智能电网发展现状及设备研发方向需求分析

2012-09-26中国电器工业协会智能电网工作委员会杨奖利毛昭元

电器工业 2012年11期

关键词：电网智能设备

文/中国电器工业协会智能电网工作委员会杨奖利毛昭元/

1 智能电网发展现状及前景

近几年来，人类的自然环境、国际政治形势、经济形势都发生了深刻而巨大的变化，变得复杂而困难，一场世界范围内的能源变革已然开始，促使各国不仅千方百计地尽可能多地掌控能源资源，而且想方设法提高现有的能源资源的管理利用效率以及开辟新的能源资源。

发展智能电网正是提高现有的能源资源的管理利用效率以及开辟新的能源资源的有效方法，在这种情况下，在世界各能源消耗大国及发达国家的推动下，智能电网的发展呈现出如火如荼之势。

1.1 智能电网发展现状

1.1.1 国外智能电网发展现状

不同国家的国情不同、网情不同、经济社会发展阶段不同、资源分布不同、对资源依赖性不同，发展智能电网的方向和重点也不同。虽然目前智能电网概念和内涵还不统一，各国所选择的技术路线肯定不一样。但各国发展智能电网的目的趋向基本一致：保障国家能源安全，积极应对环保压力，促进可再生能源发展，提高资源利用效率，增加劳动就业，完善用户的增值服务。

美国政府为智能电网安排45亿美元前期投资，其中34亿美元用于技术开发，另外6.15亿美元用于智能电网示范工程，美国政府强调“现在是建设能源高速公路的时代”，主要侧重于加大现有网络基础设施的投入，积极发展清洁能源，推广可插电式混合动力汽车，实现分布式电源和储能的并网运行。

欧洲各国的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发展，尤其是鼓励风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展，欧盟和相关国家的政策比美国更加鼓励支持、提倡低碳发电、可再生能源电力和高效的能源利用方式，减小碳化物的排放，保护环境。因此欧洲主要侧重于研究和解决电网对风电，尤其是大规模海上风电的消纳、分布式能源并网、需求侧管理等问题。对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求。提高运营效率，降低电力价格，加强与客户的互动，把电网建设成运营商和用户互动的服务网成为了欧洲智能电网建设的重点之一。

日本于2009年4月公布了“日本发展战略与经济增长计划”，其中包括了太阳能发电并网、未来日本智能电网实证试验、电动汽车快速充电装置等与智能电网密切相关的内容。主要侧重于研究和解决分布式光伏发电和风能发电的大规模并网问题，以及电动汽车和电网的互动问题。

1.1.2 国内智能电网发展现状

目前我国智能电网工作已取得阶段性进展，国家电网公司在26个省市开展了21类共228项智能电网试点项目的建设，在发电、输变电、配用电等各个环节进行了原有设备的改造、升级和新设备的研制和开发。

1.1.2.1 新能源发电

2005年2月，第十届全国人民代表大会常务委员会通过了《中华人民共和国可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。除水能外的可再生能源与核能合称为新能源。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”，开展分布式发电供能技术方面的研究工作符合国家重大需求。2009年中国用于可再生能源的投资金额为29.2亿美元，仅次于德国，居世界第二位。相较于2008年，可再生能源总量达226GW，增幅（37GW）居世界第一位，风力发电容量增幅（13.8GW）及总量（38GW）均居世界第一位。

A 风力发电

近年来我国风电产业得到了迅猛的发展，风电资源开发正由单一的陆上规模化开发模式，向陆上规模化风资源、海上风资源、陆上弱风区分散资源多路并重的开发模式转变。初步掌握了分布式电源接入配电网技术。到2009年，我国风电装机21581台，容量2580.53万千瓦，仅次于美国列世界第二。规划建设7个千万千瓦级风电基地。2010年累计装机容量达到4200万千瓦，并网容量达3107万千瓦，连续5年实现翻番。其经营区域内风电并网装机已达到2826万千瓦，占全网最大用电负荷的4.2%。2015年开发规模6万千瓦，2020年总装机风电1.5亿千瓦。目前装机运行以1.5MW机组为主，有部分2～3MW机组装机，也有个别5MW机组安装。

存在的主要问题有：

首先，我国尚未完全掌握风电机组的核心设计及制造技术。其设计所需的应用软件、数据库和源代码都需要从国外购买。在风机制造方面，风机控制系统、逆变系统需要大量进口，一些核心零部件如轴承、叶片和齿轮箱等与国外相比质量、寿命及可靠性有很大差距；其次，上网容量远小于装机容量，造成装机容量大，并网发电少的现状。最后，我国风电的技术标准和规范不健全，包括风机制造、检测、调试、关键零部件生产及电场入网等相关标准亟需建立和完善。

B 太阳能发电

我国已是世界第一大太阳能电池生产国，年产量超过世界的40%；在西部已推广了1000多座独立光伏电站，已建10座以上10MW级大型光伏电站，2010年底累计装机超过600MW。

太阳能光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。我国电池产量连续三年居世界首位，多晶硅材料自给率50%，全产业链产值2000亿元。已经掌握了包括太阳能电池制造、多晶硅生产等关键工艺技术，设备及主要原材料逐步实现国产化，产业规模快速扩张，产业链不断完善，制造成本持续下降，具备较强的国际竞争能力。

大电网配套、高效储能等技术是制约太阳能发电的主要问题，控制器和逆变器有待加快发展。

C 核电

我国核电经过20多年的发展，设计、建设、运营水平明显提高，核工业基础已初步形成。根据国际原子能机构2005年10月发表的数据，核电年发电量占世界发电总量的17%，核电发电量超过20%的国家和地区共16个，其中包括美、法、德等发达国家，其中，日本甚至达到1/3，而我国仅仅为2.4%左右。

在“十二五”规划纲要中，核电装机规划目标是到2015年达到约4000万千瓦，到2020年达到9000万千瓦。

从技术上看，由于我国的核电产业起步较晚，目前能自主开发、制造的只是30万千瓦和60万千瓦级别的能力，100万千瓦的核电机组制造技术还在研发阶段。而我国在2020年之前投资的核电站均为100万千瓦以上，因此近期建设的机组仍需与国外优势企业合作。需以核电站建设工程为依托，推进二代改进型、AP1000核电设备自主化，重点实现压力容器、蒸汽发生器、控制棒驱动机构、核级泵阀、应急柴油机等主要设备的国内制造。

总之，不同种类新能源大规模接入电网的方式向接入方式多样化方向发展；新能源电站向高度信息化、自动化方向发展，将具备“可预测、可调度和可控制”能力；功率预测技术向精细化方向发展；运行控制与电网安全向统一协调化方向发展。

