1月19日，國網上海市電力公司牽頭的國家重點研發(fā)計劃“智能電網技術與裝備”重點專項“基于微型同步相量測量的智能配電網運行關鍵技術研究”順利通過工信部組織的項目綜合績效評價。專家組認為，項目的完成對“智能電網技術與裝備”專項目標的實現(xiàn)具有重要支撐作用。
本項目由國網上海電力聯(lián)合清華大學、中國電科院、國電南瑞等高校及單位申報，于2017年7月正式啟動。經過4年多的技術攻關與示范驗證，項目團隊研發(fā)了高精度、微型化、低成本的配電網同步相量測量裝置（PMU），開發(fā)了智能配電網同步相量測量運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網狀態(tài)秒級精準感知、故障快速診斷與精確定位，為解決大規(guī)模分布式新能源電源和新能源汽車的接入給配電網帶來的挑戰(zhàn)提供了方案。
優(yōu)化設計微型PMU
測量精度提升10倍
分布式新能源發(fā)電出力具有不確定性和間歇性，新能源汽車大規(guī)模不規(guī)律充電也給配電網造成一定影響。隨著越來越多的分布式新能源電源和新能源汽車接入配電網，配電網的安全可靠運行面臨挑戰(zhàn)，亟須對配電網運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，加強配電網故障診斷定位。同步相量測量技術正符合配電網發(fā)展的新需求。
“配電網PMU具備高精度測量能力，可以快速準確捕捉到配電網電壓暫降、閃變、頻率突變等擾動問題。”上海電力科學研究院科技部副主任方陳介紹，“該裝置還可以給測量數(shù)據打上全球統(tǒng)一基準的時間標簽，使整個區(qū)域內不同量測點的信息都有同步時間標簽。這對配電網的實時監(jiān)測、運行趨勢預警、故障快速診斷與恢復有重要意義。”
目前，主電網和發(fā)電廠已經廣泛應用PMU。但受限于精度、體積、成本等因素，主網應用的PMU無法滿足配電網各種復雜場景應用的需求。為了能在配電網應用PMU，項目團隊在提升裝置精度、縮小裝置體積、壓縮裝置成本等方面開展研究。
項目團隊從傳感采集、時間同步、相量計算3個環(huán)節(jié)攻關，提出了全環(huán)節(jié)高精度同步相量測量解決方案，使配電網PMU在多諧波、噪聲干擾的配電網環(huán)境下實現(xiàn)測量精度比主網PMU提升10倍；采用模塊化設計，使裝置體積比主網PMU減小85%；設計了高度集成一體化的硬件架構平臺，使裝置成本比主網PMU減少66%。
項目團隊于2018年12月研制出單間隔的配電網微型PMU，于2019年3月研制出多間隔的配電網微型PMU及數(shù)據集中器，形成了系列化同步相量測量裝備。所有裝置均通過型式試驗，并在上海浦東臨港智能配電網示范工程中推廣應用。相關成果已形成終端裝置功能規(guī)范、技術規(guī)范、測試規(guī)范等。
應用5G通信技術
數(shù)據傳輸便捷安全
配電網微型PMU測量采集各個節(jié)點的運行數(shù)據后，還需要高速的網絡通道把數(shù)據傳輸?shù)竭\行控制系統(tǒng)中。
然而，配電網涉及的用戶側節(jié)點較多且分布較分散。受成本、環(huán)境等條件限制，很多用戶側節(jié)點沒有敷設電力光纖的條件。為了解決上述問題，項目團隊嘗試采用無線通信裝置傳輸PMU測量數(shù)據。經過多次測試，2019年5月，團隊將5G通信技術應用于配電網信息傳輸，通過“5G無線專網+電力調度數(shù)據網”混合網絡，將配電網微型PMU測量數(shù)據遠距離傳輸?shù)狡謻|供電公司運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據安全高速傳輸。
如今，很多用戶既是電能消費者，也是電能生產者，參與電網互動、獲得高可靠供電的需求顯著提升。利用5G通信技術傳輸PMU測量數(shù)據有助于提升供電可靠性和配電網可觀、可測、可控水平。上海電科院電網中心主任工程師柳勁松說：“我們可以將低成本的配電網微型PMU部署在沒有條件敷設電力光纖的用戶側，利用5G通信技術將PMU測量數(shù)據傳輸?shù)轿覀兊倪\行控制系統(tǒng)，為我們獲取更詳細的用戶側供需信息、更方便地和用戶互動、更具體地分析用戶的電能質量及溯源分析提供支撐。”
開發(fā)運行控制系統(tǒng)
實現(xiàn)PMU高級應用
為了更好地利用PMU測量數(shù)據，滿足配電網運行與控制需求，項目團隊開發(fā)了智能配電網同步相量測量運行控制系統(tǒng)（簡稱主站系統(tǒng)）。2019年3月，該系統(tǒng)在浦東供電公司部署，實現(xiàn)了配網PMU測量數(shù)據高速存儲、實時監(jiān)測等基礎功能和運行狀態(tài)估計、故障診斷定位等高級功能應用。主站系統(tǒng)至今已安全穩(wěn)定運行超過1000天。
目前，項目團隊已在浦東臨港智能配電網示范工程的變電站、線路、新能源接入點、重要負荷及充電站接入點、用戶側安裝142套配電網微型PMU。示范工程區(qū)域內新能源發(fā)電裝機容量26.95萬千瓦，互動負荷35.748萬千瓦。
2021年5月30日，項目團隊選取示范區(qū)內某條10千伏線路進行故障診斷與定位現(xiàn)場試驗。結果表明，利用PMU提供的高精度同步相量數(shù)據和波形信息，主站系統(tǒng)可以準確診斷配電網弱特征故障，并將故障定位誤差縮短到百米級。主站系統(tǒng)的故障診斷與定位結果能輔助運維人員迅速找到故障點并開展搶修，加快配電網運維搶修速度。
利用高精度、毫秒級的PMU測量數(shù)據，主站系統(tǒng)每5秒計算一次配電網運行狀態(tài)，實現(xiàn)示范工程區(qū)域內配電網秒級精準狀態(tài)感知和運行趨勢預警；更準確地跟蹤量測點新能源功率的變化趨勢，提升惡劣天氣及極端情況下配電網的感知與應變能力。通過分析用戶接入點的PMU暫態(tài)數(shù)據和諧波數(shù)據，主站系統(tǒng)還可助力供電企業(yè)對用戶電能質量問題開展分析和溯源。運行至今，主站系統(tǒng)已多次監(jiān)測出此前的電力運行系統(tǒng)無法反映出的配電網擾動暫態(tài)過程。
智能配電網同步相量測量技術應用體系已在浦東臨港智能配電網示范工程中得到驗證，可有力支撐大規(guī)模分布式新能源電源、新能源汽車接入后配電網安全穩(wěn)定運行，形成了可復制、可推廣的典型建設模式。
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