新型电力系统背景下的输变电数字化转型 江秀臣，许永鹏，李曜丞，狄凌芳，刘亚东，盛戈皞 （上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240） 摘 要：由于我国独特的新能源分布特性，新能源丰富地区与高负荷地区相关性低。电网企业通过加大高压输变 电工程建设，将新能源产生的清洁电力向高负荷地区输送，可以有效缓解供需矛盾。因此，电网企业为保证以新 能源为主体的新型电力系统的可靠运行，提高输变电设备的 缺陷预警水平，对输变电的数字化转型需求迫切。为 此首先介绍新能源为主体的新型电力系统和输变电数字化转型特点及发展方向；然后以变电站(换流站)、架空输 电线路、电缆隧道、气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated transmission line, GIL)管廊等场景进行数字化具体分 析；最后，探讨现阶段影响输变电数字化转型的关键技术，即芯片化多物理量融合集成的精准感知技术、多源时 空数据耦合的缺陷智能识别技术和高保真动态多维数字孪生的状态异常预警技术，并对未来输变电数字化转型进 行了展望。 关键词：新型电力系统；输变电；数字化转型；数字孪生；异常预警 Digitalization Transformation of Power Transmission and Transformation Under the Back- ground of New Power

发展，在保障登封能源供应 安全的前提下，推进能源绿色、低碳发展。 **配电网含有 110kV 中岳电力变电站（2×75MVA）、110kV 星光变 电站（1×75MVA）、110kV**1#变电站（2×25MVA）、110kV**2#变 电站（2 ×25MVA）、110kV 发祥变电站（2×16MVA），110kV 石淙变 电 站 （ 75+31. 5MVA ） ， 共 计 6 座 110kV 35 亿元， 是郑州市骨干企业。为满足**集团发展用电需求，20 世纪 90 年代末， 收购发祥电厂 2×55MW 燃煤自备电厂（2019 年政策性已关停），并配套 有建成 6 座 110kV 变电站及配电网。 10 / 68 河南**售电有限公司是**集团旗下全资子公司，注册资本金 3 亿元 人民币，是河南省电力交易委员会委员之一，兼河南省售电类组长，是 登封 10 / 充 统筹规划新能源布局规划，探索新型电力系统实施方案。 1.2.2 利用**集团存量电网优势，率先实现碳中和目标 **集团电网（含国家第一批增量配电网业务试点项目）有 6 座 110kV 变电站及增量业务试点，集团现有供电范围横跨登封市辖区，供 电区内厂房屋顶及部分废弃厂房可利用开发新能源，同时，利用废弃的采 矿区开发风电及光伏，实现存量资源再次利用。集团充分利用自身优势， 结合国家源网荷储一体化政策，推进**

行编制，应满足调度管理的基本要求。编制的基本原则如下： 1. 凡由调度机构统一调度并纳入全网进行电力、电量平衡的发电及输变电设备，不论其产权 归属和管理形式，均必须纳入调度计划的范围。各级调度机构依据其调管范围分别编制相应的调度计划。年度调度计划是在负荷预测、水情预测和发输变电设备投产计划等信息基础上，编制全网全年电力 电量平衡方案和年度设备检修计划，制定电网安全经济运行必须的各项措施。 2. 智能网络：网络基础设施部署 电压监测点分别由省调确定并报网调备案。 根据西北电网的特点，确定网调调管辖范围内的主网电压控制点为：网调直接调管发电厂的高压母线（含刘家峡电厂 220kV 母线）；电压监测点为：网调直接调 管的所有发电厂和变电站的高压母线（含刘家峡电厂 220kV 母线）。网调将按有关规定对直调电厂有关电压控制点合格率及调整情况进行考核。 有线 HART 现场总线 无线 HART 数据 — 智能传 感 丰富的现场仪表和系统组合，最大化发挥了有 网调每月编制控制点和监测点具体的电压曲线或无功出力曲线，随同月调度计划下发给有关厂站，以监视和调整电压。因电网运行方式的变化，电压曲线或无功出力曲线在日方式安排中可作适当修正。各 省调也应编制各自调管范围内电压或无功曲线，由有关发电厂和变电站负责监视和调整。 普适测量™ --- 管夹式无线温度变送器 T1 T2 x1/k1 x2/k2 T3 • 通过测量环境 (T1) 温度和管道表面温度 (T2) • 用户提供的过程管道的信息…