1.1.2.2 智能输变电

在我国智能电网输电领域，变电站智能化是重要的一部分，主要涉及的电压等级范围为66kV～750kV，各种设备能做到电流、电压等电网基本参量的数字化测量和测得数据的网络化传输，可以对设备基本功能状态进行智能化监控或量测。

A 一次电力设备

目前，一次电力设备基本上加装国内各主流厂家IED（智能电子装置），在6kV～750kV各个电压等级均有应用，宿主主设备覆盖开关设备、变压器、互感器、避雷器等。根据监测对象，包括电流、电压、设备绝缘状态、设备运行状态、绝缘介质物理状态、辅助设备工作状态等各种IED，实现对宿主设备信息进行采集并作一定的处理、上传，同时将来自高一级的信息向下传达执行。一次电力设备由于工作的自然环境条件、保证工作所形成的人为条件及工作常态下设备对环境所带来的电、磁、热、震动等的影响，使得其智能化发展进程较为缓慢，设备整体自我感知能力相对不足，与电网信息交互功能有限。

B 电力二次设备

电力二次设备是指对一次电力设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产控制信号所需的低压电气设备。主要包括：继电保护装置、测控装置、远动装置、五防设备、合并单元、智能终端、数字化仪表、数据和事件记录装置、网络监视设备等。

站控层实现了信息一体化平台，实行对实时监控系统、故障录波系统、站域控制、电能计量系统、在线监测系统、视频安防系统、通信系统、对时系统、防误操作闭锁系统、交直流一体化电源系统等各子系统的各种数据进行统一接入、统一储存、统一处理等综合管理。实现信息来源更为广泛、信息数据可双向流动及统一的数据信息及网络共享。

1.1.2.3 智能配用电

随着智能电网建设全面进行，配用电技术不断成熟，我国新型智能配用电系统面临的应用格局将发生很大的变化，灵活、可靠、高效的智能配电网网架结构能够满足高可靠性和易于分布式电源接入的要求，同时适用于农村电网单相和三相的混合供电，智能配用电综合系统为智能电网的配电和用户侧的智能化提供切实可行的解决方案。

配用电技术总体向集成化智能化方向发展，灵活接纳分布式电源，实现自愈控制和互动性，功能上满足四“遥”即：“遥信”、“遥测”、“遥控”和“遥调”，并且具备多种有线及无线通信方式。向多能源互补、实现智能分析、智能调度和自愈控制的方向发展；到目前为止，智能开关只具备部分智能功能，还没有形成真正意义上的智能开关。

用电向用户信息采集“全覆盖、全采集、全费控”方向发展，互动用电终端广泛应用。

电动汽车向即插即用，服务体系友好开放、灵活互动、物联网服务方向发展。

智能家居技术和智能小区技术向智能化、交互化方向发展。实现分路电能检测、家庭能耗实时显示、与电网互动是潜在需求，集成了安防、数字小区、家电控制以及家庭自动化等功能，实现整体解决方案。智能楼宇系统要实现一屏多用，以及多设备统一监控的功能，使智能楼宇的功能更综合化。而在未来，智能楼宇监控系统将有可能完全融合到综合能效管理平台中，真正实现使用一套系统就能对所有的设备进行统一管理。

1.2 智能电网发展前景

1.2.1 我国智能电网发展目标

智能电网应具备强大的资源优化配置能力和良好的安全稳定运行水平，能有效缓解我国能源资源和生产力分布不平衡的矛盾，显著提高用户供电可靠率；适应并促进清洁能源发展，满足能源消费结构调整的国家战略要求，实现大规模集中与分散开发模式并存的清洁能源开发利用，使清洁能源成为更加经济、高效、可靠的能源供给方式；实现高度智能化的电网调度和电网管理信息化、精益化，实现电力用户与电网之间的便捷互动，为用户提供个性化智能用电管理服务，满足电动汽车等新型电力用户的电力服务要求；实现基于电力网、电力通信与信息网、电信网、有线电视网等多网融合，拓展及提升电力系统基础设施增值服务的范围和能力。

“十二五”期间，重点加强技术创新和试点应用，在系统总结和评价智能电网试点工程的基础上，加快修订完善相关标准，全面推进智能电网建设，实现各环节的协调有序快速推进。到“十二五”末，我国智能电网技术和关键设备实现重大突破，智能电网标准体系基本完善，电网智能化达到较高水平。

“十三五”期间，我国智能电网技术和设备性能进一步提升，力争主要技术指标居世界前列，智能电网水平处于国际领先。

1.2.1.1 国家电网公司智能电网发展目标

国家电网公司“坚强智能电网”总体发展目标是：“建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。”

国家电网公司“坚强智能电网”计划分为三个阶段：2009年～2010年为规划试点阶段，重点开展“坚强智能电网”发展计划，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节试点；2011年～2015年是全面建设阶段，将加快特高压网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；2016年～2020年为引领提升阶段，将全面建成统一的坚强智能电网，技术和设备达到国际先进水平。坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的坚强智能电网将基本建成。

到2015年，初步形成坚强智能电网运行控制和双向互动服务体系，基本实现风电、太阳能发电等可再生能源的友好接入和协调控制，电网资源优化配置能力、安全运行水平和用户多样化服务能力显著提升，供电可靠性和总产利用率明显提高，智能电网技术标准体系基本建成，关键技术和关键设备实现重大突破和广泛应用，智能电网效益初步显现，国家电网智能化达到国际先进水平。

1.2.1.2 南方电网公司发展目标

提升“客户服务能力、电网运营能力、电网发展能力、价值创造能力、发展支持能力”等五个核心能力，秉持“服务型定位、经营型管控、集团化运作、一体化管理”等四个战略方向，南方电网经过三个时间段的不懈努力，实现“电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变，企业管理向精益化方向转变”，实现“成为服务好、管理好、形象好的国际先进电网企业”的目标。其“十二五”期间的重点目标任务有：

突出保证安全可靠供电，提高对大电网的驾驭能力。一是“十二五”期间新增电力供应6000万千瓦，固定资产投资将超过5000亿元。“十二五”期末，城市客户年平均停电时间不超过5小时，电网综合线损率降低至6.12%；二是确保不发生大面积停电，实现安全生产管理规范化、精细化，切实提高抗灾应急能力。

突出以客户为中心，持续提高客户满意度。一是全面深化客户满意度管理，推动客户服务持续改进；二是加强客户停电时间管理；三是全面实现营配信息集成应用；四是打造客户导向的服务体系；五是逐步理顺与客户的资产界面。

