《基于信息物理融合的变电站技术创新与大规模应用》

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变电站是汇集、分配电能的枢纽,是保证电网安全、可靠、高效运行的关键节点,保护控制和运行维护是变电站的命脉。传统变电站采用基于单一信号的控制系统,相对封闭独立,在信息化时代其结构不灵活、内部开放性不足的缺点暴露无遗,不能有效应对新能源接入,不能有效防范大规模恶性停电事故发生。因此,国际电工委员会提出了IEC 61850通信标准,为构建“数字化、网络化、信息共享化”的智能变电站提供了基础,但在工程应用方面尚属空白。

从智能变电站概念向大规模工程应用跨越,需实现变电站信息与信息的交互、信息与物理设备的融合,攻克以下技术难题:如何精准组织处理站内多元信息和数据,以便于站内信息与元件统一建模;随机波动源大量接入使电网运行及故障特性发生重大变化,如何解决新特征下的保护与安全稳定控制问题;传统基于各专业信息孤岛的分析决策模式效率、效益不足,实现大量无人值班变电站的远程运行、监控、维护缺少必要的信息和应用系统支撑。

该项目团队聚合产学研用整体优势,历时7年攻克了上述难题,在变电站架构设计与信息处理、保护控制、智能运行维护三个方面取得创新与突破:

创建了涵盖物理结构、信息体系与功能逻辑的智能变电站技术架构,攻克了智能变电站信息物理融合建模技术,提出了数据采样容错、异常流量实时研判、传输延时精准测量、网络安全过程管控的数字化采集与网络化传输技术,为提高保护控制的灵活性和运行维护的智能化程度提供基础支撑;

创立了应对新能源大规模接入的智能变电站全局优化保护控制理论,提出了智能变电站分区协同保护方法,攻克了新能源出力随机变化场景下运行方式变化大、保护不易整定的难题,构建了智能变电站核心电气量快速在线控制策略,推动智能变电站保护控制方式由“预设定值”向“智能调节”的转变,增强了电网抵御连锁故障的能力,有效防范大面积恶性停电事故的发生;

创建了基于共享信息的变电站智能运行维护体系,开发了基于多维数据统一的全站一体化信息平台和顺序控制、远程浏览、告警直传、图模同步等高级应用,促进变电站运行维护的自组织、自适应分析决策和站网协同互动,实现66~500kV变电站全面无人值守,推动变电站由“单测、单控、单保、人工检修”向“单测、群控、群保、智能运维”方式转变。

该项目获中国电工技术学会科学技术一等奖1项、北京市科学技术二等奖1项,授权专利137项(发明专利85项),发表论文123篇(SCI/EI检索78篇),登记软件著作权24项,出版专著5部。

截至2017年,依托项目成果共建设66〜750kV变电站4900座,占中国近5年来新建变电站数量的87%,国产化率100%。项目应用实现变电站年平均停电时间降低28.6%,近三年直接经济效益24.5亿元,节支增收86.2亿元。经中国电机工程学会鉴定,整体技术达到国际领先水平。研发的设备远销至英国、俄罗斯、澳大利亚等10余个国家,成为“中国制造”闪耀世界的又一张国际名片。

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