本期精选

年第9期

面向新型电力系统的电力设备运行维护关键技术及应用展望盛戈皞，钱勇，罗林根，宋辉，刘亚东，江秀臣DOI：10./j.-.hve.1258浏览全文研究背景PART/01在“碳中和、碳达峰”的目标下，建设以新型电力系统是电网升级换代发展的必然趋势。与传统电力系统相比，新型电力系统对灵活可控和安全稳定的要求越来越高，保障电力设备的可靠运行面临巨大的挑战。考虑到新型电力系统运行的复杂性和建设发展的迫切性，亟需结合新型电力系统的特征和要求，分析现有电力设备运维技术存在的痛点和难点问题，把握设备运维技术的研究重点和发展方向，为推动设备数字化升级和智能运维模式变革，确保新型电力系统安全高效运行提供技术支撑。

面向新型电力系统的电力设备运行维护基本特征与技术体系

PART/02“双碳”目标下建设新型电力系统要求电力设备的运行维护更加安全和高效，其基本特征主要包括3个方面：1）高比例新能源接入下新型电力系统的强不确定性、波动性以及大量谐波引入会导致电力设备承受更加极端、变化剧烈的运行条件，对电力设备的安全可靠运行提出了更高的要求。2）电力电子装置、大规模储能设备、环保型设备等新型电力设备在传统电网中运行时间较短、应用范围相对较小，缺乏经过大量实践检验的、行之有效的健康状态评估方法，设备故障产生、发展的机理和演变规律等基础问题有待深入研究。3）电网在大力支持新能源接入消纳的同时，应该进一步降低电网自身的碳排放水平，实现规划设计、建设运行、运维检修各环节的低碳化转型。

图1新型电力系统背景下设备运行维护关键技术体系架构

电力设备数字化和智能化关键技术

PART/03

先进、可靠的电力专用传感技术是实现电力设备数字化和智能化的基础。目前，电力传感器的可靠性难以满足新型电力系统状态全面感知的需要，亟需从材料、器件、工艺、设计、试验、评估等方面进行技术攻关，研究新型电力系统典型电磁环境对传感器性能的影响，提升多维应力条件下传感器抗干扰和自校正能力。同时结合电力设备传感器在结构设计、安装位置、安全防护等方面的特殊需求，开展电力专用传感器制造工艺和制备技术研究，实现电力设备专用传感器核心器件的自主化和定制化，解决目前电力设备传感系统实用性不强、智能化程度不高、运维工作量大、性价比低等问题。

电力设备数字孪生主要通过设备状态数据采集、存储和仿真分析构建物理设备的全息虚拟模型，实现对设备内外部运行状态的精准掌控和推演预测，推动设备数字化升级和智能运维模式变革。需要研究的关键技术包括：高保真数字化建模以及复杂多维信息合成的可视化技术；基于数字孪生模型的多物理场耦合实时仿真，建立多物理场、多尺度、多区域的设备数字孪生仿真模型；状态参数反演计算和运行工况模拟仿真，实现不同运行工况下故障过程的仿真复现和缺陷诊断的虚拟试验；数字孪生与人工智能相结合的设备状态分析诊断和检修决策支持技术等。

新型电力设备状态评估关键技术

PART/04电力电子装置状态评估需要研究的重点是不同原理功率模块的失效模式和机理，分析电介质材料在高频、高压、高温下的绝缘劣化机理和特性，掌握不同的缺陷模式或不同老化程度下电流、电压、温度等相关信号特征的变化规律。大规模电化学储能设备状态评估需深入研究引发电芯–模组–电池包热失控及热蔓延的连锁反应机制，建立数值化描述模型，掌握电池健康状态与内外部电参数、温度、应力、声音、气压、气体浓度和种类等参数的关联关系。绿色环保设备状态评估需重点研究多场耦合条件下新型环保绝缘材料部件故障发生、发展的机理和老化规律，分析绿色环保绝缘材料、设备绝缘结构和工艺对绝缘状态的影响等。