突出服务经济发展方式转变，打造绿色电网。一是“十二五”期末，南方电网非化石能源装机比重将达到48.4%，发电量占43.3%，占一次能源消费的比重达到21.9%；二是深化节能发电调度，制订综合能源利用解决方案，至“十二五”期末对大客户的节能诊断比例达到70%；三是积极引导电动汽车发展方向，“十二五”期末供电基础设施满足电动汽车发展需要，形成支撑其产业化的综合服务体系。

突出运用信息化手段，全面提升创新能力。一是在电网安全稳定与控制技术、电网经济运行技术、设备集成应用技术三个领域，大力运用现代信息技术加快传统电网的升级改造；二是充分发挥信息化在管理创新中的基础和支撑作用；三是全面提升信息化建设水平。“十二五”期间公司信息化达到央企A级上游水平。

1.2.2 “十二五”发展规划及政策支持

我国社会经济快速发展，对电力能源的需求稳步持续增长。加快转变经济发展方式要求电力资源在更大范围内更加优化的进行配置。科学、低碳、绿色的发展道路决定了必须切实改善能源结构。安全可靠供电是能源安全，乃至于国家安全的重要内容。电力工业本身也需要转变发展方式，紧随着现代科学技术的发展步伐，走和谐绿色发展之路。

1.2.2.1 智能电网产业相关长期战略规划

2009年5月国家发布了《装备制造业调整和振兴规划实施细则》，提出要依托特高压输变电等十大领域的重点工程振兴装备制造业。

2010年3月，“加强智能电网建设”被写入2010年《政府工作报告》，这标志着中国智能电网进入快速发展阶段。

国家发改委在确定扩大内需，发展绿色和低碳经济的“十二五”规划中提出，要通过增强创新能力，培育新型战略性产业，优化经济结构；要通过节能减排，发展绿色经济和低碳经济，增强可持续发展能力。

2011年3月的《纲要》中，在多处、从不同角度明确提出要大力发展智能电网相关产业，从而使智能电网产业上升到国家中长期战略。

新能源产业重点发展新一代核能、太阳能热利用和光伏光热发电、风电技术装备、智能电网、生物质能。

新能源汽车产业重点发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术。战略性新兴产业增加值占国内生产总值比重达到8%左右。

加强现代能源产业和综合运输体系建设。推动能源生产和利用方式变革，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系。加快新能源开发，推进传统能源清洁高效利用，在保护生态的前提下积极发展水电，在确保安全的基础上高效发展核电，加强电网建设，发展智能电网，完善油气管网，扩大油气战略储备。

1.2.2.2 我国电力发展规划

“十二五”期间，全国发电装机容量达到约14.37亿千瓦，全国将投产110千伏及以上线路约46万公里、变电容量约25亿千伏安，其中1000千伏特高压交流线路2.2万公里，变电容量约2.2亿千伏安；直流线路2.9万公里，变电容量约2.2亿千伏安；110～750千伏交流线路41万公里，变电容量约21亿千伏安。全国110千伏及以上线路达到133万公里，变电容量达到约56亿千伏安，电力工业投资将达5.3万亿元，比“十一五”增长68%。其中，规划电网投资约2.55万亿元，占电力总投资的48%。2015年全国将形成以华北、华东、华中特高压电网为核心的“三纵三横”主网架。锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向华北、华东、华中地区送电，北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电；预计到2020年，全国发电装机容量达到约18.85亿千瓦，全国110千伏及以上线路达到176万公里，变电容量达到约79亿千伏安，“十三五”期间电力工业投资将达约5.8万亿元，比“十二五”增长9.4%，其中规划电网投资约2.85万亿元。

在未来十年，智能电网领域将约有4万亿元的建设投资。预计2011年至2015年将新建改造8000座智能变电站（其中国家电网公司6200座），这一阶段预计投资2万亿元；2016年至2020年将新建改造7700个智能变电站，这一阶段预计投资1.7万亿元。

2 智能电网设备的新需求

2.1 新能源发电设备

2.1.1 风能发电系统

我国仍未掌握风电机组核心技术，需在风电关键技术领域进行突破，掌握风电核心设计技术、具备核心设备研制能力，突破国外对我国风电技术的封锁。主要包括中国海上及陆上弱风区资源分析、机组多体动力学及控制策略建模与仿真、风电机组整体设计、核心控制系统及并网变流系统的研制等。

技术创新逐渐成为行业发展的核心内生性因素，风电作为全球一体化的产业，技术创新的核心就是与国际接轨。单机大容量、变桨矩、变速恒频、直驱式是国际风电技术的主要趋势，也是我国风电产业技术发展的必然趋势。

2.1.2 太阳能发电系统

太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

太阳能电源系统由太阳能电池与蓄电池组成，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。控制器控制技术的提升是提高太阳能发电效率的重要途径。

DC-AC逆变器主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与负载频率，额定电压等匹配的正弦交流电。逆变器控制技术的突破是太阳能并网的重要内容。

在太阳能发电系统中，太阳能电池技术相对来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平成熟得多，但目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点；要加强硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；聚光电池等。

此领域目前专用原材料国产化程度不高，品种不全，已经实现国产化的材料和部件，其性能比国外偏低，如银、铝浆、EVA（胶粘剂）等。组件封装低铁绒面玻璃、TPT（氟塑料膜）尚未投放市场。

2.1.3 新能源的入网

智能电网要实现大规模可再生能源的接入，并提高风电、太阳能等可再生能源对电网的支撑，解决风电、太阳能等可再生能源发电率预测以及运行控制技术等问题，可再生能源发电主机设备也要朝着标准化、大型化、高效率的方向发展，并要将降低发电成本作为重点突破方向。目前我国的可再生能源发电设备制造商在产量和国内市场占有率方面已经处于领先地位，但国内的风电机组接入电网并没有统一的标准，参数模型也不全面，基本属于不可观、不可控的状态。

作为可再生能源发电的核心控制设备，如风机主控系统、大功率变流器、变桨距系统、光伏并网逆变器等，也要符合电网接入的统一导则，有详细的数学模型，在其控制规律上要考虑间歇式能源对电网的影响。智能电网的建设将能大大带动这些创新技术的应用，并带动相关产业的技术升级和健康发展。

功率预测技术、能量传输的研究、并网接入技术及标准、智能调度技术的研究是该领域今后研究的方向。

2.2 智能输变电系统

采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协调互动等高级功能。

智能输变电设备的总体发展要求是提高设备的智能程度，提高智能电子装置的准确性和可靠性，降低智能输变电设备的成本。

2.2.1 智能开关设备

建设统一坚强智能电网，要求开关设备必须智能化。智能开关应包含三方面含义：首先，智能开关应具有人工智能功能，即具备准确的感知信息功能(知识的获取)；此外，具备正确处理信息及分析判断功能(知识的运用)；最后，还应具备对处理结果的实施及有效的操控功能(知识的处理)。其中，智能断路器是智能开关中的最典型的代表。

