电网技术

特约专稿

  • 面向调度决策的智能机器调度员研制与应用

    孙宏斌;黄天恩;郭庆来;张伯明;郭文鑫;刘文涛;徐泰山;许涛;

    随着电网运行方式时变性和复杂性日益增强,传统基于人工离线规则的调度决策机制难以为继,成为国内外复杂电网运行迫切需要解决的问题。基于人工智能、立足现有调度机制,研究面向调度决策的智能机器调度员(automatic operator,AO)关键技术及应用。在总结10余年研究的基础上,提出了电网调度运行"邻域知识"模型,构建了AO体系架构,提出了知识自动发现、管理和在线应用的技术路线,研发了复杂电网AO系统,并在多个省级电网调控中心在线投运。AO将"专家智能"离线制定粗放运行规则的模式,变革为"人工智能"在线发现精细运行规则的模式,推动调度决策从"自动化"到"智能化"的跨越。最后,指出了尚待研究的问题。

    2020年01期 v.44;No.434 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 938K]

面向新一代电力系统和能源互联网的人工智能技术

  • 基于Elastic Net的暂态稳定裕度在线评估

    宓登凯;王彤;相禹维;杜文娟;

    随着电力系统规模的扩大和新能源技术的广泛应用,电力系统暂态稳定特性更加复杂,在线暂态稳定裕度评估面临严峻挑战。提出一种基于Elastic Net的电力系统暂态稳定裕度在线评估的新方法。该方法无需计算形成输入特征,直接面向量测数据,将系统稳态运行节点电压幅值与相角作为样本特征,利用Elastic Net算法完成特征筛选并构建量测数据与故障极限切除时间之间的映射关系,进一步将原始特征映射至高维空间以提高预测模型的准确性。最终,实现根据系统稳态运行信息对暂态稳定裕度的快速预测。对接入风电场的新英格兰39节点系统和IEEE 118节点系统进行算例分析,结果表明,该方法通过少量数据训练即可有效筛除无关特征并具有较高的预测精度。

    2020年01期 v.44;No.434 19-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 531K]
  • 基于深度序列翻译模型的非侵入式负荷分解方法

    任文龙;许刚;

    智能用电的一个重要环节是能量监测,其关键技术是非侵入式负荷分解,为了提高居民负荷分解的准确性,将序列翻译模型应用到非侵入式负荷分解之中。首先确定电器在不同模式的运行功率,同时将电器的运行模式进行组合编码,将所有电器的运行状态用一个状态码进行表示。其次,考虑电器运行过程中的时间关联关系,结合序列翻译模型理论,将待分解的信号与电器的状态码在序列翻译模型上进行映射训练,同时运用Dropout技术和稀疏化技术对模型进行优化以确定较优的网络参数。构建的序列翻译模型综合应用了电器运行模式的时间尺度信息与信号幅值特性,将待分解的能量翻译为状态码,从而实现负荷能量的分解。最后,利用公开数据集进行验证,结果表明所提方法有较高的能量分解准确率。

    2020年01期 v.44;No.434 27-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 982K]
  • 数据驱动下的虚拟同步发电机等效建模

    杨斌;杜文娟;王海风;

    为了适应电力电子化发展的趋势,同时在建模时考虑电力电子逆变器的高频开关状态的影响,提出了一种基于长短期记忆网络(longshort-termmemory,LSTM)的虚拟同步发电机数据驱动建模方法。通过简化虚拟同步发电机的数学机理模型,着重关注各电气量之间的数据映射关系,构建基于LSTM网络的数据驱动模型,实现了由当前时刻电气量预测下一时刻输出的动态建模。为了验证所提模型的有效性,通过搭建仿真模型,对比了不同神经网络方法以及理论方法的差异性。仿真结果表明,所提模型能够反映虚拟同步机不同运行工况下的动态特性,具有良好的稳定性与泛化性,为电力电子化建模提供了一种有效的解决思路。

    2020年01期 v.44;No.434 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 489K]
  • 基于样本扩充的Faster R-CNN电网异物监测技术

    史晋涛;李喆;顾超越;盛戈皞;江秀臣;

    电网公司的巡检工作主要依靠人工完成,需要大量人力物力,且实时性较差。针对该问题,提出一个基于区域推荐卷积神经网络的图像目标监测系统,其中核心算法为Faster R-CNN算法。利用深度学习对摄像装置所采集的现场图像进行分析,执行目标检测任务,若发现威胁电网安全运行的隐患将及时通知工作人员。深度学习发挥其优势需要有效样本达到一定数量,包含隐患的真实样本较少,有些异物种类甚至没有合适的样本,往往不能满足深度学习算法的训练要求。因此研究了一种用于扩充样本的样本生成算法,将隐患目标与背景图像按照一定规则进行融合,达到批量扩充样本集的目的。使用该算法生成的样本进行测试,测试结果表明扩充后的训练集可以使系统性能得到一定提升。此外,通过测试发现,对训练集做一定的预处理可以提升模型的识别性能。

    2020年01期 v.44;No.434 44-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 621K]

国家重点研发计划

  • 考虑清洁电力共享的社区电能日前优化调度

    胡佳怡;严正;王晗;

    随着社区内分布式电源和储能系统的配置逐渐增加,清洁电力的合理调度对提高社区用电的经济性,促进可再生能源的消纳具有重要意义。提出了社区清洁电力的共享机制,计及柔性负荷的需求响应过程,建立了含屋顶光伏、储能系统、以及电动汽车的社区电能日前调度模型,其中同时考虑了社区居民用电总费用和清洁能源消纳量两个目标,利用法线边界交叉法获得了均匀分布的Pareto非劣解集,并给出了折中解。对一个含20个住户的别墅社区进行了24时段的仿真计算,结果表明电力共享模式有利于提高社区用电的经济性,促进清洁能源消纳。

    2020年01期 v.44;No.434 61-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 576K]
  • 基于自适应模式切换的MMC-HVDC数字物理混合仿真新型接口算法

    江守其;李国庆;辛业春;王丽馨;刘博文;

