存算一体技术研究进展及其在电网中的应用探索

基于数据驱动的人工智能方法在电力系统运维实际应用中展示出相当的优势,但目前人工智能技术在电力系统中还未能实现泛在落地应用,其关键原因之一为电力智能计算设备对人工智能模型的支撑能力不足。一方面,目前电力边、端侧设备资源受限,普遍存在计算能力不足等问题,无法支撑复杂电力人工智能模型的部署和运行;另一方面,由于电力系统规模的扩大和复杂程度的增加,电力云计算中心需要处理PB级海量数据并进行大规模电力调度计算,开始出现“算不动”的问题,难以满足电力系统快速响应需求,且耗能也不断攀升。存算一体技术是一种直接利用存储器进行数据处理的新型计算技术,可实现高算力、低功耗电力数据高效能处理,为解决新型电力系统难题提供了新的思路。基于此,详细归纳了存算一体技术的主流研究方向,阐释了存算一体技术在电网应用的可行性,提出了一些潜在电力应用场景,分析了实际应用中可能会面临的挑战,旨在为存算一体技术在电网的应用明确重点和方向。

特高压输电线路分布式故障诊断系统研制及其关键技术

分布式线路故障诊断系统作为特高压输电线路故障位置定位服务的关键产品,对电力系统的安全、可靠与经济运行具有重要意义。结合实际系统的研制与应用,提出了一种基于分布式安装的线路监测终端、监测运维中心站和移动终端应用服务于一体的新型故障诊断服务系统。阐述了产品与系统的关键实现方案,并提出了基于监测终端的供能及其管理、高速采样及同步、时间同步及坐标定位、行波启动及识别处理技术,基于监测运维中心站的双机冗余和数据安全隔离、测距和故障识别、GIS信息与微气象服务技术以及移动终端App安全服务等自主关键技术。所述系统产品顺利通过国家权威检测机构组织的测试与认证并在西部特高压交流1 000 kV输电线路上挂网运行,取得了稳定可靠运行的实际效果。

面向智能变电站二次设备的网络报文管控技术

随着智能变电站以太网应用往混合组网、多网共口的方向发展,网络的安全稳定性对于智能变电站设备可靠运行至关重要。文中深入研究了电力二次设备在多种报文共网共口条件下接收与发送的优化处理机制。在接收方向上针对变电站网络风暴条件下的报文特点,提出多级过滤、分组流量控制的方法实现网络风暴抑制,保证了正常报文的接收与处理;在发送方向上提出以优先级划分为前提的优化调度发送策略,保证了报文发送的实时性并充分利用了网络带宽。同时,基于纯硬件片上系统实现了上述机制的实际应用与测试,有效提升了智能变电站二次设备网络通信的稳定性与可靠性。

适用于合并单元的等间隔采样控制与同步方法

智能变电站中合并单元的采样同步直接影响测控与保护设备的可靠性。文中从合并单元的相关技术需求和实际问题出发,提出了一种严格保证等间隔采样控制与同步的优化方法,此方法通过实时测量同步误差来修正同步采样周期。在首先保证采样周期均匀等分的基础上,动态地补偿本地采样时刻的偏差,实现每个采样时刻的精确控制与同步。测试结果表明所提方法使合并单元可靠地实现了采样同步。

面向智能变电站三网合一网络的PRP/HSR实现方案

分析了智能变电站站控层制造报文规范(MMS)网络、过程层面向通用对象的变电站事件(GOOSE)网络、过程层采样值(SV)网络三网合一的网络应用现状,针对目前三网合一网络应用中存在的通信实时性和可靠性的问题,提出了一种基于IEC62439-3并行冗余协议/高可用性无缝环网冗余(PRP/HSR)的智能变电站三网合一网络实现方案,总结了关键设备的研制要点。试验与测试结果验证了所提方案的可靠性。最后对基于HSR双向环网模式下实现分布式母差保护进行了应用设计与分析探讨。

GIS开关操作对二次设备骚扰抑制措施研究

为研究气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)隔离开关操作引发特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)对就地二次设备影响及抑制措施,本文介绍了GIS隔离开关操作对就地二次设备骚扰的测试方法,针对VFTO骚扰特性重点阐述了就地二次设备主回路抑制VFTO骚扰的设计实现方法,提出了就地二次设备加强互感器绝缘强度、机箱分区屏蔽设计、电源多级滤波等措施,通过VFTO电磁暂态试验平台验证了抑制措施的有效性。