智能开关的发展趋势主要有：

(1) 分合闸操作智能化

分合闸操作智能化是指动触头从一个位置到另一个位置的自适应控制的转换，能够根据监测到的不同故障电流信号，自动选择操动机构及灭弧室预先设计预定的工作条件，获得实际开、断时电气和机械性能上的最佳效果。对断路器的合分闸相位的控制可以大大提高断路器的开断能力，提高断路器的可靠性。

(2) 开关设备运行状态的检测与判断

监测自身的运行状态，增加开关设备运行的可靠性，并能判断其工作是否正常，给出寿命预测及失效率评估及对其进行最佳运行调控，可以有效地提高电网的可靠性。

(3) 二次控制智能化

二次控制智能化应具有自动监测开关设备状态、自动处理信息、自动诊断保护和自动显示、记录等功能。

2.2.2 智能变压器

对智能变压器的基本要求是：能够在智能系统环境下，通过网络与其他设备或系统进行交互。其内部嵌入的各类传感器和执行器在智能单元的管理下，保证变压器在安全、可靠、经济条件下运行。智能变压器的关键是要实时反映变压器的运行状态，能够在统一信息模型和服务模型的网络环境下实现信息共享和互操作。采用统一建模的网络协议通过网络实现集成。

在现有技术的基础上，需进一步研究光纤绕组测温、绕组变形监测、局部放电定点或定量监测、内部振动监测、绝缘状态监测、变压器节能冷却控制技术等。

开关设备和变压器智能化所需的IED，还需满足如下要求：

(1) 支持标准通讯协议: IEC61850 和TCP/IP。

(2) 具有互操作性，能够与同一厂家或不同厂家的IED互联。

(3) 内嵌Web维护界面，支持远程维护功能。

(4) 带有跟踪自诊断功能，确保系统异常后实时报警。

(5) 满足室外长期运行要求，必须保证能够在恶劣环境或极端环境和变电站强电磁干扰环境下，安全可靠运行。

2.2.3 测量及监测设备

2.2.3.1 传感器

传感器承担了智能电网实时信息的最前端测量、监测信息的直接获取，可以说传感器技术的发展很大程度上决定了智能电网发展水平。我国电力行业使用传感器的场合是很多的，发、输、变、配、用各个环节都离不开传感器技术的应用，主要使用传感器有：电流传感器、电压传感器、局部放电传感器、压力传感器、温度传感器、振动传感器、气体传感器、湿度传感器等。这些传感器大都属于技术水平不是很高但对可靠性和稳定性却要求非常高的通用传感器，技术水平要求较高的测量电流、电压的光纤传感器现在在电力行业应用还较少。

2.2.3.2 互感器

根据智能电网的要求，电子互感器设计制造需满足数字化、绝缘简单、频响快、机械抗性强、无危险、测量精度高、易集成、易安装、易更换、环保等特点。

目前我国互感器市场传统的电磁互感器与电子式互感器并存，其中独立式电子互感器以混合式电流互感器和电容分压器较多。罗氏线圈绕制工艺与LPCT（低功率线圈）生产技术较成熟。

全光纤电子互感器可满足我国智能电网的需要，是我国今后的发展方向。我国全光纤互感器实际工程应用才开始起步，其涉及互感器的可靠性和稳定性及寿命等技术问题还需进一步研究解决。

2.2.3.3 在线监测技术

我国变压器、GIS等关键电力设备的在线监测与诊断技术，要求传感器技术水平不断提高，可实现采用多参量综合检测的方法去研究运行中状态特征参量的变化规律（如：超高频局部放电检测、超声波绝缘缺陷检测、油中气体在线监测、光纤温度在线测量等）以及一些新数字信号分析技术应用于在线监测中；采用先进的传感器技术、计算机技术、电力电子技术、数字系统控制技术、灵活高效的通信技术，才能确保电网坚强、灵活、智能、高效运行，满足现代社会对供电可靠性和电能质量的要求，优化发输配用各环节的协调调度，实现运行方式自适应管理，实现系统节能降耗以及绩效指标的优化，提升管理和决策水平。

2.2.4 通信

要构建以骨干通信电路、跨区联网通信电路为主，各级通信网协调发展的电力专用通信网。以提高对各级通信资源的调配能力、提高对各类通信业务的承载能力、提高对各种自然灾害和外力破坏的抵御能力为目标，满足电网发电、输电、变电、配电、用电及调度等各个环节的通信需求。构建满足智能电网需求的传输网、数据网、业务网、支撑网全方位的通信系统。

2.3 智能配电设备

2.3.1 配电一次设备

配电网测控保护技术将向广域信息、自适应、可逻辑重组、支持动态在整定的方向发展，以适应多元化电源和灵活供、配电的要求。各种保护、控制技术进一步与配电一次设备相互渗透、融合，发展为一体化智能设备。

永磁操动机构及具备数字化测控技术的同步柱上真空开关，新型固体绝缘介质的环网柜；完整有效的智能配电装备成套运行的状态预警技术。

2.3.2 配电二次设备

配电二次设备是保证配电网安全可靠经济运行并与之相配套的必不可少的重要装备。自适应多元化电源、灵活配用电要求的智能终端，支持软插件与逻辑组态、动态在线整定及远程维护，实现装置与一次电力设备的高度集成，为10kV配电网分布电源接入的配电网保护与控制提供技术支撑。

国内对配电二次设备的要求大致有以下几点：(1)多样化；(2) 从信息孤岛到集成的配电管理系统DMS；(3)配电网优化运行；(4)定制电力技术的应用；(5)分布式电源接入。

2.3.3 储能设备

目前的储能方式主要分为机械储能、化学储能和电磁储能。先进储能技术是智能电网的重要组成部分。只有规模化发展储能技术，才能使风能、太阳能、海洋能等间歇性、随机性、低密度特性的清洁能源得以广泛、高效的利用。近年来，储能技术的发展作为电力系统提高稳定性、调频调压和补偿负荷的新手段，为电力系统的规划、设计、控制和调度等方面带来新的发展。

智能电网需要各种形式的储能电站以便在电网负荷低谷的时候作为负荷从电网获取电能充电，在电网负荷峰值时刻改为发电机方式运行，向电网输送电能，这将有助于减少系统输电网络的损耗，减缓或者替代新建发电厂。可以说大规模储能系统可以贯穿智能电网发、输、配、用的各个环节，不仅对传统电力起到改善和改良的作用，而且储能装备的发展和应用也将给电网的规划、设计、布局、运行管理以及使用等带来革命性的变化。