    数字物理混合仿真已成为模块化多电平换流器柔性直流输电技术(modularmultilevelconverterbasedhighvoltage directcurrent,MMC-HVDC)的重要研究手段,而接口算法是保证其系统稳定性和仿真精确性的关键技术。基于理想变压器模型法与阻尼阻抗法接口特性的对比分析,提出了一种基于自适应模式切换的新型接口算法,可在保证MMC-HVDC数字物理混合仿真系统稳定性的同时提高仿真精度。针对阻尼阻抗法,提出了物理动模交流场等效阻抗的精确计算方法,并简化了MMC交流侧等效阻抗的计算过程,实现了阻抗的实时匹配;根据2种接口算法的结构原理,在阻尼阻抗法的附加阻抗支路增加了一个可控开关,并以理想变压器模型法接口稳定性为依据设计了开关的动作条件及其误动的解决方案,进而设计新型接口算法的实现流程,保证接口特性的有效切换。通过数字仿真对比分析了新型接口算法与常用接口算法的接口特性,验证了其优越的稳定性和精确性。最后,设计了适用于MMC-HVDC数字物理混合仿真平台的启动方案,并通过硬件在环实验验证了所提方法的有效性和可行性。

    2020年01期 v.44;No.434 70-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1565K]
  • 考虑高比例可再生能源出力不确定性的电力流规划方法

    孙珂;赵鹏飞;韩晓男;孙英云;

    可再生能源接入比例的不断增加给包括电力流规划在内的电力系统规划工作提出了新的挑战,要求电力流规划必须考虑高比例可再生能源接入所带来的不确定性影响。提出了负荷水平模式的概念,对不同负荷水平出现时间和频度进行了分析,进而根据历史数据给出相应负荷水平下风、光等可再生能源出力的概率统计性特征及相应场景。在此基础上,建立了以社会总成本最小为目标的电力流规划模型,并采用了负荷水平模式+概率场景的方法来处理不同负荷水平下的可再生能源不确定性,可有效缩减不确定性的概率空间,提高了规划的精度和可靠性。最后利用某区域电网算例对所提模型进行了验证,并与现有主流不确定性规划方法进行了对比,仿真算例结果验证了所提模型的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 79-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 374K]
  • 受弱电网影响光伏并网系统不同频段稳定性分析

    刘佳宁;于淼;夏杨红;韦巍;

    随着光伏发电规模的不断扩大,光伏并入弱电网引发的稳定性问题日益受到重视。现有研究通常认为网络阻抗的增加不利于系统稳定,但该文研究得出网络阻抗对系统稳定性的影响应当在不同频段上加以区分。为了详细阐述其影响,建立了考虑功率环非线性、不连续特点的完整光伏并网系统模型,基于描述函数法分析了系统的次同步频段稳定性,基于阻抗分析法分析了系统的高频稳定性。研究结果表明,在特定系统结构和锁相环带宽下,次同步频段内网络阻抗的增大有利于抑制系统振荡,而高频范围内网络阻抗的增大恶化了系统的高频稳定性,从而将网络阻抗对于不同频率范围内系统稳定性的影响详细区分开来,对现有研究做出了有力补充。基于MATLAB/Simulink的仿真分析验证了所述方法的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 921K]
  • 直流微电网中基于谐振控制的双馈风机谐波消除方法

    朱小帆;卫锋;李学佳;秦亮;查晓明;

    在直流微电网中,双馈异步发电机的定子侧采用二极管全桥整流器接入直流母线的并网结构。相对于传统的脉宽调制变流器直流并网结构,在降低结构成本的同时,为双馈异步发电机的定子侧带来了大量的谐波。为降低这种并网结构带来的谐波影响,提出了一种基于谐振控制的谐波消除方法。控制转子侧变流器以注入对应的补偿电流来抵消定子侧的谐波电流,且转子侧的基波分量控制不受谐波控制的影响。详细推导分析了上述控制器的参数设计和稳定性,通过仿真和实验验证了该谐波消除方法的有效性和实用性。所提算法具有计算量小、鲁棒性强、易于工程实现等特点。

    2020年01期 v.44;No.434 96-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 776K]
  • ±1100kV输电线路雷电屏蔽特性的模型试验及观测

    蓝磊;张韬;文习山;王羽;邓冶强;王健;黄强;裴欢;

    雷害是输电线路故障的主要原因之一,而当前±1100kV特高压直流输电线路雷电屏蔽系统的设计主要借鉴较低电压等级输电线路的运行经验,因此有必要开展模型试验为对±1100kV直流输电线路的雷电屏蔽性能进行研究。首先针对铁塔表面发生电晕时的电场强度幅值和变化率确定了采用负极性250/2500μs操作冲击电压波,然后开展了以±1100kV特高压直流输电线路Z38102AL型铁塔为对象的模型比例为1:12.5的平原情况下雷电屏蔽模拟试验,并开展高速摄影观测。进行试验绕击概率统计分析,得到±1100kV输电线路绕击概率的空间分布近似为抛物线,且正极性工作电压下,线路的屏蔽性能差;杆塔另一侧的负极性导线对靠近高压电极一侧的正极性导线的引雷能力有一定削弱作用,但对避雷线和大地的屏蔽性能影响不大。并将试验结果与交流500 kV线路模型试验进行对比,说明在缩比模型试验中应尽可能采用大的缩比比例,以在负保护角情况下有效避免夸大避雷线的引雷能力,提高模型有效性。根据高速摄影机观测结果分析了绕击输电线路放电过程,并开展电压波形同步分析,说明了导线的负极性电压对迎面流注起始和发展以及下行先导发展的抑制作用。

    2020年01期 v.44;No.434 105-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1137K]
  • 地震作用下变压器侧壁套管的理论建模及摆动效应分析

    陈星;谢强;李晓璇;刘匀;

