（济南清河电气有限公司 山东济南 250116）
摘要：随着科学技术的快速发展，人们对电力的需求越来越大，而电力系统也在快速发展，配电网电子电力装备的功能也越来越多。由于传统的独立工作模式已经无法适应现阶段配电网的运行需求，所以，需要加强对各电子电力装备互联和信息集成网络的建设，以提高配电网的运行效率。简要分析和研究了配电网电力电子装备的互联与网络化技术，以期为日后的相关工作提供参考。
关键词：配电网；电力电子装备；网络化技术；互联
引言
电力电子技术在电力系统中有着极为广泛的应用。近年来，电力电子技术在配电系统中获得迅猛发展，其主要功能从传统的电能质量调节、可再生能源接入和用户侧的节能用电等，扩展到配电网的电能双向、甚至多向流动控制以及复杂的电能调控管理。因此，电力电子装备传统的独立工作模式已经无法满足越来越复杂的配电网的需要，亟需将相互独立的电力电子设备互联起来以实现整体协调和控制，从而真正做到能量和信息集成的一体化网络。这种发展趋势既给电力电子技术本身带来新的挑战，又为配电网带来新的变革，并促进直流配电网的发展。
一、电力电子装备技术
利用电力电子装备实现电能的变化就称为电力电子装备技术，一个完整的电力电子系统包含相当宽泛的技术领域，如功率开关器件技术、变换器技术、控制理论、无源元件、封装、EMC、冷却技术等。实现电力电子装备技术在配电网中的应用，半导体开关器件、变化器和系统三个方面的技术至关重要。
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图1 电力电子组成技术的关系
（一）半导体开关器件器件
半导体开关器件是电力电子装备技术中基础，半导体开关器件的性能对电力电子装备技术的实现至关重要：（1）器件材料：电力电子器件的工作温度一直是制约其技术发展的重要因素，近年来，SiC和GaN等新型半导体材料发展迅猛，SiC主要被用于超高压大功率的半导体器件，其击穿场强以及热传导率特性相较于传统的材料都有较大的提升，GaN主要用于制造1MHz的以上的高频器件，其电子迁移率最高能够达到2200cm2/（Vs）；（2）器件工艺：半导体器件制作、加工工艺不断进步，使得半导体开关器件开关速度提升，开关损耗和驱动动率不断降低，此外制作过程中，磁性元件和绝缘材料不断改进，有效的降低了能耗，减小了占用体积。
（二）变换器
变换器是一种电能功率的处理器，变换器能够将某种频率、幅度的电能转换成另外一种频率和幅值的电能，通过这种电能的转换来保证配电网的顺利配电和用户的顺利用电，变换器技术不断前进发展，目前人们已经研究出了大量的拓扑结构，从而实现了对双向甚至多项电能流动的控制，在不断发展的过程中，变换器的效率逐渐增加，最高的已经达到了99%的超高效率，在大功率系统中，变换器技术的发展能够轻松的应付电压和电流的处理，通过将变换器串联或者并联，提高变换器组合的处理能力，从而实现匹配配电网容量的目的。
（三）电子电力系统
一些特殊的、大型的电力电子装备往往需要多个变换器以及复杂的辅助电路来完成工作，这就构成了电子电力系统，在电子电力系统中会存在多个变换器进行对电能的处理，不同变换器有多种连接方式，例如并联、串联、级联等，甚至有的变换器没有直接的电气连接，电子电力系统的规模相对较大，其变换器较多，单一的控制器不能够满足整个系统的设计、扩展和维护，这就要求在电子电力系统中要配备多个控制器，只有多个控制器同时运行才能够保证多个变换器的正常工作，一般来说，控制器的运行时分层结构的，控制器可分为系统控制器和变换器控制器两种，其具体的工作原理为：系统控制器收集各个变化器的状态信息，通过对这些状态信息的分析给各个变换器下达指令，变换器控制器对应单一的变换器，指导变化器的正常工作，保证系统的闭环运算、驱动、保护等功能，系统控制器与每个变换器控制器实现通信。
二、电力电子装备的互联和网络化技术
（一）电力电子装备互联和网络化技术概述
