电网技术

国家重点研发计划

  • 考虑多周期协调的新能源电力系统全景运行模拟方法与评估指标体系

    元一平;王建学;张耀;周磊;王学斌;卢国强;

    为实现复杂环境下电力系统运行计划的技术经济性量化与评估分析,提出考虑多周期协调的全景运行模拟方法与评估指标体系。首先,结合我国调度实际,论述基于多周期协调思路开展电力系统运行模拟的必要性;在此基础上,提出了考虑多周期协调的新能源电力系统全景运行模拟技术理论框架;其次,结合多周期条件下电力运行的核心任务,给出长期/中期/短期的具体模拟方案与数学模型;所提全景运行模拟方案借助长期/中期/短期运行计划的时序嵌套与滚动修正,可以有效实现电力系统多周期、多时间尺度的协调优化与精细化时序运行模拟。最后,对现有规划方案评估的技术经济性指标集进行提炼,给出更为完整的经济性指标评价体系与计算方法。最后通过实际算例论证了全景运行模拟方案的有效性与先进性。

    2020年03期 v.44;No.436 799-806页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
  • 考虑系统频率二次跌落的风电机组辅助调频参数确定方法

    乔颖;郭晓茜;鲁宗相;孙荣富;

    随着以变流器接口并网的新能源比例不断提高,电力系统一次调频能力降低,频率稳定受到威胁。风电机组通过在并网变流器附加综合惯性控制实现辅助调频。然而,风电机组提供频率响应后,转子转速恢复可能给电力系统带来频率二次跌落危害。现有辅助调频参数设置多从风力机组自身调节能力出发,缺少考虑与系统的耦合作用。首先研究风电机组调频控制参数对系统一次调频的影响机理,分析参数整定的制约因素,然后根据一次调频综合评价指标来确定参数的取值范围。最后,设置了不同风电出力占比的仿真场景,探究参数在不同风电出力占比下的取值规律。

    2020年03期 v.44;No.436 807-815页 [查看摘要][在线阅读][下载 1181K]
  • 考虑储能动态效率的风储微网三阶段协调优化

    徐青山;吕亚娟;丁逸行;

    风储微电网的协调优化对于风电消纳、微网收益最大化以及配电网的安全稳定运行意义重大。采用基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huangtransform,HHT)的分频预测法预测风电功率,基于三阶段现货市场交易,以风储微网经济效益最大为目标,并考虑储能的动态工作效率特性,进行风储微网的协调优化。算例研究表明,储能系统能有效提高风电收益,而考虑储能的动态效率特性比储能静态效率模型更有利于微网的经济收益;且储能系统初始荷电状态的设定对微网的经济效益有较大影响;而包含日内市场的三阶段结算市场则能有效降低微网所需的平衡电费,并减少弃风量。

    2020年03期 v.44;No.436 816-822页 [查看摘要][在线阅读][下载 434K]
  • 基于虚拟额定电流的直流微电网分布式储能单元精确电流分配研究

    米阳;陈鑫;季亮;喻思;何星瑭;田书欣;

    为了孤岛直流微电网的稳定运行,通常需要配备储能系统。为了防止储能系统中部分分布式储能单元过充或过放,储能单元的荷电状态需要达到均衡状态。但不匹配线阻会不可避免地存在于实际直流微网中,并影响荷电状态均衡的效果。针对该问题,提出一种基于虚拟额定电流的策略,该策略基于常见的PI控制器就可消除线阻对荷电状态均衡的影响。基于上述策略,储能单元在充放电时可根据其荷电状态或放电深度自适应地调整虚拟阻抗,使荷电状态快速达到均衡。同时,采用电压恢复策略使直流母线电压恢复至电压参考值。此外,为了减轻对通信总线的压力,采用基于自律分散系统的分布式通信结构。此外,稳定性分析为所提控制策略提供了理论上的支撑。最后,基于RTDS平台的对比案例验证了所提控制策略的有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 823-835页 [查看摘要][在线阅读][下载 1712K]
  • 基于稀疏电压幅值量测的配电网故障测距

    贾科;董雄鹰;李论;冯涛;毕天姝;

    目前的配网故障测距算法大多依靠短路迭代计算或模拟大量故障选取最匹配的故障点来实现测距功能,该类方法计算繁琐,且容易得到伪故障点,为此提出了一种基于稀疏电压幅值量测的配网故障测距方法:将故障点的正序注入电流等效为故障区域两端节点的虚拟注入电流;利用支路追加法推导了节点阻抗矩阵所含特性,证明了将节点电压方程元素取幅值的可行性,以及测点分布需要满足的条件;利用压缩感知理论求解欠定的节点电压方程,定位故障区域;求取故障区域两端节点电压和等效阻抗,实现故障测距。文中方法对测量数据无严格同步要求,所需采样频率为4 k Hz,所需故障后数据时间窗长较短(故障后25 ms)。基于33节点的多电源配电系统的仿真数据表明,文中方法仅需7个测点,即可有效定位故障区域并实现故障测距,且受故障类型、过渡电阻、负荷变化影响较小,具有一定的抗噪声能力。

    2020年03期 v.44;No.436 835-845页 [查看摘要][在线阅读][下载 1089K]
  • EMTR理论在电力系统线路故障测距中的应用基础Ⅰ:理论部分

    张希鹏;邰能灵;郑晓冬;黄文焘;

    该文系统地论证了电磁时间反转(electromagnetictime reversal,EMTR)在电力系统线路故障测距中的理论应用基础。递进式地论证了在不考虑反射波的线路中、考虑反射波的线路中、考虑混合参数线路中的故障测距理论。故障测距理论证明分为4步:1)计算出被测电气量的理论值,并将其时间反转(或在频域中取共轭);2)建立线路传输方程空间的镜像空间(或称镜像线路);3)基于时间反转后的电气量,在镜像线路中建立电磁场源;4)在镜像线路中假设故障点,并计算假设故障点处的故障电流有效值,遍历镜像线路每一点,证明假设故障电流有效值的极值处为实际故障点。线路分布式电容、过渡电阻、故障类型在理论研究证明中均被考虑。

