同步相量测量

近年来，为更好支撑大规模分布式电源与电动汽车等互动负荷接入，智能配电网发展迅速。智能配电网的源网荷呈现出常态化的快速随机波动，如光伏发电出力秒级波动可达50%，造成节点电压频繁变化、系统运行风险突增；同时，其故障特征易受谐波、噪声干扰而导致传统的故障定位方法可靠性下降，故障检测和区段定位准确率低于95%。智能配电网的“可观性”面临新的严峻挑战。同步相量测量技术为提升智能配电网的可观性、保障安全可靠运行提供了新的思路和方法。

随着可再生能源和高压直流输电的快速发展，次超同步振荡事故频发，对现有电力系统振荡的在线监测提出了更高要求。为此，提出了一种基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识方法。首先分析了次同步振荡和超同步振荡对同步相量测量装置(phasor measurement unit, PMU)数据的影响机制，结果表明，PMU数据的正负频谱与次超同步振荡的模态线性相关。其次利用多点PMU数据相干谱判别振荡与噪声，有效减少了噪声引起的误判断。然后对次超同步振荡下的PMU数据开展频谱分析，建立了4个幅频特征量，并将振荡数据的特征集合作为输入训练并优化极限梯度提升树(extreme gradient boosting, XGBoost)模型，建立幅频特征与振荡模式的映射关系。所提方法利用振荡环境下PMU数据的固有幅频特征以及XGBoost算法强大的泛化性与计算效率，实现了噪声环境下次超同步振荡模式的快速、准确辨识。最后，利用仿真数据和实测数据验证了所提方法的有效性和实用性。

随着越来越多的分布式新能源电源和新能源汽车接入配电网，配电网的安全可靠运行面临挑战。国网上海市电力公司联合13家单位开展基于微型同步相量测量的智能配电网运行关键技术研究和示范应用。

针对因配电网节点数目多但投资成本少造成的同步相量测量单元（phasor measurement unit，PMU）供需不平衡问题，建立了考虑PMU配置个数、状态估计误差的PMU多目标优化配置模型，优化问题的目标是最小化所需的PMU个数和最小化状态估计误差。并提出一种改进鲸鱼优化算法来求解模型。首先引入非支配排序和拥挤度计算来选择并排序Pareto非支配解，保证算法求解全局最优值的能力，其次引入Levy飞行策略对鲸鱼优化算法的螺旋更新位置进行变异扰动，使算法不易陷入局部最优。最后，采用优化配置模型对IEEE 33标准节点系统进行仿真计算。结果表明，与遗传算法和粒子群算法相比，采用改进鲸鱼优化算法求解PMU多目标优化配置模型具有更高的可行性和有效性。

本项目属于电气工程学科，涉及变电站中信息建模、数据传输、集成和应用等关键技术，由国内科研、设计、制造、运行等单位联合参与攻关。 长期以来，变电站架构体系、信息采集处理方法及传输可靠性、运行组织模式及系统集成、协同应用研究相对较少，造成了信息整合度不够、系统互动性差的现状。 本项目开展的变电站共享建模与集成优化研究，旨在解决信息流高效集成、传统业务系统间交互不通畅问题，并在变电站通信网络仿真、多业务集成优化、主子站无缝信息交互等方面实现了创新与突破，并在行业内率先开展了基于IEC61850 Ed2.0的主子站无缝信息交互模式的研发与应用。 其主要内容及特点如下：1、首次提出了IEC61850 Ed2.0标准体系下变电站IED通用建模方法，建立了自动化IED全景模型，实现了基于SCL与CIM模型无损转换的主子站模型共享；2、实现了基于OPNET的变电站通信网络仿真中实体设备、报文帧格式以及报文传输模式建模，可对不同的智能变电站通信组网策略进行性能评价；3、实现了IEC61850 Ed2.0标准体系下的变电站自动化业务功能建模，并对关联业务进行了集成优化，开发了具备基波、间谐波、谐波监测功能的新型同步相量测量装置；4、首次研究并提出了适应国内工程需求的基于IEC61850 Ed2.0变电站稳态、动态数据出站通信方法，建立了调度主站与变电站模数一体的新型信息交互模式；5、研制了符合IEC 61850Ed2.0标准的自动化成套设备、新型同步相量测量装置、SCD与CIM无损转换工具等通过德国莱茵TUV、中国电科院等第三方机构检测。 本项目形成了技术标准13项（国标2项、行标7项、企标4项），发表论文21篇、授权专利28项、获得软件著作权15项。成果已大规模应用于南网各电压等级厂站，验证了成果的先进性和实效性。项目经济、社会效益显著，其中变电站自动化设备规范建模、深度模型共享及面向功能的集成优化等相关成果已纳入国行标，将在行业推广应用。 项目通过了中电联组织的鉴定，中国科学院程时杰院士、武汉大学董旭柱教授、华北电力设计院张道农等知名专家一致认为，项目在理论研究、方法创新、技术实现及工程实践上取得了重要的创新性成果，具有良好的推广价值，达到了国际领先水平。

本项目属于电力系统管理及信息交换技术标准领域，解决了电网调度动态数据断面一致性问题，提高大电网的客可观性、可控性、可预测性。 广域相量测量系统（WAMS）为大型互联电力系统提供动态数据，实现 10 毫秒级电力系统动态在线监控，为电网分析和决策提供依据。建立电力系统时间同步及同步相量测量应用系列标准，统一电力系统动态运行的时间尺度，构建时间同步、空间广域的数据源，是WAMS 实现动态监控的基础。 该系列标准的应用显著提高了我国电网运行监控水平及事故分析能力，在国家电网、南方电网得以全面推广应用，社会效益和经济效益显著。基于该系列标准实现的 WAMS 在国家电力调度控制中心、中国南方电网电力调度控制中心，以及全国 30 多个省级调度中心投运，分别接入全国 6000 多座 220kV 及以上电压等级的变电站、500 多座电厂的机组、20 多座换流站、60 多座新能源电站的子站系统，成功地将复杂电力系统的监控从稳态延伸到动态，为分析决策提供了有力支撑，有效防止了类似于 2003 年美加“8.14 大停电”的电网事故，华东电网有限公司的 WAMS 在 2006 年抗击台风“桑美”及灾后支撑电网恢复过程中发挥了重要作用，每年为国家减少损失数百亿元。近三年，基于该系列标准研发的直接产品实现产值超过 42 亿元；该系列标准应用到电力自动化设备中，近 3 年实现产值超过 2600 亿。