    变压器是变电站的重要设备,具有较高的地震易损性。为评估变压器侧壁套管的抗震性能,建立了变压器-套管体系简化计算理论模型,并通过一台220 kV变压器-套管体系振动台试验结果加以验证。分析了侧壁L形升高座根部法兰连接处箱体侧壁的面外摆动效应对套管地震响应的影响,并通过参数分析探讨了其地震响应机理。结果表明:箱体侧壁的摆动效应是侧壁L形升高座顶部加速度放大的主要原因;升高座根部箱体侧壁面外转动刚度以及升高座高长比对该种摆动效应有十分显著的影响。因此,应合理设计变压器箱体侧壁的面外刚度和L形升高座的高长比,降低摆动效应对套管地震响应的影响。

    2020年01期 v.44;No.434 114-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 847K]
  • 一种用于变压器直流偏磁状态下的改进型Jiles-Atherton模型

    澹台乐琰;韩肖清;王磊;袁铁江;

    Jiles-Atherton(J-A)理论在半宏观磁滞建模领域应用广泛。但因存在仅包含交流分量、对偏磁状态下的磁滞曲线描述不完整等缺陷,致使基于其建立的变压器直流偏磁模型存在较大误差。首先对正常励磁状态下的J-A公式进行推导修正。基于此通过引入直流分量,改进了J-A理论在直流偏磁状态下的无磁滞磁化曲线和磁化强度的微分表达式,并对其牵制系数k进行修正。接着提出一种基于改进J-A公式的变压器直流偏磁模型。最后,用一台500 kV电网的算例变压器来验证改进J-A公式用于变压器直流偏磁时的准确性。经验证,修正模型仿真结果与实测数据误差更小,在不改变原J-A理论物理机制的前提下改进模型能得到偏磁状态下的非对称磁滞曲线且可以更加精确的描述励磁电流值。

    2020年01期 v.44;No.434 122-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 986K]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 计及网络传输损耗的电热综合能源系统多目标优化调度

    郑超铭;黄博南;王子心;孙秋野;

    针对电热综合能源系统中网络传输损耗对供需平衡的影响,提出一种多目标优化调度策略以最小化系统经济环境调度目标,并且实现电热能源之间的协调与优化。首先,提出一种计及网络传输损耗的电热综合能源系统多目标优化调度模型,该模型同时考虑电传输损耗和热传输损耗;其次,依据公式化的非线性耦合优化问题获得协调方程,以此分析机组出力的协调关系;然后,设计一种双层双λ迭代算法以有效求解此多目标优化调度问题,该算法能够减少计算负担以具备更快的收敛速度;最终,通过5个仿真算例验证所提算法的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 141-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 599K]
  • 统一电能质量调节器在新能源发电场的虚拟同步特性分析

    王帅;荆龙;吴学智;李金科;田若宁;

    在可再生能源电场并网点处增设统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC),能够在不改变新能源发电装置原有控制的前提下使其具备传统同步发电机的频率和电压支撑能力,可以认为是一种提高可再生能源并网稳定性的有效措施。为此,主要研究UPQC的虚拟同步发电机控制策略及特性,该方案仅需在可再生能源电场出口处进行外部改造。首先介绍了接入新能源场站的UPQC输电系统运行方案,在此基础上建立了该系统的功率数学模型,设计了基于UPQC的虚拟同步发电机控制策略;然后阐述了不同工况下UPQC内部功率流动机理,探讨了影响串、并联变流器视在功率的限制因素,并进一步设计了在特定情况下的系统容量参数指标。最后,在Matlab/Simulink仿真平台搭建了UPQC的输电模型并进行验证,仿真结果表明,所提控制策略可以实现UPQC的虚拟同步化控制。

    2020年01期 v.44;No.434 159-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 799K]
  • 提高海上风电场经MMC联网系统故障穿越能力的柔性泄能电阻控制策略

    蔡婷婷;穆钢;严干贵;刘洪波;

    离岸较远的海上风电场经模块化多电平换流器型高压直流(modular multilevel converter high voltage direct current,MMC-HVDC)联网较交流联网有技术优势,但直流系统会因电网扰动而闭锁,影响风电功率外送。为提高直流系统抗扰动能力,构建了一种提高风电场经直流联网系统低电压故障穿越能力的柔性泄能电阻方案,具有对风电运行工况和故障强度的广泛适应性。研究了风电运行工况及故障强度对直流系统闭锁的影响,提出了系统的故障穿越安全域。分析了泄能电阻阻值设计原则,给出了柔性泄能电阻阻值的边界。设计了适用于不同风电运行工况的柔性泄能电阻投切控制策略。仿真结果表明:柔性泄能电阻控制策略可以在不同风电运行工况和故障强度条件下有效防范直流系统的闭锁,改善海上风电场经MMC-HVDC联网系统运行的安全性。

    2020年01期 v.44;No.434 166-173页 [查看摘要][在线阅读][下载 494K]
  • 适用于海上风电场直流互联的双极性输出非隔离型自耦直流变换器

    郭灵瑜;姚钢;殷志柱;周荔丹;

    多端直流输电与直流电网是解决新能源并网的一项重要技术手段,不同直流电压等级间互联离不开各种类型的直流变换器。针对近海、远海全直流海上风电场,新能源直流源内部复杂性致使难以直接实现对称双极性直流输出;此外,海上换流站建设成本高,传统的非隔离型直流变换器含有较大的工频变压器,占地面积大。为了满足单极直流传输线与双极直流传输线间的互联,同时考虑到变换器的体积与成本,提出了一种不含隔离变压器双极性输出的直流变换器拓扑,并提出了与之相配合的调制与控制方法。该直流变换器拓扑与其他双极性输出直流变换器相比,不需要使用工频变压器,体积、成本降低;没有交直流变换过程,效率较高;开关频率低,损耗小;子模块可增减,有较好的冗余度与容错性。基于Matlab/Simulink对提出的拓扑进行仿真验证,通过搭建实验平台,验证了拓扑及控制方式的可行性。

    2020年01期 v.44;No.434 174-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 873K]
  • 计及价格型需求响应及CSP电站参与的风电消纳日前调度

    崔杨;张汇泉;仲悟之;赵钰婷;王铮;许伯阳;

