基于国产芯片实现多功能测控的平台改进及关键技术

多功能测控装置是电力自动化系统的关键设备,其核心芯片均依赖进口,威胁电网运行安全。针对目前适合电力系统自动控制的国产芯片选型少且部分外设芯片没有合适选型的现状,结合多业务融合的需求,提出基于国产ARM主控芯片加国产FPGA的多功能测控装置的平台改进及关键技术。首先,基于FPGA编程替代部分无合适选型的芯片配合智能I/O技术设计硬件平台。然后,基于数据共享和FPGA协作设计软件平台。再针对国产芯片制造水平的现状,提出测量精度补偿、可靠性加固及功能拓展等改进技术。最后,集成以上平台设计及改进技术研制了基于国产芯片的多功能测控装置,并通过第三方专业检测验证其性能指标满足行业相关标准要求,同时在国内变电站正式投入运行,运行情况良好。

基于局部检测信息的电力系统时间同步攻击定位方法

卫星时间同步攻击可造成电力系统设备时间紊乱,PMU相角量测错误,危及系统安全运行。鉴于基于线路两端PMU数据的攻击检测方法无法判断线路哪端节点受到攻击,提出了一种基于局部攻击检测信息及同步区域搜索聚合的卫星时间同步攻击定位方法。首先,结合同步攻击特性构建了电力系统等效图及邻接矩阵。其次,结合线路两端攻击检测信息,利用广度优先搜索获取报警线路分割形成的各内部同步的区域子系统。再次,根据子系统是否两两相连分为简单情形和复杂情形;针对复杂情形,结合相角差偏差估计与同步子系统聚合将其转化为简单情形。最后,基于正常节点数量占优假设定位受攻击节点。IEEE 39节点系统测试表明,该方法在不同攻击下可有效定位攻击,可区分受不同攻击的节点,对微小攻击的定位能力强。

风光储联合发电站参与省间电力市场出清

以风电、光伏为主的可再生能源已成为中国重要的能源供应形式。为解决风光出力的波动性和间歇性问题,提出风光储一体化联合发电的概念。以风光储联合发电站为主体,研究其参与省间现货电能量市场出清的机制与模型。为提高风光消纳能力,减少弃风弃光现象的发生,提出在一次出清的基础上进行二次出清,改进已有的弃风弃光分段惩罚方法为互补变量式弃风弃光惩罚方法,设置风光储联合发电站出力优先级高于普通火电机组。最后基于互联的IEEE-39节点系统对所提机制进行仿真模拟,验证其有效性。

电力系统宽频测量装置技术规范解读及应用展望

高比例新能源和高比例电力电子设备的接入,产生了大量间谐波信号,并引发一系列宽频域振荡事件,严重影响了电网的运行安全,现有测量技术局限于工频信号测量,无法实时监测宽频振荡等间谐波信号。文中以《电力系统宽频测量装置技术规范》发布为契机,介绍了宽频测量技术的提出背景、装置功能定位及相关术语定义,从宽频信号的采样频率、数据测量、宽频振荡监测、数据传输以及数据录波等方面讨论了宽频测量装置的功能和性能,论述了装置工程应用的方案、应用场景和应用展望,总结了标准制定中存在的问题及下一步研究方向,为宽频测量装置的工程应用提供指导和参考。

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展,网架结构不断加强,交流系统短路容量逐步提高,短路电流超标问题日渐突出,需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施,通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例,研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后,对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出,基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时,对系统的暂态功角稳定性有一定的影响,实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。

基于调控云的网络分析服务架构

为解决网络分析应用在多级调度分级部署、数据共享困难、多用户多需求支撑能力不足和应用计算准确度待提升等问题,提出了基于调控云的网络分析应用服务模式：应用的统一服务和电网数据的全网共享。基于调控云的虚拟资源和公共组件,研究了电网数据信息结构构建、网络分析应用计算服务封装、分布式事务管理的设计方法。以状态估计、调度员潮流和静态安全分析为例,阐述了一套服务多用户按需使用的计算服务流程和应用模式。

