刍议智能数字供电技术

2020-07-21贾鹏跃

通信电源技术 2020年8期

贾鹏跃

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局，内蒙古包头 014000）

0 引言

十九大报告中明确指出，要创建一个创新型国家，积极发展数字化经济。电力能源领域要充分利用互联网、物联网和人工智能等技术，推动电力能源行业实现数字化转型，以此构筑形成高效、灵活、经济和安全的现代通信系统。因此，作为供电中的基础部分，加强数字化通信电源发展十分重要。

1 通信供电技术发展现状

目前，通信电源领域中电源技术日益成熟，不仅形成了模块化配置，也大幅度提高了转换效率，成本逐渐降低。它的主要控制技术包括不间断电源技术、蓄电池技术、输配电技术以及新能源技术等。从实际应用情况来看，这些技术的出现虽然充分利用了现有的信息设备和计算资源，提高了能源行业的数字化发展水平，但存在一定的局限性。比如：不间断电源技术在实际应用过程中电压等级较为固定，无法实现对蓄电池单元的精细化管理，接入接口单一化，其他能源无法进入。此外，在进行小颗粒度能量快速调度和分配的过程中，不间断电源技术也无法提供有效支持。而其他的蓄电池技术、输配电技术以及新能源技术等也都存在问题，需要结合实际情况展开具体分析。数字网络集成度不断提高的今天，数据量大幅提高，运算速度逐渐加快，数据传输速度和带宽得到了指数级提高。将数字化技术应用于供电技术，可使得数据量和电能能量之间更加融合。从能量储存系统与信息储存系统对照分析来看，可以通过软件定义的方式对电流流向实现智能化和数字化控制，打造出柔性智能供电网络，使供电效率和电力资源最大化。智能数字电网如图1所示，综各地区智能电网投入情况如图2所示。

2 智能数字供电技术概况

现阶段提出的集中数字能源技术有能源路由器技术、数字能源机柜技术和能源总线传输技术，可以从根本上提高供电系统的综合效率和智能化程度。

2.1 数字化技术在蓄电池管控领域中的应用

在蓄电池管控领域面临的主要难点是电池单体一致性问题。只有解决这一问题，才能够提高电池组循环寿命[1]。数字化技术在蓄电池管控领域中的应用是使能源以数字信号有序流动的方式在能源网络中传递，以此解决上述问题。能源路由器在管理用电负荷上具有良好的效果，能够面向多种不同用电负荷完成供电任务，并且保证供电的高效性。由此可知，作为能源有序流动的核心技术之一，能源路由器本身就具备智能调度和智能配电功能，将其应用于一些通信电压较低的电压等级和负荷中，可切实发挥该技术的作用效果。以10 kW以内的快速功率分断为例，传统的蓄电池管控领域中采用的是高性能的功率MOS管。虽然该设备的分析速率较快，但存在成本较高、耐受电压较低、容易发热等问题，严重影响了其他环节的稳定运行。借助能源路由器则能够有效提高能量传输效率，挑选最恰当的分断、切换频率，高效完成能源调动。

图1 智能数字电网

图2 2016-2020年中国电网实际投资额

2.2 数字化技术在供电电池管控领域的应用

供电电池系统管控是供电技术中的核心。通过能源路由器解决蓄电池管控检测工作后，还要分析通信机房内分布式供电电池系统，从而解决电池一致性问题。新时期，很多电力企业都采用电池单体串并联架构进行供电，一旦有电池单体故障，就会对供电稳定性造成影响。但是，在数字能源机柜技术下，利用智能数字能源管控技术可以隔离故障电池单体，保证其他电池单体重组成可以利用的电池系统。该项技术应用在供电电池管控领域，通过灵活运用不同能力电池单体的方式降低了维护压力，解决了电池设备智能化程度较低的问题。最主要的是，数字能源机柜技术不需要设置通信机房电力电池室，切实提高了能源转化效率。

2.3 数字化技术在能源传输管控领域的应用

除了以上两个方面之外，数字化技术在能源传输管控领域的应用也是未来主要的探讨方向之一。现阶段，大部分供电企业都采用一对一的供电方式，但在这种末端供电模式下，导体之间的负载率并不平均，无法实现导体的高效利用。整合末端供电导体，在能源路由器和数字能源机柜技术的基础上，结合能源总线传输技术，可实现多种不同供电方式，从而有效提高供电系统的综合效率[2]。数字电力监控系统结构，如图3所示。