    2020年03期 v.44;No.436 845-854页 [查看摘要][在线阅读][下载 743K]
  • EMTR理论在电力系统线路故障测距中的应用基础Ⅱ:仿真部分

    张希鹏;邰能灵;郑晓冬;黄文焘;

    根据基于电磁时间反转(electromagnetic time reversal,EMTR)的线路故障测距理论部分,可得到3种不同的故障测距方法,分别为时域电流法、频域前行电流法和频域前行电流补偿法。时域电流法仅利用线路两侧的故障电流分解量,在时域中求无损镜像线路中的假设故障电流有效值最大处;频域前行电流法利用单一参数线路两侧的频域暂态前行电流的共轭量,在有损镜像线路中求得假设故障电流有效值最小处;频域前行电流补偿法利用线路两侧频域暂态前行电流的共轭量,在无损镜像线路中求得假设故障电流有效值最大处,再利用故障距离偏差数据库对故障距离进行补偿。建立了双端交流输电系统(包括单一参数线路和混合参数线路),对3种方法进行了大量仿真验证。

    2020年03期 v.44;No.436 854-863页 [查看摘要][在线阅读][下载 580K]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 双馈风机经串补并网引起的时变次同步谐振概率评估

    廖坤玉;陶顺;姚黎婷;肖湘宁;杨琳;

    风电的次同步谐振具有时变特性,但尚未有文献对其开展量化评估研究。为此,基于建立的考虑励磁的双馈风机的输入阻抗频域模型,引入风速的概率分布,结合Monte Carlo模拟和核心平滑密度估计技术,提出了双馈风电的频率时变次同步谐振的概率评估方法。应用所提方法,通过算例研究了风速和串补度对次同步谐振频率和系统总电阻的概率密度及累计概率分布的影响,较为全貌地刻画了双馈风电SSR的时变特性,揭示了其带宽变化特点。结果表明:双馈风机串补输电系统的发散型次同步谐振频率具有一定的带宽,且其概率密度呈现出频率区间边界小中间大的分布;串补度决定次同步谐振的频率和阻尼所处区间位置,而风速则影响区间内的频率和阻尼的概率分布。

    2020年03期 v.44;No.436 863-870页 [查看摘要][在线阅读][下载 759K]
  • 基于阻抗模型闭环极点的双馈风电系统次同步振荡稳定性分析

    唐冰婕;迟永宁;田新首;李琰;

    近年来,电网的运行中发生了多起由风电并网引发的新型次同步振荡事故,其机理和振荡的影响因素错综复杂。基于频域阻抗模型的阻抗分析法是研究该问题的有效方法,基于考虑电力电子变换器和锁相环动态过程的双馈风电机组阻抗模型,提出了适用于系统次同步振荡稳定性分析的闭环极点稳定性判据,与目前广泛使用的等效电路阻尼稳定性判据进行对比。并将所提判据与灵敏度分析相结合,建立了闭环极点相对灵敏度,研究了关键参数对于系统次同步振荡特性的影响。最后通过时域仿真验证了所提判据与灵敏度在系统次同步振荡分析中的有效性与准确性。

    2020年03期 v.44;No.436 871-880页 [查看摘要][在线阅读][下载 641K]
  • 高比例水电系统AGC稳定性分析及控制策略优化

    杨荣照;陈亦平;夏成军;张勇;唐卓尧;杨若朴;黄济宇;

    云南电网是一个典型的高比例水电大规模直流送出系统,运行中多次发生自动发电控制(automaticgeneration control,AGC)过程不稳定导致的频率振荡现象。结合云南电网实际,建立包含AGC控制环节的频率稳定性分段线性化分析模型,通过特征值分析方法研究云南电网运行方式变化对系统小干扰稳定性的影响,揭示在水电机组一次调频死区以内AGC系统超调是引起云南电网分钟级频率振荡的原因。提出高比例水电系统AGC频率偏差系数的整定方法,通过设置次紧急区区域控制偏差(area control error,ACE)反向抑制策略和紧急区恒定频率控制(flatfrequencycontrol,FFC)切换策略,兼顾小干扰下的稳定性以及大扰动下的速动性。研究成果已在云南电网实际运行中验证,云南电网频率合格率显著提高。

    2020年03期 v.44;No.436 880-886页 [查看摘要][在线阅读][下载 1176K]
  • 直流微电网多源并联自主均流控制策略

    张勤进;庄绪州;刘彦呈;王川;

    实现微源间负荷电流的精确分配及母线电压的无差调节是直流微电网重要的控制目标,但由于线路阻抗及低速通信的存在,传统下垂控制很难同时满足均流及稳定性的要求。提出一种基于低频低幅值交流信号注入的多源并联自主均流控制策略,在各变流器直流输出上注入交流小信号,并使其频率与输出直流电流产生频率–电流下垂特性,利用产生的无功功率环流调节各变流器输出直流电压,进而在反馈机制下,实现多变流器间的并联控制及负荷电流的精确分配;在此基础上,利用限幅及负阻抗环节,提出一种改进的母线电压补偿方法,进一步降低了由于线路阻抗造成的电压跌落,该方法无需互联通信线,无需改变硬件结构,易于实现;最后利用小信号建模,分析了控制策略的稳定性和动态性能。仿真和实验验证了所提方法的可行性和有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 887-896页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K]
  • 基于非线性扰动观测器的光伏并网逆变器直流侧母线电压控制

    刘鑫蕊;高超;王智良;

    光伏并网发电系统中,当光伏板输出功率突变时,直流侧母线电压波动幅度较大,若控制不当,将直接影响系统的正常工作。为提高母线电压的控制性能,提出一种基于非线性扰动观测器的直接功率控制方法。该方法无需增加额外的传感器,利用扰动观测器,对光伏板输出功率进行实时观测,并将其作为前馈量加入到功率内环,使功率内环给定含有输入功率信息。针对功率内环,重新定义了控制输入量,省去了同步旋转坐标变换环节。详细介绍了观测器及功率内环的设计过程,并给出内外环参数整定方法。最后通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 897-906页 [查看摘要][在线阅读][下载 1114K]
  • 配电网光伏消纳能力定界模拟与消纳方案综合择优

    薛蕾;井天军;陈义;王维洲;