电力设备高效运行关键技术

PART/）提高现有设备利用率的动态增容技术可以有效解决风电并网、负荷高峰或部分设备故障等情况下的输电“瓶颈”问题，也可为电网建设投资和成本的管控提供调节手段，在提高设备利用效率、安全可靠供电和节能降耗方面都具有非常重要的应用价值。需要突破的技术瓶颈包括设备热点温度实时辨识和精准预测；设备负载能力多尺度动态预测和增容运行风险评估；风力发电机功率特性和线路动态限额的匹配机理及优化调控策略等。2）老旧电力设备高效利用和延寿主要通过健康状态评估、寿命评估、能耗分析以及使用成本效益等对设备运行的可靠性、经济性和环保性进行精细化测算，实现设备全寿命周期风险管理，待解决的基础问题主要是寻找能够准确获知设备老化状况的特征量及评估方法，建立物理意义明确、失效时间准确的设备剩余寿命模型。3）电网设备的节能降耗需要研究设备受谐波、电压偏差、电压不平衡等电能质量影响而导致设备能耗增加的定量分析算法，从节能降耗的角度为电能质量的综合治理提供依据。另外，还需要研究变压器、电力电子装置等设备局部和整体发热状态的实时感知技术，构建以提高能效为重要目标的设备冷却系统优化控制模型。

应用展望

PART/）物理实体和数字孪生模型相结合的新一代智慧电力设备广泛应用，逐渐形成以状态预测和风险评估为核心的电力设备预测性维护模式。2）设备状态与电网运行、环境气象等信息高度共享和融合分析，为设备安全高效运行提供基础数据和技术支撑。3）数据驱动和知识引导相结合构建安全、可信、可靠的第三代人工智能应用，提高设备状态智能感知的能力，实现设备运维的全面智能化。

引文信息：

盛戈皞，钱勇，罗林根，宋辉，刘亚东，江秀臣.面向新型电力系统的电力设备运行维护关键技术及其应用展望[J].高电压技术，，47(9)：-

作者及团队介绍盛戈皞，上海交通大学电子信息与电气工程学院教授，博士生导师，智能输配电研究所所长，《高电压技术》杂志编委，IEEEPES（中国）电力信息通信智能感知技术分委会常务理事，主要从事电力设备状态监测与智能化方面的研究工作。主持国家自然科学基金项目2项、国家重点研发计划课题1项，//国家重点研发计划等子课题4项、上海市科技攻关重点项目2项以及电网公司科技项目数十项。发表SCI/EI检索论文余篇，其中IEEE期刊论文40余篇，出版专著和教材3部，授权发明专利50余项。获得省部级科技奖励一等奖4项、国网公司科技进步一等奖1项，其他省部级奖励10余项、国家一流在线课程1项以及中国电机工程学会高压高影响力论文一等奖、上海交通大学晨星青年学者奖励计划优秀青年教师一等奖等奖励。江秀臣，上海交通大学电气工程系教授，博士生导师，国家能源智能电网（上海）研发中心主任，国家科技部十三五“”智能电网重大专项总体专家组副组长，教育部科学技术委员会能源与交通学部委员，国际能源署智能电网行动联盟（ISGAN）中国联络办公室主任，教育部新世纪优秀人才，长期从事输变电设备状态监测与高电压技术的研究。研究成果获国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖5项。上海交通大学智能输配电研究所依托国家能源智能电网（上海）研发中心，目前拥有教授4人，副教授5人，讲师7人，专职科研人员及研究生60余人，长期致力于电力设备状态检测与故障诊断的基础理论研究及高新技术产品开发。近年来，在相关领域承担国家自然科学基金项目15项，、、国家重点研发计划、科技部国际合作项目等国家级科技项目近20项以及电网公司重点科技项目余项，多次参与撰写行业和电网公司相关标准和培训教材。研究成果获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖6项，其他省部级科技奖励20余项。

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