自“雙碳”目標提出以來,中國新能源產業以驚人速度崛起,風電與光伏年均新增裝機從“千萬千瓦級”躍升至“億千瓦級”,成為全球能源轉型的標桿。在這場變革中,浙江憑借“海陸并舉”的獨特優勢,成為新能源發展的前沿陣地。從杭州工業園區的分布式光伏屋頂,到舟山海域的巨型海上風電場,清潔能源已深度融入浙江經濟血脈,年發電量可滿足全省三分之一居民用電需求。
然而,新能源的爆發式增長也帶來新挑戰。風電、光伏等發電方式高度依賴自然條件,輸出功率存在天然波動性。當這些能源通過逆變器等設備接入電網時,會產生大量非50赫茲的寬頻電壓與電流信號,覆蓋范圍從幾百赫茲到上千赫茲。這些信號如同電網中的“隱形刺客”,雖難以察覺卻可能引發連鎖反應,威脅電網安全穩定運行。
寬頻信號對電網的危害已在全球多地顯現。2009年,美國德州某風電場因線路串聯補償問題引發20赫茲次同步振蕩,導致多臺機組脫網并損壞保護設備;2014年,德國北海海上風電場因寬頻振蕩導致30%的短時振蕩電流,最終被迫全廠停機避險。在國內,類似問題也時有發生,寬頻信號不僅降低電能質量,還會導致家電噪音增大、壽命縮短,影響工業生產線精密儀器精度,甚至造成產品報廢。
破解寬頻信號危害的關鍵在于實現全鏈條管控,而首要難題是監測技術的突破。傳統監測設備面臨三大挑戰:其一,頻率跨度受限,傳統設備測量上限通常為50千赫茲,難以捕捉雷電過電壓(數十千赫茲至數兆赫茲)和光伏高次諧波(3000赫茲)等高頻信號;其二,信號微弱易受干擾,變電站電磁噪聲會掩蓋寬頻信號,導致測量失準;其三,多設備協同困難,傳統方案需安裝工頻表、諧波儀等多臺設備,數據無法實時共享,故障響應滯后。
針對這些難題,國家電網在浙江110千伏石門變電站投運了首臺寬頻電壓/電流監測裝置。這臺被稱為“寬頻偵探”的設備,集成了人工智能、大數據和寬頻諧波快速辨識技術,具備四大核心優勢:其一,全頻段覆蓋能力,測量上限提升至1兆赫茲,可精準捕捉光伏高次諧波、雷電暫態信號等所有頻段信號;其二,超高精度測量,工頻誤差僅0.02%,諧波幅值誤差小于1.5%,響應時間達300納秒,遠超傳統設備;其三,多功能集成,單臺設備即可完成工頻、暫態、諧波及雷電沖擊測量,替代傳統五臺設備;其四,強適配性設計,采用AIS敞開式結構,無需改造原有設備即可“即插即用”,維護效率提升80%。
該裝置的實際應用已展現出顯著價值。在電能質量分析方面,可實時監測諧波、電壓暫降等異常,當光伏電站高次諧波累積或串補線路出現振蕩跡象時,系統會立即觸發預警,防止事故擴大;在設備狀態預測方面,通過長期監測寬頻信號,可建立變壓器等設備的“健康檔案”,提前發現絕緣劣化苗頭,實現從被動搶修到主動維護的轉變;在故障定位方面,當電網因新能源并網產生高頻諧波或雷電沖擊導致過電壓時,系統可在毫秒級時間內精準定位故障點,大幅縮短修復時間;在新型電力系統建設方面,寬頻監測數據為新能源并網容量測算提供了科學依據,可避免容量過低造成的資源浪費或過高引發的電壓失穩風險,優化“源網荷儲”協同效率。
隨著光伏、風電等新能源在能源結構中的占比持續提升,電網穩定運行面臨更大挑戰。寬頻電壓/電流監測裝置的投運,標志著中國在新能源并網技術領域取得重要突破。通過將“被動防御”轉為“主動進攻”,這項技術不僅為電網安全筑牢了技術屏障,更為“雙碳”目標的實現提供了關鍵支撐。











