智能量测技术应如何适应新型电力系统发展

实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的变革。习近平总书记在中共中央政治局第三十六次集体学习时指出，要加大力度规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系。

新能源大规模开发并网使电力系统“双高”“双峰”特征日益凸显，复杂的能源供需优化平衡需要最大限度获取电力系统各节点的信息。新形势下，应围绕基础测量理论、先进采集技术、量传溯源体系、安全密钥防护及计量技术监督等方面发展智能量测技术，逐步实现电力系统可观、可测与灵活互动，服务新型电力系统构建。

构建新型电力系统对量测技术提出新需求

新能源随机功率注入，考验测量响应水平。光伏发电、风电等新能源的随机波动性强，非线性用电设备不断增加，向电网注入大量谐波，波形可能呈现震荡等非稳定形态，或伴有瞬时冲击、谐波超限等极端量。

源网荷储维持动态平衡，产生全景感知需求。新型电力系统中，源、网、荷、储等要素间快速联动，导致电网变化过程更加频繁。为实现电网全景感知，需要通过冗余方式或虚拟量测的方式实现量测无缝布点，以实现所有观测点全面覆盖。

分布式电源优化控制，亟须提升反馈能力。新能源特别是分布式电源逐渐成为发电主力，在有序用电、电网稳定的前提下，实现高渗透接入新能源最优控制，需要不断提升量测快速反馈能力。

建设准确稳定、广泛感知的智能量测基础设施

面对构建新型电力系统对智能量测技术提出的新需求，应建设与新型电力系统相适应的智能量测基础设施，夯实精密测量基础理论，建设传感器网络，加快新一代用电信息采集体系与电学量传溯源体系建设，以准确稳定、高速互联、广泛感知的智能量测基础设施驱动新型电力系统运行。

●夯实精密测量基础理论，实现全景信息灵敏感知

新能源发电因具有随机波动性与电力电子装置响应特性，在电力系统中引入了极端量和复杂信号，使得现有量测方法、精密材料、核心器件无法有效适配。

精密测量方法研究方面，提升现有测量/计量装置的技术水平、强化各类传感器测量能力，将对新型电力系统二次侧感知能力改进有明显的影响。应着重突破误差控制、测量屏蔽等关键技术瓶颈，研究高动态、宽范围暂态信号的无损、低噪采集。

基础工艺、关键材料方面，我国的精密材料制造在属性和长期稳定性方面与国外存在差距。未来应进一步探索更小、更实用的材料，同时注重系统冲击等因素给测量材料带来的物理、化学等本质影响，尤其需要强化铁磁基材、精密电阻等方面的生产工艺研究。

新型传感器件与核心装备制造方面，应发挥智能传感对新型电力系统监测能力提升的放大作用。面向光伏设备、风机等场景，推广直流电能表、抗直流偏磁电流互感器；聚焦模数转换、高稳定电源、精密放大器等“卡脖子”器件，推动热、压、磁、光、场、气等传感器件的小型化、智能化。

●加快用电信息采集体系升级，提升源网荷储互动能力

国家电网有限公司在“十三五”期间建成的用电信息采集系统覆盖终端超过5.1亿用户。近日，新一代用电信息采集系统在6个单位试点上线，进入推广应用阶段。

采集对象向多元化发展，使电力系统的潮流从单向流动向多向流动转变，从而使规模化的广义负荷出现，也就是负荷中含有电源但仍然以电力负荷为主。因此，采集对象必须由单一的电力用户转向源-网-荷-储全面覆盖。采集系统除需兼容电、水、气、冷、暖、油等能源终端外，还需支持碳计量终端、综合环境量传感装置的兼容接入。

采集内容向多样化延伸，采集内容将由单一的电能量采集向全状态量感知转变，由直接测量向间接测量转变。目前，公司已试点开展居民、工商业负荷辨识，获取更加详细的用电数据，支撑服务政府监管、用电安全、节能减排等业务。