    在分布光伏接入配电网的比例逐年递增的背景下,评估与优化配电网的光伏消纳能力具有重要意义。针对配电网高渗透率光伏的接入节点数量、接入位置和接入容量的三重不确定性规划难题,提出了基于随机场景模拟与定界划分评估的配电网光伏消纳能力评估方法。首先以电压质量、变压器与线路传输容量为约束边界,对随机模拟场景的近似最大光伏消纳能力进行评估;然后分析了随机模拟场景分布性质,提出基于镜像埃尔朗抽样和场景分布性质的模拟效率的优化方法;最后通过多目标满意度距离从光伏消纳方案中比选出消纳容量、年运行电压安全裕度、配电网年均投资效益的综合最大的方案,保证配电网光伏的最大、安全和经济消纳。通过IEEE33节点系统的仿真分析,验证了所述方法的有效性及可行性。

    2020年03期 v.44;No.436 907-916页 [查看摘要][在线阅读][下载 3453K]
  • 基于VMD-DESN-MSGP模型的超短期光伏功率预测

    王粟;江鑫;曾亮;常雨芳;

    光伏功率时间序列受到多种因素影响,呈现出高度的随机性和波动性。针对光伏功率时间序列可预测性低的问题,提出了一种结合变分模态分解(variationalmodal decomposition,VMD)、深度回声状态网络(deepechostate network,DESN)和稀疏高斯混合过程专家模型(mixtureof sparse gaussian process experts model,MSGP)的超短期光伏功率预测方法。首先采用VMD将光伏功率时间序列分解为不同的模态,降低数据的非平稳性;为提高模型在超短尺度时序的预测能力,对各模态分别建立DESN预测模型,将各模态预测结果进行求和重构;为进一步提高模型预测精度,对误差的特性进行分析,采用MSGP对预测误差进行补偿;最后将误差的预测值与原功率的预测值相叠加作为最终预测结果。仿真结果表明,该方法在光伏功率时序预测中的效果比传统预测模型更好,有效提高了超短期光伏功率时间序列预测的准确性。

    2020年03期 v.44;No.436 917-926页 [查看摘要][在线阅读][下载 1321K]
  • 面向广义负荷的电池储能系统等效建模研究

    屈星;李欣然;盛义发;肖金凤;文娟;邓攀;

    随着电池储能系统在电网中应用日益广泛,配电网综合负荷特性应当计及电池储能系统的动态特性,建立适用于广义负荷建模的电池储能系统仿真模型。基于软件仿真环境搭建了电池储能系统并网仿真平台,研究了电池储能系统在并网母线处的动态特性,提出了一种含电压源、电阻以及惯性环节的电池储能系统的外特性等效模型;分析了提出模型在泛化能力方面的不足及其原因,在此基础上,提出了一种基于模型参数修正的改进模型结构。仿真结果表明,提出的模型能较好地描述电池储能系统的动态特性,而改进模型则有效提高了提出模型的泛化能力。

    2020年03期 v.44;No.436 926-933页 [查看摘要][在线阅读][下载 1309K]
  • 城际高速路网中光储充电站的定容规划

    杨健维;李爱;廖凯;

    针对大规模电动汽车在城际间出行时的充电问题,提出了城际光储充电站的定容规划方法。首先,通过构筑城际高速路网充电引导系统架构,从而实现对电动汽车和光储充电站信息的实时有效耦合。其次,基于城际高速路网车流量的统计分布数据,结合电动汽车利用充电引导系统后的充电决策,兼顾用户和光储充电站双方利益,优化了光储充电站内充电机的数量。然后,根据各站光照条件、负荷水平,优化配置光储设备容量,并且结合分时电价,提出光储充电站内能量交换策略,以提高光伏消纳水平,从而进一步节省光储充电站的设备投资、运行维护成本。最后,在含有30个光储充电站的高速路网中对所提方法进行仿真验证。结果表明,所提出的定容规划方法显著降低了光储充电站的日均寿命周期成本,且有效兼顾了用户出行体验。

    2020年03期 v.44;No.436 934-943页 [查看摘要][在线阅读][下载 643K]
  • 三相四桥臂逆变器不对称故障穿越限流控制及电网电压支撑改进策略

    雷金勇;葛俊;谈赢杰;帅智康;胡洋;肖敏;

    当电网发生不对称故障时,并网逆变器自身限流控制及支撑故障电网的能力决定了系统运行的可靠性。为解决该问题,首先,对三相四线制并网系统中瞬时功率关系进行分析,获得以功率波动抑制为目标的三相四桥臂逆变器进网电流各序分量的参考表达式。然后,通过与不同的电压跌落深度和功率因数进行对比,得出中线电流为最大相电流幅值的重要结论,并给出三相四桥臂逆变器能提供的最大有功和无功功率。在此基础上,提出了基于最大相电流约束和改进无功注入曲线的三相四桥臂逆变器不对称故障穿越策略,在满足并网逆变器自身安全情况下优先注入定量无功功率,从而实现了对故障电网电压的有效支撑。最后对传统方法及文中所提方法进行了对比仿真研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 944-952页 [查看摘要][在线阅读][下载 695K]
  • 一种面向分布式新能源网络的终端安全接入技术

    梅文明;李美成;孙炜;余文豪;

    在分布式新能源并网的应用背景下,安全防护方案存在中心化的风险。针对这一问题,该文提出一种面向分布式新能源网络的终端安全接入技术。首先对安全模型进行深入分析,提出基于区块链构建身份认证和访问控制服务的可行性和实施方法,进而结合实际应用场景设计了身份认证模型和访问控制模型,并提出了终端信任度的评估方法。然后在此基础之上提出基于区块链的终端安全接入方案,详细描述了应用模式和方案流程。实验结果表明,该方案能够有效对抗新能源电网安全方案的单点化风险,并具有良好的性能。

    2020年03期 v.44;No.436 953-961页 [查看摘要][在线阅读][下载 463K]

电力市场

  • 基于辅助服务费用分摊的新能源电厂并网价格动态计算方法

    陶仁峰;李凤婷;李燕青;苏常胜;高光芒;付林;