    我国西北地区风、光资源丰富,风电装机容量增长迅速。受电网调节能力弱、电力市场价格机制单一等技术与政策因素的综合影响,弃风现象严重,如何提高风电消纳水平是西北风光大省普遍面对的难题。在考虑综合成本的前提下,兼顾风电预测和价格型需求响应二者的不确定性以及系统安全约束,构建了基于光热电站和价格型需求响应参与风电消纳的调度模型。该模型将光热电站和价格型需求响应二者与风电优化调度相结合,通过源荷两侧的协调调度共同提高系统消纳风电的能力。仿真算例首先利用场景削减法将风电场全年出力水平削减为3个典型场景,并与传统调度方法对比说明文中模型的普适性;然后,对不同调度模型进行对比分析,验证文中所提模型的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 183-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 414K]
  • 光伏微网中虚拟同步发电机参数自适应控制策略

    殷桂梁;董浩;代亚超;王海轮;王硕;

    当太阳能大规模接入光伏微电网时,系统的惯性将会随之减少,从而导致系统在遭到扰动后可能会出现严重的频率振荡问题。针对该问题,提出了一种新的虚拟同步发电机控制策略,可有效增强系统惯性。该策略通过构建虚拟惯量和阻尼与频率偏移量间的自适应关系,使得系统可根据其暂态过程中不同阶段的系统特性来自由配置虚拟惯量和阻尼系数。相较于传统控制策略,该控制策略可使得系统在相同负荷扰动下受到的冲击减小,从而减小了系统在振荡过程中的超调量和振荡时间,有效提高了光伏系统的动态稳定性。其次,该文对系统关键参数的选取范围进行了详细分析,并利用根轨迹法确定各个参数的最优值。最后利用Mtalab/Simulink仿真工具,通过与传统控制策略相对比验证了文中新的虚拟同步发电机控制策略的有效性和优越性。

    2020年01期 v.44;No.434 192-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 677K]
  • 基于自适应滤波的并联逆变器谐振抑制策略

    陈来军;黎立丰;郑天文;郭岩;梅生伟;

    逆变器是新能源发电系统的核心装置。然而,由于逆变器可能呈现负阻抗特性,并联逆变器系统存在较大的谐振风险。谐振现象不但严重影响并网的电能质量,还可能危及电网安全稳定运行。针对上述问题,首先建立了电压控制模式下逆变器的等效阻抗模型,分析了逆变器阻抗特性与控制延时间的解析表达和定量关系,指出其负阻抗特性会随着控制延时的减小而减弱。在此基础上,提出了基于自适应滤波算法的谐振抑制策略。该策略通过减小等效控制延时,重塑逆变器对外阻抗,实现了谐振抑制。最后,通过仿真及实验验证了所提谐振抑制策略的正确性和有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 200-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 1037K]
  • 含虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析

    朱晓荣;孟凡奇;

    为分析不同类型虚拟惯性控制对直流微电网产生的影响,首先建立了各电源与负载侧换流器的小信号模型,并分析了电网与蓄电池侧换流器在应用不同虚拟惯性控制时,其换流器端口的动态响应特性以及阻抗特性。其次,考虑到多换流器交互引起的稳定性问题,建立直流微电网的等效阻抗模型,根据阻抗匹配准则,分析了在不同控制模式下控制器与系统参数变化对系统稳定性的影响规律。根据稳定性以及动态特性分析可得出,在蓄电池侧换流器应用虚拟发电机型惯性控制可以使系统获得更好的动态特性与稳定边界。最后在Matlab时域仿真与RT-LAB实时仿真平台上分别建立了直流微电网仿真模型,并对相关理论分析进行了验证。

    2020年01期 v.44;No.434 208-218页 [查看摘要][在线阅读][下载 792K]

电力系统

  • 基于节点类型和分区耦合性的复杂网络无功电压快速分区方法

    郑吉祥;钟俊;

    针对现有复杂网络无功电压分区方法建模中存在的不足,以及由模块度确定分区方案具有较高时间复杂度的特点,提出一种基于节点类型和分区耦合性的快速无功分区方法。首先,以不同类型节点间的电气距离结合无功潮流建立无功传输有向加权拓扑图,然后,定量地分析分区内与分区间的耦合性,确定最终的分区方案。IEEE14节点和39节点系统仿真结果表明,该方法能有效合理地划分分区,分区内具有充足的无功储备用于就地无功平衡,分区结果与由模块度指标确定的分区方案相仿,具有分区质量高,分区过程简单迅速的特点,对工程应用有一定的实际意义。

    2020年01期 v.44;No.434 223-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 425K]
  • 适应不同优化模型的水电梯级系统短期调度算法

    张高峰;郑浩;刘双全;王金文;

    短期水电系统的发电优化调度是非线性离散优化问题。随着水电系统规模的增大,该问题的求解也变得更加困难。结合考虑约束条件的优先级别,建立了适应弃水量最小、发电效益/电量最大、调峰电量最大和发电趋势吻合4个调度目标的数学模型,采用分级求解结合局部搜索的方法解决大规模水电系统短期联合优化调度问题。通过在包含45个水库的水电系统优化调度中的应用,并比较不同目标下优化结果的差异,结果表明了上述模型和方法的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 230-237页 [查看摘要][在线阅读][下载 615K]
  • 含DCPFC的交直流混合系统多目标最优潮流研究

    李国庆;关佳欣;王鹤;边竞;史雪亚;

    为了实现电网内部潮流的有效控制,对含有直流潮流控制器(DCPFC)的交直流混合系统最优潮流进行研究。首先针对电压源型DCPFC提出了一种基于等效电阻的外特性等效模型,据此利用传统牛顿–拉夫逊法推导出含有DCPFC的直流潮流计算方法。然后以系统网损和性能指标最小化为目标构建交直流系统多目标最优潮流模型,运用基于精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)优化该模型,得到均匀分布的最优解集。最后利用MATLAB验证该潮流计算方法的正确性和遗传优化算法的有效性,为交直流电网的潮流分析和实现DCPFC的优化配置奠定了良好的基础。

    2020年01期 v.44;No.434 238-244页 [查看摘要][在线阅读][下载 449K]
  • 大电网静态电压稳定在线防控灵敏度分析新方法

    崔馨慧;贠志皓;刘道伟;杨红英;李泽宇;高德宾;金学洙;