3 数字电力能源管理系统

3.1 数字电力能源管理系统的主要内容

图3 数字电力监控系统结构图

数字电力能源管理系统是未来电力系统发展的关键，不仅可以降低能源消耗，还具有经济效益和社会效益，必须得到重视。虽然上述技术的应用使数字能源的作用在供电系统中得到了充分利用，但是在数字能源技术发展过程中还有很多问题需要注意，包括高温超导技术、新材料技术等，从而有效解决能源流和信息流之间存在的问题。在短时间内完成解码处理，必须要保证信息流中包含频率、波长、幅度以及编码等能量变化信息，从而高效准确地完成能量流传输。一般情况下，数字电力能源管理系统主要包括电力数据采集、数据信息采集网络、无线数据传输网络以及监控数据管理中心平台等方面。

3.2 数字电力能源管理系统的实际应用

本文提出利用LTC2974四通道数字电源管理IC来改善供电系统现阶段的传输效果。以某电力企业建立的LTC2974四通道数字电源管理IC系统为例，该企业借助2.4G短距离无线传输方案，将所有的供电数据汇聚在一起，通过网络协调器对数据进行打包处理[3]。在此基础上，经过数字电力能源管理系统实现综合管理，并且完成数据展示、数据统计、后台监控、报表生成以及超限报警等功能。采用半双工的模式，将实际需求转化为具体命令发送到数据中心，最终输送到对应节点。LTC2974四通道数字电源管理IC系统中可以随意添加电源，不仅简化了系统设计，也降低了对系统的限制，可以实现一个或者多个故障排除，在发生故障后第一时间断开排序，降低故障影响。发生故障后，还可以监视输入电压、芯片等部分的温度，如果任何一个参数值超过了限定值，那么系统就会做出具体响应，包括立即锁断、抗尖峰干扰锁断等不同锁断方式。比如：在LTC2974四通道数字电源管理IC系统中设计了集成监视器，利用监视器可以实时监控外部微控制器，按照两种不同的超时时间间隔进行输出。当电源信号传输良好的状态下，微控制器按照较长的超时时间间隔运行。如果出现故障，那么按照预先确定的时间长度运行微控制器，直到故障修复，重新恢复正常输出。在实际运行过程中，LTC2974四通道数字电源管理IC系统会根据反馈回系统的信息判断供电系统是否处于正常状态，同时完成对输入电压、输出电压、输出电流以及内部和外部二极管温度等数据的监控。考虑到在监控过程中可能会出现不可接受的功率损耗，因此选择电感器的DC电阻作为电流分流组件，以降低功率损耗风险和运行成本。在此基础上，结合温度补偿算法进一步降低电流测量误差，实现负载电流的准确测量。根据国家目前的通信市场现状，选择5G网络实现远距离数据传输。LTC2974四通道数字电源管理IC系统应用在供电系统中，提高了供电的稳定性，降低了成本。

3.3 数字电力能源管理系统的未来展望

国家配电网规划日益完善，逐渐朝着多元化方向发展。如果想要进一步满足多元用户的实际发展需求，实现差异化供电，还需要推广普及智能电表，加快数字化工具和平台的配套化建设。尤其是大数据技术和数字化信息技术，开发智能规划工具，利用海量信息提高配网的精细化、实用化和一体化水平。因此，开发配电网的智能规划工具，实现供电技术的数字化发展，保证各项设备可以正常运行，强化状态评估，是未来的发展关键。除了上述系统技术之外，也可以借助数学模型的方式，实现电网和用户之间能量流、信息流和业务流的传递转换、灵活互动。接入配电网元件复杂化程度不断提高，供电过程中出现了不确定性和波动性。完善配电网的规划工作，综合利用数字化工具和建模方式，可以为配电网规划方式提供全新的发展机会。在实际应用过程中，利用数字化技术完成负荷建模、网络建模、电气建模以及分析计算等方式，能够在上述内容的基础上进一步推动供电技术发展。