基于点对点通信的分布式实时控制技术

对智能电网、清洁能源系统中存在的多种分布式系统进行了共性需求分析,针对分布式系统的工程技术特点,提出了一种基于点对点通信的新型分布式实时控制技术,通过点对点报文通信的方式实现了模拟量及开关量采集模块、出口控制模块和主处理器模块等环节的实时控制,满足了分布式系统对分散单元协同控制的工程应用需求。文中基于两种成熟的工业通信协议,针对两类分布式控制装置采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)对此技术进行了实现,并对装置进行了详细的测试与分析。两类典型装置已经在工程现场得到了试运行与推广,取得了良好的工程应用效果。

多核处理器在中低压保护测控一体化装置中的应用

阐述了多核处理器在电力二次保护测控装置中的应用。结合多核处理器基本知识和电力二次设备的典型硬件系统方案,详细描述了某嵌入式多核处理器在新一代中低压保护测控一体化装置中的设计与实现,以及基于消息机制的多核处理器间数据传输共享的方法。最后,对多核处理器在电力二次设备中的应用趋势进行了展望。

就地化装置硬件外特性的在线监测与诊断方法

针对电力二次就地化装置运行维护面临的新要求和挑战,从就地化装置硬件外特性的角度出发,系统性地分析了典型就地化装置的交流量输入接口、供电电源输入接口、光纤通信通道、开关量输入回路、工作指示灯,以及装置外部环境状态等电气与物理特征,提出了相应的在线监测与诊断方法。根据就地化装置硬件外特性的诊断结果,构建了硬件接口状态判据矩阵,形成了典型的故障诊断结果。

数据硬实时交换技术在数字化保护装置中的实现

快速、高效、可靠地进行数据传输和处理是实现智能数字化保护装置的关键技术之一。结合数字化保护装置及其相关设备对数据传输处理的基本技术需求,提出了一种基于多现场可编程门阵列(FPGA)系统的用于数字化保护装置内部多板卡间数据共享的高速多通道同步串行数据硬实时交换技术。详细论述了该技术在数字化保护装置中的设计与实现,并指出了在硬件可靠性设计方面的具体措施。采用该技术的数字化保护设备已在工程中得到应用,并且此技术可以推广至其他数字化设备的应用中。

带跳闸回路监视的断路器操作回路设计与实现

断路器操作回路是断路器动作控制的重要环节,它的主要作用是对断路器发出跳、合闸脉冲,防止断路器出现"跳跃"现象,对断路器跳、合闸回路在线监视。设计合理的断路器操作回路可以有效提高断路器动作的可靠性。文中叙述了断路器操作回路的作用以及各个回路的功能,提出解决跳闸回路全监视的具体实现方法,并对于实际应用进行了讨论。

输电线路分布式故障诊断系统的信息安全防护设计及应用

输电线路分布式故障诊断系统作为特高压输电故障位置定位服务的关键产品应用,对电力系统的安全、可靠与经济运行具有重要意义。文中结合实际系统的研制与应用,提出了一种基于安全防护的分布式故障诊断监测终端系统的安全链路应用方法。该方法通过监测终端嵌入加密芯片接入安全网关,通过安全网关过滤后接入监控运维中心,监控运维中心通过正向单向隔离与App服务器单向通信,App服务器通过身份认证、数字签名与手持移动终端建立安全通道。通过全链路的可信改造,有效地阻止恶意程序攻击、恶意代码植入攻击、网络窃听以及嗅探攻击。通过监控运维中心的身份校验和主备机双机数据备份,保障了监控运维中心的数据安全和运维操作安全。所述系统产品已顺利通过安全测试与认证并在陕西省特高压交流1 000 kV输电线路上挂网运行,取得了安全稳定运行的实际效果。

基于合并单元装置的高精度时间同步技术方案

智能变电站的发展对合并单元的时间同步性能提出了更高的要求,研究如何实现高精度的对时和守时功能是智能变电站发展的现实需要。文中从授时源误差、晶振特性、守时算法、逻辑处理等主要因素出发,针对合并单元装置的对时及守时技术需求,探讨了高精度时间同步的设计与实现方法。在此基础上,提出一种具有工程意义的合并单元时间同步技术的实现方案。该方案以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,在FPGA内部使用不同功能模块实现各个环节的逻辑设计,并通过CPU与FPGA的相互配合实现精确的时间同步及良好的守时性能。合并单元时间同步性的试验结果及其在智能变电站的实际应用表明,该技术满足了智能变电站内合并单元装置时间同步功能的要求。