    大电网静态电压稳定预防控制在线决策的核心环节是稳定裕度及其与控制变量间灵敏度关系的快速计算,为此提出一种基于调控对状态的影响和单断面参数辨识方法实现静态电压稳定裕度与控制参数间解析灵敏度关系的计算方法。通过常规潮流方程总结了调控量与状态量间的灵敏度关系;然后基于单一状态断面的戴维南等值参数辨识方法并结合等值参数与稳定裕度之间的数学关系,推演出调控量与稳定裕度间的解析关联灵敏度。该方法不仅避免了中间的潮流计算过程以及参数辨识环节,而且无需求取临界点处潮流雅可比矩阵的零特征值所对应的左特征向量,适用于大规模电力系统的在线优化防控以及计及调控影响的在线中长期静态电压稳定分析。仿真算例验证了所提方法的准确性和快速性。

    2020年01期 v.44;No.434 245-254页 [查看摘要][在线阅读][下载 464K]
  • 三相换流器交流侧扰动特性的定性及定量分析

    邢法财;徐政;王世佳;张哲任;张锋;

    为探究新能源并网引起的振荡问题,从定性和定量两方面对并网换流器的交流侧扰动特性进行了研究。首先,从频率变换的角度出发,定性分析了交流侧扰动在换流器内部的传递情况;并借助于时空相矢图特别解释了二倍频互补频率扰动分量的产生机理。然后,对换流器内部各扰动分量间的定量关系进行了推导,并推得换流器的端口导纳、转移导纳及频率耦合效应矩阵,其中特别考虑了锁相环的影响。最后,通过时域仿真对上述推导进行了验证,并分析了换流器的负电阻效应。研究表明,锁相环的输出相位扰动导致了dq轴扰动分量的不对称,并进而引起了扰动分量间的频率耦合效应;另外,当网络电阻不足以抵消换流器的负电阻时,电力网络存在谐振不稳定的风险。

    2020年01期 v.44;No.434 255-265页 [查看摘要][在线阅读][下载 504K]
  • 考虑线路停运概率的电力系统连锁故障阻断控制

    甘国晓;耿光超;高波;仲悟之;江全元;黄道姗;

    随机故障造成系统潮流转移,并进一步导致线路过载停运是引发连锁故障的一个重要因素,对此,提出一种考虑线路停运概率的连锁故障阻断控制方法。首先,基于输电线路可靠性模型搜索过载主导型连锁故障路径,并根据风险指标筛选高风险路径。在此基础上,针对高风险的连锁故障路径,将阻断控制表述成一个基于风险指标的多阶段最优潮流问题。以调整发电机出力、切负荷为调控手段,将线路运行可靠性模型用Sigmoid函数近似表示并作为约束,建立连锁故障阻断控制模型,然后采用内点法求解该问题。算例分析表明,由该连锁故障阻断控制方法得到的控制方案能够考虑线路故障概率的影响,在阻断连锁故障发展的同时,有效协调安全性和经济性的需求。

    2020年01期 v.44;No.434 266-272页 [查看摘要][在线阅读][下载 361K]
  • 基于改进欧氏-动态时间弯曲距离的谐振接地配电网单相高阻接地故障选线方法

    庄胜斌;缪希仁;江灏;郭谋发;

    针对谐振接地系统发生单相高阻接地故障时单一特征量故障信息不明显,以及故障线路与非故障线路暂态零序电流存在明显差异的特点,提出一种基于改进欧式-动态弯曲距离的单相高阻接地故障选线新方法。将动态弯曲距离与欧式距离相结合,求取各线路故障2个周期后暂态零序电流波形的相似度矩阵,构建各线路波形的综合相似系数,并结合模糊C均值聚类算法,实现单相高阻接地故障选线。对于工程应用中线路参数差异造成的非故障线路暂态零序电流波形相似性低的问题,对原始波形进行预处理,以提高选线方法的可靠性。通过大量仿真,验证选线方法对单相高阻接地故障和各类接地故障的有效性。在噪声干扰、采样不同步、零序电流互感器极性反接、两点高阻接地等极端情况下,选线方法具有较强的鲁棒性和容错性。

    2020年01期 v.44;No.434 273-281页 [查看摘要][在线阅读][下载 613K]
  • 计及系统线路阻抗的电力弹簧电压电流同时补偿控制策略

    尹发根;王淳;王巍璋;

    针对现有电力弹簧(electric spring,ES)在缓解线路电流不对称、减少中性线电流的控制中存在忽略系统线路阻抗和关键性负载电压无法保持稳定的不足,首先对计及线路阻抗的三相负载不对称系统进行分析,获得中性线电流与ES各相输出电压之间的关系。然后利用果蝇优化算法(fruitfly optimization algorithm,FOA),根据网侧电压计算出使中性线电流幅值最小的ES最优参考输出电压。ES则通过控制器调节其实际输出电压,对关键性负载电压和线路电流同时进行补偿。最后,通过仿真验证了三相电力弹簧在所提策略控制下能够减少线路电流不平衡并保持关键性负载的电压稳定。

    2020年01期 v.44;No.434 282-290页 [查看摘要][在线阅读][下载 519K]
  • 图论在智能变电站二次安全措施中的应用探索

    黄文英;郭炎福;宋福海;

    针对智能变电站二次系统的高度网络化,使得二次设备间的信息交互关系隐含不可见,给检修安全措施工作带来不便的问题,探索了图论在智能变电站二次安全措施中的应用。首先为获取二次系统中的虚回路配置,采用文档对象模型(documentobjectmodel, DOM)对变电站配置描述(substation configuration description,SCD)文件进行读取和解析;接着引入图论知识建立用于表达智能电子装置(intelligent electronic devices,IED)信息交互关系的网络拓扑模型,并根据检修任务对IED进行检修状态区分,建立IED状态矩阵,最后在上述基础上,结合链路安全措施规则,实现安全措施策略的辅助分析,给出安全措施执行意见。以东岗变500 kV的5032中断路器首检为例,验证了该方法在二次检修安全措施工作中的有效性和正确性。