电动汽车充电设施作为电网储能装置的一种，是支撑电动汽车发展的重要基础，拥有广阔的产业前景和市场空间。目前急需规范充电站技术及建设标准，统一做合理地技术设计和规划布局，对充电设施的规划、建设、设计及运行维护做好全盘考虑，以满足配网规划、电能质量控制、安全用电等方面的要求。

超级储能电容器是一种理想的新型能源器件，具有内阻小，充放电电流大，充放电效率高（90%～95%）、循环寿命长（几万至十万次）、无污染等独特的优点。但需要进一步降低能量浪费，提高系统的效率；减少电阻发热，妥善消散热量；及时抑制快速制动产生的泵升电压。

诸多储能技术中，进步最快的是化学储能，其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破。

2.3.4 微网系统

微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。针对微网系统高效利用分布式可再生能源、改善电能质量和提高供电可靠性的要求，需要研究微网技术和关键设备，重点突破微网系统规划与设计、系统仿真、运行控制与能量管理、故障诊断与系统保护等关键技术，开发研制混合型直流断路器、高压DC-DC变流器、多端口互联变换器等关键设备。

2.4 智能用电设备要求

用电环节智能化主要包括建设和完善智能双向互动服务平台和相关技术支持平台，实现与电力用户的能量流、信息流、业务流的双向互动，全面提升公司双向互动用电服务能力。用电信息采集系统、智能化用电装置是该环节发展侧重点。

2.4.1 智能用电系统

在系统主站方面，各类用电信息采集系统要针对不同采集用户对象独立建设，如建设负荷管理系统实现50kVA及以上专变用户信息采集，建设集中抄表系统实现居民用户信息采集。需要克服系统独立建设的方式给系统数据共享带来障碍，难以完全满足不同专业、不同层面的数据需求等矛盾。要提高系统标准化程度，满足省级、电力企业总部等更高层面的数据应用需求。

在采集设备方面，要克服用户用电信息采集的终端设备多种多样，遵循的技术标准不尽相同，根据安装设备用户类型不同其功能及性能也不同等矛盾。加强提高采集设备技术标准的统一性，减少设备多样化，即在功能与性能等方面的差异，给系统运行维护提供方便。

国内目前在智能电能表、采集终端制造方面与国外基本在同一起跑线上，某些指标甚至领先国际先进水平，而且电能表制造水平也比较高，产能也比较大，价格也有竞争优势。但国内智能电能表在使用寿命，工艺外观等方面与国外有一定差距，不过这些年已经逐步改进。

2.4.2 智能家居控制系统

智能家居是以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，通过网络化综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境，简单说就是智能化的居住生活空间。

家庭智能交互终端是实现智能家居系统的“大脑”，它将各种与信息相关的通信设备、家用电器设备和安防装置等通过有线或无线方式连接成网络，进行集中监视与控制、异地监视与控制和家庭事务管理，并通过设置各种组合条件控制，保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。即利用4C技术（即计算机、网络与通讯、自控、IC卡四种不同的技术），通过电力PLC+EPON光纤的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。

2.4.3 网络化控制系统

要求信息化程度提高，性能稳定可靠，编程方便，安装调试简单，价格便宜。

网络化控制系统要做系统模块化与网络化设计，除具备防雷击、防浪涌、过电压保护等基本功能外，其网络单元要易于重构，灵活组网；人性化的人机界面，使用方便；低成本与低功耗，实用性强。相互关联性及与不同电器的兼容性要高，家居和办公环境用电网络能系统化节能，网络化远程监控。实现家居电器的节能、智能、网络管理，向节能减排、物联网的方向发展。

2.4.4 智能楼宇&小区&城市

楼宇智能化控制其中一个重要的任务是通过使用能量优化功能，并考虑最优的能源价格标准和负荷的管理功能，降低整体能源消耗减少资源浪费，降低日常运行成本。在楼宇、小区的范围内可以结合微网、绿色能源等新技术，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，实现最大程度的能源浪费减少，充分发挥分布式发电供能系统的效能。

智能电网的建设突出的不同就是互动性，采用EPON或电缆复合光纤入户（PFTTH）加电力线宽带的方式，通过电网的配、用电网络实现了光纤到楼宇，甚至入户的方式，为信息网络“最后一公里”的最终解决提供了低成本、高性能的解决方案，也为国家“三网合一”的规划提供了现实基础。高速的光纤网络结合电网可以遍布整个城市，通过网络建设和应用分离的方式，通过互联网络可以接入诸如智能政府、智能医疗、智能交通、智能路灯等许许多多的公共服务资源，更可以侦测、分析和整合各种数据，对市民的服务需求作出智能化的响应。

2.4.5 用户端设备

（1）用户端电能管理、负载控制与管理系统都通过数字化技术的运用，实现有效、可靠的运行，促进各类传感器的研究与应用；

（2）全面提升综合服务能力，最大限度满足用户多元化需求；借助双向供电技术，实现双向互动营销；智能楼宇、智能家电、智能交通等建设的推动；

（3）面对全球性能源短缺，全球气候变暖、环境、可持续发展等问题，发展分布式光伏发电；

（4）先进的分布式储能技术、电池储能、超级电容器储能等技术的开发与应用；

（5）智能化用户端充放电技术（尤其是快速充电技术及相配套的多媒体软件）的开发与应用，促进新型充放电服务体系的建立。

3 智能电网设备研发方向

3.1 智能电网设备支撑技术

智能电网设备是多学科交叉和融合的结果。它涵盖了传统电器、电力系统自动化、微机控制、微电子技术、电力电子技术及数字通信和计算机网络等多种学科的相关知识。它需要现代传感技术、通信技术、状态监测和故障诊断技术、微处理技术、设备制造技术、新材料应用技术、控制技术、决策支持技术、功率预测技术、现代管理技术、标准体系等多方面的支持。

3.1.1 电力电子技术

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流、逆变、崭波、变频、变相等）两个分支。

电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。

电力电子技术作为电网支撑技术，在电力系统中的应用越来越多，主要应用领域包括直流输电、柔性交流输电（FACTS)、电能质量和新能源等。利用电力电子技术使高压静止无功补偿装置(SVC)向智能化、网络化和免维护方向发展，固定串补/可控串补(FSC/TCSC)和可控并联电抗器(CSR)向产业化方向发展；静止同步补偿器(STATCOM)技术向高性价比、电力电子元件应用（如ETO）、分散快速补偿、网络化、配电网和轨道交通供电电能质量综合治理产品方向发展；短路电流限制器（SFCL）设备向智能化和产业化方向发展；配电电力电子向降低成本和产业化方向发展，中压开关向无触点大功率电子式中压开关方向发展。

