4.2.2传感与计量技术现状
近几年中，随着电力电子技术在测量领域的广泛应用，电力工业在向着现代化发展的道路上有了长足的进步。传统的测量系统中，测量设备彼此隔离，由于客户量大，造成的额外花费很大。有许多电力供应商为了克服这个缺点，采用通过特定通道进行通信的自动抄表仪。但是，测量设备的彼此隔离，互相没有联系的问题仍然没能得到有效解决。
对于客户来说，电力测量仪表的改革仍然处于初期。尽管已有一些试点地区以及少数的商业区安装了先进的测量仪表以此来实现需求侧响应(DR)。但是，对于整个电力工业来说，仍然没有得到大规模的实施。另外，各技术支持系统的开发商也不愿意在没有完全了解市场范围和规模的情况下大量地进行研发投资，除非能够肯定他们今天在该技术上的投资能在未来获得收益，并且成为该行业的标准。
对于电网来说，在输电系统上获得技术发展相比配电系统的研究需要付出更多的费用。广域检测系统以及动态输送容量(DLR)对于实时输电的发展很有帮助，然而有些技术，如电磁特征测量/分析技术，才刚刚开始在配电系统设备故障识别上应用。
现在所面临的挑战是准确地预测现代电网的发展趋势以及成功设计出能够实现的先进传感与计量系统。该技术的先进性不仅体现在客户端，也体现在发电端，其中还包括相关区域的系统保护等。
1.面向客户的技术
电力企业可以采用各种价格杠杆来规范客户用电模式，以此来实现电力能源使用者和供应商的利益。例如，一些国家已经开始实施需求侧响应计划，与常规的分时电价、实时电价以及先进用电运营体系相结合。这项计划实施后，能源公司就可以控制自己的价格信号，以此来激励客户决定自己何时、以何种方式使用电能。
2.面向电力企业的技术
1)电力公司监测系统
对于大多数电力公司来说，实时监测系统能够提供主要设备和输电线路的实时信息。但是，这对于配电系统来说很难做到。第一，传感器的费用必须很低廉，包括其安装和维护费用。第二，监测必须容易实现，特别是对于一些很难进入的地点，如网架上和电器柜内的通电导体。第三，传感器的尺寸必须很小而不容易损坏。第四，它们不会产生一些电磁兼容上的问题。
美国电力研究院和田纳西流域管理局已经研发出一些高级传感设备，如能够判断开关瞬时状态的装置、线缆以及其他电网组件。
2)高级保护系统
过去，超过百分之七十的系统扰动能够侵入继电保护系统。而在今天，越来越多的设备都可以解决这一问题。与过去电动机械和模拟继电装置相比，新的电子继电装置具有很多增值功能，如故障定位、高阻抗分布故障探测、更加精确的变压器和母线故障探测、自我检测诊断、自适应继电以及网状数字通信技术。随着这些新的电力电子器件不断发展，电网的可靠性将会得到很大提高。
3)最新研究进展与发展趋势
目前的研究成果有利于促进传感与计量体系中各种功能的融合，使它们最终实现广泛的应用。
4.2.3前景展望
以上我们详细介绍了传感与计量技术的发展现状。现在，把眼光投向未来，看看这项关键技术在未来将会如何发展。
从用户的角度看，智能电网将不会有机械计量表和人工抄表员，取而代之的是能够与用户和服务供应商进行双向通信的现代晶体管电表。这些高级电表中的微型处理器将发挥非常重要的作用，它们可以记录一天内不同时段的电能使用情况，也可以根据从服务供应商那里接收到的峰价信号，调整用户的电力使用情况，还可以将峰价信号通知给用户，精密的仪器可以追踪用户预先设定好的使用计划。一旦电力价格出现波动，电表就会作出反应，自动控制用户的负荷从而与计划保持一致。
最精密成熟的计量表甚至可以提供一些非公用服务，如火灾和防窃报警等。
新的计量方式将建立在互联网数字通信技术的基础上，采用因特网标准协议，如无线技术、BLP技术，甚至是光纤技术。随着产品的不断成熟，客户界面将变得更加友好，也将会采取更多的措施来防止电子干扰。
从电力系统的角度看，高级传感与计量技术将为电力调度员与计划制订者提供更加翔实的数据。这些数据包括：功率因数、电网电能质量、相位关系、设备健康度与容量、计量扰动、故障定位、变压器与线路负荷、电路电压、重要元件温度、停电识别、电能消费信息与预测等。