    2020年01期 v.44;No.434 291-300页 [查看摘要][在线阅读][下载 1096K]
  • 链式STATCOM导致变压器偏磁的机理及抑制

    曹建春;武丹;项祖涛;燕翚;赵小英;

    针对链式静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)导致变压器直流偏磁的问题,研究了其机理和抑制策略。提出STATCOM调制指令中的动态偏置是导致STATCOM输出电流含直流分量主要因素,级联逆变单元硬件电路引入的静态偏置为次要因素。两种因素导致STATCOM输出含直流分量的电流,进而导致变压器直流偏磁。为此,提出STATCOM调制指令动态偏置自动校正为主、逆变单元静态偏置手动校正为辅的偏磁抑制策略,并通过STATCOM控制器硬件在环的RTDS(realtimedigital simulator)仿真试验,验证了抑制策略的有效性,且普遍应用于多个不同工程现场的STATCOM。现场试验和长期运行数据表明,变压器的偏磁得到有效抑制的同时,STATCOM自身的可靠性也得到了大幅提升。

    2020年01期 v.44;No.434 298-306页 [查看摘要][在线阅读][下载 1682K]
  • ±800 kV特高压多端直流系统换流阀过电压机理及影响因素研究

    聂男峰;王磊;王东举;南君培;李卓然;陈向荣;周浩;

    换流阀过电压严重影响特高压多端直流系统安全稳定运行,而目前缺少对特高压多端直流系统过电压的研究,对换流阀过电压机理和影响因素进行分析具有重要意义。基于PSCAD/EMTDC平台对比分析并联型四端直流系统与两端直流系统换流阀不同避雷器V1、V2、V3所承受最严酷过电压情况。对两端系统和四端系统过电压仿真结果不一致的避雷器V1、V3进行深入过电压机理分析,并通过仿真进行验证。研究了故障发生时刻、非故障整流站的能量注入、线路长度和系统结构对阀过电压的影响。研究结果可为特高压多端直流系统工程设计提供参考。

    2020年01期 v.44;No.434 307-315页 [查看摘要][在线阅读][下载 424K]
  • 考虑迟滞效应的电池极化电压误差修正方法

    陈嵩;康鑫;朱志贤;张玉洁;韩鑫;

    以某三元软包电池为实验对象,对极化效应和迟滞效应的原理进行分析,通过改进的间歇充放电实验得到真实的极化电压值,证明了迟滞效应是造成极化电压计算误差的主要原因。进而基于二阶RC等效电路考虑迟滞电压的影响,提出一种改进的迟滞模型,将迟滞电压作为一项状态量,构建四阶状态方程。以SOC为输入,端电压为输出,得到迟滞效应对极化电压的影响继而进行修正。同时使用Simulink搭建传统二阶RC模型和改进的迟滞模型,将仿真得到的极化电压并与实验值进行对比。结果表明,改进的迟滞模型所得的极化电压曲线更贴近实验值,在恒流工况和动态应力测试工况(dynamic stress test,DST)下能达到更高的仿真精度。

    2020年01期 v.44;No.434 316-322页 [查看摘要][在线阅读][下载 485K]

电力市场

  • 基于输配电价改革的电网运维成本分摊方法研究

    王永利;王晓海;王硕;于海洋;张福利;李如萍;

    输配电价改革对电网项目成本核算提出了新的要求,提出一种适应输配电价改革的电网项目成本费用核算方法,充分考虑了新电改政策对运维成本核定的影响。根据能效理念,提出效能价值法对电网工程运维成本进行合理分摊,首先使用Lasso (least absolute shrinkage and selection operator)算法对运维成本影响因素进行筛选,确定关键效能标准。然后对其进行赋权,从而求出单个项目运维成本分摊系数,以实现对电网项目运维成本的合理分摊。最后以某省电网工程历史数据进行实证研究,结果表明所提方法与模型对解决电网项目运维成本的分摊问题具有指导意义。

    2020年01期 v.44;No.434 332-339页 [查看摘要][在线阅读][下载 429K]
  • 基于基尼系数电量进度公平性的日内滚动发电计划

    孙亮;张娜;李宁;刘兴龙;李卫东;

    风电高占比电力系统的日内滚动发电计划制定中,需要考虑电量执行进度的公平性,从而为年度电量执行进度偏差达标奠定基础。引入电量进度基尼系数公平性约束,建立了含风电系统的日内滚动发电计划模型,通过目标电量和发电计划的协调优化,实现发电厂商可接受程度的公平性、电网运行经济性与可再生能源消纳三者间的平衡。作为具有明确公平取值范围的资源分配公平性衡量指标,基尼系数被引入而用来衡量电量执行进度,既可提升可行性和经济性,又能保证公平性从而更易被各方所接受。监管机构可通过基尼系数指标设定值的调整来改变对经济性和公平性之间的侧重程度。仿真结果验证了所提方法的合理与可行性,可为相关理论和实践提供有益参考。

    2020年01期 v.44;No.434 340-347页 [查看摘要][在线阅读][下载 393K]

高电压技术

  • 迎背风不均匀污秽下支柱绝缘子直流污闪特性

    张志劲;杨晟欢;蒋兴良;乔新涵;张东东;

    运行情况表明,在单向风或一定地形条件下,支柱绝缘子表面污秽呈现迎背风不均匀分布进而影响其闪络特性,但国内外对此研究甚少。以典型支柱绝缘子为例,对其开展了迎背风不均匀染污下的直流污闪试验,分析了迎背风不均匀污秽对闪络电压和闪络过程的影响,仿真分析其表面泄漏电流密度,最后对闪络电压进行了校正。研究结果表明:与均匀污秽相比,支柱绝缘子迎背风不均匀污秽下的直流闪络电压Uave会降低;降低程度与迎/背风面盐密比m和背风面面积占比k都有关系,且m对Uave的影响程度大于k;迎/背风不均匀污秽和盐密(salt deposit density,SDD)对支柱绝缘子直流污闪电压的影响是相互独立的;局部放电和电弧大多产生在背风面,并且背风面的小伞下表面更容易产生局部电弧;迎背风不均匀污秽下支柱绝缘子闪络电压校正满足U=aSDD-b[1+c×l og m]关系,c值在0.12~0.22之间且与k值有关。