利用电力电子技术可研制一些新型的电力电子设备，如并网逆变器、静态开关和电能质量控制装置等。利用电力电子技术，可实现开关设备更加智能准确的控制，如基于温度、电流相位和开关分合闸时间分布特性的选相合分闸控制。

3.1.2 通信技术—IEC61850标准

网络控制和通信信息技术是保障智能电网发展的基础技术。电力信息技术方面，信息存储与处理向海量信息与大规模复杂高速计算发展，信息业务系统趋向集中化、总线化，信息和控制终端趋向本地化、智能化、互动化和自动化。需要综合考虑多种通信协议的集成；无线通信与有线通信集成；控制与通信有机结合；网络化控制系统通用解决方案与专用解决方案。

为了实现各个设备之间的互操作和互换性，降低设备开发和维护成本，标准通信体系IEC61850是目前国际上统一的变电站无缝网络通信标准，其规定站内的智能电子设备均采用统一的协议与网络进行信息交换，为智能化变电站提供了全面的网络通信解决方案。IEC61850采用抽象通信服务接口并将之映射到成熟的通信技术，适应网络的发展；采用面向对象建模技术，面向设备建模和自我描述，以适应功能扩展，满足应用开放互操作要求；采用变电站配置语言，定义数据和数据属性，扩充数据和设备管理功能，传输采样测量值等。

3.1.3 控制技术

控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态，并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。它紧密依靠并服务于四个关键技术领域，如参数测量技术（监测的基本元件），集成通信技术、先进设备技术（提供及时和适当的响应），先进决策技术（对任何事件进行快速诊断）。

控制技术的分析和诊断功能将引进预设的专家系统，在专家系统允许的范围内，采取自动的控制行动。

3.1.4 传感器技术

3.1.4.1 新型的传感技术应用

目前的智能电网设备在绝缘性能监测方面应用了电晕传感器、压力传感器、气体传感器、温度传感器、漏电流传感器、局部放电检测传感器等；在导电性能监测方面应用了温度传感器、光纤测温器等；在机械性能监测方面应用了开、闭传感器、光电编码传感器、霍尔电流传感器等。需要采用各类新型的传感技术，光电隔离技术、数据传输技术，解决传感器的供电问题、强弱电隔离问题、抗干扰问题等，如研究局部放电内置传感探头，提高对局部放电监测信号的准确性。

3.1.4.2 传感器的植入技术

智能电网设备需要采用统一的接口及相应传感植入技术、相关的植入规范和标准，融合各种传感器信息。同时传感器的植入有可能会改变传统电力设备的机械结构和电场分布，因此需要借助新的电磁场计算软件、动力学分析软件等，重新计算电器设备电磁分布和绝缘间距，并在试验和实际运行实践中进一步进行验证。

3.2 智能电网工程示范中存在的问题

智能变电站试点工程告一段落，为智能电网设备研发制造进行了十分有益的探索，取得了很好的业绩效果，但其中出现的一些问题也为我们进行智能电网设备研发提出了实实在在的课题。

3.2.1 一次电力设备与二次设备

3.2.1.1 一、二次设备间的关系

产品智能化过程中，一、二次设备划分界线趋于模糊，导致二次设备厂家对其在电网智能化建设中角色的偏颇，对电网安全稳定运行带来了新的严峻的考验，这也意味着责任界定比较困难。

3.2.1.2 二次元器件对一次电力设备本体的影响

传感器对一次电力设备本体的影响以及传感器本身的可靠性需进一步研究，智能组件就地安装的环境，要求组件柜要能够营造适合IED工作的温度及湿度条件，其内部的IED要具有更好的电磁兼容特性，因而一次电力设备本体传感器配置、安装方式等需进一步研究规范，智能组件的布局方式、内部通信、性能配置等亦须规范。

3.2.1.3 实现形式

试点工程多采用“一次高压电力设备+传感器+智能组件”的组合形式实现，整体上一体化、小型化、紧凑化程度不高。

3.2.1.4 电子式互感器

电子式互感器工作原理、配置选型、设计安装具有明显而较大的差别，现场测试及调试标准需进一步完善但难度较大，因供货企业层次差距较大而致使其稳定性和可靠性表现较差。同时也存在着合并单元发热、传输数据无效的现象。

3.2.2 通信信息

3.2.2.1 关于IEC61850标准

由于对IEC61850标准未能作深入的研究，亦未进行充分的沟通与交流，再加之规范方面存在多重理解，存在模型及配置工具不统一的问题，严重影响联调及测试。说明IEC61850标准有待补充完善，在工程中需规范应用。

3.2.2.2 协同互动

目前智能变电站工作主要集中在各电站之内。站域之间的协同互动、协调合作工作薄弱。

表1 改造及新造开关断路器及其组合设备智能化项目（适合110 kV及以上）

表2 智能化开关断路器及组合设备常规测量项目及技术要求

3.2.2.3 信息数据的规范

因为信息的来源、用途以及采用的技术手段等的相异，信息满足一体化要求的程度不一致，集成化程度也不统一，各站之间差别更大。同时,在某些方面信息数据种类太杂、太多，对数据筛选不够，占有存储空间太大。

3.2.2.4 网络结构

网络结构形式多样，其实际效果需进一步运行考验，需进一步研究提供保护可靠采样跳闸的实施技术与手段。

3.3 设备研发方向

3.3.1 新能源发电

A 风电设备

风电电器设备：变速恒频风电机组（双馈式和直驱式）的整机设计制造技术；自主研制风电机组配套用的发电机、控制系统、变流器等关键零部件，技术水平、性能指标达到同期国际同类产品水平。