新型的服务器软件系统可以收集、储存、分析、计算大量信息数据，这些计算后的信息数据将传送给公用信息系统来完成许多商业用途(如竞价、计划、调度、维护、客户服务、预测、统计研究等)。
未来基于Agent的电子继电装置将进一步提高电力系统可靠性。一个Agent就是一个拥有自治权和交互能力的自我控制软件模块。广域监测、保护与控制策略将融合数字继电器、高级通信技术与Agents。在这样一个整合的分布式保护系统中，继电器将有能力自动进行彼此交互。这种结构将使电力系统变得更加灵活，可靠性更高，因为即使在系统部分故障的情况下，剩下的基于Agent的继电器仍然能够保护电网。
4.2.4传感与计量技术的效益
应用传感与计量技术会产生很多方面的效益，以下介绍其中重要的几项。
1.智能化的计量电表
智能化计量电表技术主要是将接口技术应用在用户网关处，它将向用户和电力公司提供宝贵的信息数据。给用户带来的效益，主要体现在：可以通知用户自己的用电情况，而且直接、实时地与电力市场相连，让用户更好地参与到电力市场中，以减少能源损耗。在电力公司方面，通过智能化的计量技术可以实现大范围的负荷控制，以减少系统运行费用，消除阻塞，减少窃电。
2.数据采集
高级的传感器和新型的计量技术可以采集到电网的各种有价值的信息。先进的分析工具能够分析系统的状态，同时对系统的安全性进行实时分析。改进数据采集功能带来的效益包括：提高资产使用与维护的效率；通过对设备的健康度和容量进行持续在线监测，加强对故障的识别和预防；能够对紧急事故进行快速评估；设备发生故障时能够向操作人员发出警报，实现快速的修复和维护。
3.设备控制
高级的监测、控制、保护系统是智能电网的基本组成部分。它可以带来以下效益：
(1)减少级联停电，预防不稳定状况的发展，控制正在发展中的不稳定状况；
(2)减少阻塞，更加有目标地制订维护计划，提高效率；
(3)抵御对电网袭击，减少设备故障，从而减少由于设备灾难性故障所带来的损失；
(4)减少对环境的影响，最大程度地利用高效机组并且减少发电机的排放；
(5)减少送电过程中的电能损失。
4.3高级智能的系统部件
4.3.1系统部件是支撑
高级系统部件是以电力电子、超导、材料、化学、微电子技术为基础组成的，既可以单独运行，也可以连接在一起组成混合电网系统，这种灵活性使其决定了智能电网的主要电气特性。
令人遗憾的是，各项相关技术和研究水平还不能满足智能电网的发展要求，尤其是整个工业结构调整以后，能够提高电网水平的高级部件研发水平滞后，这终将给电网的发展带来影响。另外一个不利因素是，由于高级系统部件研发成本高昂，使得整个投资环境恶化，缺乏资金成为其研发应用的又一大障碍。如果投资者能够认识智能电网的潜力，重视对高级系统部件的研发，将会给整个电力网络带来安全、可靠、清洁环保方面的全面提升，也会给投资者带来相当可观的经济收益。
4.3.2高级系统部件技术现状
1.输配电系统电力电子技术
输配电网络高级系统部件，如灵活的交流输配电设备(柔性输电设备FACTS包括统一潮流控制器UPFC、静止同步补偿器DVAR、静止动态无功补偿装置SVC等)，都是以电力电子技术为基础。柔性输电技术(FACTS)在输配电网络中的优势如下：
(1)各种负荷条件下实现电压的灵活控制；
(2)提供较高的电能质量；
(3)实现无功功率平衡；
(4)远距离输电的稳定性；
日趋成熟的高压直流输电技术(HVDC)，也需要在电力电子技术的基础上解决以下几个方面的问题：异步系统并网问题；远距离输电中的稳定性问题；短路电流问题。
2.超导技术
目前美国大部分超导技术的研究和开发，都是在能源部(DOB)支持下进行的。高温超导技术(HTS)已经在工程项目中得到应用，而且新的应用项目也正在研究之中。美国国家实验室所进行的超导技术研究主要集中在基本原理方面，目标是解决超导技术的基本问题，它和高等院校之间合作紧密。在很多国家，实验室研究的新技术已经投入商业运营。虽然第二代光缆投入生产的量很小，但是较于现在光缆及其在节约成本方面的优势却十分显着。发展超导技术的目标在于，不断提升超导电缆的工业制造水平，使该技术设备能投入大量生产，不断扩展其在工业和商业领域的应用。
