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智能电网基础设施技术
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。
什么是智能电网？
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：
- 为 “消费者 ”提供信息： 智能电网为 “消费者”（既消费又生产能源的个人或实体）提供了宝贵的信息。这些信息使他们能够就如何、何时以及是否使用、储存甚至出售电力做出明智的决定。这对那些在屋顶上安装太阳能电池板的人来说尤为重要。其目的是鼓励住宅、商业和工业建筑积极参与节能、效率和需求响应计划。
- 促进分布式可再生能源的整合： 智能电网可确保分布式可再生能源、储能系统和电动汽车充电站的可靠集成。这就需要采用能够快速检测、隔离和恢复故障的智能保护设备和变电站。
- 增强电网组件： 智能电网包含传感器、智能电子设备和智能电表等智能解决方案。这些组件可实现控制、自动化、远程监控和实时数据共享。通过无缝协作，这些组件可让控制中心深入了解电网当前和未来的性能，以及变压器等关键组件的详细状态。这种集体智能有助于改善电网管理和提高响应速度。
智能电网解决方案的典型应用包括
- 配电自动化 - 故障检测、隔离和恢复
- 电网监控（如智能变电站）
- 保护与安全
- 配电变压器监控
- 配电自动化 - 电压控制
- 电能质量
智能电网应用
智能电网技术在中压/低压（中压/低压）变电站中的应用
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
- 实时监控每个配电变压器的热行为、老化率、有功和无功损耗。
- 为用户、生产商和变压器创建低压负荷曲线，以便发现意外损耗并提高效率。
- 汇总每个中压-低压变压器分配的有功电能，便于检测智能电网中压侧的非技术性问题。
智能电网应用
智能电网的物联网远程能源监控
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：
- 无需部署本地网络基础设施
- 可同时监控室外和室内设备
- 覆盖范围广
- 能耗极低，因此自主式电能表的使用寿命长
- 使用 LEM ATO 或 ART 传感器，经济实惠，易于部署
智能电网应用
配电架空线路监控智能电网解决方案
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。
智能电网产品
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 |
什么是罗戈夫斯基线圈？
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。
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