新型电力系统电能质量分析：从模型、数据驱动到联合驱动

肖先勇胡文曦王杨 四川大学电能质量与优质供电团队 2026.5 提纲 研究背景与主要挑战 方向1：电压暂降分析 二 方向2：电力谐波分析 四方向3：电力扰动分析 1.1：研究背景 电能是一种特殊产品，任何产品都有质量。电能质量用于度量关系到电气设备正常工作的电压、电流、频率等各种指标偏离基准技术参数的程度。 1.1：研究背景 电能质量问题在全球各地频发，不仅导致用户生产中断和产品质量劣化，还会影响新能源并网与系统安全稳定运行，造成的社会经济影响后果严重。 1.1：研究背景 近年来，国家能源局、发改委等部门针对电能质量问题，已颁布多项政策文件，确立管理原则、提高服务要求、部署专项行动。 2023 2025 2026 《供电质量提升专项行动（2026-2028年）》 《电能质量管理办法（暂行）》 国家能源局在全国邮器开履供电美量搜升专项行动 中华人民共和国国家发展和政茅委员会令 《电案质量管理办热（禁件己路2023年12月%0第1元 郑栅洁 被动抢修”转向“主动防御” “谁干扰、谁治理” “高电能质量”增值服务 1.1：研究背景 电能质量问题古老而常新，国内外对电能质量的研究历程，总体可分为经验累积、观测统计、评估测试、分析治理等四个阶段 研究历程 电能质量源于实践动力是揭示原因规律和措施本质是避免扰动带来的麻烦 1.2：主要挑战 新型电力系统“双高”高比例可再生能源、高比例电力电子设备电能质量新影响层级多、范围广、损失大电能质量新特征强随机、宽频带、多耦合 提纲 研究背景与主要挑战 方向1：电压暂降分析 = 方向2：电力谐波分析 方向3：电力扰动分析 四 2.1：电压暂降概述 电压暂降的基本概念 >电压暂降指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1pu~0.9pu，并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象， 残余电压与持续时间是描述电压暂降的两个最基本的特征量。 2.1：电压暂降概述 电压暂降的危害 由于用户内部敏感设备免疫力与电压暂降水平不兼容，电压暂降易造成高端制造业生产中断、生产设备损坏、产品质量劣化，导致经济损失巨大。 2.1：电压暂降概述 电压暂降的成因 电压暂降是电网中突然出一个大电流后自动消失所引起的电压短时下降事件，通常由电力系统故障、电动机启动和大型变压器空载激磁等事件引起 2.2：模型驱动的电压暂降分析方法 核心是基于叠加原理与故障分量法求解系统短路电流分布，进而刻画不同节点母线的暂降特征，以支撑暂降感知、诊断和治理决策等应用。 暂降分析的核心流程 模型驱动的暂降分析框架 2.2：模型驱动的电压暂降分析方法 针对传统线性分析方法不适用于新型电力系统的难题，考虑新能源动态响应特性，建立分块节点电压方程，提出分区并行迭代计算的电压暂降评估方法 [11VoltageSagAssessmentMethodConsideringLow-voltageRide-throughofInverter-InterfacedDistributedGenerators[J].IJPEPS,2025,165:110486 2.3：数据驱动的电压暂降分析方法 针对模型驱动方法的维数灾难问题，提出时空特征融合的暂降状态估计方法通过数据驱动挖掘监测数据中的暂降传播规律，估计未监测点暂降特征。 2.3：数据驱动的电压暂降分析方法 针对模型驱动方法依赖系统精确阻抗参数的问题，提出基于改进图卷积网络的暂降溯源方法，无需系统先验信息，提升溯源方法适用性。 技术路线 2.4：联合驱动的电压暂降分析方法 数据驱动方法受监测布点影响显著，因此提出联合驱动的电压暂降评估方法，基于在线监测数据辨识新能源控制参数，结合迭代计算模型评估暂降水平 2.4：联合驱动的电压暂降分析方法 数据驱动方法依赖大量监测样本且泛化性差，因此提出基于物理信息神经网络的暂降溯源方法，将暂降传播规律作为约束嵌入神经网络，提升溯源准确率 2.5：工程应用 基于理论研究成果开发了电压暂降分析高级应用的系列功能模块，已在国家电网南方电网上线运行，覆盖20余个省级电网 提纲 研究背景与主要挑战 方向1：电压暂降分析 三 四方向3：电力扰动分析 3.1：电力谐波概述 电力谐波的基本概念 相关的电能质量问题： >谐波是波形畸变的频域表征，一般通过傅里叶进行计算，频率为工频（50Hz）h倍的正弦量称为h次谐波。 