新型电力系统电力扰动及其数据分析应用（29页PPT-四川大学2025）

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新型电力系统电力扰动及其数据分析应用 四川大学 肖先勇 2025 年 7 月 25 日 而 主要内容 CONTENTS 背景 ● 1. 新型电力系统电力扰动 2. 电能质量领域的应用 3. 负荷弹性资源化利用 ● 4. 设备状态识别的应用 g 川 eof c n n rsity院 g Sic 工 Engi 电 Colle 四 2 能源供给侧新能 源装机占比增高 能源消费侧高端 制 造业占比增高 ※ 绿色能源的消纳需求 高端制造的用电需求 CN 安全高效 基本前提 柔性灵活 重要支撑 清洁低碳 核心目标 4 大 特征 智慧融合 基础保障 国家发展和改革委员会 国 家 能 源 局 星 连 能 政 1 2 0 2 4 1 8 7 号 国家发展改革委国家能源局关于新形势下 配电网高质量发展的指导意见 宿 、 X 、 主 律 节 、 新 生 产 建 染 再 距 星 拒 年 、 推 是 ， 武京 城 求 梦 理类 照 备 ， 家家 鱼 理 局 各 出 私 程， 有 力 企 业 ； 邮电河作力重要的公费基始设施，古业 拿电力世后，主缘格 济 性 会 发 星 、 次 齐 民 性 汀 蛋 发 挥 建 要 体 用 。 收 新 架 电 力 系脱电设的推进，配电网王进乡油华规些量、分 黑电能给用严脚 老 方 网 编 他 查 历 游 河 储 画 备 至 娇 、 每 上 性 电 间 温 熟 合 的 电 力 两路。森领进分市式电原北此酒地，未 业青尊方面你功能 【 2024.02 国家能源局发布配电网高质量 发展的指导意见】 【 2023.06 国家能源局发布蓝皮书】 01 研究背景 绿色低碳转型——实现碳达峰、碳中和目标的关键和重点 产业结构升级——产业链韧性、新质生产力的重要基础 电 能 质 量 — — 支 撑 可 再 生 能 源 消 纳 与 现 代 化 产 业 发 展 新型电力系统——支撑能源低碳转型 文件 构成 要素 结构 形态 运行 模 式 集中接入 电磁设备 交流 “ 输 配 用 ” 单向结构 源随荷动 大电网一体 化运行 分散接入 电磁 + 电子设备 交直流 双向混合层 次结构 源荷互动 主配微网协 同运行 01 新型电力系统技术特点 2024 年 3 月 1 日，发改委、能源局《关于新形势下配电网高质量发展的指导意 见》 :2030 年基本完成配电网柔性化、智能化、数字化转型。 分彩式光伏 电站 敏感氏荷 敏负苔 双向交直流混成结构； 主 配 微 多 级 协 同 运 行 。 MG 风力发电 计算中心 消民任帘 快这竞电 雄 住宅 2 没 电 位中心 写字楼 洪式性率 快透充吨 桩 分布式完 伙 技术特点 新型配用电系统 龙 网 系学楼 数据中心 燃疗事心 数据和心 MG SOP 垂区住空 _ 中国交缴 主网 严 能 软 开 关 影响危害大 涉网设备抗扰能力复 杂 ，扰动影响向网、 源侧延伸并不断加剧。 传播范围广 扰动传播距离可达数 十 公 里 ， 横 跨 多 个 电 压等级。 01 新型电力系统电力扰动 新型电力系统使电力扰动发生频率高、传播范围广、演变形态多、影响危害大，对电力扰 动分析、应用和应对提出了新要求、新挑战。 演变形态多 多元异构设备的扰动 响应特性差异大，扰 动时变形态多样。 发生频率高 多元异构电力电子设 备交互影响，原生、 次生扰动源增加。 14900 系 14700 统 14500 总 14300 14100 第 13900 13700 看 13500 P 13300 22360- 0023:0 次 电 5 服 程 140 N.15 最妆治点相好叶畅障 500kV 110kV 110kV 10kV 充电桩 扰 动 okV380V 救感负荷 储能 扰 动 …… 光 伏 动 居民住宅数据中心 0kV/380y @ 商业中心装备制造 @ 光 伏 生物医药 扰动 发生 _00:2400 扰动波形 扰动源 ⑨ 动 严 235 间 微 性 4 2 录波起始点团 负荷持 续脱网 1474MW 124 学 = 划 新 庭 在 次 自 e 术语 定义 测量 特征 评估 诊断 治理 关注电能质量本身 的诊断与抑制 电源 电网 响应 拓扑 负荷 故障 态势 特性 诊断 推演 预测 协同 控制 调控 挖掘与扰动相关联的 设备级 - 系统级信息 不断涌现的复杂扰动模式难以 定义和表征。 监测数据中蕴含的系统级、设 备级感知信息未充分利用。 多尺度耦合的动态响应过程解 析和建模困难。 “ 打补丁式”单点治理模式的 技术经济性不佳。 01 新型电力系统电力扰动及其数据价值 传统 PQ 认知遵循“还原论” , 形成了从“是什么”到“怎么办”的认知体系。新型配用电系 统需遵循“还原论 + 整体论” , 突破既有认知和技术瓶颈。 总体研究思路 主要技术瓶颈 表 征 感 知 诊 断 治 理 电能质量 电力扰动 ■ 电能是运动型二次能源，仅在动的过程中才有能量属性。 ——本质 ! ■ 决定了扰动数据中蕴含着重大价值，挖掘利用扰动价值前景不可限量 ! 0.001ms- 0.01ms- 0.Ins - 10ns- 10ms- 100ns- 1-6sec- 15xin —IMHz 100kHz —10kHz —IKH —0.1kHz -0.01kHz 0001AHz DR: 故障录設仪 PQV: 电能质母监测装置 PVU: 同步相量单元 SCADA: 数据采集与监视 校制系统 1MHz 0.00Ims- 100Hz 10kHz —1kHz —0.1kHz O PMU 100ns- —0.01kHz O SCADA 1-Gsec 十 — 0.001kHz O 计 量 装 置 1 5mn— m 出 地 01 电力扰动监测数据 n 事件触发记录设备 连续记录装置 数据获取、数据治理、隐私保护、价值挖掘 向 S (1) 电谎设备故障坟动波展 空 7 用 (3) 要压径套管故障 299858 同 (2) 树模磁线故障 码案 (4) 雷醒故障枕助渡影 幅值 /kV 15 10 5 0 5 -10 -15 0 10 20 多源数据采样 / 上报 率 30 405060 70 tms 最障出示器 战障远线杂置 国 中五 n 试 0.01ns 0.Ims- 1ans 10ns- 采 标 率 里 E 上报率 e DF R 用 具 甚 哺 P 0 可 非 罐 80 系统级应用 其他领域 设备级应用 主要内容 CONTENTS 电能质量 1. 新型电力系统电力扰动 2. 电能质量领域的应用 3. 负荷弹性资源化利用 4. 设备状态识别的应用 eof c n n g Slc 工 Colle 四 8 2 电能质量领域的应用：电压暂降反演 电压暂降，本质是突然汲出大电流，经阻抗导致电压骤变。新型配电系统的电压暂降等更加复杂， 反演问题是认识和理解新型配电系统的关键问题之一，国内外研究尚不多见，需中国引领。 Z Z 中 KC 传统电源视作 恒定电流源 I=C ( 常数 ) DG 对电压暂降的影响作用机制 P ia Q 节点电压偏差 短路电流偏差 阶段特性缺失 9 分布式电源视作 受控电流源 1=f(V) 传统电压暂降分析模型 传统模型面临的挑战 双环控制 生成工 序、负序 器坏节 PwM ム 控 制 PQlair 环 节 Ge c 二 , 影响 LVRT 控制 影响 出力变化 逆变器 十 U 影 响 DG 脱网 提取电压 暂降止， 负序分里 动 态 出 力 R 证 e ie e 参考中流 电流控制 dqabe u u. 光 伏 电网 数障 U E 利用监测所得电压暂降波形数据，辨识源网荷关键影响因素，通过暂降动态反演揭示演变规律； 根据电压暂降事件时、空特性和演变规律，系统掌握系统电压暂降等短时电压扰动特性。 总体技术路线 2 电能质量领域的应用：电压暂降反演 ③ 多重判据的电压暂 降 同源检测 ③ 特征融合的 DG 控 制 参数辨识 ③ 暂降幅值分区并行 迭 代评估 ③ 脱网时序估计的多 ① 电压暂降事件映射 规则挖掘 ①DG 控制参数对暂 降 的影响规律 ① 配网拓扑多阶段自 动分区 ①DG 随机出力场景生 成 ② 电压暂降波形相似 性度量 ② 暂降波形的显 / 隐 式 特征构建 ② 基于节点撕裂的短 路电流计算 ② 电压暂降二维特征 联合计算 数据层 模型层 算法层 10 1 0*n o 08 本 50 100 Tin(e Monitored site 035 50 100 150 206 Thosiln · 难点 1: 传播中波形特征显著变化 · 难点 2: 对时误差导致事件时标不可信 难点 3: 拓扑与元件信息并不总能获 取 编号 类型 编号 类型 Dc 58 De 77 Dc 77 A 84 DC 77 支持度 53:1 Db:1 规则 [82,1DG;153.1D 182.De [53.Db 7.Ca …… 二二二 R 配 * 20 40 60 80 100 120 2 一 R6 E7x 20 40 60 89 106 (20 R9 黄 0 R21 2 20 40 60 80 100 120 R 团 R:5 R6 20 40 60 80 106 120 Series nuber of TPOEa 电能质量领域的应用：暂降同源检测 同源暂降监测是系统电压暂降分析面临的关键技术难题之一。