质量监测

分布式终端接入数量的增加、电力电子设备的广泛应用会给终端通信网带来较大冲击。文章首先分析了终端通信网现状和电能质量感知问题,然后针对性地提出终端通信网络架构,并介绍其具备的功能;在此基础上提出终端通信网智能感知关键技术,主要有大规模终端高效接入技术、终端通信深度覆盖技术以及终端雾状通信技术等;其次,研发智能采集终端,搭建配电网电能质量监测平台,对配电网电能质量进行在线监测;最后,对5G通信技术在电能质量中应用进行了展望和探讨。文章终端通信网架构及智能感知关键技术,可以有效地提升配电网电能质量感知能力,满足终端业务发展需求,具有一定工程应用价值。

近日，国网浙江省电力有限公司电力科学研究院电能质量监测人员在嘉兴等地给电网加装谐波监测仪器，监测高压有源滤波器投运后区域电网的谐波变化。高压有源滤波器装设于华能嘉兴2号海上风电场，投运后风电场并网线路5次谐波电流降低了90%以上，风电场及周边电网电能质量明显改善。这标志着我国已掌握面向海上风电电能质量治理的高压有源滤波技术。

目前的计量装置基本只能抄录光伏发电上网发电量、有功功率、 无功功率等信息并上传到广东电网计量自动化系统，配网运行人员急需掌握的并网公共连接点处的电压波动、谐波、频率等电能质量数据尚未实现实时监测。 鉴于此，本项目研制出一种应用于可再生能源并网具有实时监控功能的电能质量监测装置。在线功能电能质量监测系统是一个以数据为基础，以用户为中心的实时系统。它提供实时的电能数据服务、定制化的用户界面，为用户提供实时的多视角丰富的应用。它由硬件系统和软件系统组成，硬件作为平台的支撑，软件作为系统的灵魂，共同为用户提供服务。

随着智能电网的发展，电能质量问题已遍布电网并威胁着电网的安全稳定，且电能质量监测数据日渐庞大，因此实现大规模系统中电能质量扰动(power quality disturbances，PQDs)的深度特征提取及智能分类识别对电力系统污染检测与管理具有重要意义。为此，文中提出一种基于堆叠稀疏自编码器(stacked sparse auto encoder，SSAE)和前馈神经网络(feedforward neural network，FFNN)的电能质量复合扰动分类方法。首先，基于IEEE标准构建PQDs仿真模型。然后，建立基于SSAE-FFNN的PQDs分类模型，并引入缩放共轭梯度(scaled conjugate gradient，SCG)算法对模型进行优化，以提高梯度下降速度和网络训练效率。接着，为有效降低堆叠网络的重构损失同时提取出深度的低维特征，构建SSAE的逐层训练集及微调策略。最后，通过算例分析验证文中方法的分类效果、鲁棒性、泛化性和适用场景规模。结果表明，文中方法能够有效识别电能质量复合扰动，对含误差扰动和某地市电网的21组实测扰动录波数据也有较高的分类准确率。

该产品是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、用电异常智能判断告警技术、电能计量技术、电力负荷控制技术和电力营销技术为一体的综合实时信息采集与分析处理系统，以移动通信网络、230MHz无线、公用电话网、光纤网为主要通讯载体，通过多种通讯方式实现系统主站和现场终端之间的数据通讯，具备数据采集、远程控制、用电异常信息报警、电能质量监测、线损分析、无功电压管理和负荷监控管理等功能。

本项目旨在研制配电房智能网关，应采用标准模块化设计，开发融合路由+交换+计算能力的智能网关，研究智能网关和统一电力物联网平台端云协同技术，实现配电网智能测控、电压质量监测、配电变压器监测、设备在线监测、人、站内视频及环境监控、门禁控制等功能。采用标准化接口，实现数据共享，智能决策，提高配电网安全、可靠、智能化运行管理能力。配电智能网关已在南方五省区推广应用，先后取得了挂网试运行报告、成果效益证明报告、以及近10000台合同订单。

5G技术可为配网差动保护技术应用提供通信解决方案，但5G网络的时延和抖动依然不稳定，影响配网差动保护的正常工作。目前5G配网差动保护应用缺乏对端到端通信链路性能实时、精确监测的手段。文章提出一种在5G终端中对差动保护的特定报文标记时间信息进行网络性能监测的探针技术，并分别基于5G虚拟专网软切片和硬切片的组网方案，验证网络探针技术在差动保护业务中的应用可行性，为5G技术在电力业务中的广泛应用提供保障。

该产品是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、用电异常智能判断告警技术、电能计量技术、电力负荷控制技术和电力营销技术为一体的综合实时信息采集与分析处理系统，以移动通信网络、230MHz无线、公用电话网、光纤网为主要通讯载体，通过多种通讯方式实现系统主站和现场终端之间的数据通讯，具备数据采集、远程控制、用电异常信息报警、电能质量监测、线损分析、无功电压管理和负荷监控管理等功能。

智能变电站通信网络一旦发生故障，将大范围影响继电保护、监控系统的安全运行。例如，2018年西北某220kV变电站过程层通信故障导致母线保护退出运行；同年，河北牟庄220kV变电站站控层通信故障导致调度监控功能丧失。但现有技术无法有效监控网络故障，存在以下技术难点：①网络异常成环、多类型故障并发等现象可导致网络通信瘫痪，但信息表征错综复杂，存在偶发性，复杂故障实时侦测难度高。②网络风暴时链路流控易造成采样、跳闸等重要报文丢失，系统功能严重受损，异常报文精准隔离困难。③网络链路时延及抖动异常直接影响跨间隔保护速动性，但网络链路结点多、业务时间敏感度高、软件时戳精度低，导致无法实时精确监测网络链路质量。④变电站内网络级联关系复杂，现有交换机设备网络拓扑感知深度低，存在探测盲区，导致故障定位困难，影响运维检修效率。因此，亟需突破智能变电站通信网络实时管控关键技术。 在国网科技项目支持下，产学研团队攻克了复杂网络下故障实时侦测、异常流精准隔离、拓扑盲区动态探测等难题，研制出智能变电站通信网络监测与诊断系统。主要创新：①通信网络多级推演故障诊断技术。创建了覆盖多维信息的故障诊断专家库，提出了分层推演策略，实现了链路时延异常、拓扑连接异常等现有变电站网络故障100%实时监测。②网络精准靶向流控技术。构建了链路流量预测模型，提出了实时逐流分离监视控制策略，实现了网络风暴等异常流控时正常业务报文零丢失。③网络链路全路径质量监控技术。提出了变电站业务报文染色技术，创立了物理与逻辑路径合一的通信链路质量监测机制，链路时延、抖动等监测精度达到微秒级。④网络信息层级主动嗅探技术。提出了IED设备报文特征自主学习算法，创建了IED设备特征信息编码库，实现了全站网络拓扑实时动态感知。 该项目授权专利5项，发表论文7篇，获软件著作权2项，编写6项标准（国际标准1项、行标2项、企标3项）。中国电机工程学会组织的鉴定委员会认为项目成果整体达到国际领先水平。该项目实现了智能变电站通信网络全面监测零的突破，研发的智能变电站通信网络监测与诊断系统已成功应用于四川、浙江、江苏等27个省市自治区。根据应用反馈，项目成果可减少智能变电站网络调试、故障排查工作量50%以上，显著提升了通信网络运维管理效率，实现通信网络异常状态及时预警，提升电力系统运行可靠性。依托项目成果牵头编制了国际标准IEC61850-90-22，大幅提升了我国在电力系统通信网络技术领域的国际话语权和影响力。