突破宽频测量盲点，助力新型电力系统

　　中国电力科学研究院有限公司直流研究所宽频测量团队“宽频电压互感器”项目成果荣获第50届日内瓦国际发明展金奖。

　　图1 第50届日内瓦发明展参展海报与产品

　　项目背景

　　2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上提出构建新型电力系统，为新时代能源电力发展指明了科学方向，也为全球电力可持续发展提供了中国方案。新型电力系统中高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”特性日益凸显，与传统电力系统相比，电网中的谐波含量比例增高，频率也有显著提升，同时直流线路故障行波、雷电波等暂态波进一步叠加复合，电力系统和设备的安全稳定运行面临极大风险挑战。

　　交/直流电力系统中的电气信号传变设备主要为电流/电压互感器，是测控、计量、保护功能实现的基础。目前工程中在运互感器主要针对工频或直流电气量进行测量，也可进行较低频率的谐波测量。但对于更高频率的谐波和暂态波，已无法准确测量，不适应新型电力系统对于复合宽频电信号测量的新需求。

　　科技创新

　　针对“双高”特性日益凸显的新型电力系统对宽频信号精确感知的需求，创新提出阻容混联分压电气拓扑、等电位屏蔽、多路轮询快速采样传输等多项专利技术，解决了测量频带较窄、精度受环境影响、采集传输速度不足等问题，可实现从直流、工频到高频谐波、暂态波等信号的全频带覆盖。测量频带0~500kHz，输出采样率1Msps，暂态响应时间小于5µs，直流电压、电流测量精度0.2%，雷电冲击电压幅值误差<3%，波头时间误差<5%，各项关键指标均达到国际领先水平。

　　团队依托创新技术，成功开发出用于发、输、配电网的直立式交/直流宽频VT、GIS宽频VT、宽频电流/电压一体化测量装置等适用于多场景、多需求、多种型式、多电压等级的国际首台套宽频互感器系列装备。产品测量精度高、测量频带宽、响应速度快、环境适应性强，为新型电力系统谐波监测与溯源、线路故障辨识与定位、早期绝缘劣化预警、核心装备快速保护等应用提供了有效解决方案。

　　图2 宽频电压互感器系列产品

　　推广应用

　　本技术产品已在浙江舟山五端柔性直流输电工程、河北雄安智慧驿站柔性变电站工程、随州广水100%可再生能源互联网科技示范工程等场景实现应用。

　　2023年10月，直流所自主研发的国际首套±200kV宽频测量及行波快速保护一体化装置在浙江舟山舟定换流站正式投运。宽频测量一体化装置包含±200kV宽频电压互感器、±200kV/1000A宽频电流互感器、直流线路快速保护装置及故障录波装置，快速保护装置动作出口时间小于2ms，关键指标均达到国际领先水平。

　　柔性直流电网是一个低阻尼系统，故障暂态电压/电流频带范围宽，故障电压/电流上升迅速，极易发生局部故障，全网停运的现象。宽频测量一体化装置能够快速、可靠的识别及定位直流线路故障，准确获取、识别柔性直流系统暂态电压/电流宽频信息并实时将动作指令传送给直流断路器，完成故障线路的旁路，填补柔性直流电网快速保护的空白。本技术还将在±420kV湖北渝鄂背靠背柔直工程、交/直流电缆工况等场景应用，助力解决新型电力系统中的高频谐波监测与溯源、早期绝缘劣化预警等问题。

　　标准专利

　　团队十分注重核心技术标准体系建设，经过数年潜心深耕积淀，于2021、2023年先后牵头立项了“适于宽频带应用的互感器选型与接口”、“柔性直流换流站用高压互感器的配置和成套设计”两项IEC国际标准，填补了国际标准关于宽频互感器、互感器在柔性直流输电工程配置和成套设计等领域的空白，同时也是IEC TC38委员会首次由中国团队提案立项新标准。

　　团队成员长期投身于国内外标准建设及学术交流，积极参加IEC、IEEE、CIGRE、全国互感器标准化技术委员会等国内外标准化技术委员会、专委会工作。已牵头发布了电力行业标准“DLT 2641-2023宽频电压测量装置选用导则”，参与了IEEE P2426国际标准“电力系统快速过电压的现场测量—第1部分：测量技术”，“GB/T 20840.14-2022 互感器 第14部分：直流电流互感器的补充技术要求”、“GB/T 20840.15-2022 互感器第15部分：直流电压互感器的补充技术要求”等多个国际、国家标准的制定工作。

　　团队重视专利的布局及发展，目前授权及受理国际、中国发明专利二十余项。其中授权欧洲专利Widebandvoltagetransformer(宽频电压互感器，EP3780040)标志着本技术填补了国际宽频测量领域空白，为技术在欧洲乃至全球的推广应用奠定了基础，已获得法国RTE等电力公司的兴趣和关注。

　　团队介绍

　　中国电力科学研究院有限公司是中国电力行业多学科、综合性的科研机构。中国电科院直流技术研究所拥有“先进输电技术”全国重点实验室，是“高压直流输电技术与装备”国家重点领域创新团队，国内首家完全掌握特高压直流换流阀、柔性直流输电系统和直流电网核心装备技术的高端科技企业，通过多年自主科技创新和人才队伍建设，积极践行创新驱动发展战略，聚焦国家能源转型和新型电力系统构建需求，攻坚克难、勇攀科研高峰，取得实用性成果，支撑“双碳”目标早日实现。(董巍 孙泽来 郑林)