    "标杆电价"计价方式难以准确反映新能源发电出力的随机性与波动性给其并网系统运行带来的辅助服务费用激增影响。为此,综合分析电网辅助服务机理,建立区域电网新能源发电导致的辅助服务费用计算模型;考虑各新能源电厂出力波动与区域电网新能源发电综合出力波动之间的关系,建立新能源电厂导致的辅助服务费用分摊模型;进而建立一种基于辅助服务费用分摊的新能源电厂并网价格动态计算模型,给电力市场环境下拟并网新能源电厂的选择及调度计划的制定提供依据。最后,以我国西北某新能源高渗透电网运行数据为例,仿真验证了所提方法的可行性。

    2020年03期 v.44;No.436 962-972页 [查看摘要][在线阅读][下载 582K]
  • 基于元模型优化算法的主从博弈多虚拟电厂动态定价和能量管理

    董雷;涂淑琴;李烨;蒲天骄;

    随着各社会资本逐步涌入电力市场,未来不同虚拟电厂将属于不同的利益主体,形成多决策主体相互竞争的博弈格局。为兼顾配电网运营商和虚拟电厂的利益,建立运营商和多虚拟电厂的一主多从博弈模型,研究运营商动态定价行为和虚拟电厂能量管理模型,并提出一种基于Kriging元模型的主从博弈均衡算法。该方法用Kriging元模型拟合并代替虚拟电厂能量内部管理模型,在迭代寻优过程中,结合粒子群优化算法生成新的优异采样点,有针对性地修正元模型,从而快速准确地得到虚拟电厂的交易电价和出力计划。该算法无需虚拟电厂的所有参数,不仅达到保护虚拟电厂隐私的目的,而且能够避免对下层优化模型的大量调用,有效减小计算量,提高求解效率。

    2020年03期 v.44;No.436 973-983页 [查看摘要][在线阅读][下载 616K]
  • 省级电力现货市场中衔接日前出清环节的多日机组组合策略

    杨辰星;程海花;冯树海;

    在我国新一轮电力市场改革背景下,为了进一步提升电力现货市场的资源配置能力,提出了市场环境下衔接日前出清环节的多日机组组合优化策略。提出的多日机组组合方法作为日前市场出清的辅助手段,在充分考虑了未来几日电网负荷特性变化情况的前提下,采用市场化的方式,提前多日对系统发电资源的运行方式进行了统筹预安排。进一步,将多日机组组合的优化结果设置为日前市场出清模型的边界条件,实现了多日机组组合与日前出清环节的有效衔接,使得日前市场的出清计算结果更加合理,同时解决了燃煤机组由于开机准备时间长而无法在日前市场中新增启动的问题。最后,采用我国某省的实际电网数据进行算例研究,验证了所提出的多日机组组合优化策略的有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 982-991页 [查看摘要][在线阅读][下载 749K]
  • 区域互联电网电能量与备用辅助服务联合优化模型研究

    周华锋;胡亚平;聂涌泉;何锡祺;赵化时;夏清;赖晓文;董成;

    电能量市场与备用辅助服务市场联合优化能够在满足系统安全运行约束的前提下实现经济效益最优,是国外典型电力现货市场运行的最佳实践。在我国现行的"分层分区"电力调度管理体制下,电网安全与备用容量管理在区域、省级调度中心之间各有权责,存在全系统及各分区的备用需求容量配置、分区间备用的有效调度等问题,不能直接照搬国外的电能量与备用联合出清机制与模型。分析了我国区域互联电网条件下的电能量与备用辅助服务联合优化市场模式,提出了计及多因素的系统及各分区的备用需求容量设置方法,分别构建了单区域、多区域互联两种情形下的联合优化出清数学模型。最后,基于三区域IEEE-RTS96系统进行算例分析,验证了所提分区备用需求容量配置方法及区域电网联合优化出清数学模型可充分考虑区域间运行约束对预留备用容量有效性的影响,从而极大提升系统运行的可靠性。

    2020年03期 v.44;No.436 991-1001页 [查看摘要][在线阅读][下载 606K]

电力系统

  • 电力系统超低频振荡的阻尼与同步转矩分析

    高建瑞;李国杰;汪可友;张华;

    近年来水电机组占比较大的电网发生了多起频率低于0.1Hz的超低频振荡案例。现有的研究分析假定发电机输出电磁功率由负荷频率特性决定,而忽略了实际系统中发电机和与之相连系统的电磁联系,电磁功率的阻尼性质也不够明确。针对此问题,分别基于单机和等值双机系统分析机械功率和电磁功率的阻尼特性。通过对云南超低频振荡的实际同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)波形进行分析,推导出超低频振荡过程中水力发电机功角波动与频率波动相位基本相同,电磁功率振荡由功角波动产生。理论分析与仿真结果表明,该超低频振荡案例中水电机组具有足够的同步转矩,并不存在非振荡失稳的风险。

    2020年03期 v.44;No.436 1001-1007页 [查看摘要][在线阅读][下载 1267K]
  • 超低频振荡机理分析及水轮机调速系统参数优化

    苏亚鹏;刘天琪;李保宏;江琴;韩晓言;陈刚;

    近年来国内外电网发生了多起超低频振荡事件,相关研究发现,超低频振荡发生的主要原因是由于水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼。为此,在建立单机系统模型的基础上,对单机系统闭环传递函数特征方程的分析表明在比例参数与积分参数比值过小时,会发生超低频振荡;进而,对水轮机调速器阻尼特性分析进一步说明比例参数与积分参数的比值过小会引起阻尼转矩系数过小,造成调速系统向系统提供负阻尼,而引发超低频振荡。从而从机理上解释了引发超低频振荡的内在原因。接着,针对单机系统,提出一种基于水轮机调速系统控制参数的最优PID参数整定方法,此方法在抑制超低频振荡的同时,兼备调速系统的调节性能,并且,通过与粒子群算法的对比,表明此优化方法的有效性和优越性。最后,在四机两区系统中验证了优化调速系统PID参数增加系统正阻尼以抑制超低频振荡的有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 1008-1016页 [查看摘要][在线阅读][下载 635K]
  • 基于分布式需求侧资源备调池的低频减载优化策略研究

