[01851073]电力系统动态同步相量量测技术及其应用

电力系统受到扰动后的动态过程中,缺乏有效的全局动态过程监测手段、继电保护装置仅依靠本地信息按照预设定值动作是引发大停电的两大直接原因。以历史上影响最大的停电事故为例,从故障发生到最终系统崩溃历经一个多小时,正是由于没有完善的动态过程监测和保护系统,运行人员在事故面前束手无策,结果是造成损失超过6000万千瓦负荷、停电范围9300平方英里,震惊全世界的814美加大停电。我国已建成世界上规模最大、电压等级最高的复杂交直流互联电网,其面临的系统安全问题更加严峻,突破电力系统动态过程精确量测技术,发展新的系统级保护成为亟待解决的问题。 在国家973计划、自然科学基金等项目支持下,项目团队历经12年攻关,将同步相量量测技术推进到电力系统动态过程,提升了动态相量量测精度,构建了广域保护系统,取得主要发明点如下： 1、发明了电力系统动态过程高精度相量量测方法。针对系统动态过程电气量频带宽、幅值变化大、相量参数随时间非线性变化的特征,提出了电气量有效量测频带提取方法,发明了基于动态相量模型的高精度相量量测方法,研制了高精度相量量测装置,解决了动态过程复杂电气量高精度相量量测与计算时延矛盾的难题,实现了实际系统动态过程的快速准确跟踪,为电网系统级保护提供了量测数据源。 2、发明了相量量测装置动态测试技术。如何校准和测试相量量测装置是其能否投入运行的关键与难点问题,建立了装置量测性能评估方法与指标体系,为装置测试提供了评价依据;提出了标准动态信号产生及其延时自适应补偿方法,研制了基于标准信号源的离线动态测试系统;发明了非线性拟合相量计算方法,能够在不同动态过程中提供基准量测相量,研制了基于高精度校准器的在线动态校准系统。上述系统均已用于实际相量量测装置检测。 3、发明了基于系统运行模型和参数特征的故障元件定位方法与关联域保护。针对现有保护强依赖预设定值,难以适应电网拓扑及运行方式动态变化、易引发系统性事故的问题,发明了运行参数在线自适应抗差辨识方法,提出了基于电网实时开关信息和电气量分布规律双重约束的分层、分布式拓扑分析方法,实现了系统参数和拓扑的快速在线精准识别;提出了保护关联域划分方法和基于故障分量信息的故障域界定方法,发明了基于故障数据和电网模型异变特征的故障元件定位方法。该保护系统无需定值配合,不受振荡和过负荷影响。 项目申请发明专利57项,获授权发明专利20项;国际发明PCT专利1项;发表SCI论文16篇,EI论文80篇,SCI累计引用275次,在CNKI中被引用906次,Google学术中被引用1015次;执笔修订国网企业标准2项,出版译著1部。 研制的相量量测装置幅值误差≤0.022%,相角误差≤0.027°,频率误差≤0.0028Hz,远高于国内外标准要求。研发的动态测试系统已被国家电网公司用作PMU入网认定的检测工具。上述技术已应用于北京四方继保、南瑞科技等7个厂家的产品,市场占有率90%。研发的关联域保护已在广东、湖北、贵州等电网应用。直接经济效益超过2亿元,间接经济和社会效益显著。 教育部组织的科技成果鉴定会认为“整体处于国际先进水平,在电力系统机电暂态高精度相量量测方法、基于非线性拟合相量计算方法的高精度校准器方面处于国际领先水平”。