质量监测

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。

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。

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。

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。

一方面，目前国内基于IEC 61850 的数字化变电站自动化系统和基于IEC 61970 的数字化电网调度自动化系统已有多项工程投入使用，但变电站和调度自动化系统间如何数据交互，仍然没有公认和完善的解决方案，导致了在互联电网的规模越来越大的情况下，模型却分割孤立，调度端和变电站端各自重复建模，模型的实时性不够，各种自动化、智能化应用模块缺乏统一的模型基础。同时，由于模型不统一，变电站自动化系统大量丰富的有用信息不能传输到调度系统，系统之间处于分割状态产生信息孤岛，没有充分发挥IEC 61970，IEC 61850两大标准的优势；到目前为止，国内电网在基于IEC 61850的站内一、二次设备数字化与局部数据的互操作性研究方面有了较大进展，但在变电站数据的全面有效整合和综合运用，与调度自动化系统无缝对接等方面仍处于刚刚起步阶段，尚有大量关键技术需要研究和突破。 另一方面，为适应市场发展的需要，对电能质量指标进行监测、统计和分析，降低电能质量问题造成的一系列损失，实现对电能的全面质量控制是十分必要的。然而，随着智能变电站的迅猛发展，电子式互感器引进到实际应用中来，使得传统的互感器和电能质量监测设备趋于无效化。智能变电站相对常规变电站具有很多优点，是将来变电站建设的方向，但是由于IEC61850中定义的逻辑节点类和数据类并没有涵盖电能质量的所有指标，同时，在测量方法等方面可能不符合相关国标的规定要求，这影响到了IEC61850在电能质量监测方面的应用。现有的电能质量监测设备在不久的将来将不能满足电能质量监管的需要，必要使电能质量监测系统接入符合IEC61850的智能变电站电能质量监测终端，实现全网电能质量监测。

随着电力供应向买方市场的转变，电能质量将成为衡量电力这一特殊商品好坏的关键指标。同时，各种冲击性负荷、敏感负荷等非线性负荷，以及风电、光伏发电的迅速发展，电力电子设备大量应用，电能质量问题越来越受严重。电能质量监测装置作为评价电能质量水平、划分污染责任的基本手段，电网必将大量配置电能质量监测终端进行监视，其监测点设置覆盖特高压到低压配电网等各级电网。全国20余个省市都建有电能质量在线监测系统，现有测点不低于5000个，仅山西就设置监测点240个。未来三年，全国新增监测点不低于15000个，其中山西不低于500个监测点。为做好电能质量监测终端入网技术把关，必须开展入网检测和定期检测，对保证电网电能质量水平的可控、在控具有十分重要的意义。但是目前的人工检测方法效率及其低下，数据量庞杂，一台设备要检测1000以上的各类指标和数据，容易发生错误，十分有必要对检测手段进行提升和优化。 本成果提出了一种可供多台数宇式或模拟式电能质量监测终端同时进行自动检测的方法，开发了一套自动检测平台，实现了多数宇式和模拟式电能质量监测终端多电能质量指标的检测、生成报告等全自动功能。

2016开始，南方电网公司大力开展智能电表和低压集抄“两覆盖”攻坚建设。2018年，公司全面实现了智能电表和低压集抄“两覆盖”，并先后建成省级集中式计量自动化系统和网级电能量数据平台，全面接入南方五省区9.8万座厂站、70.1万台专变、84.4万台公变以及9404.6万户低压用户数据，实现了全网电能量数据的统一采集、存储、监控及应用。建设过程中，公司围绕“两覆盖”电能量数据精益管理与深化应用，开展了一系列专项工作，形成以下创新成果： （1）建立了一种电能量数据标准化规范化集约化管理模式。一是制定《南方电网公司计量自动化系统主站标准化设计指导》，全面推进计量自动化系统主站标准化、规范化建设，提升计量自动化数据管理水平。二是建立基于大数据全栈全分布式架构的电能量数据集约化管理模式，对电能量数据进行集约化采集、处理以及存储，实现全网电能量数据的统一采集、统一处理、统一存储和统一应用。 （2）建立了一种“网-省-地-县”四级高效协同的电能量数据治理体系。一是构建“网-省-地-县”四级协同的电能量数据管理体系，制定《南方电网公司电能量数据质量管理办法》，指导数据质量管理工作有序开展。二是构建“网-省-地-县”四级电能量数据认责体系，制订《南方电网电能量数据认责工作方案》，明确建设目标、工作计划、工作职责。三是开展电能量数据合规分类和安全定级，全面梳理电能量数据资产并建立数据资产清单，在系统建设、运行过程中落实相应数据安全防护工作。四是健全电能量数据闭环管理机制，形成数据质量问题接收、分析、处置、关闭全流程处理闭环。 （3）建立了一种基于大数据与人工智能的电能量数据全生命周期质量管理方法。一是充分运用大数据技术开展电能量数据全链路监控，针对数据产生-采集-传输-存储-计算-应用各个环节开展数据质量实时监测，研发上线电能量数据质量看板，实现数据全链路监测和质量问题发现。二是充分运用机器学习、知识图谱等新一代人工智能技术，开展数据异常实时诊断与智能修复，有效解决了海量数据的运维难题，显著提升了电能量数据的及时性、完整性及可靠性。 （4）建立了一个基于数据挖掘的电能量数据深化应用体系，全面推广电能量数据“十大应用”。一是促进电量抄核收转型升级。二是支撑线损同期管理和日线损统计分析。三是提升客户优质服务水平。四是有效防控窃电漏电。五是支撑电力现货市场建设。六是辅助开展用电市场分析。七是实现计量装置智能在线监测。八是支撑供电可靠性管理。九是支撑电压质量监测。十是支撑配变负载监测。