    孙毅;李泽坤;黄绍模;霍沫霖;李彬;马永红;

    随着互联网信息技术和需求响应技术的发展,具备灵活调节特性的可控负荷可作为削减资源参与到电网低频故障下的紧急调控中。以温控负荷、电动汽车和储能设备为典型,将需求侧多类可控负荷纳入可削减资源范畴,提出了需求侧资源备调池(以下简称:资源池)的概念,建立了需求侧资源聚合可调容量模型;然后基于资源池分布式部署特点,提出了资源池内多类可控负荷协同控制方案及流程;最后基于所提控制方案,将资源池用于改进低频减载策略,完成了紧急调控场景下的负荷减载优化。算例仿真表明,通过资源池内多类负荷协同控制,能够在较小影响用户用电体验的基础上,提供较长时域的功率削减,为电力系统低频故障恢复争取时间。

    2020年03期 v.44;No.436 1016-1026页 [查看摘要][在线阅读][下载 1376K]
  • 基于XGBoost的电力系统暂态稳定预测方法

    陈明华;刘群英;张家枢;陈树恒;张昌华;

    目前,基于人工智能法对电力系统进行暂态稳定预测,是通过对电力系统中相量测量单元(phasormeasurement unit,PMU)采集的大量样本离线训练,得到一个分类器,而预测模型往往是一个"黑箱"模型,使得模型解释型较差。根据电力系统故障中发电机的运行特征构建基于极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)的暂态稳定预测模型,该模型采用串行集成多棵回归树,可计算得到暂态稳定特征重要度排序和决策图,从而可直观地挖掘特征与暂态稳定性之间的关系,并且在预测精度和运算速度的权衡上具有极大优势。在新英格兰10机39节点系统上测试,结果表明所构建的XGBoost暂态稳定预测模型相比随机森林、支持向量机和神经网络等方法在计算速度和预测精度方面具有明显优势,并且可以根据特征重要度进行特征选择来剔除冗余变量以加快训练速度。最后,提出一种针对某一具体故障而解释预测结果的算法,进一步提高了模型的解释性。

    2020年03期 v.44;No.436 1026-1034页 [查看摘要][在线阅读][下载 1664K]
  • 基于Noether定理的多机系统能量函数构造方法

    刘志远;王杰;刘瑞麟;

    将Noether定理应用于电力系统领域,根据作用量的每一种对称性均存在其对应的守恒定律,即对称性必然存在对应的守恒量这一特点,提出一种构造多机电力系统能量函数的新方法。该方法通过对多机系统模型进行微分方程力学化处理,进而由无限小变换得到系统的首次积分,即系统的能量函数。且在理论推导时考虑n维方程组,故可适用于各阶电力系统模型,具有良好的通用性。通过Matlab仿真,研究三阶电力系统模型下求得能量函数的变化曲线,验证了所提新方法的正确性。

    2020年03期 v.44;No.436 1034-1040页 [查看摘要][在线阅读][下载 516K]
  • 基于GPU并行处理的大规模连续潮流批量计算

    刘正元;陈颖;宋炎侃;王明轩;高仕林;

    随着新能源电源和新型负载的接入以及电网规模的不断扩大,静态电压稳定性分析面临新的挑战。研究了适用于图形处理器(graphics processing unit,GPU)的连续潮流的并行计算方法。通过多工况、多潮流断面、单个潮流计算的3层并行架构,充分发掘了连续潮流计算中的并行性,应用连续牛顿法潮流模型,实现了基于GPU大规模、多工况的连续潮流并行求解算法。通过上万节点电网算例测试验证了文中并行算法的正确性和高效性。

    2020年03期 v.44;No.436 1041-1046页 [查看摘要][在线阅读][下载 1336K]
  • 考虑大气污染物时空分布的多区域电力系统调度及其多目标分布式优化

    张志义;余涛;李昊飞;王文睿;瞿凯平;袁健华;

    随着电力系统的发展,互联电网对各自区域内信息的私密性愈发重视;同时,大气污染日趋严重,对发电提出了更高的要求。为此,提出了考虑发电成本、碳排放和大气污染的多区域电力系统多目标模型。不同于传统的总量控制,采用一种时空分布控制对大气污染物排放进行处理。该方法利用高斯烟团模型描述大气污染物的扩散运动,以此计算机组发电所排放的大气污染物对居民的影响,从而调整发电计划。为在保证区域私密性的前提下,协调多维相互冲突的目标,先用隶属度处理多维目标,然后解耦相关目标和约束,并用交替方向乘子法(alternatingdirectionmethodof multipliers,ADMM)进行分布式求解。最后,通过仿真算例验证模型在降低大气污染物排放对居民影响的优越性以及多目标分布式优化的有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 1047-1058页 [查看摘要][在线阅读][下载 702K]
  • 电力架空线路巡检可见光图像智能处理研究综述

    刘志颖;缪希仁;陈静;江灏;

    当前电力巡检工作中,有大量缺陷需要人工观测可见光图像进行检测,工作量大、效率低下且容易受工作人员技能水平影响使检测效果参差不齐。为了应对这一问题,人们进行了大量研究以求实现视觉检查的自动化,但远不能满足工程应用需要。首先介绍电力巡检可见光图像的来源,总结可见光巡检的内容及缺陷特点,将可见光图像视觉检查问题分解为2类问题:图像目标检测和图像测距;然后分别对2类问题的研究与应用现状进行综述,结合实验数据分析可见光巡检图像智能处理技术的发展趋势,探讨深度学习技术在该领域的应用前景;在此基础上,阐述进一步推进巡检图像智能处理所面临的挑战及可能的解决方案,并给出若干点建议。

    2020年03期 v.44;No.436 1057-1069页 [查看摘要][在线阅读][下载 533K]
  • 基于阻抗特性的级联H桥型PET并网稳定性分析

    王哲;李耀华;李子欣;赵聪;高范强;罗龙;王平;

