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智能配电网络(智能电网)是能源系统的支柱。
随着数以百万计的电动汽车上路,以及数兆瓦的可再生能源发电能力被安装到我们的电网中,我们的能源系统正处于剧烈的转型期。
智能电网需要更智能的设备,以便可靠地整合间歇性可再生能源和分布式能源资源。
LEM 通过测量电气参数改善电网,使控制室能够实现自动化、远程监控和共享实时设备数据。
智能电网(又称智能电网)是每个智能城市的基础,可实现以下关键功能:
智能电网解决方案的典型应用包括
该智能电网应用示例涉及将灵活的 LEM ART 罗戈夫斯基线圈传感器与连接到中压/低压变电站内配电变压器低压侧的智能电表结合使用。
智能电表中的嵌入式软件根据低压测量值进行计算,从而确定许多对识别电力系统状态非常有用的指标。这些信息包括油温、老化率、电流值和功率流。
这种创新方法可提供更具成本效益的配电网管理,而无需在中压侧加额外的传感器。智能电表与 ART 线圈配合使用时,总体精度可超过 1%,从而提高了通常与 0.5 级电流互感器 (CT) 搭配使用的传统 0.5 级电表的精度。
在中压/低压变电站中,电力流从中压转变为低压。在低压变电站内,智能电表可以持续监控电能质量,并制定预测性维护计划。三个罗戈夫斯基传感器 ART 将信息从电缆传输到电能表。
配电系统运营商的优势包括
物联网(IoT)非常适合于智能电网的实施,这主要是因为物联网对传输距离的要求很宽,而且传输所需的数据量很小。利用作为远距离通信标准的窄带射频技术,可以开发出创新的远程能源监控解决方案。该解决方案包括部署用于远程监控电气设备的无线电能表,集成硬件、M2M 连接(如 LORA、SIGFOX、3G/GPRS),并利用网络服务管理所收集的数据,包括历史记录、警报、图表、统计等。
这种物联网解决方案可简化网络实施和用户安装,降低基础设施成本(无需中继器),而且通常与现有解决方案兼容。这种方法特别适合物联网应用,因为它的有效载荷功率小、距离要求远,而且传输所需的数据量极小。物联网星形网络配置通常用于智能电网的部署。
能源监测的典型应用旨在确定能源消耗平衡并分析过度消耗,以确定需要关注的领域。使用 ATO (A) 或 ART (B) 的每个无线能量表 (1) 都连接到射频远程互联网 (2),并将维护数据 (3) 传输到安全的网络服务器 (4)。
终端用户可以远程监控设备的使用情况,包括周期、工作时间、消耗量等,并在检测到功率损耗或功率峰值等异常情况时收到警报 (5)。带有电机、通风设备、泵和压缩机的设备是典型的能耗监控设备。
这种解决方案的优点包括:安装 ATO 或 ART 简单、互联网连接、实时测量以及电能表的自主性。工作模式包括每 1 秒采集一次有效值电流,每 10 秒采集一次有效值电流,每 10 分钟或 15 分钟发送一次电流消耗统计数据。
基于物联网的远程能源监控的主要优势:
新型线路电流传感器使电力公司能够监控架空配电线路,最大限度地提高线路容量,防止违规清障,从而提高中压配电网的可靠性和效率。
随着 NB-IoT 和 LPWAN 等新型物联网(IoT)电信网络的出现,对架空电力线路的监控变得更加快速、便捷和经济。利用安装在两根中压电线杆(2)之间的线路传感器(1),电网运营商可以直观地看到实时电流流向,从而优化电力线路容量,改善电力分配。无线线路传感器 (1) 通过电信中继器 (3) 将数据传输到安全的云数据库 (4) 或内部系统。能源管理平台 (5) 可以根据需要进行调节、报警并通知维护团队。最新的线路传感器利用 LEM 罗果夫斯基线圈 ART (A) 进行电流测量、基于电流水平的老化检测和线路容量优先级排序。
以前,在电网不可见的情况下,通过架空线路的分布式可再生能源可能会导致过载(如红色所示)。然而,采用三相线路传感器系统后,一条线路上的多余电力可以重新分配到相邻线路上(如黑色所示),从而有效地将初始线路的容量降低到可接受的水平(如蓝色所示)。这种优化的重新分配可使电网的整体输出能力最大化(参见图 1)。
图 1:线路传感器安装前后
此外,线路传感器(专为 1-35 千伏配电网设计)可提供周期性的时间同步测量,从而提高态势感知能力和运行效率。它可提供电流信息(包括幅值和相位)以及导体表面温度。该传感器还能检测故障情况,以便迅速识别和发出通知。在网状网络中,这种三相线路传感器系统可确保不同线路之间的实时均衡。在交流测量中,采用了 LEM ART 分芯罗戈夫斯基线圈,与线路传感器中使用的其他两种电流测量技术相比,它具有多种优势,如下表所示。
LEM 提供创新、准确、可靠、易于安装、非侵入式的智能电网传感器,以提高电网性能和城市智能化水平。
