1月19日，國網(wǎng)上海市電力公司牽頭的國家重點研發(fā)計劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點專項“基于微型同步相量測量的智能配電網(wǎng)運行關(guān)鍵技術(shù)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(wǎng)技術(shù)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(wǎng)上海電力聯(lián)合清華大學(xué)、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(jīng)過4年多的技術(shù)攻關(guān)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(wǎng)同步相量測量裝置（PMU），開發(fā)了智能配電網(wǎng)同步相量測量運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)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(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)提供了方案。
優(yōu)化設(shè)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(wǎng)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(wǎng)，配電網(wǎng)的安全可靠運行面臨挑戰(zhàn)，亟須對配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，加強配電網(wǎng)故障診斷定位。同步相量測量技術(shù)正符合配電網(wǎng)發(fā)展的新需求。
“配電網(wǎng)PMU具備高精度測量能力，可以快速準確捕捉到配電網(wǎng)電壓暫降、閃變、頻率突變等擾動問題。”上海電力科學(xué)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(jù)打上全球統(tǒng)一基準的時間標簽，使整個區(qū)域內(nèi)不同量測點的信息都有同步時間標簽。這對配電網(wǎng)的實時監(jiān)測、運行趨勢預(yù)警、故障快速診斷與恢復(fù)有重要意義?！?/p>
目前，主電網(wǎng)和發(fā)電廠已經(jīng)廣泛應(yīng)用PMU。但受限于精度、體積、成本等因素，主網(wǎng)應(yīng)用的PMU無法滿足配電網(wǎng)各種復(fù)雜場景應(yīng)用的需求。為了能在配電網(wǎng)應(yīng)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(guān)，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(wǎng)PMU在多諧波、噪聲干擾的配電網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)測量精度比主網(wǎng)PMU提升10倍；采用模塊化設(shè)計，使裝置體積比主網(wǎng)PMU減小85%；設(shè)計了高度集成一體化的硬件架構(gòu)平臺，使裝置成本比主網(wǎng)PMU減少66%。
項目團隊于2018年12月研制出單間隔的配電網(wǎng)微型PMU，于2019年3月研制出多間隔的配電網(wǎng)微型PMU及數(shù)據(jù)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(wǎng)示范工程中推廣應(yīng)用。相關(guān)成果已形成終端裝置功能規(guī)范、技術(shù)規(guī)范、測試規(guī)范等。
應(yīng)用5G通信技術(shù)
數(shù)據(jù)傳輸便捷安全
配電網(wǎng)微型PMU測量采集各個節(jié)點的運行數(shù)據(jù)后，還需要高速的網(wǎng)絡(luò)通道把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\行控制系統(tǒng)中。
然而，配電網(wǎng)涉及的用戶側(cè)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(cè)節(jié)點沒有敷設(shè)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(jù)。經(jīng)過多次測試，2019年5月，團隊將5G通信技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)信息傳輸，通過“5G無線專網(wǎng)+電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)”混合網(wǎng)絡(luò)，將配電網(wǎng)微型PMU測量數(shù)據(jù)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(jù)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(chǎn)者，參與電網(wǎng)互動、獲得高可靠供電的需求顯著提升。利用5G通信技術(shù)傳輸PMU測量數(shù)據(jù)有助于提升供電可靠性和配電網(wǎng)可觀、可測、可控水平。上海電科院電網(wǎng)中心主任工程師柳勁松說：“我們可以將低成本的配電網(wǎng)微型PMU部署在沒有條件敷設(shè)電力光纖的用戶側(cè)，利用5G通信技術(shù)將PMU測量數(shù)據(jù)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(cè)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(zhì)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(yīng)用
為了更好地利用PMU測量數(shù)據(jù)，滿足配電網(wǎng)運行與控制需求，項目團隊開發(fā)了智能配電網(wǎng)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(wǎng)PMU測量數(shù)據(jù)高速存儲、實時監(jiān)測等基礎(chǔ)功能和運行狀態(tài)估計、故障診斷定位等高級功能應(yīng)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(wǎng)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(cè)安裝142套配電網(wǎng)微型PMU。示范工程區(qū)域內(nèi)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(nèi)某條10千伏線路進行故障診斷與定位現(xiàn)場試驗。結(jié)果表明，利用PMU提供的高精度同步相量數(shù)據(jù)和波形信息，主站系統(tǒng)可以準確診斷配電網(wǎng)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(jié)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(wǎng)運維搶修速度。
利用高精度、毫秒級的PMU測量數(shù)據(jù)，主站系統(tǒng)每5秒計算一次配電網(wǎng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)示范工程區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)秒級精準狀態(tài)感知和運行趨勢預(yù)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(wǎng)的感知與應(yīng)變能力。通過分析用戶接入點的PMU暫態(tài)數(shù)據(jù)和諧波數(shù)據(jù)，主站系統(tǒng)還可助力供電企業(yè)對用戶電能質(zhì)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(wǎng)擾動暫態(tài)過程。
智能配電網(wǎng)同步相量測量技術(shù)應(yīng)用體系已在浦東臨港智能配電網(wǎng)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行，形成了可復(fù)制、可推廣的典型建設(shè)模式。
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