变电站二次设备就地化系统网络架构探讨

针对变电站二次设备就地化背景下设备配置与通信网络面临的问题与挑战,首先提出了变电站二次保护控制设备就地化配置原则,并给出了单间隔保护、跨间隔保护、测控装置、公用采集控制终端等全站二次就地化设备配置方案。在此基础上,提出了基于并行冗余协议(PRP)的制造报文规范(MMS)/采样值(SV)/通用面向对象变电站事件(GOOSE)三网合一网络架构和不依赖交换机的全高可靠无缝冗余(HSR)环网两种变电站通信网络方案,并对其网络性能指标进行了量化评估和比对。

基于功能纵向集成的无防护安装就地化线路保护

针对常规变电站、智能变电站线路保护工程应用中面临的保护速动性、可靠性和运维方面的难题,提出了一种基于SOC芯片实现的功能纵向集成、无防护安装的就地化线路保护系统架构和技术方案。通过一体化设计,纵向集成单间隔合并单元、保护和智能终端功能,减少设备类型及数量,简化配置,减少信号中间传输环节,缩短保护动作时间,并为站域保护等站端设备提供数据采集和控制执行支撑。同时对就地化线路保护的站间同步采样、远方不停电传动、同期电压接入等关键技术进行了研究与分析。对就地化保护的关键性能进行测试实验和比对分析,实验结果验证了所述方案的有效性和先进性。

一种新型变换器式取能电路

电流互感器取能技术是解决高压输电线路实时监测设备供能的较好方式,但其存在热耗大、整流后电压变化范围大的问题。为此文中提出一种新型变换器式取能电路,采用取能线圈和辅助线圈2个绕组,利用磁链守恒和开关电源的脉宽工作特性,使取能绕组整流后的电压受闭环控制得到稳压。该取能电路设计简单、取能绕组输出功率大、整体效率高。文中对取能电路的原理进行了分析,给出磁感应强度、电流、绕组匝数的计算公式,对电路进行了仿真,并通过一个2.5W的原理样机进行了实验验证。

一种适用于电动汽车充电机的变压器钳位DC/DC变换器

为了减小电动汽车充电机谐波对电网造成的危害,很多充电机采用了三相输入功率因数校正(PFC)技术,造成充电机直流/直流(DC/DC)变换器的直流侧电压偏高。针对上述问题,提出了2种变压器钳位DC/DC变换器,并对基于串联谐振方式的变压器钳位3电平DC/DC变换器作了详细的分析。该变换器利用变压器钳位,无需辅助元器件,每个主开关电压应力是输入电压的一半,输入分压电容上的电压自动均压,大大降低了输入分压电容的容量要求。文中对变压器的钳位原理进行了分析,并通过一个6 kW的原理样机进行了实验验证。

一种新型基于高速串行通信的多通道同步采样技术

微机型高压继电保护装置需要实时采样和处理多通道交流电气量数据,多通道采样数据的同步性和数据处理的实时性是影响保护性能的2个重要因素。文中针对以往同步采样及数据接口方式进行了改进,提出了一种基于高速串行通信的多通道同步采样技术,硬件上进一步保证数据采样同步性,同时提高采样数据传输、存储的快速性和并发性。该技术具有很好的扩展性和高可靠性,可以满足不同微机型高压继电保护装置,尤其是模拟采样回路通道数需求较多的场合,目前已经在某系列微机型高压继电保护装置上得到验证并取得实际工程应用。

一种新型外驱动同步整流电路

针对采用自驱动同步整流正激变换器存在驱动死区和共态导通的问题,提出一种新型外驱动同步整流电路。该电路结合了外驱动和自驱动的特点,能够很好地解决驱动死区和共态导通问题,并且采用该同步整流驱动电路的正激变换器适用于宽输入电压场合。对驱动电路的原理进行了分析,给出了绝对安全时间的计算方法,并通过一个80W的原理样机进行了实验验证。

一种交流便携式电动汽车充电箱的系统设计

介绍了一种低成本的交流便携式电动汽车充电箱的设计,针对需求设计了基于Freescale K60微控制器的系统解决方案,详细介绍了该系统主控单元的软硬件设计和控制基本原理。该系统设计紧凑、安装和操作简单、对场地条件要求低,适用于家庭电动汽车应用的推广和普及。