    2020年01期 v.44;No.434 354-360页 [查看摘要][在线阅读][下载 659K]
  • 一种中压配电线路用内置金属氧化物压敏电阻的悬式复合绝缘子研制

    沈海滨;雷挺;陈康;边凯;陈维江;卢甜甜;张兆华;赵霞;贺子鸣;

    线路避雷器与线路绝缘子彼此独立设计与生产,现场组装,存在安装复杂、综合成本高、安全风险点多等应用不足,将避雷器与绝缘子集成一体化设计是一种解决方案。提出并研制了一种10 kV和35 kV线路用新型结构内置金属氧化物压敏电阻悬式复合绝缘子,研究确定了技术参数,设计定型结构形式为2个压敏电阻子单元分置两端、中间设置绝缘支柱间隙,并针对关键组件间相互干扰的特点,提出了组合干扰试验项目和方法,联合避雷器和绝缘子现行技术标准规定试验项目,试验验证了装置功能有效、性能稳定、运行安全。研制的装置已挂网试用,运行状态良好。

    2020年01期 v.44;No.434 361-368页 [查看摘要][在线阅读][下载 572K]
  • 非接触式中继装置用于长电缆局部放电定位研究

    周凯;汪先进;赵世林;谢敏;张桥峰;刘力;

    时域反射法(time domain reflectometry,TDR)被广泛应用于电力电缆局部放电(partial discharge,PD)定位,而长电缆中局部放电存在严重的衰减,难以有效识别反射波到来时刻,导致定位精度较低。为此,分析了高频局放信号的传播特征,提出了一种局部放电信号中继放大的思想。基于电缆的传递函数设计了符合注入脉冲有效频带的高频电流传感器(high frequency current transformer,HFCT),并研制了一种非接触式行波放大装置,进而利用标准校准脉冲模拟单次局部放电信号在电缆的中继放大效果,最后通过实测局部放电信号的验证了方法的可行性。实验结果表明:信号中继放大装置能够有效增加电缆中反射信号的幅值,延长局部放电在电缆中的传输距离,并有望发展成为一种能够实现超长电缆中局部放电精确定位的新方法。

    2020年01期 v.44;No.434 369-376页 [查看摘要][在线阅读][下载 697K]
  • 中压混合式直流断路器真空短间隙介质恢复特性

    王华清;程显;葛国伟;杨培远;程子霞;谢伟;

    为指导混合式断路器中真空开关与IGBT的智能配合策略,并提升IGBT的短脉冲开断裕量,对中压混合式直流断路器中真空短间隙的介质恢复特性进行了研究。分析了零电压型中压混合式直流断路器的工作原理,得到IGBT承担电流的时间取决于真空短间隙介质恢复特性的结论,采用等效实验方式搭建了真空短间隙介质恢复特性试验电路,利用脉冲电压测试电流转移完成后真空短间隙的介质恢复特性,研究了开距、电流幅值、电流下降率对真空介质恢复特性的影响。试验结果表明:在电流小于4 kA时,真空短间隙平均介质恢复速度主要由开距和电流下降率决定,并通过数据处理得到了真空短间隙的介质恢复特性的数学描述,为1.5~10 kV电压等级的中压混合式直流断路器快速可靠开断提供设计依据。

    2020年01期 v.44;No.434 377-384页 [查看摘要][在线阅读][下载 456K]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 基于马尔可夫过程蒙特卡洛法的综合能源系统可靠性评估

    倪伟;吕林;向月;刘俊勇;黄媛;王鹏飞;

    基于马尔可夫过程蒙特卡洛法针对综合能源系统可靠性水平进行了评估。利用能源集线器建模技术刻画综合能源系统中电、气、冷、热等不同形式能源的耦合关系及其相互转化与协调;采用基于马尔可夫过程的方法对能量转化设备多时段下的状态概率建模,并通过蒙特卡洛模拟法对其进行状态选择,将其状态随机变量纳入能源集线器能量平衡方程中。同时考虑综合能源系统风光资源的随机出力,通过可靠性评价指标,采用马尔可夫过程蒙特卡洛法评估能量转化设备状态变化对系统可靠性的影响,并从电、冷、热绝对供能量、占比率以及重要程度指标来评估不同能量转化设备在系统中的重要程度。算例以某综合能源系统为例,通过上述指标评估了能量转化设备状态变化对系统可靠性的影响,其结果可为能量转化设备在系统中的规划和运行提供参考。

    2020年01期 v.44;No.434 150-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 454K]

面向新一代电力系统和能源互联网的人工智能技术

  • 基于电压相量轨迹几何特征的电网节点时空关联特性评估

    郑恒峰;刘道伟;李柏青;杨红英;李宗翰;赵高尚;李京;杨少波;

    随着电网运行环境的复杂性、随机性日益加剧,实现基于广域量测信息的电网节点关联特性实时评估具有重要现实意义。该文首先对实测电压相量轨迹信息几何特征进行挖掘,定义表征轨迹特性的"轨迹距离"概念;继而构建表征电压相量轨迹运动演进规律的特征平面,并据此构建动态收敛域以评估节点关联性强度;最后,提出基于轨迹距离密度的参数自适应轨迹聚类算法,衡量各节点电压运动趋势的相似性关系,从而实现特定节点的关联范围评估。对IEEE 39节点系统的仿真,验证了所提方法的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 700K]

国家重点研发计划

  • 面向智能园区多产消者能量管理的对等模型(P2P)建模与优化运行

    吴界辰;艾欣;胡俊杰;吴洲洋;