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带宽 | 20Hz - 6000Hz | 1500Hz | 1500Hz | 10Hz - 400Hz | 30Hz - 2000Hz | 300kHz - 420kHz | 320kHz | 50Hz - 60Hz | 50Hz - 60Hz | 2kHz | 100Hz | - | 100Hz | 20Hz - 6000Hz | 4kHz - 10kHz | 30kHz | 50kHz | 1000kHz |
耗电量 | 30mA - 35mA | 350mA | 100mA | - | 30mA | - | - | - | - | 50mA | 80mA | 100mA | 400mA | 30mA | 20mA | 50mA | 0.35A | 80mA - 140mA |
最大电流范围 | 2000A - 3000A | 5000A | 5000A | 5A - 2375A | 10A - 400A | - | - | 5A - 150A | 6A - 176.7A | 32A Per Phase +/- 150mA (leakage) | 80A 1000V DC | 20A - 400A | 400A & 600A 1000V DC | 600A - 1800A | 100A - 3000A | 20A | 12000A | 9000A |
电源电压 | 20V - 50V | 16V - 31V | 10V - 32V | 24V | 12V - 24V | Self Powered | Self Powered | Self Powered | 20V - 28V; Self Powered | 3.3V | +12, +24V DC | 20V - 50V | +12, +24V DC | 20V - 50V | 12V - 15V | 26V | 24V | 12V - 24 V |
安装 | On Primary Fastening | DIN Rail | DIN Rail | Panel / DIN Rail | Panel / DIN Rail | On Primary Fastening | On Primary Fastening | On Primary Fastening | DIN Rail / On Primary Fastening | 1 Phase - 2 Jumpers 3 Phases + N - 4 Jumpers | DIN Rail/ Screw Mounting | Panel / DIN Rail | DIN Rail/ Screw Mounting | Panel | Panel / On Primary Fastening | Panel | Panel | On Primary Fastening |
输出 | Current | Current | Current | Current | Current | Voltage | Voltage | Current | Current | SPI + Analog Tripping Output | Ethernet HTTP REST | Current | Ethernet HTTP REST | Voltage | Current | Current | Current | Voltage |
总体精度 | 1% | 0.5% | 0.5% | 1% | 1% | 0.5% | 0.5% | 1.5% | 1% - 1.5% | +/- 0.5mA @ 1mA | Class B (1%) | 1% - 2% | Class B (1%) | 1% | 2% | 2% - 5% | 0.06% | 0.5% |
技术 | Open Loop Hall Effect | Integrator | Integrator | Current Transformer | Prime Air- Core | Rogowski Coil | Rogowski Coil | Current Transformer | Current Transformer | Open Loop Fluxgate | Bi-directional Meter | Open Loop Hall Effect | Bi-directional Meter | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Closed Loop Fluxgate | Open Loop |
罗戈夫斯基线圈用于制造一种柔性传感器,可轻松缠绕待测导体。它由一个螺旋形导线线圈构成,导线从一端通过线圈中心返回另一端,确保两个端子位于线圈的同一端。线圈的长度根据相关的主电缆直径来选择,以提供最佳的传输特性。
该技术可精确检测初级电流的变化率(导数),并在线圈终端产生相应的电压。