3 MW及以上陆上风力发电机组及关键部件：风机的总体设计技术。

5 MW及以上海上风力发电机组及关键部件：海上风机总体及气动设计技术；海上风机的特殊性技术研究。

风电电器设备技术标准与合格评定体系：建立健全风电电器设备技术标准体系，制定相关技术标准；完善风电电器设备检测体系，提高产品可靠性。

表3 新造开关断路器及其组合设备设备监测项目及技术要求

表4 已运行开关断路器及其组合设备监测项目及技术要求

B 太阳能发电设备

晶体硅太阳能电池：提高转换效率，降低成本，达到国际先进水平。

薄膜太阳能电池：提高转换效率。

1 MW以上光伏并网逆变器研制和MW级多运行模式光伏逆变器。

光伏检测装备。

建立太阳能发电功率预测系统，开发太阳能发电调度管理系统。

C 核电设备

大型先进压水堆核电机组：二代改进型核电站设备国产化率达到80%以上；掌握第三代压力容器、堆内构件、主管道、蒸汽发生器、半速汽轮机自主制造技术。

快堆核电机组：钠－水蒸汽发生器、钠－钠热交换器。

D 新能源并网和控制设备的研制

表5 智能化改造油浸式变压器项目概览

表6 冷却系统控制的相关参量及要求

表7 智能化新造油浸式变压器项目概览

开发出具有自主知识产权的风电运行、控制、保护等系统，并具备适合智能电网需求的力矩控制、变桨控制、主控及风电场综合监控技术、低电压穿越技术功能。

开发光伏电站运行控制系统。

3.3.2 输变电设备

智能电网输变电设备的发展方向是设备信息化、控制网络化、功能集成化、状态可视化、检修状态化、信息互动化。

现有的一次电力设备智能化产品存在一体化集成程度低，设备数量多，系统结构复杂、智能化水平不高；传感器研究欠缺，传感器与一次电力设备融合不合理，不规范，不能科学地监测故障信息，给一次电力设备的安全增加了新的隐患等不足之处。智能电网设备研发应在继续巩固提高和保障其基本固有性能、质量的前提下，针对各个企业产品智能化的不同进展情况，或根据前期智能化改造试点工作情况，对传统产品进行智能化的设计及改进；或对前期的智能化产品进行总结，再研究，再提升，达到更高层次的智能化。

二次设备智能化基于IEC61850-9-2数字信号采集、GOOSE网络技术。主要包括：继电保护装置、测控装置、远动装置、五防设备、合并单元、智能终端、数字化仪表、一体化监控系统、时间同步系统、数据和事件记录装置、网络监视设备、故障定位系统、交直流一体化电源系统、变电站数字化装置调试试验设备等。

高压电器设备实现智能化的内容十分广泛，可以从设备性能状态、设备绝缘状态、辅机状态等几个方面入手。

3.3.2.1 智能开关设备

在传统性能或要求方面，要发展真空等环境友好介质在更高电压等级开关上的应用；加强技术领先的新型灭弧室、新型操动机构应用。中压开关方面，固态开关应用将更加广泛。在传统性能方面，在同样电压等级下，开关设备向更大容量、更紧凑方向发展。

在智能开关断路器设备方面，还可在操动机构、组合电流电压互感器、温升监控、电寿命监控、选相合闸、智能组件功能等方面作进一步的提升。

目前开关智能组件技术的研究项目主要包含以下几个方面，其具体的参数要求也一并列出，如表1－表4所示。

3.3.2.2 智能变压器

在传统性能方面，在同样电压等级下，变压器向更大容量、更紧凑方向发展；新型环保绝缘介质得到实际应用。换流变套管、出线绝缘装置、互感器、穿墙套管等直流装置主要依赖进口的局面需要打破。

对750kV冷却装置智能控制系统做进一步的总结及功能完善、提升的工作，并在可能的情况下向其它产品推广；研究在变压器工作环境条件及电、磁、热、光等人工影响情况下，电子式互感器、电子装置的性能稳定保障措施，增加其稳定性及可靠性。

（1）通信方面

冷却器控制IED可直接接入站控层网路，可直接向站控层传输数据；有载分接开关（OLTD）IED接入过程层网络和站控层网络，获取控制信息，传递状态信息。

（2）主监测功能

对于新造变压器，局部放电监测宜采用内置型特高频天线接收式监测技术或外置型高频线圈耦合式监测技术。对于已投运变压器监测宜采用外置型高频线圈耦合式监测技术或超声波监测技术。

（3）高压油浸式变压器具体的参数要求

大型变压器上有许多待完善的智能化项目，如智能化试点过程中，西安西电变压器有限责任公司冷却器智能化控制系统就成功的实现了变压器油温控制与节能、降噪及经济效益的统一；变压器有载开关控制也可参考开关断路器的相关做法进一步提高智能化水平。

目前变压器智能组件技术的研究项目主要包含以下几个方面，其油浸式变压器具体的参数要求也一并列出，如表5－表11所示。

3.3.2.3 测量及监测设备

为了更加准确的了解电力设备的运行状态、控制状态、可靠性状态，实现智能电网设备与调控系统的信息互动，提高电力系统的可靠性，需要对以下设备进行研究和开发。

A 传感器

传感器现有技术水平与满足智能电网新技术要求的差距较多表现在测量传感器上，国际上，光电传感器已成熟，目前正已越来越快的速度推广运用。

传感器技术差距还体现在用于电网在线监测方面，智能电网的状态信息需要通过发电、输变电、配电、用电等环节在线监测状态获得，得到的信息进行分析、诊断、研判和决策。所以采集到的许多信息要求实时性高、具有一致性和准确性，这样才能保证可靠性和可信性。

智能电网获取的信息不仅有传统系统的二次设备，还包括传统系统的一次装备，不仅涉及电网系统本身装备状态信息，而且包括系统运行状态信息和其它相关信息。主要技术差距：(1)发达国家如美国、德国等应用的输电线路运行状态与气象环境监测装置、导线温度测量装置、测量倾角和线路电流的电力测量环以及测震仪。(2)SF6开关设备的状态评估、故障监测及诊断技术远不如变压器完善，监测合分闸线圈电流特性、断路器机构动作特性监测与分析、SF6气体密度监测，这些技术主要针对开关设备的外部状态，（如操动机构、机械传动系统和气体密封状态）对于开关设备内部状态（包括绝缘状态、导电触头及灭弧元件的烧蚀状态等）的研究还不深。(3)电力设备劣化规律研究朝着多因子（包括电、热、机械、化学、环境等因子）老化研究方向发展。要求开发出相应的传感器，并应用于特征参量的检

测，寻找在不停电情况下，灵敏度高，准确性好的新型故障诊断方法应用于在线监测装置中。(4)国外在监测技术方面已经将一些新的检测技术，如：超高频局部放电检测、超声波绝缘缺陷检测、气相色谱在线监测、光纤温度在线测量、光电测量等以及一些新数字信号分析技术用于绝缘检测中。(5)高压断路器智能故障诊断专家系统是今后段路器故障诊断的发展方向，使得智能监控与诊断成为可能。