    可交易能源系统基于市场运行机制可以充分发挥产消者的资源灵活性,并保障电力系统的安全,经济运行。针对含光伏(photovoltaic,PV)出力、储能装置(energystorage system,ESS)、电动汽车(electricvehicle,EV)以及空调(heatingventilatingandairconditioning,HVAC)资源的多个产消者组成的智能园区为研究对象,首先对产消者资源灵活性进行整合与量化并根据交易流向进行解耦。其次,为确保园区交互平台中参与用户的信息安全,实现园区内电能共享、就地消纳,提出了基于次梯度法的成本最小化算法及其分布式凸优化运行框架。优化子问题可以通过有限的信息交互迭代收敛于全局最优解,实现产消者之间的P2P(peer-to-peer)电能交易。最后通过算例验证了所提模型的有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 52-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 974K]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 考虑热能输运动态特性的电–热综合能源系统优化调度方法

    王明军;穆云飞;孟宪君;贾宏杰;王旭东;霍现旭;

    提出考虑热能输运动态特性的电-热综合能源系统(integrated energy systems, IES)优化调度方法。首先针对热网的延时和储热等动态特性,提出一种热能输运准动态模型,分析了热网的虚拟储能潜力;进而结合能源设备模型,提出一种考虑热能输运动态特性的电-热IES优化调度方法,将热网作为调度资源参与到电-热IES优化运行中,实现对热网虚拟储能的调度利用。仿真结果表明,该方法由于考虑了热能传输动态特性,可充分发掘热网虚拟储能在分时电价的激励下,参与电-热IES经济优化运行的调节潜力,有效利用电、热系统的互补特性,降低IES运行成本。

    2020年01期 v.44;No.434 132-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 532K]

电力系统

  • 2018年国家电网公司220kV及以上交流保护装备及运行情况分析

    张烈;吕鹏飞;张瀚方;刘宇;杨国生;刘丹;王志洁;

    综合分析国家电网公司2018年保护设备发展规模、装备水平、设备缺陷、一次设备故障及保护设备动作等情况。详细阐述了装置国产化率、光纤化率近5年来的发展情况,以及不同运行年限设备分布情况。从设备缺陷分布情况、缺陷原因、具体缺陷部位以及消缺时间等方面分析了继电保护设备缺陷情况。介绍了2018年发生的一次设备故障次数分布特点和近两年来一次设备故障次数变化情况,以及保护设备动作及录波情况,并按照《电力系统继电保护及安全自动装置运行评价规程》的要求,对4次不正确动作事件进行了评价。在此基础上,详细分析了2018年发生的2起由于设备制造质量不良导致的保护设备不正确动作典型案例。最后,针对继电保护设备装备和运行中存在的问题,以及专业信息管理面临的新形势,就继电保护老旧设备改造、线路主保护通道配置、设备质量管控以及实物"ID"推广应用等方面的工作提出有效建议。

    2020年01期 v.44;No.434 217-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 615K]

电力市场

  • 交直流混联区域电网现货市场出清模型研究

    彭超逸;顾慧杰;朱文;许丹莉;赵文猛;夏清;赖晓文;董成;

    不同于省级电网全交流线路的架构,区域电网通常为交直流混联,区域电网现货市场出清模型需考虑由此带来的特殊问题。为此,首先分析了交直流混联电网与纯交流电网在设计电力现货市场时的不同点,并提出对应的交直流联络线功率优化机制、框架协议执行电量处理机制、联络线网损处理机制、联络线输配电价处理机制。在此基础上,结合省级电力现货市场出清模型,重点构建了包括安全约束的机组组合、安全约束的经济调度、节点电价定价模型在内的考虑交直流混联的区域电网现货市场出清模型。通过区域电网联合出清,电力资源实现最优配置,相比单省市场,能够大幅提升社会经济效益。最后,通过算例验证了所提模型的正确性和有效性。

    2020年01期 v.44;No.434 323-331页 [查看摘要][在线阅读][下载 375K]

高电压技术

  • 高海拔地区±400kV直流线路型避雷器设计

    曹伟;万帅;谷山强;陈家宏;王剑;杜雪松;

    400kV青海柴达木—西藏拉萨直流输电线路(简称柴拉线)是西藏电网的主受电通道,是国内外第一条途径5 000 m海拔等级地区的直流输电线路。为有效提高其抵御雷害风险的能力,结合现行的交直流线路避雷器技术标准,针对高海拔地区环境要求,设计了±400 kV直流线路避雷器的结构型式和关键技术参数,并进行了试验验证。研究结果表明:±400kV直流线路避雷器的额定电压为±480 kV,标称放电电流为20 kA,雷电冲击放电电压≤2100 kV,雷电冲击残压≤960kV,外绝缘的统一爬电比距≥32.5mm/kV,直流湿耐受电压为480 kV,复合外套的雷电冲击耐受电压为1344kV和直流湿耐受电压为480kV,统一空气串联间隙距离为2.8~3.2m。研制的±400kV直流线路避雷器填补了高海拔直流线路避雷器的技术空白,为该避雷器在±400 kV柴拉线上的推广应用打下了基础。

    2020年01期 v.44;No.434 347-353页 [查看摘要][在线阅读][下载 523K]

工程应用

  • 渝鄂背靠背柔性直流频率限值控制器优化设计

    陈启超;李晖;吴文传;张怡;王菲;蒋维勇;盖振宇;

    渝鄂背靠背柔性直流工程投运后,西南电网与华中电网异步互联,系统面临频率稳定问题以及孤岛运行风险,可通过合理的配置并设计柔直频率限值控制器(frequency limit controller,FLC)来改善系统频率稳定性并保证故障后联网转孤岛能够稳定运行。FLC属于柔性直流输电系统的附加控制,能够根据交流频率变化迅速调节传输功率。针对渝鄂柔直工程两侧交流系统特性提出了FLC的配置与设计原则,选取了适合一次调频的FLC控制方案并进行了相关的参数设计,采用时域仿真法分析了FLC参数对联网转孤岛过程系统暂态特性的影响,并对参数进行了相应的优化。仿真结果表明,所设计的FLC能够有效适应联网运行、联网转孤岛以及孤岛运行等不同运行模式,提高系统的频率稳定水平。

    2020年01期 v.44;No.434 385-392页 [查看摘要][在线阅读][下载 476K]
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