《大型城市配电网安全运行主动防御关键技术及应用》

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项目属于能源与环境技术领域的电力系统及其自动化技术学科。

电力供应是现代社会运行的生命线。分布广泛的配电网担负着直接向用户供电的重任,保障其安全是关乎经济、社会安全的重大命题。近年来,国内外发生的多起配电网安全事故引发的重大公共安全事件,经济损失巨大、社会危害严重,教训惨痛。2016年6月18日,西安35kV变电站电缆过热爆炸起火,造成连锁故障、8.65万户停电,损失上百亿元;2017年12月17日,美国亚特兰大机场配电网故障瘫痪停电,导致1400次航班取消,损失数千万美元。因此,全面提升配电网安全运行防御能力、预防和阻断事故发生与连锁扩大的需求十分迫切。

中国大型城市配电网已发展成为多分段、多联络的大规模复杂网络,多级电网、负荷间高度耦合,呈现结构复杂、环境复杂、运行复杂的“3C”特征,保障其安全运行面临三大难题:①配电网点多面广、风险隐蔽、特征不明确,风险辨识与评估困难;②故障源分散、相互耦合、保护复杂,故障诊断与阻断困难;③信息来源多、系统复杂,信息融合与防御控制难度大。

在国家973、科技支撑计划、自然科学基金和国网公司科技项目支持下,产学研用团队历经十多年研究攻关,系统地提出了大型城市配电网安全运行的“事前风险预防-事中故障阻断”的两级主动防御体系,有效避免大面积停电及电气事故引起的火灾触电等公共安全事故发生,取得了三方面理论方法与关键技术的重大创新:①首次系统地构建了智能配电网风险辨识理论体系,提出了在线跟踪网络特征参数异动的风险挖掘方法,构建了风险识别算法库,实现了事故前潜在风险在线辨识、评估与预警,阻断风险向故障事故转化,解决了隐蔽风险辨识与评估的难题,确定性风险挖掘准确率超过90%,减少事故20%-30%;②首次系统地建立了分布-集中协同的复杂故障快速诊断处理理论体系,提出了自组织智能保护控制方法,构建了故障处理算法库,实现了故障定位与保护配合,阻断故障传导与连锁反应,解决了故障快速诊断、隔离与阻断连锁反应的难题,故障隔离时间由分钟级降到秒/毫秒级;③首次系统地建立了智能配电网主动防御控制体系,提出了多源信息交互模型与层次递阶自愈控制模型,研发了信息交换总线、智能配电装备及自愈控制系统,解决了多源信息融合与系统防御控制的难题。

项目获发明专利60项(国际专利3项),发表SCI/EI检索论文67篇,制定标准10项(国际标准1项),登记软著9项,出版专著2部。项目成果经鉴定整体达到国际领先水平。成果自2014年用于上海浦东电网,故障隔离时间从30分钟降到10秒,从未发生重大安全事故。产品已在江苏、北京等24省电网、石油/钢铁企业等应用,并推广至中东、西亚等地区,近三年取得直接经济效69.3亿元(外汇2亿美元),极大地减少了电网安全事故及危害,经济社会效益巨大。依托成果发起成立了IEEE CPS智能配用电特别工作组,占领了该领域的国际制高点。

成果说明

自 2014年起,在上海市浦东新区黄浦江沿江核心区,综合应用了含主动防御功能模块的智能配电自动化系统、信息交换总线及系列分布式智能装备等各项研究成果,具备多源信息融合、在线风险辨识与评估、风险预防以及分布-集中协同的智能故障处理等能力。应用覆盖黄浦江沿岸 10 平方公里左右,包括 110kV变电站 5座, 10kV开关站 18座,119条馈线、分布式智能装备 783台。应用期间安全运行主动防御效果优异: (1)应用以来,浦东核心区从未发生大面积电网停电及重大电气火灾事故,有效减少因停电造成的设备损毁、产品

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