表8 变压器常规测量项目及技术要求

表9 新造变压器监测项目及技术要求

表10 有载分接开关控制的相关参量及要求

我国在高压设备领域，对二次元器件（传感器）植入一次电力设备本体提出了如下的技术要求：

（1）接入/植入技术一般要求

（a）涉及高压电力设备本体，可内置亦可外置的传感器，应采用外置方式；

（b）涉及高压电力设备本体，内置传感器宜采用无源型，或仅内置无源部分；

（c）内置传感器宜由高压电力设备制造商在制造时植入，已投运高压电力设备内置传感器时，须咨询高压电力设备制造商的意见；

（d）有良好的电、磁屏蔽措施和环境适应能力，必要时采用冗余设计。

（2）内置传感器的要求

内置传感器与外部的联络通道（接口）应符合高压电力设备的密封要求。

（3）外置传感器的要求

（a）新造高压电力设备应设计有外置传感器的安装位置。外观应整洁、易维护、不降低高压电力设备外绝缘水平；

（b）宜安装在地电位处，因监测需要必须安装于高压部位时，其绝缘水平应符合或高于高压电力设备的相应要求；

（c）与高压电力设备内部气体或液体绝缘介质相通的外置传感器，其密封性能、机械性能等应符合或高于高压电力设备的相应要求。

（4）传感器性能要求

提高植入一次电力设备本体的传感器灵敏度、抗干扰能力和寿命等，提高监测变量的准确性。

B 互感器

全光纤电子互感器具备高准确度下的动态范围大、抗干扰能力强、测量不失真、安装方式灵活、安全环保等特点，可满足我国智能电网的需要。

我国全光纤互感器实际工程应用还刚起步，以下技术问题还需进一步研究论证：(1)光纤电流互感器的可靠性和稳定性问题，稳定性主要取决于设计、工艺和制造技术。需要通过温度、冲击、振动和低气压下等各种特定条件下的验证。(2)光纤电流互感器的寿命问题，虽然可通过加速寿命试验、可靠性增长试验得出基础数据，也可配合国际公认的数学模型计算产品对应的寿命和可靠性，但电力系统的设备寿命、可靠性最终还是要靠长期的运行结果来评价，这需要时间验证。

C 在线监测和评估系统

完善智能电网设备在线监测和评估系统，提高在线监测和评估系统的准确性，让电力系统与智能电网设备更加了解设备的运行状态、控制状态、可靠性状态，实现智能电网设备与调控系统的信息互动。

进一步提高和完善已开发监测装置的性能，加强在线监测系统的智能化水平，如专家诊断系统的建立，通过调查、归纳、综合、分析工作，提炼出精华，形成专家系统，作为分析判断被测设备故障的依据。

提高信息传输的准确性，实现与电力系统的智能化监控系统联网，实现电力系统管理的综合自动化。

D 其他

分布式电源标准化换流装置及电能控制装置、分布式电源微机保护装置、超级电容器储能装置、逆变器系列设备需要关注。

表11 改造变压器监测项目及技术要求

3.3.2.4 柔性交流输电设备

柔性交流输电系统即FACTS(Flexible AC Transmission System)是指采用基于电力电子元件的控制器和其他静止控制器，以提高其可控性和增强功率传输能力的交流输电系统。FACTS设备能给电力系统带来众多好处，主要作用归纳如下：(1)较大规模的控制潮流；(2)提高输电线路输送容量；(3)依靠限制短路和设备故障影响来防止线路串级跳闸；(4)阻尼电力系统振荡。

FACTS装置拥有广阔的发展空间。柔性直流输电具有良好的技术和商业价值，必须加快理论研究、研发换流阀和直流场关键设备步伐。

柔性交流输电换流阀、柔性交流输电电缆、柔性多端交流输电系统、静止无功补偿器（SVC）、可控并联电抗器（CSR）、静止同步补偿器（STATCOM）、串补/可控串补（FSC/TCSC）、故障电流限制器（FCL）、静止同步串联补偿器（SSSC）、统一潮流控制器（UPFC）。

3.3.3 配电设备

配电网测控向广域信息、自适应、可逻辑重组、支持动态在线整定的方向发展，各种保护、控制技术将进一步渗透、融合于配电一次电力设备，发展为一体化智能电力设备。

3.3.3.1 配电一次设备

配电一次设备大致应具有6项功能：运行时自身状态的监测、诊断、记录和实时显示；系统参数的测量和记录；信号数字化、通信网络化；控制保护；长寿命、高可靠，延长开关设备的检修周期。

通用性金属封闭开关将向着高可靠性、免维护、智能化、小型化、操作方便、外观精美、低成本的方向发展。开发新一代全工况、免维护、高可靠性、小型化的负荷开关以及环网柜，可实现配电自动化，是环网柜发展的重要方向。

中低压设备，完成固体绝缘环网开关柜（SIS）设备研制，研发出可用于产业化的环保型气体绝缘环网开关柜（E-GIS），掌握永磁操动机构和中、高压真空灭弧室的仿真技术研究和制造技术。

柱上开关设备运行于户外柱上，是配网的重要组成，但是其运行维护困难。因此，迫切需要进行在线监测、远动、远控、负荷转移等智能化技术的改造，使配电自动化开关设备具备自动识别，自动隔离，自动转功的功能。

要关注环保智能化柱上开关、智能配电网保护测控一体化装置、智能配变监测终端、复合电能质量控制器、高效节能配电变压器、集成智能配电站、配电自动化系统、充放电配电保护与测控装置、智能配电装备快速保护动作机构等产品。

3.3.3.2 配电二次设备

配电网自动化向多样化、集成化、智能化方向发展，对配电二次设备提出了新要求。

配网自动化主站应该具有如下功能：(1)基于全网拓扑的分析应用；(2)智能化的自愈控制；(3)支持调控一体化应用；(4)与相关系统的互动化应用。

配电终端设备应该具有如下功能：(1)一次开关、变压器设备的在线监测功能；(2)智能分布式终端将得到广泛应用；(3)变电站自动化系统将向10kV馈线延伸，与配电终端密切配合实现馈线自动化功能；(4)与一次设备结合，实现就地故障快速隔离，小电流接地探测、相位同期检测等功能。

3.3.3.3 微网设备

微网设备将要具备根据电力调度部门的指令，对有功功率、无功功率、电压、频率的输出进行控制的功能，并具备一定的故障维持能力，为大电网做支撑，实时给调度提供发电设备的相关信息，保证电能质量要求。需要研制开发微网与大电网的接入设备、微网监测和保护控制设备、微网能量管理系统和数据管理系统，微网内部的变频和逆变设备。

3.3.4 用电设备

3.3.4.1 智能电网用户端系统

集成化的系统软件和管理平台；

应用计算机控制技术和智能化运行算法进一步优化系统运行与用电规划；

具有人性化界面（可视化工具和性能仪表板等）及决策支持工具（报警工具，方案工具等，避免管理者误操作）；

适应多种分布式电源接入，实现多电源协调管理模式；

使用各种智能传感技术，实现更高层次系统智能化控制与保护；

引入新材料、超导和数字设计等技术，开发新一代的电器设备，将提高电器设备安全和可靠性；

形成系统全面解决方案，满足不同类型用户需求；

提供多种增值服务，建立新型电能消费模式，推动低碳绿色经济发展。

3.3.4.2 低压电器设备

需要研究具有如下特点的低压电器设备：