事故备用分散转移的效益评估

由于可再生能源装机比例增大,传统机组预留大量事故备用,运行经济性显著降低。为此,首先提出了事故备用分散转移(DTCR)的概念:将原本集中在发电侧和电网侧的部分事故备用向用电侧分散转移。然后,提出了DTCR的效益评估方法和参考指标:观测到DTCR的边际效益递减现象可作为选取合理分散备用容量的参考;提出经济负载率阈值,可用于定量评估产生DTCR效益的经济负载率区间。最后,结合14节点至300节点等5个IEEE标准系统,并计及风机和需求响应的影响,分析了DTCR的效益大小、产生机理、影响因素和适用场景。结果表明,DTCR能够在日常调度中持续产生经济效益,优化潮流分布和降低网损。

面向电力电子化电网的宽频测量技术探讨

高压直流输电、柔性交流输电系统(FACTS)的应用以及新能源大规模并网为电网引入了大量电力电子设备,给电网注入了大量的间谐波和高次谐波等宽频信号,使得电网逐步呈现电力电子化的发展趋势。现有的测量设备重点关注工频信号测量,无法应对宽频信号测量所提出的挑战。文中分别从现有测量设备的局限、相量测量单元(PMU)升级改进的局限和高频信号测量的局限三个方面分析了现有测量技术的现状,针对性地提出了宽频测量技术总体方案,设计了总体架构,并讨论了具体实现所涉及的宽频信号范围限定、采样频率选择、数据处理机制设计、数据传输协议和同步对时等关键问题,研发了原型装置并在变电站试点应用,验证了宽频测量技术的可行性。文中研究能够为电力电子化电网提供新的监测手段,保障电网安全稳定、推动新能源大规模应用,同时进一步推动二次设备集成整合,降低变电站建设成本。

电力系统同步相量异常数据检测与修复研究现状与展望

同步相量数据是电力系统态势感知、预警和调度控制的重要数据来源。然而,部分现场同步相量数据存在系统性误差异常、丢失、跳变、偏差等异常现象;同时,同步相量数据易受到卫星同步信号攻击、网络攻击等影响,将严重影响依赖于同步相量数据的电力系统高级应用的性能,威胁电网安全。同步相量数据异常问题引起各界的广泛关注。鉴于此,该文从同步相量数据的产生、传输过程着手,分析同步相量数据异常成因,给出异常数据实例报道汇总以及以异常数据类型分类的文献初步概览。进一步,从电力系统运行管理的角度出发,根据现有检测及修复(修正与恢复)研究所使用的数据范围与实施地点可行性,分别从本地、区域、系统三个层级总结归纳同步相量异常数据的检测和修复技术的研究现状;最后,分析各层级下当前研究存在的问题并展望后续的研究方向。

电力系统自动发电控制网络攻击与防御研究现状与展望

电力系统网络层与物理层的深度耦合使得电力系统遭受网络攻击的风险不断上升。自动发电控制(AGC)系统是电力系统少数的人员干预较少的闭环控制系统之一,其对于维持电力系统最基本的功率平衡、频率稳定有重要作用。现有研究表明,网络攻击可以改变AGC的控制效果,甚至破坏电力系统。针对AGC的网络攻击引起了各界的广泛关注。鉴于此,文中从攻击形式、攻击变量、攻击检测与防御角度,总结归纳了AGC系统网络攻击的研究现状,分析了典型的攻击及防御案例,并讨论了针对AGC系统网络攻防的措施。最后,对AGC系统网络攻击与防御的后续研究方向进行了展望。

多功能宽频测量装置的设计与实现

针对电力电子化电网电气量的宽频特征,设计了多功能宽频测量装置。基于高速同步采样优化,该装置集成宽频振荡检测、同步相量测量和宽频(间)谐波测量等功能。该装置综合运用暂态量、相量、有效值等算法模型,可提高对于不同信号结构宽频电气量的监测能力,兼顾平稳和非平稳工况,实现0~2500 Hz范围内工频、非工频分量和振荡功率的全面检测,为宽频电气量的产生机理、传播路径、分析控制等研究提供针对性的数据。文中实现的多功能宽频测量装置已通过测试并试点应用。