当谐波与电力系统固有谐振频率匹配时，出现谐波谐振现象。 3.1：电力谐波概述 电力谐波的危害 谐波增加线路与设备损耗、加速绝缘老化，干扰继电保护及自动装置正常工作，还易引发谐波谐振，严重影响电网安全稳定运行与用电设备可靠工作 谐波严重场景 谐波影响后果 3.1：电力谐波概述 谐波与谐振的成因 电力电子设备是新型电力系统主要的谐波源与谐振源：（1）开关过程产生宽频段谐波；（2）非线性控制导致其阻抗特性在多个频段呈现容性，激发谐振模态。 谐波成因 谐振成因 典型谐波源：电力电子装置电弧类设备，磁饱和类设备 谐振频率fr：感性元件与容性元件能量交互达到峰值的频率 Z(fR )=0,I=V/Z-串联谐振一短路 3.2：模型驱动的谐波分析方法 传统谐波分析将谐波源建模为电流源，并通过谐波潮流计算分析波形畸变的严重程度，难以适用于海量电力电子设备接入的新型电力系统 谐波潮流计算 3.2：模型驱动的谐波分析方法 提出基于谐波耦合矩阵的电力电子设备建模方法，将宽频段非线性描述为频域相量卷积矩阵，充分考虑不同频次谐波的耦合特性，提升建模精度。 技术路线 相比于现有模型，建模精度提升 []基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定性分析[].中国电机工程学报，2024,44(05):1985-1999.[2]HarmonicStateSpaceBasedStabilityAnalysisofLCC-HVDCSystemWithSaturatedTransformer[J.IEEETPWRD.vol.40.no.4.pp.2254-2266.202523 3.3：数据驱动的谐波建模方法 针对设备模型信息难获取的问题，提出数据驱动的谐波耦合矩阵参数辨识方法，通过复最小二乘法求解矩阵参数，并根据网侧电压对参数自适应更新。 谐波建模 技术路线 步骤1实验测量获取多组电压电流波形数据，进行同步化处理，经FFT提取各次谐波相量值 基于PLS计算初始矩阵参数 步骤2 黑盒模型辨识与参数获取 ILAGeneralHarmonicProbabilitvModelBasedonLoadOneratinaStatesIdentificationluvol.38.no.4.pp.2247-2260.2023 3.3:数据驱动的谐波分析方法 针对系统参数难获取的问题，提出基于深度学习的谐波潮流算法，直接建立节点功率与谐波电压映射关系，实现谐波潮流快速可靠求解 3.4：联合驱动的谐波分析方法 若拓扑信息可知，融合谐波潮流物理约束及拓扑信息，提出模型-数据联合驱动的谐波潮流计算方法，较数据驱动方法具有更强的泛化性能与可靠性 谐波分析 技术路线 基于数据驱动构建网络架构，并嵌入模型驱动的物理知识及拓扑结构 物理一致性、泛化性能显著提升 3.5：工程应用 基于理论成果，研发了谐波评估软件，集成谐波潮流计算、谐振风险评估等功能已在青海海西/海南干方干瓦级新能源基地、浙江苍南海上风电等重大工程应用。 提纲 研究背景与主要挑战 方向1：电压暂降分析 方向2：电力谐波分析 方向3：电力扰动分析 四 4.1：电力扰动概述 电能的本质是运动型二次能源，仅在动的过程中才有能量属性。因此，扰动数据中蕴含重大价值，而暂降、谐波等电能质量扰动仅是电力扰动中已被认识的一部分。挖掘利用电力扰动价值前景不可限量！ 4.2：设备级应用一设备健康状态监测 部分中压电缆永久故障前存在早期故障，主要表现为瞬时性、重复性电弧击穿，现有方法主要通过设置多重判据实现早期故障检测 研究现状 4.2：设备级应用一一设备健康状态监测 针对现有诊断方法泛化能力弱、扩展性差的问题，提出模型-数据联合驱动的设备早期故障诊断方法，提升算法在不同工况下的适应能力。 4.3：系统级应用一一异构设备弹性建模与评估 从多源数据中提取功率暂态变化斜率、波动幅度等异构设备多状态运行特征，可挖掘负荷弹性，提升海量负荷响应能力。 4.3：系统级应用一一异构设备弹性建模与评估 针对模型驱动建模繁琐而数据驱动建模可解释性差的问题，提出联合驱动的异构设备泛化建模与弹性评估方法，揭示异构设备弹性的协同互补机理。 4.4：未来展望电力扰动大模型 模型-数据联合驱动的电力扰动大模型，不仅有助于提升电能质量的可观、可知、可控能力，还可延伸到电能质量领域外，解决系统级、设备级难题。 敬请批评指正