智能配电网同步相量测量 让智能配电网运行更安全可靠

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。

1月19日，国网上海市电力公司牵头的国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项“基于微型同步相量测量的智能配电网运行关键技术研究”顺利通过工信部组织的项目综合绩效评价。专家组认为，项目的完成对“智能电网技术与装备”专项目标的实现具有重要支撑作用。

本项目由国网上海电力联合清华大学、中国电科院、国电南瑞等高校及单位申报，于2017年7月正式启动。经过4年多的技术攻关与示范验证，项目团队研发了高精度、微型化、低成本的配电网同步相量测量装置（PMU），开发了智能配电网同步相量测量运行控制系统，实现配电网状态秒级精准感知、故障快速诊断与精确定位，为解决大规模分布式新能源电源和新能源汽车的接入给配电网带来的挑战提供了方案。

优化设计微型PMU

测量精度提升10倍

分布式新能源发电出力具有不确定性和间歇性，新能源汽车大规模不规律充电也给配电网造成一定影响。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，亟须对配电网运行状态进行实时监测，加强配电网故障诊断定位。同步相量测量技术正符合配电网发展的新需求。

“配电网PMU具备高精度测量能力，可以快速准确捕捉到配电网电压暂降、闪变、频率突变等扰动问题。”上海电力科学研究院科技部副主任方陈介绍，“该装置还可以给测量数据打上全球统一基准的时间标签，使整个区域内不同量测点的信息都有同步时间标签。这对配电网的实时监测、运行趋势预警、故障快速诊断与恢复有重要意义。”

目前，主电网和发电厂已经广泛应用PMU。但受限于精度、体积、成本等因素，主网应用的PMU无法满足配电网各种复杂场景应用的需求。为了能在配电网应用PMU，项目团队在提升装置精度、缩小装置体积、压缩装置成本等方面开展研究。

项目团队从传感采集、时间同步、相量计算3个环节攻关，提出了全环节高精度同步相量测量解决方案，使配电网PMU在多谐波、噪声干扰的配电网环境下实现测量精度比主网PMU提升10倍；采用模块化设计，使装置体积比主网PMU减小85%；设计了高度集成一体化的硬件架构平台，使装置成本比主网PMU减少66%。

项目团队于2018年12月研制出单间隔的配电网微型PMU，于2019年3月研制出多间隔的配电网微型PMU及数据集中器，形成了系列化同步相量测量装备。所有装置均通过型式试验，并在上海浦东临港智能配电网示范工程中推广应用。相关成果已形成终端装置功能规范、技术规范、测试规范等。

应用5G通信技术

数据传输便捷安全

配电网微型PMU测量采集各个节点的运行数据后，还需要高速的网络通道把数据传输到运行控制系统中。

然而，配电网涉及的用户侧节点较多且分布较分散。受成本、环境等条件限制，很多用户侧节点没有敷设电力光纤的条件。为了解决上述问题，项目团队尝试采用无线通信装置传输PMU测量数据。经过多次测试，2019年5月，团队将5G通信技术应用于配电网信息传输，通过“5G无线专网+电力调度数据网”混合网络，将配电网微型PMU测量数据远距离传输到浦东供电公司运行控制系统，实现数据安全高速传输。

如今，很多用户既是电能消费者，也是电能生产者，参与电网互动、获得高可靠供电的需求显著提升。利用5G通信技术传输PMU测量数据有助于提升供电可靠性和配电网可观、可测、可控水平。上海电科院电网中心主任工程师柳劲松说：“我们可以将低成本的配电网微型PMU部署在没有条件敷设电力光纤的用户侧，利用5G通信技术将PMU测量数据传输到我们的运行控制系统，为我们获取更详细的用户侧供需信息、更方便地和用户互动、更具体地分析用户的电能质量及溯源分析提供支撑。”

开发运行控制系统

实现PMU高级应用

为了更好地利用PMU测量数据，满足配电网运行与控制需求，项目团队开发了智能配电网同步相量测量运行控制系统（简称主站系统）。2019年3月，该系统在浦东供电公司部署，实现了配网PMU测量数据高速存储、实时监测等基础功能和运行状态估计、故障诊断定位等高级功能应用。主站系统至今已安全稳定运行超过1000天。

目前，项目团队已在浦东临港智能配电网示范工程的变电站、线路、新能源接入点、重要负荷及充电站接入点、用户侧安装142套配电网微型PMU。示范工程区域内新能源发电装机容量26.95万千瓦，互动负荷35.748万千瓦。

2021年5月30日，项目团队选取示范区内某条10千伏线路进行故障诊断与定位现场试验。结果表明，利用PMU提供的高精度同步相量数据和波形信息，主站系统可以准确诊断配电网弱特征故障，并将故障定位误差缩短到百米级。主站系统的故障诊断与定位结果能辅助运维人员迅速找到故障点并开展抢修，加快配电网运维抢修速度。

利用高精度、毫秒级的PMU测量数据，主站系统每5秒计算一次配电网运行状态，实现示范工程区域内配电网秒级精准状态感知和运行趋势预警；更准确地跟踪量测点新能源功率的变化趋势，提升恶劣天气及极端情况下配电网的感知与应变能力。通过分析用户接入点的PMU暂态数据和谐波数据，主站系统还可助力供电企业对用户电能质量问题开展分析和溯源。运行至今，主站系统已多次监测出此前的电力运行系统无法反映出的配电网扰动暂态过程。

智能配电网同步相量测量技术应用体系已在浦东临港智能配电网示范工程中得到验证，可有力支撑大规模分布式新能源电源、新能源汽车接入后配电网安全稳定运行，形成了可复制、可推广的典型建设模式。（魏新迟 刘舒 雷兴）