通过暂降波形特征编码和关联规则， 识别同源暂降，以规则匹配、相似度等为判据实现电压暂降同源检测。 Wen-xiHu, Xin-yue Song,Ruo-tian Yao,Hao Bai.Identifying Homologous Transient Power Quality Events via Monitoring Data Mining[J].IEEE Transactions on Instrumentation &measurement,2025,74:2523313. 11 关联规则挖掘的同源事件匹配 适用于拓扑重构的检测阈 值自适应变化 基于关联规则挖掘的 同源事件匹配流程 182.DC,7,C 真实同 源事件 82,DG377.C□ 825 CanTree A:1 82.De3126 二 182.Da.77C1 82 、 A.584.C 3 1cried point 195 P d 7S Ca3 Db ( CG C C8 snr sidms 疑似同 源 事件 规则匹 配 规则挖抛 Monitored site 82 82 82 82 82 历史事件 ault poin 以 ， Y△-11 05 09 088 D 新 事件 150 20K 109 To(m 事 项 84:1 Ca:l hs 67 。 1.05 [50 。 50 200 t 2 2 显 - 隐式特征融合的参数辨识 .=aAKaf))-m)) U min(a)-R7) 4.-heanat,)-2)) 显式特征 提取 过渡段 检测 50 时间 10 ms) 150 200 9 个显 式特征 特征融合 ( 128 维 隐 式特 征 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.8 6 0.8 00.2 0.4Uavg(p.u.) 关 键 控 制 参 数 对波 形特征的 影 2.2 电能质量领域的应用：低穿参数辨识 低穿 (LVRT) 控制参数辨识是关键技术难题。利用暂降波形特征中蕴含的新能源机组低穿控制信 息，通过显 - 隐式特征融合等方法提升低穿控制参数辨识准确性。 K2 决定高度 K1 决定斜率 Upv.1 0.9 胡 文 曦 ， 汪 颖 . 基于分布式电源关键控制参数辨识的配电网电压暂降评估方法 [J], 电网技术， 2025,49(02):727-737 . 12 隐式特径 时变轨迹 输入二维 提取 轨迹 /L 0.2 Um.I>0.9 0.2U.10.9 Um.<0.2 ci C2 C3 C4 控制参数 类别 1.1□ 0.9 0.7 05 0.30 无功 指令 0.4 Qavg(p.n.)0.2 参数 参数 2 客数 3 参数 4 相关性 分析 电 压 有 效 值 ( p . a . ) 分 类 器 lqavg(p.n) Pa v g ( p . B . ) 8 9.6 选取领域连接度大 移除该节点及关联切割边 2.3 电能质量领域的应用：新型配电系统暂降评估 有源配电系统双向潮流、故障复杂，电压与故障电流交互影响，利用扰动数据可分区降维，分解成 可 表 征 子 网，通 过 节 点 撕 裂 、 不 动 点 迭 代 等 方 法 进 行 评 估 。 Xian-yong Xiao,Wen-xi u.Volage sag assessment method considering low-volage ride-through of inverer-interfaced distributed generators[J].Intemational Journal of Electrical Power &Energy Systems,2025,165:110486. 13 以每个子网规模均衡为优化目标： cuC.K,C)- 各子网相邻边权重 子网节点数 子网 1 子网 2 Y₁U₁¹+Y₁Ua= Y₂₂Un⁴+Y₂Ua⁶=I₂241) Un-[U⁶,U₂,U₃W,U₄"U₂2=[U;,U₇",Ua“.U. ¹=1.“¹,11,y 山 -I₂2⁶¹=IS⁶¹1,-1,18 ( U₂W) -RUs®) 最终分区方案 5 9 典 曲 节点撕裂转换 选取切割边的一个端点 撕裂节点集合 配电网最优分区算法 (1) 基于谱聚类算法的初始划分 (2) 撕裂节点选取 协调网络 Y₁U₁I⁶+Y₁U₁⁶⁹+Y₄U₄⁶=I, 1 U-(L₁¹₂1 …….-1)π-1) UA U1 18 分区并