    电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)是一种由电力电子变换器与高频变压器构成的电能变换设备,在交直流混合配电网中有着良好的应用前景。以三相级联H桥型PET拓扑为研究对象,分别将高压与低压侧直流母线电压作为控制器的反馈调节信号,分析PET在不同电压闭环控制策略下系统的动态响应及稳定性差异问题。首先利用状态空间平均值法建立级联H桥型PET小信号统一数学模型,基于节点电压稳定性建立的Nyquist判据,评估PET接入电网系统稳定性。在此基础上,分析不同控制器参数及有功功率静态工作点对系统稳定性的影响,并判定稳定性边界条件,进而对系统参数设计及闭环控制策略的选取提供理论研究基础。最后通过仿真与实验结果验证了所分析的阻抗模型与系统稳定性边界条件的正确性。

    2020年03期 v.44;No.436 1070-1079页 [查看摘要][在线阅读][下载 1098K]
  • 级联H桥型动态电压恢复器最优输出与能量自恢复策略研究

    段青;盛万兴;郭祺;沙广林;孙勇;张丽;

    针对不同电网电压跌落程度下,级联H桥型动态电压恢复器(cascadedH-bridgedynamicvoltagerestorer,CHB-DVR)无法保证输出最大电平的问题,基于级联H桥型变流器输出最大电平下直流侧电压参考值表达式,利用储能侧快速协调,动态调节直流侧电压,以保证CHB-DVR输出最大电平,提高直流侧电压利用率。此外,分析负载电压和电网电压的相位关系及系统有功功率的流动情况,提出CHB-DVR能量自恢复控制策略,可保证CHB-DVR在电网正常时进行能量自恢复,从而省去额外的充电装置,且自恢复初期和末期的柔性切换策略保证整个自恢复过程负载电压幅值不受影响、相角跳变得到很好的抑制。通过仿真验证所提控制策略的正确性和有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 1079-1089页 [查看摘要][在线阅读][下载 2135K]
  • 集成排序网络的模块化多电平换流器实时仿真模型

    王宇;刘崇茹;凌博文;侯延琦;李庚银;孔玮;

    为实现模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)的实时仿真,提出一种基于电力系统实时数字仿真器(real time digital simulation,RTDS)的高效MMC实时仿真模型,并应用现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)开发实现。模型使用流水线技术进行MMC桥臂阀组的等值计算,采用双调排序网络实现电容电压快速均压控制,避免大量子模块电容电压和触发控制信号的实时吞吐。基于此模型搭建单端201电平仿真系统,与PSCAD/EMTDC模型进行了仿真对比测试,并对比分析不同流水线个数和电平数下FPGA资源占用情况和时间性能。结果表明,该模型具备较高的集成度和仿真精度,使用单个ML605开发板即可实现高达501电平单端MMC的实时仿真,适用于构建大规模MMC直流电网实时仿真平台。

    2020年03期 v.44;No.436 1090-1098页 [查看摘要][在线阅读][下载 1233K]
  • 基于三次指数平滑模型与DBSCAN聚类的电量数据异常检测

    肖勇;郑楷洪;余忠忠;周密;李森;马千里;

    在电力系统的运行过程中,不可避免地会产生异常电量数据,如何高效地检测辨识这些异常数据是电力系统状态估计中至关重要的组成部分,也是电力系统运行的安全性和稳定性的基础。传统的异常检测方法只针对特定的电力系统特性,且存在计算量较大、准确率较低的问题。针对传统电量数据异常检测方法的不足,提出一种基于三次指数平滑模型和DBSCAN聚类的电量数据异常检测方法。三次指数平滑模型利用历史数据预测当前时刻区域用电量,然后对预测值和真实值相减得到残差项,最后利用DBSCAN密度聚类算法来对残差项进行聚类,实现电量异常数据的识别。对某电网的区域用电量数据进行实证分析并与3种常用异常检测模型进行实验对比。结果表明,三次指数平滑模型与DBSCAN聚类结合,在电量异常数据检测中检测率和误报率指标均取得了比较好的结果。

    2020年03期 v.44;No.436 1099-1104页 [查看摘要][在线阅读][下载 482K]
  • 基于组合余弦优化窗四谱线插值FFT的电力谐波分析方法

    陈至豪;王立德;王冲;申萍;李召召;

    采用快速傅里叶变换(FFT)方法分析电力谐波时,信号的非同步采样和非整数周期截断会产生频谱泄漏和栅栏效应,这将造成一定的检测误差。加窗和插值算法能有效地提高FFT方法的检测精度,而窗函数的频谱特性将直接影响改善效果。为此,提出了一种基于遗传算法(GA)的组合余弦窗函数参数优化方法,利用该方法对6项组合余弦窗函数进行了优化,得到了一种6项五阶窗函数,并使用该窗函数实现了四谱线插值FFT的电力谐波分析。通过仿真表明,利用该窗实现的加窗插值FFT电力谐波分析方法的检测结果优于加Nuttall三阶窗和Nuttall五阶窗。

    2020年03期 v.44;No.436 1105-1113页 [查看摘要][在线阅读][下载 559K]
  • 基于参数变化的磁饱和式可控电抗器的特性分析

    张慧英;田铭兴;李进;敬佩;

    在实际应用中,磁饱和式可控电抗器(magneticallysaturatedcontrollablereactor,MSCR)会出现实际工作性能与设计不符的情况,使其不能发挥良好的平衡无功和控制电压的作用。该文从绕组匝数、绕组回路电阻、铁芯饱和磁密和抽头比等参数变化的角度,分析MSCR磁饱和度、谐波特性和有功损耗等特性与设计值不符的原因。首先,理论分析MSCR参数与磁饱和度之间的变化关系;然后,基于参数与磁饱和度的关系,分析MSCR工作电流基波和各次谐波以及总谐波畸变率随各参数变化的情况;再然后,结合有功损耗计算公式,分析各参数变化对有功损耗的影响;最后,根据理论分析结果,解释MSCR样机性能与其设计性能不符的原因,并通过实验进行验证。

    2020年03期 v.44;No.436 1114-1120页 [查看摘要][在线阅读][下载 585K]
  • 钳形Rogowski线圈性能分析及误差补偿方法

    李振华;张阳坡;蒋伟辉;李秋惠;李振兴;徐艳春;

