10月8日，在國網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成果轉化事宜。
基于高壓擾動寬頻監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。
隨著大規模直流設備和新能源發電設備的接入，大電網暫態特性日趨復雜。受負載、雷擊等因素影響，交流電網可能會出現電壓頻率、幅值、波形偏離正常情況的現象。這種交流電網電壓擾動可能引起直流電網換相失敗甚至閉鎖，給電力系統帶來較大沖擊。因此，實時監測交流電網電壓擾動情況，對于保障交直流混聯電網安全可靠運行尤為重要。
基于高壓擾動寬頻監測技術的成套設備(前排)在1000千伏特高壓練塘變電站應用。
“監測交流電網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，電壓互感器的監測結果可能會出現偏差。”上海電科院高壓擾動寬頻監測技術負責人趙丹丹介紹，“這些高頻分量可能會引發設備故障、保護誤動、控制誤差等問題，給電網安全穩定運行帶來風險。”
為此，2015年，上海電科院聯合多家單位組建攻關團隊，開始探索高壓擾動寬頻監測技術，研發更好用的電壓擾動“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測參數在寬幅值、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等擴頻技術，發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方式，將連續電壓波形的數學特征相量化，利用多維相量的空間差異來辨識形變，實現了任意幅度、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，實現了秒級至亞微秒級任意電壓擾動的監測，助力減少了電壓擾動導致的換相失敗事件，提升了交直流混聯電網安全穩定運行水平。
基于高壓擾動寬頻監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據，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的換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測。
“基于高壓擾動寬頻監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%，監測電壓的頻率范圍為5赫茲至23千赫茲，監測精度高、范圍廣，性能明顯優于國內外同類產品。”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。
高壓擾動寬頻監測技術不僅實現了對交流電壓的保真監測，降低了直流設備換相失敗的概率，還提高了電能質量監測結果的準確性，為快速準確地尋找諧波源并治理諧波提供了數據支撐。
2020年，相關成果通過了國網科技部的驗收。截至今年8月，高壓擾動寬頻監測技術已在上海、山東、江蘇、安徽等地應用，相關裝置已在國網電商平臺上架，供其他電網企業選購應用。
2023年4月，該成果獲得了第48屆日內瓦國際發明展金獎。截至目前，該成果獲得了40余項國家發明專利授權，攻關團隊發表了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)
作者：田昊洋
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