电压扰动“听诊器” 助力提升交直流混联电网安全性

10月8日，在国网上海市电力公司电力科学研究院设备技术中心，科研人员探讨了基于高压扰动宽频监测技术的成套设备未来的应用场景，并与设备厂家沟通后续成果转化事宜。

基于高压扰动宽频监测技术的成套设备由上海电科院牵头研制，2017年12月起挂网运行，目前已应用在多座特高压、超高压变电站中，为预警交流电网设备异常运行工况提供了技术支撑，助力提升重要输电通道设备健康水平。

随着大规模直流设备和新能源发电设备的接入，大电网暂态特性日趋复杂。受负载、雷击等因素影响，交流电网可能会出现电压频率、幅值、波形偏离正常情况的现象。这种交流电网电压扰动可能引起直流电网换相失败甚至闭锁，给电力系统带来较大冲击。因此，实时监测交流电网电压扰动情况，对于保障交直流混联电网安全可靠运行尤为重要。

“监测交流电网电压扰动情况主要靠电压互感器。然而，电压中有很多高频分量。对于这些高频分量，电压互感器的监测结果可能会出现偏差。”上海电科院高压扰动宽频监测技术负责人赵丹丹介绍，“这些高频分量可能会引发设备故障、保护误动、控制误差等问题，给电网安全稳定运行带来风险。”

为此，2015年，上海电科院联合多家单位组建攻关团队，开始探索高压扰动宽频监测技术，研发更好用的电压扰动“听诊器”。

攻关团队用近两年的时间，提出了高精度扰动幅相定位等宽频电压扰动特征辨识技术，并研制了成套设备。该设备包含硬件部分和软件部分。在硬件部分，攻关团队攻克了高压设备电压监测参数在宽幅值、宽频率上的非线性特性带来的难题，基于谐振匹配和微电阻串联等扩频技术，发明了无感宽频传感单元，并使其与工频测量单元相匹配，实现了高可靠、高抗扰的电压测量。

在软件部分，针对电压扰动类型多、波动范围广、相位随机性强的难题，攻关团队提出了多维组合目标的触发方式，将连续电压波形的数学特征相量化，利用多维相量的空间差异来辨识形变，实现了任意幅度、任意相位、任意类型的电压扰动捕捉。

2017年年底，基于高压扰动宽频监测技术的成套设备在1000千伏特高压练塘变电站示范应用，实现了秒级至亚微秒级任意电压扰动的监测，助力减少了电压扰动导致的换相失败事件，提升了交直流混联电网安全稳定运行水平。

基于高压扰动宽频监测技术的成套设备应用后，2019年，攻关团队结合1000千伏特高压练塘变电站500千伏出线宽频电压实测数据，建立了换相失败风险快速评估模型，评估准确率达94.7%。他们还提出了基于电压扰动量和相位误差补偿的换相失败预测控制技术。相较于以往技术，该技术将换相失败预测灵敏度提高了46.6%，响应速度提高了4.25毫秒。

“基于高压扰动宽频监测技术的成套设备对各类高压扰动的测量不确定度不大于3.8%，监测电压的频率范围为5赫兹至23千赫兹，监测精度高、范围广，性能明显优于国内外同类产品。”上海电科院设备技术中心主任工程师、攻关团队主要成员高凯介绍。

高压扰动宽频监测技术不仅实现了对交流电压的保真监测，降低了直流设备换相失败的概率，还提高了电能质量监测结果的准确性，为快速准确地寻找谐波源并治理谐波提供了数据支撑。

2020年，相关成果通过了国网科技部的验收。截至今年8月，高压扰动宽频监测技术已在上海、山东、江苏、安徽等地应用，相关装置已在国网电商平台上架，供其他电网企业选购应用。

2023年4月，该成果获得了第48届日内瓦国际发明展金奖。截至目前，该成果获得了40余项国家发明专利授权，攻关团队发表了50余篇中文核心期刊及SCI、EI检索论文。

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