10月8日，在國網(wǎng)上海市電力公司電力科學研究院設備技術中心，科研人員探討了基于高壓擾動寬頻監(jiān)測技術的成套設備未來的應用場景，并與設備廠家溝通后續(xù)成果轉化事宜。
基于高壓擾動寬頻監(jiān)測技術的成套設備由上海電科院牽頭研制，2017年12月起掛網(wǎng)運行，目前已應用在多座特高壓、超高壓變電站中，為預警交流電網(wǎng)設備異常運行工況提供了技術支撐，助力提升重要輸電通道設備健康水平。
隨著大規(guī)模直流設備和新能源發(fā)電設備的接入，大電網(wǎng)暫態(tài)特性日趨復雜。受負載、雷擊等因素影響，交流電網(wǎng)可能會出現(xiàn)電壓頻率、幅值、波形偏離正常情況的現(xiàn)象。這種交流電網(wǎng)電壓擾動可能引起直流電網(wǎng)換相失敗甚至閉鎖，給電力系統(tǒng)帶來較大沖擊。因此，實時監(jiān)測交流電網(wǎng)電壓擾動情況，對于保障交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全可靠運行尤為重要。
基于高壓擾動寬頻監(jiān)測技術的成套設備(前排)在1000千伏特高壓練塘變電站應用。
“監(jiān)測交流電網(wǎng)電壓擾動情況主要靠電壓互感器。然而，電壓中有很多高頻分量。對于這些高頻分量，電壓互感器的監(jiān)測結果可能會出現(xiàn)偏差。”上海電科院高壓擾動寬頻監(jiān)測技術負責人趙丹丹介紹，“這些高頻分量可能會引發(fā)設備故障、保護誤動、控制誤差等問題，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來風險。”
為此，2015年，上海電科院聯(lián)合多家單位組建攻關團隊，開始探索高壓擾動寬頻監(jiān)測技術，研發(fā)更好用的電壓擾動“聽診器”。
攻關團隊用近兩年的時間，提出了高精度擾動幅相定位等寬頻電壓擾動特征辨識技術，并研制了成套設備。該設備包含硬件部分和軟件部分。在硬件部分，攻關團隊攻克了高壓設備電壓監(jiān)測參數(shù)在寬幅值、寬頻率上的非線性特性帶來的難題，基于諧振匹配和微電阻串聯(lián)等擴頻技術，發(fā)明了無感寬頻傳感單元，并使其與工頻測量單元相匹配，實現(xiàn)了高可靠、高抗擾的電壓測量。
在軟件部分，針對電壓擾動類型多、波動范圍廣、相位隨機性強的難題，攻關團隊提出了多維組合目標的觸發(fā)方式，將連續(xù)電壓波形的數(shù)學特征相量化，利用多維相量的空間差異來辨識形變，實現(xiàn)了任意幅度、任意相位、任意類型的電壓擾動捕捉。
2017年年底，基于高壓擾動寬頻監(jiān)測技術的成套設備在1000千伏特高壓練塘變電站示范應用，實現(xiàn)了秒級至亞微秒級任意電壓擾動的監(jiān)測，助力減少了電壓擾動導致的換相失敗事件，提升了交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。
基于高壓擾動寬頻監(jiān)測技術的成套設備應用后，2019年，攻關團隊結合1000千伏特高壓練塘變電站500千伏出線寬頻電壓實測數(shù)據(jù)，建立了換相失敗風險快速評估模型，評估準確率達94.7%。他們還提出了基于電壓擾動量和相位誤差補償?shù)膿Q相失敗預測控制技術。相較于以往技術，該技術將換相失敗預測靈敏度提高了46.6%，響應速度提高了4.25毫秒。
上海電科院員工在1000千伏特高壓練塘變電站開展寬頻電壓監(jiān)測。
“基于高壓擾動寬頻監(jiān)測技術的成套設備對各類高壓擾動的測量不確定度不大于3.8%，監(jiān)測電壓的頻率范圍為5赫茲至23千赫茲，監(jiān)測精度高、范圍廣，性能明顯優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。”上海電科院設備技術中心主任工程師、攻關團隊主要成員高凱介紹。
高壓擾動寬頻監(jiān)測技術不僅實現(xiàn)了對交流電壓的保真監(jiān)測，降低了直流設備換相失敗的概率，還提高了電能質(zhì)量監(jiān)測結果的準確性，為快速準確地尋找諧波源并治理諧波提供了數(shù)據(jù)支撐。
2020年，相關成果通過了國網(wǎng)科技部的驗收。截至今年8月，高壓擾動寬頻監(jiān)測技術已在上海、山東、江蘇、安徽等地應用，相關裝置已在國網(wǎng)電商平臺上架，供其他電網(wǎng)企業(yè)選購應用。
2023年4月，該成果獲得了第48屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎。截至目前，該成果獲得了40余項國家發(fā)明專利授權，攻關團隊發(fā)表了50余篇中文核心期刊及SCI、EI檢索論文。(田昊洋)
(上海電科院供圖)
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