    基于钳形Rogowski线圈的互感器能够有效避免现场安装过程中的线路停电现象,减少停电损失。但是钳形Rogowski线圈测量过程主要受到气隙和一次导体偏心的影响,为研究钳形Rogowski线圈的性能,建立了气隙-偏心误差模型,充分分析气隙和一次导体偏心对线圈测量误差的影响,在此基础上提出了相应的误差补偿方法,并设计了一种基于校正PCB板的新型钳形Rogowski线圈,通过监测校正PCB板串联输出量,实现线圈的气隙自校准,从而实现测量误差的补偿。应用效果表明,设计的钳形Rogowski线圈测量准确度高,操作方便。

    2020年03期 v.44;No.436 1121-1127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1457K]

自动化

  • 基于零序电流投影系数的小电阻接地系统高阻接地故障保护

    杨帆;刘鑫星;沈煜;薛永端;周志强;徐丙垠;

    小电阻接地系统可以有效抑制过电压,快速切除故障。随着电缆网规模的日益扩大,越来越多的大中城市开始使用该种接地方式。但现阶段采用的零序过电流保护启动门槛值较高,高阻接地故障时将拒动。分析了接地故障时中性点零序电流与各出线零序电流的关系,发现故障出线零序电流略大于中性点零序电流且二者近似反向,而健全出线零序电流远小于中性点零序电流且相位差约为90°,提出一种利用出线零序电流在中性点零序电流上投影系数大小的小电阻接地系统接地故障保护方法,可显著提高高阻接地时的保护灵敏度。仿真结果验证了方法的正确性及有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 1128-1133页 [查看摘要][在线阅读][下载 644K]
  • 一种抗过渡电阻的阻抗测量改进方案

    马伟;黄晓波;吴旻昊;罗少杰;尤敏;丁冬;陈聪;王明昶;

    针对在线路始端和末端将电流分配系数当作实数处理时存在较大误差的问题,提出一种基于高频谐波分量的距离保护阻抗测量改进方案。利用频率越高,电流分配系数越接近于实数的特点,首先,通过保护安装处的序电流与故障点电流的关系,推导出由保护安装处测量信息构成的故障距离百分比表达式。然后,通过提取故障波形中的高频谐波分量,求取保护安装处距离保护的真实故障阻抗。基于新英格兰10机39节点系统的仿真结果表明,不论过渡电阻大小和故障位置远近,方案的计算误差均优于与传统方案;同时,提取高频谐波所需采样窗长短,有助于提升距离保护的动作时间,具备良好的工程实用价值。

    2020年03期 v.44;No.436 1134-1139页 [查看摘要][在线阅读][下载 506K]
  • 不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护研究

    文立斌;李俊;孙艳;张翌晖;刘光时;

    甩负荷特性是衡量核电机组安全稳定运行能力的重要标准,因而甩负荷试验是压水堆(pressurized water reactor,PWR)核电厂调试阶段必不可少的试验项目,在不同功率水平下运行的核电机组表现出不同的甩负荷特性。根据核电机组的实际运行特性,建立压水堆核电机组模型,仿真模拟多种功率水平下核电机组的甩负荷工况。在此基础上加入旁路蒸汽排放系统和汽门快关系统,对压水堆核电机组的甩负荷保护进行研究。仿真结果表明,功率水平越高,机组甩负荷引起的扰动越大,必须装设保护系统;旁路蒸汽排放系统和汽门快关系统都能够对核电机组产生有效的保护作用,前者对核电机组反应堆、热力系统参数保护作用较显著,后者对汽轮机转速飞升抑制作用较显著。

    2020年03期 v.44;No.436 1140-1147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K]
  • 基于深度迁移学习的小样本智能变电站电力设备部件检测

    马鹏;樊艳芳;

    随着人工智能的不断普及,智能变电站电力设备图像自动化检测系统的建立迫在眉睫。由于智能变电站电力设备图像数据集样本较少、场景复杂且电力设备部件相似度较高,传统图像检测算法无法对电力设备部件做到实时定位和准确识别。针对小样本目标检测识别难题,基于网络的深度迁移学习可以在不同数据集之间建立特征上的关联,能够较好地学习现有小样本智能变电站电力设备数据集的特征。该文采用迁移学习的方法,提出一种利用单阶段多框检测器(singleshotmultiboxdetector,SSD)的智能变电站电力设备图像目标检测算法,并根据智能变电站电力设备数据集相关特点添加特征提取层,重新设计特征预测框数量及比例,采用软性惩罚非极大值抑制(softpunishnon-maximum suppression,Soft-PNMS)等改进方法进行优化,能够自适应于小样本电力设备数据集的检测。此方法通过200张智能变电站电力设备训练集、50张智能变电站电力设备测试集,实现了在小样本复杂背景下对电力设备部件的分类和定位,验证了所提算法的有效性。研究结果表明,对于绝缘子、套管、电流互感器、油枕、螺帽5类电力设备,该方法的平均精准度达到了91.1%,比常规SSD卷积神经网络分类器平均精准度提高13%,平均漏检率下降3%,平均误识别率下降4‰,该方法为小样本电力设备智能化检测奠定了理论基础。

    2020年03期 v.44;No.436 1148-1159页 [查看摘要][在线阅读][下载 1885K]
  • 混合型相控开关在地面自动过分相中的应用

    王硕;邹积岩;张立岩;田宇;董恩源;丛宇;

    现有地面自动过分相方案受传统开关及分相区的限制,在供电臂切换的过程中存在暂态过电压和励磁涌流的现象,供电死区时间长,导致辅助供电系统频繁启停。混合式高压复合开关具有很强的通流能力和较高的分断、过载可靠性,其中由全控型电力电子器件构成的相控单元能够实现在某一选定相位确地开断,克服了传统开关的缺点。结合混合式高压断路器特性和分相区结构,设计新型地面自动过分相系统,针对机车不同的运行方向制定不同的相控分合闸方案,从而抑制过电压和主变压器的励磁涌流,实现机车辅助供电系统不断电过分相。利用变压器饱和特性分析关合时间窗的大小,通过对机械开关关合特性的讨论,修正预击穿影响下的关合时间窗。基于MATLAB/Simulink建立牵引电网和CRH5型机车模型,对所提相控方案进行仿真,对比分析投切方案的不同暂态过程,最后建立选相控制试验平台,验证方案的有效性。