现阶段电力电子装备技术被广泛的应用到我国智能电力系统的发电、输电以及配电环节，而配电系统中的电力电子装备技术尤为重要，然而配电网对于各个电力电子装备的运行缺乏有效的协调，导致配电网的电能管理难以得到有效的控制。配电网中电子电力装备的互联与网络化技术主要是通过通信技术以及互联网技术将各个电力电子装备进行连接，从而实现电力电子装备间的连接、通过将各电力电子装备的实时状态数据进行收集并向中枢区域发送节点指令，可以在整体上对电力电子装备的运行进行有效协调，而这种利用互联网技术对电力电子设备进行调控的技术，被称为电力电子互联网技术。
（二）电力电子装备互联和网络化技术三要素
1.功率接口配电网电力电子装备的互联与网络化技术中运用的功率接口具有即插即用的优势，它能够将普通用电器、储能电池、分布式发电等终端接入配电网，能够将不同的电能输入形式转变为符合电网的需求。这一功率接口也可以说是一种电力电子装备。通信接口能够通过识别接入电网的终端设备实现终端数据的网上传输，并接受调控指令。
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图2能量互联网的构成
2.能量路由器能量路由器能够实现能量的双向流动，支持通用网络协议，是网络中十分重要的智能能量管理模块。能量路由器具有以下3个功能：①促使能量双向流动，并作为固定压力配电网、区域网的接口。②随时获取各功率接口上传的终端数据，并通过对数据的整理、分析以及对终端设备实际运行情况和中亚配电网指令的分析，向终端设备下达相应的指令。③维护电网电压的稳定性，最大限度地减少故障电流。在选择能量路由器的过程中，应提前分析电力用户的用电情况，根据用电量等因素划分用户。对于用电量一般的用户，可以选用20kVA容量的路由器；对于用电量较大的企业型用户，可选用500kVA的路由器。
3.操作系统
互联与网络化技术操作系统实际上是一个通用化的网络协议。为了统一识别、监督网络中的所有设备，提升管理效果，要统一协调全部功率接口和能量路由器，使其共同支持这一网络协议。在实际运行中，用户可以将这一网络协议安装在手机或电脑中，以实时监控自身用电情况，并获取最新的上网电价等信息，通过对信息数据的整理、分析，得到有效的控制措施。在配电网电力电子装备的互联与网络化技术中，能量流和信息流极其重要。目前，配电网能量层的互联已经初具规模，但是，通信层方面的建设还有待加强——各节点信息化建设相对缓慢，信息化程度不足，很多地区还在使用传统的老式电表，很少运用有通信功能的智能电表。
结语
电力电子装备在配电网中的广泛应用不但为配电网带来了性能提升，而且使其结构发生变革，并使直流配电网成为现实。电力电子技术自身的发展，特别是新型电力电子器件和无源元件性能的提高，双向/多向变流器大容量化，智能控制手段的完善等，使得配电网和用户端采用的电力电子装备都能够满足电能形式多样化和大功率电能交互的需求。各种通信方式的出现和相关技术的发展，并和电力电子技术相结合将可以实现各种电力电子装备的互联，形成电能和信息集成一体化系统，这就是电力电子技术网络化——或者称之为电力电子互联网。电力电子技术网络化要完成功率流和信息流控制、管理还面临许多的挑战，但它作为电能高效利用非常有效的方法和手段在未来配电网中将起着十分重要的作用。
参考文献：
[1]王惠铎，张挺，宋斌斌.配电网电力电子装备的互联与网络化技术探讨[J].电子技术与软件工程，2015（21）：23.
[2]任健.配电网电力电子装备的互联与网络化技术研究[J].科技与创新，2016（11）：111.
[3]胡望波.探析配电网电力电子装备的互联与网络化技术[J].电子技术与软件工程，2016（22）：101.
作者简介：
丁国华（1990-），男，工程师，从事配电成套设计及电力工程施工工作。
蒋芹芹（1989-），女，工程师，从事变电二次安装及试验工作。
夏信胜（1978-），男，工程师，从事配电技术工作及配电检修工作。