智能电网中的电力设计关键技术

肖昱

（中铁二院工程集团有限责任公司 四川成都 610031）

随着互联网技术的发展，电力行业的发展趋势已经转向智能电网。智能电网，简单来说就是电网的智能化，它是建立在集成的、高效双向通信网络的基础上，通过先进的相关技术实现电网的可靠、安全、经济等使用的目标，相比传统电网更加节能、效率更高且更加安全。在使用智能电网前首先需要进行系列的电力设计。智能电网的应用水平与电力技术的水平高低和科学性有密切的关系[1]。如果想实现智能电网的普及和发展，必须以电力设计为出发点进行系列的改革和优化，不断加强智能电网的合理应用。

1 智能电网的特点

智能电网的主要特征有：

（1）自愈性。对电网运行状态进行自我评估，并可以在发生故障时在无人或少量人工的干预下快速隔离故障，维持电网安全有序的运行。

（2）互动性。电力系统运行与批发、零售电力市场无缝连接，可以实现电的有效使用，在不同程度提高了电能的使用效率，避免电能源的浪费和损失。

（3）兼容性。智能电网不仅能够兼容大的集中的大电厂，还可以兼容不断增加的分布式能源，可以满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。

（4）可靠性。智能电网运行安全可靠且稳定，是其独有并且强大的优势。

（5）节能性。智能电网在运行过程中能节省10%的电能，极大地避免了资源的浪费，对我国的经济可持续发展有着重大作用。

因此，在智能电网的设计过程中要呼应相关的规划方案。首先要满足规章制度中对于输电和配电的要求，然后要符合技术原则的要求，再次还要着力于可持续发展的要求和新能源的建设。在建设智能电网时应不断引进新的电力技术，及时更新智能设备并加大对智能电力配电网的研究，同时结合太阳能、风能等新能源，为我国电力的发展提供绿色安全的新能源。

2 智能电网对电力设计的需求

随着我国经济的高速发展，能源越来越趋于紧张的状态，可持续发展的呼声日益增高，智能电网是我国电力事业发展的必然趋势，对电力设计的需求也逐渐增大。但是诸如电网运行的安全问题、设备安装的稳定问题等影响并阻碍着智能电网中设计技术的应用和发展。

2.1 满足市场的电力需求，不断改善电能的质量问题

我国现在正处于经济高速发展时期，对电力的需求日益加大且对电能的质量标准的要求也日趋增高，采用先进的电力设计技术来发展智能电网已成为必经之路。据有关资料显示，在电力设计技术的应用方面，美国因为对电能质量方面缺少管理造成了高达千亿美元的损失。因此不断加强和改良电能的质量问题是非常重要的工作，这能为电力技术的应用提供较好的发展平台和环境。

2.2 保证设备可靠安装，满足电网安全要求

我国的电力实际应用中还存在很多问题需要改善，如有些电网的构架结构比较薄弱、不少地区存在着输电配电不足的情况等。所以，电力企业在不断加强电网构架建设的同时应加大对交流输电装置的开发。在我国现如今经济高速发展的大环境下逐渐增加了对电力设计的要求，为智能电网的发展提供了全新的机遇，也因此带来了更大的挑战。如果不能及时解决一些潜在问题，电力设计在智能电网中的进一步发展和应用会受到严重的影响。

3 电力设计技术在智能电网中的应用分析

3.1 能源转换技术

低碳经济是未来社会发展的方向之一，其核心之一就是能源转化技术的创新和应用，太阳能、风能等可再生能源的利用已经成为国际上能源转化的研究热点。依照目前的发展形势来看，国内大规模的并网技术、光伏发电由于其运行安全、稳定、范围大将会成为电网未来的发展方向。在能源转化技术方面国内尚处于初级发展阶段，相关技术还不成熟，需要不断地探讨研究和开发利用。国内的智能电网建设中，重中之重是对可再生能源的开发和利用，同时极力提高并网技术的研究和利用。要在实现能源高效利用的同时降低能源的消耗以及减少对环境的污染，真正实现低碳经济的可持续发展理念。

3.2 柔性交流输电技术

柔性交流输电技术是综合电力技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术，可以增强交流电网的稳定性并且降低电力传输的成本。依照我国现今智能输变电的情况来看，想要把高电压和清洁能源融合起来就必须使用此类柔性交流输电技术，以合理调整和改良智能电网中的各种参数，使其安全稳定高效的运行。

3.3 高速双向通信技术

高速双向通信技术不仅在智能电网的运行中保证了其自愈性，还可以提高对电力安全的监控[2]。它可以在智能电网运行中对受损的区域进行检测并分析原因，并对智能电网进行合理的调整和分配。比如在用电量较大的时期，利用高速双向通信技术可以合理对电能进行分配并调整方案，提高智能电网运行的稳定性以及自控力。

4 案例

4.1 智能电表的设计

（1）通信网络。采取固定的双向通信网络，能够把采集的数据信息（包括故障报警和装置干扰报警）实时从智能电表传到数据中心，是全部高级应用的基础。

（2）计量数据管理系统MDMS。这是—个带有分析工具的数据库，通过与AMI自动数据收集系统的配合使用处理和存储电表的计量值

（3）用户室内网HAN。通过网关或用户人口把智能电表和用户户内可控的电器或装置连接起来，使得用户能根据电力公司的需要积极参与需求响应或电力市场。

（4）提供用户服务。如分时或实时电价等。

（5）远程接通或断开。AMI的体系结构如图1所示。

4.2 硬件结构设计

其中计量芯片和主机的选择是关键。在智能电表的设计中，专用计量芯片更便于电能和相关电力品质参数的计算，所以将嵌入式控制器分离出来专门实现管理功能，如通信、费率时段管理、实时电价、存储管理等。

图1 AMI的体系结构

计量芯片选用Maxim生产的多功能低功耗计量芯片MAXQ3180，主机选用sT公司生产的STM32FlO7xx增强型ARM嵌入式控制器。由于STM32F107只具有10/100EthemetMAC，所以需外加10/100Mb/s以太网物理层收发器DP83848CVV和RJ45连接器J0Ol1D21B。这样智能电表可提供一个以太网通信接口，便于组成分布式通信网络。

另外，智能电表还配有HM1人机接口，采用LCD液晶显示模块进行数据和设定信息的显示。采用非易失铁电存储器FRAM保存累计电能和设定信息。

4.3 智能电表的软件设计

智能电表的软件主要由监控程序、键盘扫描程序、显示程序、设定程序、MAXQ3180数据读取程序、量程自动校正与功率补偿程序、数字滤波程序、算法程序、实时时钟程序、分时电价程序、网络通信程序等组成，采用C++语言编程并进行模块化设计。

5 结束语

电网对于社会的发展有着重大影响，传统电网在运行中如果遇到线路故障极有可能导致安全事故和电力故障，从而影响社会生产和人民的生活，所以智能电网的建设有着不可替代的作用，必须给予足够的重视。在设计智能电网时要分别出智能电网和传统电网的差别，根据其运行的要求和特点来设计。在考虑关键因素之外，设计工作者必须具备相应的专业知识和丰富的设计经验，并在工作中继续提高专业能力及综合素养，保证电网设计的合理性、安全性及保障电力系统运行的稳定性，从而促进我国电力事业进一步发展。