    2020年03期 v.44;No.436 1160-1167页 [查看摘要][在线阅读][下载 1064K]

高电压技术

  • ±400kV青藏直流线路鸟粪闪络故障分析及治理

    周军;张祥全;王胜辉;吕军;王剑;彭波;王晰;丁玉剑;王晓峰;杨明彬;高应云;王炳强;

    青藏±400 kV柴拉直流输电线路自2011年11月投运后,截至2017年9月,共发生了115次对地短路故障。首先分析上述故障原因和特点并在西藏高海拔试验基地开展了模拟鸟粪闪络试验研究,在此基础上提出了相应的治理措施。研究结果表明:青藏线大部分短路故障是由鸟粪闪络所引起,涉鸟故障的主要鸟种有大鵟、高山兀鹫、秃鹫、金雕等猛禽类鸟类。故障多发生在海拔4500~5000m地区,春季和冬季的鸟粪闪络故障相对高发,故障时段主要集中在21:00—次日凌晨8:00之间,耐张杆塔的故障数高于直线杆塔,正极性的故障数略高于负极性。结合前期治理经验和模拟鸟粪试验,提出了综合性的治理措施:在横担3.5m防护半径内规范布置防鸟刺和针板,适当增加垂直方向上间隙距离。青藏线经上述措施治理后,大幅降低了线路鸟粪闪络故障率。

    2020年03期 v.44;No.436 1168-1174页 [查看摘要][在线阅读][下载 683K]
  • 500 kV高压直流断路器支架绝缘设计

    欧阳文敏;杨俊;王成昊;张升;吴学光;

    我国正在建设500 kV张北柔性直流电网试验示范工程,500kV高压直流断路器是张北柔性直流电网的核心装备,其支架绝缘设计决定了断路器的经济性及安全性。根据经验设计了支架初始结构,建立了其电场仿真三维模型,采用ANSYS有限元仿真软件计算了初始支架表面电场分布,获得了支架表面场强集中点,针对场强集中点提出了电场分布优化方案。搭建了断路器支架试验平台(海拔约50 m),开展了不同电极和电压极性下支架操作冲击50%放电试验,获得了不同电极下支架的间隙系数,验证了电场优化方案的正确性。结合支架操作冲击50%放电试验结论,针对张北直流电网工程绝缘水平要求,估算了支架对地最小空气间隙,最小空气间隙设计为4.7 m。论文工作为工程样机设计提供了参考。

    2020年03期 v.44;No.436 1175-1179页 [查看摘要][在线阅读][下载 554K]
  • 绝缘材料表面污秽颗粒微观分布规律

    张血琴;范超;郭裕钧;刘凯;刘毅杰;吴广宁;

    绝缘子是输电线路的重要组成元件,其污秽集聚特性会影响绝缘子的外绝缘性能,是外绝缘配置的依据之一。为研究不同材料绝缘子表面积污规律,探明绝缘子表面积污机理,通过人工气雾室对不同绝缘子材料进行人工积污试验,通过光学显微镜对表面污秽形貌进行观测,同时使用正射图像投影法对污秽粒径分布进行统计。研究结果表明,2种材料表面污秽颗粒粒径分布相似,玻璃绝缘材料表面污秽粒径略大于相同环境下复合绝缘子表面;随着电极两端电压增加,绝缘子表面污秽粒径均会增加;同时可以发现,表面污秽形貌分布存在明显区别:复合绝缘材料表面污秽形貌呈紧凑的链状结构,玻璃绝缘材料表面污秽结构呈松散的堆状结构。通过对污秽颗粒进行受力分析,基于热力学理论及气溶胶团聚理论,结合绝缘子表面电位测试结果,认为造成绝缘材料表面形貌不同的主要原因是电场环境中材料表面所带电荷量的不同以及表面憎水性不同。

    2020年03期 v.44;No.436 1180-1187页 [查看摘要][在线阅读][下载 763K]

工程应用

  • 藏中联网工程投运后西藏电网网源协调控制研究

    刘勤;余锐;刘柏私;戚宇辰;胡伟;

    分析了藏中联网工程投运后的西南电网的结构特征,针对其中西藏电网规模小,长链式送电,源网作用强等问题,提出了协调优化的控制方案提升其网源协调控制水平。首先,建立了电网运行的评价指标体系,从经济性、安全性和质量性的角度提出了网源协调的控制目标;其次,基于事件驱动的机制,建立了分层的西藏电网网源协调优化控制(grid-generation coordinated optimal control,GCOC)系统,实现了西藏电网的多目标优化;并在系统的中间层利用交叉迭代的算法解决了AGC和AVC系统相互影响的问题,提升了自动控制系统的控制效果,有效缓解了西藏电网大直流小系统和长链式输电的问题。通过计算机仿真,结果证明所提出的策略显著提升了西藏电网的网源协调水平,降低了西南电网发展过渡期的运行风险。

    2020年03期 v.44;No.436 1188-1196页 [查看摘要][在线阅读][下载 491K]
  • D5000继电保护设备在线监视及分析应用提升

    雷明;陈一悰;刘峰;何鸣一;樊磊;

    针对目前继电保护故障信息采集及处理存在的问题,分析研究了继电保护故障信息系统运行经验,提出了基于继电保护及故障录波器数据分区采集处理原则的整体提升改造方案。根据变电站、发电厂智能化程度的不同,采用4种典型系统子站架构,并对比其优缺点及适用场景;结合D5000一体化平台多源信息、通过其综合智能告警模块启动电网故障信息自动归档及人工补录方法,解决了以往电网故障报告误报、漏报问题;开发了Web浏览反向召唤故障信息功能,扩大了系统应用范围。在陕西电网运行情况表明,该方法提高了可靠性,适应智能变电站特点以及变电站无人值守,满足调控一体化要求,为调控和继电保护运维人员提供了电网故障快速处理手段及继电保护动作分析依据,为加强电网一、二次设备信息融合和提升保信系统应用提供参考借鉴。

    2020年03期 v.44;No.436 1197-1202页 [查看摘要][在线阅读][下载 392K]
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