Page 4 削峰填谷应用 根据区域电力现状，在区域内的变电站合理 配置储能系统，通过多点布局形成聚合效应，实 现下述功能。 P5 Page 5 延缓配网扩容 急 需 配 电 网 扩 容 升 级 加装储能系统 传统方式 传统方式 新型方式 新型方式  适应性强、可移动  提高电力设备利用率  提高供电质量 增建变电站 增加变压器 增加输配线路  投资大、风险高 Page 14 变电站储能的典型设计 - 系统架构 推荐建设规模： • 6 套 875kW/1849kWh 储 能集装箱组成 • 组成 3 个基本单元，每个 基本单元由 2 个 45 尺集 装箱储能模块组成 • 每个集装箱储能模块 - 电池系统 - BMS 系统 - PCS 系统 - 照明和消防系统 - 温湿度监控系统 储能电站需要通过新建一 回 10kV 电缆接入变电站 内 10kV 10kV 间隔出线开关。 预制变电站 10KV母线 变电站10KV母线 2MVA 升压变压器 Dy11-y11 380V 储能集装箱 BMS AC DC PCS 875kW 电池系统 1849kWh 储能集装箱 BMS AC DC PCS 875kW 电池系统 1849kWh 2MVA 升压变压器 Dy11-y11 380V

间日 11 集中式逆变器 光伏组件 汇流箱 3 组串式逆变器 预装式变电站 储能 户用光伏 日间间 屋顶光伏 户用逆变器 升压站 储能 屋顶光伏 组串式逆变器 预装式变电站 工商业分布式光伏 食 电网 电网 1 3 · 接入 10kV 电压等级，公共连接点的最大等效电源出力小于 6MW 预装式变电站 电网 赛 LV/ 变压器 /MV 中压柜 10kV~35kV 电压 等级 光伏组件光伏逆变器 (PCS) DC AC 工商业分布式光伏发电系统方案 组串式光伏发电站接入电网要求 + 光伏发电并网要求： → 预装式变电站： · 因地制宜，灵活部署 · 标准化方案，快速交付 · 整体交付，减少现场 工作量及成本 · 产品集成设计，避免 接口设计风险 参考标准 / 规范： 光伏发电站设计规范 (GB

目前，xx 市尚无 500kV 变电所，500kV 元董双回线从 xx 市的西北向东南经过 xx 市，xx 电网通过 220kV 宁建线与赤峰电网相连，通过 220kV 龙州线与锦州地区 相 连，通过 220kV 龙南沙线和 220KV 建绥线与葫芦岛地区相连。 xx 地区以 xx 电厂为中心，以放射状 220kV 线向北票，龙城，建平，凌源等 4 座 220kV 变电所供电，主变压器总容量 变电所供电，主变压器总容量 756MVA。 xx 城网现有 66kV 变电所 25 座，主变 44 台，总容量 1633.7MVA，66kV 线路 53 条，911.478km。 8 xx 风光储氢一体化项目 初步可行性研究阶段 3 太阳能资源 3.1 区域太阳能资源概述 xx 省的年均日照时数为 2139 和树苗，场地自然标高 约 150m~172m，最大高差 22m。根据业主提供可用地范围线，场址呈不规则长条形， 场址区域可利用面积约 24.0hm2。场地南侧约 1.0km 为 220kV 变电站。 根据现场踏勘，场址区域周围为工业用地、农业用地和村庄。场址区域未见有开 采价值的矿产分布，地表未见文物分布痕迹。 参考《xx 柳城经济开发区近期重点发展区域工程建设项目地质灾害危险性评估

电气主接线设计原则和程序 一、对电气主接线的基本要求 二、电气主接线设计的原则 三、电气主接线的设计程序 3 一、对电气主接线的基本要求 电气主接线的重要性  电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体。 它表明了各种设备的数量及连接情况。  电气主接线决定了可能存在的运行方式，影响着 运行的可靠性和灵活性。  电气主接线决定了电气设备的选择，配电装置的 布置。  安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠 是电气主接线最基本的要求。 电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主 接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对 另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性 要求。所以，在分析电气主接线的可靠性时，要 考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用 户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验 等诸多因素。 5 一、对电气主接线的基本要求 2. 灵活性 (3) 电能损耗少。 7 二、电气主接线设计的原则 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的 主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始 资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切 相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控 制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计， 必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况， 全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关 系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方