3.分布式发电与存储技术
分布式电源(DER)都是小功率发电机和存储设备，一般功率在3~10000kW。
它主要以可再生能源发电装置为主要供电电源，将一定区域内(一个街区或若干单位)拥有的分散小型发电资源(如自行供电的发电设备等微型电源)联结起来共同向各用户供电，形成一个联合运行的电力系统。DER是当代电力系统新技术之一，是电力系统应用的最新科技成果之一，将在智能电网中起关键性作用。DER是将现代能源转换技术、电网技术、电力电子技术和自动控制技术相结合发展起来的。
并网接口、电力电子、自动控制和保护等技术，大大促进了DER技术的发展，此外化学技术的发展也加速了能源存储技术的进步。
1)分布式发电设备
近年来，化学、材料、电力电子等技术取得了较快的发展，将来如果投入工业生产，将会大大促进电力技术的发展。表49介绍了分布式发电(DG)技术与设备。
另外，技术成熟并且已经得到大量应用的分布式发电设备还包括往复式柴油发电机和往复式天然气发电机。还有许多最常用的发电、机械传动、推进器设备，在运行控制和环境保护方面还有待进一步改进，所以不能称为高级部件。
燃气涡轮机是一种传统的分布式发电设备，容量在一兆瓦到几百兆瓦之间，下面是燃气涡轮机的一些特性：
(1)新出现的喷气式推进发动机技术，主要应用在稳态功率发电机和石油天然气工业压缩机技术中；
(2)具有较低安装成本、污染排放低、易于维护等优点；
(3)热电厂分布式电源可以满足蒸汽或热水等热能供应，在选址时具有优势；
(4)较低的效率限制了电力容量的提升和热电联供应用。
2)分布式储能设备
能量存储系统运用化学技术提高负载率(8小时存储或以上)，如半导体电子电池(NAS)或钒氧化还原电池(VRB)，同时提高电能质量，保持电压和频率稳定。低成本、高能量密度的储能系统具有15~60分钟的供电容量，可以在电网中断时为客户提供电力供应。
3)复合系统
各种分布式能源资源可以综合成具有独特性能的供电系统。
4)复合导体技术
新材料的应用为电力部件性能提高提供了有利条件。例如，高温、复合传输光缆等复合导体技术使线路电流上限增加一倍，这大大提高了线路的利用率。
5)电网友好型电器
微电子技术的发展促进了电网友好型设备的产生，在电网过载的情况下，这些设备可以自动调节为整个网络提供保护。当系统发生扰动时，一些家庭用电器通过区域控制器，自动断开与电网之间的开关，不仅对自身进行保护，同时起到稳定电网负载的作用，同时电网友好型设备还能够作为电价调整的指示信号。
安装电压、频率传感芯片的友好型用电器还可以给电力系统带来效益。GFA控制算法的应用给电网带来了巨大的影响。频率感应GFAs已经开发出来，但是制造商还没有意识到在家用电器如洗衣机、烘干机、电冰箱、供暖、通风、空调上安装会带来巨大的经济和社会效益。这需要政府加大激励力度，这样可以促进该产品的快速推广。
电网友好型设备在改进负载和系统性能方面的作用，还有待进一步得到实践证明。大量电网友好型用电器的应用，可以使负载自身作为电力系统的控制元件，以此来改善系统的各种性能，这将从根本上改变电力系统的控制模式和强度。
4.3.3发展趋势
智能电网运用这些高级部件将大大提高输电及配电系统的各项性能。通过应用和改造各种基于电力电子、新型导体的高级组件，能够实现电网和负载特性之间的最佳平衡，从而改善电网电能质量，提高线路的输送容量和可靠性。很多配电系统和存储设备将会以微型电网的形式达到无缝连接。
运用低成本功率半导体器件的柔性输电设备(FACTS)，比目前半导体器件具有更大的输送能力。现今，故障电流限制器、存储器、低损耗电缆、无损电机都广泛应用超导技术，而现代计量和通信技术将使一系列需求响应设备得到应用，包括一体化的GFAs和可充电混合动力车(PHEVs)。
