěn)定和變壓器經(jīng)濟運行提供了良好的實現(xiàn)手段。1.3主控單元作為變壓器智能核心,應(yīng)有強大的數(shù)據(jù)采集、處理、通信、存儲功能。對變壓器運行參數(shù)例如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測并根據(jù)控制原則實時控制,實現(xiàn)遙信、遙測、遙控功能。在變壓器供電回路出現(xiàn)故障時還應(yīng)及時報警,為檢修人員快速定位和處理故障提供良好的幫助。1.4傳感、檢測、傳輸裝置傳感檢測裝置部分采用模塊化、組合式結(jié)構(gòu)、具有體積小、配置靈活、安裝方便的特點。通過它,可實現(xiàn)對變壓器運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)控。傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)變壓器系統(tǒng)的智能通信并可以傳輸信號給靈活控制部件如新型光控電子式有載分接開關(guān)穩(wěn)定或調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)最優(yōu)化運行。通信接口規(guī)約應(yīng)采用開放性規(guī)約,符合IEC61860國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。接口采用電口或者光口,滿足高速通信和可靠通信的要求。2 智能變壓器的功能變壓器應(yīng)具有變壓傳輸電能、穩(wěn)定電壓的基本功能。智能變壓器相比于常規(guī)的變壓器,其智能化主要體現(xiàn)在:具有良好的通信接口、信息管理、狀態(tài)診斷與評估,運行數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障報警功能并與配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)、負(fù)荷控制功能,具有其它高級功能例如良好的自適應(yīng)能力優(yōu)化運行實現(xiàn)電壓穩(wěn)定和自動補償功能;各部分的功能簡單描述如下:通信接口:采用電口RS485/RS232或者光纖口,通信規(guī)約應(yīng)符合IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn);信息管理:記錄設(shè)備運行參數(shù),為檢修和設(shè)備管理提供信息;狀態(tài)診斷與評估:智能在線監(jiān)測、故障診斷,實現(xiàn)狀態(tài)檢修,減少人力維護(hù)成本,提高設(shè)備可靠率;運行數(shù)據(jù)監(jiān)測和故障報警:實現(xiàn)遙信遙測遙控功能,并實時發(fā)送運行數(shù)據(jù)和故障報警信息;主要處理的數(shù)據(jù)有:電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、溫度、變壓器使用壽命計算以及其它必要的統(tǒng)計數(shù)據(jù);保護(hù)功能:對于內(nèi)部器件損壞引起的故障應(yīng)有完善的保護(hù)并與系統(tǒng)的微機保護(hù)裝置進(jìn)行接口通信,實現(xiàn)保護(hù)智能化。一般采用提供交直流通用的干接點方式;運行控制功能:具有優(yōu)化運行,靈活控制及自適應(yīng)能力:例如實現(xiàn)智能溫控、電壓自動調(diào)整、無功補償控制、可按照負(fù)荷情況選擇變壓器運行方式、按照最優(yōu)經(jīng)濟運行曲線運行實現(xiàn)損耗最低。3 智能變壓器的發(fā)展趨勢智能變壓器的發(fā)展與自動化控制水平、器件及材料的發(fā)展是密切相關(guān)的。有幾種發(fā)展的的路線:3.1采用組合集成技術(shù)形成智能組合式變壓器從單一只具有變電功能的變壓器,向帶有強迫風(fēng)冷、功率計量、計算機接口等多功能組合式變壓器發(fā)展;采用新型電子式有載分接開關(guān),引入智能化接口,具有數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)控制、優(yōu)化運行、狀態(tài)顯示等功能,從而使變壓器成為一種多功能智能化、隨時處于最佳運行狀態(tài)的電氣設(shè)備3.2 采用電力電子技術(shù)形成智能萬用變壓器(IUT)電力電子學(xué)器件用于電力拖動、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。近年來,大功率電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力的一次系統(tǒng)。可控硅(晶閘管)用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長的歷史。近年來大功率電子器件已經(jīng)應(yīng)用于靈活的交流輸電(FACTS)、定制電力技術(shù)(Custom Power)以及新一代直流輸電技術(shù)。采用電力電子技術(shù)制造的變壓器稱為“智能萬用變壓器”。它的實質(zhì)可以說是一種用于配電系統(tǒng)的多功能變換器。不同于傳統(tǒng)的線圈式變壓器,它是基于電力電子技術(shù)(由多級逆變器組成)的變壓器。作為美國EPRIADA項目中的一個基礎(chǔ)性的裝置,IUT已接近市場化。見于報道的IUT的額定功率為20kV?A,輸入相電壓為2.4kV,輸出的額定電壓為120V/240V。IUT集電壓變換、頻率變換、動態(tài)無功補償、電能質(zhì)量控制、不間斷電源等功能于一身。它是采用先進(jìn)的電力電子系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)配電變壓器的電磁結(jié)構(gòu)。同傳統(tǒng)變壓器相比,它將為系統(tǒng)運行提供眾多的好處,例如,可實現(xiàn)功能模塊化,減少了備品備件種類和數(shù)量。它消除了危險的液體介質(zhì),可以為用戶提供可選擇的服務(wù)項目(如直流或其它頻率的電力),可改變接線組別,容許從一條單相線路上傳遞三相功率,當(dāng)需要時,可以用來作為開斷潮流的可控開關(guān)、具有調(diào)壓和諧波過濾功能,能夠進(jìn)行實時的電壓調(diào)節(jié)和解決其它電能質(zhì)量問題,甚至它可以起到短時間儲能、可以用作配電自動化設(shè)備的傳感器。而且,該種變壓器耗用資源少,加工簡單,屬于低碳成本的產(chǎn)品,符合低碳經(jīng)濟的發(fā)展要求。IUT有兩種設(shè)計方案,即混合設(shè)計方案和全固態(tài)方案?;旌显O(shè)計方案仍然有傳統(tǒng)的變壓器,高壓側(cè)沒有電力電子組件,只是在低壓繞組接入電力電子組件。由于還保留了傳統(tǒng)的變壓器,一些重要的功能還不能實現(xiàn)。全固態(tài)方案是用電力電子組件完全取代傳統(tǒng)的變壓器,構(gòu)成不同的AC/DC、AC/AC變換器。4 結(jié)束語智能電網(wǎng)屬于低碳經(jīng)濟的重要組成部分,通過提高電力使用效率能夠間接降低碳排放量。隨著環(huán)保要求的不斷提高以及電力自動化技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,變壓器制造也將向低碳的標(biāo)準(zhǔn)提出更高的要求,變壓器設(shè)計生產(chǎn)中引入電力監(jiān)測技術(shù)、電力電子技術(shù)、電力通信技術(shù)、新材料新工藝以及“一次”與“二次”融合的設(shè)計思想并推進(jìn)變壓器智能性的不斷提升是必然的趨勢。智能型變壓器必將以其高性能、低功耗、多功能的優(yōu)異性能適應(yīng)智能電網(wǎng)的要求,變壓器行業(yè)也將走上低碳經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展道路上來。(來源:網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者)