采集架构向敏捷化演进，未来新型电力系统数十亿计采集设备高频率曲线采样，将产生高达千亿级的数据和上千万峰值计算载荷，需要提升系统容器化+微服务+中台架构数据承载能力。接入网将向低功耗、快响应、高可靠和易实施的多模无线通信方式升级，通过即插即用、多协议适配无缝接入用户内部电器和工业自动化系统，服务生产生活。

●完善电学量传溯源体系，保障系统量值准确可靠

2021年，公司计量专业加快量子标准技术突破，国网计量中心协同各省级电力公司研制量子电流调控试验平台、基于量子精密磁测量的互感器样机，完成量子系统关键技术方案设计。

应建设高精度时频量值体系，搭建公司系统时间频率溯源比对平台，提升故障测距、相量测量、雷电定位、合并单元等装置的授时能力，推进基于北斗、5G的高精度网络授时在电力系统的应用，并在终端侧研究时延状态估计与测量修正方法，在系统侧实现分级节点比对。

新型电力系统对测量的准确性和实时性提出了更高的要求，目前基于电磁原理提升标准器准确性存在较大技术难度。近年来，国际单位制基本物理量全面量子化，量子技术逐渐成为重塑计量体系的中坚力量。应构建全系列量子电学标准，实现交直流电能、电压、电流方面应用。

具有测量功能的传感器将逐步在新型电力系统中普及，形成规模庞大的传感器网络。现有实物、逐级、长链条的量值溯源方式不能满足多样化、大规模传感器量值传递需求，应建设扁平化传感量传溯源网络。

强化智能量测支撑保障

除了相关基础设施建设外，未来还需要强化智能量测支撑保障，重点聚焦新型电力系统信息安全防护，提升电力系统物联设备、信息系统、网络节点的安全水平。同时需通过提高计量技术监督能力，保障电力系统计量器具装备质量。

●筑牢安全密钥防护屏障，保障终端/平台运行安全

具有通信功能传感器的广泛接入，网上办电、新能源汽车、综合能源服务、智能家居、分布式光伏发电等新兴业务的兴起，5G、人工智能等现代信息技术大规模引入，给电力系统信息安全防护也提出了更高要求。

高弹性是电网提高接入和配置能力的必然趋势，传统网络边界难以适应电网弹性灵活的接入要求，无法进行动态控制。因此，需加强新能源发电、虚拟电厂、综合能源系统等局域型电力系统的接入认证和准入控制，构建可动态调整的网络安全边界。

应研发适配物联终端的轻量级密码模块，满足传感器等弱计算能力终端的安全防护需求，实现新型电力系统全场景、全业务覆盖，提升新型电力系统设备安全防护能力。

应打造电力密码服务生态体系，提高电力密码服务供给质量，降低业务密码应用的技术和经济成本，实现新型电力系统安全稳定运行，保障电力供应安全。

●建设计量技术监督体系，保障计量器具装备质量

相较于一次设备，智能量测设备存在使用寿命和故障率方面的不足。公司已具备覆盖电能表、互感器等计量设备的全性能检测能力，未来需要进一步适应测量装置质量管控的更高要求。

目前，以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系已初步形成。应提升智能化检测能力，实现智能工业系统与计算、分析、感应融合，以及故障自动诊断、设备智能维修。

电能计量装置的准确可靠是保障电力现货交易结算公平公正的基础。随着高比例新能源和高比例电力电子设备的接入，电网运行方式更加复杂，对计量准确性提出了更高要求。需建设广域在线监测体系，开展面向关口电能表、互感器等设备的在线监测，建立广域节点模型，实现云端协同分析。

同时，应围绕体系质量管控、设备互联互通、数据分析应用3个方面打造计量智慧实验室，升级计量量传业务系统，推动计量活动数字化管理，全面支撑计量数字化转型方案落地。

（作者单位：中国电力科学研究院有限公司）