电网宽频振荡实时监测技术方案

大量电力电子设备接入电网导致电网振荡频繁发生并使其逐步向宽频域振荡发展。首先,分析了广域测量系统监测技术在振荡监测存在的问题和局限,讨论了现有间谐波测量算法存在的不足,提出了电网宽频振荡实时监测技术方案。然后,论述了振荡实时监测的总体架构和关键技术,从高频采集及滤波、宽频信号分类处理分析、振荡告警及长录波、站域存储与分析和信息传输等方面对宽频振荡实时监测的关键环节进行了分析。最后,对宽频振荡实时测量的效果进行了仿真验证,验证了所提方案的可行性,并对其工程实施方案进行了论述。

基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法研究

随着我国电网的迅速发展,电力系统中短路电流超标问题逐渐突出,严重影响系统及设备安全运行。针对现有短路电流限制措施的不足,该文提出基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法,在短路故障期间短时快速改变系统拓扑,降低短路电流,避免采用常规措施带来的对系统正常运行的影响。该文研究了系统拓扑调整方法、配合时序及动作策略,结合典型系统结构研究了短路电流抑制效果,分析了拓扑调整对系统稳定和继电保护的影响。对该方法的关键设备高速开关的关键技术进行了初步分析。

变电站国产化站控层服务协议设计

我国智能变电站站控层通信协议严重依赖第三方协议栈,自主可控能力差,在目前国际紧张的形势下,对电网的安全尤为不利。为应对这一情况,设计了一种基于IEC 61850站控层服务协议的实现方法。在通信服务映射实现上,协议直接将抽象通信服务接口映射至TCP/IP协议栈,以提升服务的性能。协议基于IEC 61850-7-2标准化抽象通信服务接口语法定义,同时扩展了关联、远程调用等服务接口,保证了客户端和服务端双方通信安全,弥补了服务端对主站的支撑服务。在编码上,采用ASN.1压缩编码规则的方式,以增强编解码和数据传输的效率。根据以上设计,开发了站控层服务协议软件包,并与MMS协议进行了对比测试。测试表明,站控层服务协议传输的报文长度较制造报文规范协议减少了约20%,请求响应过程时间减少了50%以上,有效提升了通信的性能和效率。

适应集控模式的主厂站数据流优化

为了满足智能变电站设备集中监控业务需求,适应集控站建设模式,该文从调度主站、集控站和变电站的业务功能需求出发,优化了主站与变电站、变电站内设备间的数据流。在主厂站数据流方面,提出主厂站间数据分流处理和分层规划方法,优化上送数据选点原则,增加非实时数据的按需调阅通道,提升主站采集数据覆盖范围,解决远方监控信息不足的问题。在变电站内数据流方面,根据不同设备的数据实时性、数据结构、处理性能指标等差异,优化数据传输路径,由原来的多端重复采集优化为分区传输,并利用跨区实时总线同步技术,实时全面接入一、二次设备及消防、安防等辅助设备信息,解决数据重复采集、冗余交叉传输的问题,支撑主辅一体化全面监控。

On engineering implementation of the digital power system

The narrow definition of the digital power system (DPS) is proposed. The architec- ture, features and key contents of the DPS are presented, which include intelligent dispatching system, hybrid automatic control system and data sharing platform. The successful construction of the DPS can greatly improve the performances of power system operating and dispatching, which mainly reflect a fundamental in- crease of the ability of avoiding catastrophes resulting from blackouts of power supply, a significant improvement of economic efficiency of power system opera- tion, and an improvement of decision efficiency of power system developing. The DPS describes a vision of the development of power system and the way to achieve this vision. At the same time, the paper also proposes the principles of the design and implementation of the DPS.