[01088131]主动配电系统保护与恢复控制关键技术及应用

中国配电网运行环境复杂，随机故障频发，全国年均停电损失高达数千亿元、触电死亡数千人，严重威胁人民生产生活。近年来，大量分布式电源接入配电网，以主动管控为核心的主动配电系统为电网发展注入新动力，但因分布式电源接入存在不确定性增强、运行场景多变、扰动频繁等运行特征，使得原有配电网故障感知与保护、故障后快速隔离恢复等问题进一步凸显。该项目在国家自然科学基金和湖南省科技重大专项资助下，由5个主要单位近100名科技人员历经10多年攻关，攻克了主动配电网故障保护与自愈恢复领域难题，取得了集理论、技术及装备于一体的系列成果，主要关键技术创新有： (1)创建了分布式电源多物理场耦合的数学模型并革新了保护技术。考虑发电机载流分股绝缘线芯之间的磁场分布、绕组分级绝缘处的边界跃变、电场-磁场-温度场的多物理场耦合效应，构建高压发电机定子绕组精确数学模型，该模型被国内外学者与能源生产单位广泛采用，极大地节省了发电机的设计与运维效率；针对不同齿部尺寸下磁密分布特性，给出定子绕组每相每分支匝电动势的数学描述，并揭示电气量的变化规律及提取准确充分的故障信息；创建了反映接地故障严重程度的发电机自适应保护和时空多维故障特征融合的配电网接地选线保护技术。发电机保护检测高阻故障能力由4kΩ提升至50kΩ。接地故障平均判别时间为从40ms缩短到20ms。 (2)实现了配电网多源异构数据挖掘、态势感知和故障保护技术。弥补了配电智能终端感知空白、攻克终端采集监测覆盖不足难题，发明了一种供电多回路用电数据测量装置；攻克了配电网异构数据深度挖掘和潜隐/早期故障微弱特征提取的难题，故障选线准确率高于98%，配电网保护检测高阻故障能力由4kΩ提升至20kΩ；提出了基于频域衰减比较法的空心电抗器匝间绝缘故障诊断判据，优化了脉冲电压检测匝间绝缘故障的方法；开发了基于行波技术的电力线路绝缘故障预警系统，平均故障定位精度为16.6m。 (3)建立了故障切除后时序及网源协调的快速恢复控制技术。针对含高比例分布式电源配电系统持续性故障切除后快速恢复难题，提出了分布式电源选择性快速解列、混联线路智能重合闸、站域/区域备用电源自动投入等时序协调控制技术；开发了智慧用电云平台，实现故障感知和事故预警；研制了通用硬件平台和APP功能模块，实现故障切除后电网的快速自愈恢复，应用实例表明停电时间从2.5小时减少至5.44分钟。 项目相关技术已在全国30个省市应用；近三年新增销售额45844万元，新增利润7551.82万元，经济效益重大，有力促进中国电力装备制造业的进步。项目已获授权发明专利2项，其他知识产权9项。发表相关科研论文一百余篇，SCI收录40篇，EI收录67余篇；被SCI数据库英文期刊论文累计他引321次。出版英文学术专著一部。项目成果应用后配电网接地故障排查时间明显减少、恶化几率明显降低、检测准确率显著提升，促进了电网高质量发展。