南方电网数字孪生领域技术发展现状 ©CSG 2023. All Rights Reserved 序号 工程名称 地理位置 投产时间 工程特点 1 220 千伏大英山输 变电工程 海南省 海口市 2020 年 9 月 南网首座数字孪生变电站 ，实现可视化展现、 智能巡检、 智能操作、 作业安全管控、 智能 检修等场景建设 ， 同时通过模拟仿真和系统分析 ，支持辅助决策。 2 ±800kV ，形成了南方电网 特高压直流工程数字孪生建设标准和规范。 3 220 千伏袁家坝输 变电工程 四川省 广元市 2022 年 4 月 试点应用 ，实现变电站三维全景可视化展示及设备全状态感知、 检修作业装备智能匹配、 检修路径和作业范围自动规划、 变电站三维电路及虚拟电气操作、 检修作业全景仿真模拟 和停电区域确定、 作业方案的自动生成等。 月 江苏省打造的首座数字孪生变电站 ，采用三维激光点云精细化建模技术 ，精准还原实体变 电站的数字孪生模型。 系统通过数据交互与应用开发 ，支持远程运检、 智能巡视和全生命 周期管理 ，推动变电站智慧运检升级。 5 110 千伏三叉矶输 变电工程 湖南省 长沙市 2024 年 10 月 湖南首座绿色建造变电站 ， 首次实现三维设计、 数字孪生、

电价政策，因此，考虑 建设储能系统进行移峰填谷，将商场高峰期用电转移到低谷期，降低商场的用电费用，提高商 场的供电质量。 1.2 标准和规范 《DL/T 527-2002 静态继电保护装置逆变电源技术条件》 《GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件》 《GB/T 14537-199 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验》 《GB/T 14598.27-2008 量度继电器和保护装置第 人机界面标志标识的基本和安全规则导体的颜色或数字标识》 《GB 8702-88 电磁辐射防护规定》 《DL/T 5429-2009 电力系统设计技术规程》 《DL/T 5136-2001 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》 《DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 《DL/T 621-1997 交流电气装置的接地》 《GB 50217-2007 电力工程电缆设计规范》 电力工程电缆设计规范》 《GB/T 2900.41-2008 电工术语原电池和蓄电池》 《IEC 61427-2005 光伏系统（PVES）用二次电池和蓄电池组一般要求和试验方法》 《IEC 61850-2004 变电站通信网络与系统》 《GB 21966-2008 锂原电池和蓄电池在运输中的安全要求》 《GJB 4477-2002 锂离子蓄电池组通用规范》 《Q/GDW 564-2010 储能系统接入配电网技术规定》

供需求响应等多种服务，有效实现电网削峰填谷，缓解高峰供电压力，促进 新能源消纳，为电网 安全稳定运行提供了新的途径。 xxxx有限公司 110/6kV 变电站主变容量为 1x1+1x1.6 万千伏安； 110 千伏进线 2 回；6 千伏出线 32 回，为户 内铠装移开式中置柜。变电站承 担着xxxx有限公司的供电任务。为减缓供电压力，探索储能建设经 验，拟 利用xxxx有限公司石膏堆场闲置场地建设储能电站，在用电 15MVA 双分裂变压器的两个低 压侧。变压器的高压侧接入xxxx 有限公司的 110/6kV 变电站的 6kV II 段母线。 储能电站采用集装箱堆放方式的建设方案。储能系统由 12 个 2.733MWh 电池集装箱+1 个电气设备及 控制集装箱构成，电气设备及控制集装箱通过 6 千伏电缆接至xxxx有限公司变电站的 6kV II 段母线，储能节 点集装 箱内、电气设备及控制集装箱布局见图 1.4-3、图 电缆线路接入xxxx有限公司 110/6kV 变电站 6kV II 段母线，具体以接入系统报 告批复意见为准。 1.5.3 电气接线方案 储能电站设 1 台 3.15MVA/6kV 低压侧双分裂变压器，变压器的每个低压 设 1 段低压母线，每段母线接 入 3 台 500kW 储能变流器。变流器经变压器升 压至 6kV 后，以 1 回 6kV 电缆线路接入兴xx有限公司 110/6kV 变电站 6kV II 段母线。