电网技术

特约专稿

  • 中国特色、全国统一的电力市场关键问题研究(2):我国跨区跨省电力交易市场的发展途径、交易品种与政策建议

    夏清;陈启鑫;谢开;庞博;李竹;郭鸿业;

    本轮电改全面推动了以省为实体的电力市场建设,然而随着市场的不断发展,亟待推动跨区跨省电力市场建设,以实现更大范围的资源优化配置,促进我国的电力市场的高质量发展。为此,文章分析了我国当前以省为实体的电力市场体系在市场力、交易壁垒、新能源消纳难等方面存在的主要问题;从协同交易、交易选择权、价值分配、信息披露等角度,提出了推进跨区跨省电力市场建设的主要途径与方法;设计了考虑输电成本参与市场出清、配额制等因素的跨区跨省的交易品种;从市场交易组织、交易区域、合约交割、市场监督、信用体系等方面,提出了推进跨区跨省电力市场建设的政策建议。

    2020年08期 v.44;No.441 2801-2808页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 中国特色、全国统一的电力市场关键问题研究(3):省间省内电力市场协调运行的交易出清模型

    曾丹;谢开;庞博;李竹;杨争林;

    目前省间、省内市场间缺乏顺畅、紧密的衔接机制,交易出清过程相互较为独立,难以最大限度发挥市场资源优化配置作用;其次,省间和省内市场化交易规模的大小往往会受到电网输电能力的影响,电网安全运行成为电力市场有效运营的关键因素。文章在全国统一电力市场体系顶层设计框架下,充分考虑市场经济性和电网安全性,建立了省间省内市场协调运行的耦合出清模型;并着眼于构建统一融合的全国市场,提出了分阶段市场可实现的优化出清模式。最后,以全国实际电网为例,仿真验证了模型和求解的有效性和可行性,可为实现全国统一电力市场的建设与完善以及能源电力行业资源广域优化配置等目标提供技术保障。

    2020年08期 v.44;No.441 2809-2819页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]

电力市场

  • 面向现货市场出清的条件断面约束模型化处理方法

    吴云亮;李豹;罗会洪;袁泉;李鹏;赖晓文;孙宇军;殷梓恒;

    文章基于日前现货市场出清的计算流程,对实际电网运行极限单的条件控制断面约束进行分类,并针对性的提出了单一变量控制的条件断面、多个变量控制的"与""或"逻辑条件断面的模型化处理方法。将复杂条件控制断面纳入现货市场出清的建模、求解,降低了针对条件断面越限进行校正决策的难度和人工干预程度,增强了调度计划的趋优性,有利于改善极端场景下的节点电价分布情况。基于含条件断面的IEEE118节点系统开展算例分析,将所述模型化处理与常规的后验匹配处理的现货市场出清结果进行比对,分析了模型化处理方法对发电计划、调度成本、节点电价、计算耗时等方面的影响,由此验证了所提方法有利于增强电网运行控制与现货市场模式之间的适配性。

    2020年08期 v.44;No.441 2819-2831页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 顺价模式下浙江售电市场关键问题研究

    李道强;乔松博;庄晓丹;龚建荣;孙瑜;金骆松;

    在国内现有的电价体系下,售电市场如果采用顺价模式,容易导致大量低谷电量难以入市,低目录价的低谷电由电网公司供电,从而使市场产生亏空。文章分析了当前国内售电市场的现状以及浙江顺价模式售电市场面临的挑战,梳理了关键市场要素,针对性地提出了促低谷交易方式,并分析了该方式对市场行为的积极影响。通过改进发电侧交易方式,优化交易品种设计,为低谷电量入市提供了较好的手段,为进一步完善顺价模式售电市场提供了新的实践方案,也为售电市场与现货市场的过渡衔接提供了新的设计思路。

    2020年08期 v.44;No.441 2830-2836页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 考虑多业主梯级水电站的日前市场分期出清方法

    彭钰祥;刘继春;韩晓言;丁理杰;蒋万枭;季陈林;

    经过多年的流域开发,中国已建成众多梯级水电站。在电力市场化改革背景下,梯级水电站与其他类型发电站同台竞价将成为必然趋势。当多业主梯级水电站以单站形式参与现货市场竞价时,调节能力欠佳的下游电站的可发电量一般由上游电站出力流量决定。下游电站由于无法提前获知上游电站的竞价策略,可能会出现中标电量无法执行的情况,市场运营机构无法有效实施统一调度,难以合理利用水资源。为此,文章探讨了不同业主梯级水电站参与日前市场的分期出清方法:先考虑电力约束,再根据上、下游水力耦合关系进行流域内电量转移的平水期方法;将下游电站中标电量表示为上游电站中标量的线性函数并嵌入出清模型,从而实现下游电站可发电量全额收购的枯水期方法,此分期出清方法能够迅速有效地得到优化后的各电站交易电量。最后,在算例中对两种出清方法进行验证,结果表明所提优化方法能有效解决下游电站中标电量与可发电量失衡的问题,进而提升梯级流域市场竞争力。

    2020年08期 v.44;No.441 2837-2848页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于联合出清机制的电-热综合能源市场均衡分析

    陈柏沅;王程;吴陈硕;刘念;何帅;

    随着能源市场化改革逐步推进,综合能源系统中各类能源在物理层面的耦合将逐渐扩展至市场层面。综合能源系统中各自独立运行的能源市场难以协调耦合的多能生产、使用,使得市场参与主体交易意愿难以充分满足,增大了物理系统运行风险。因此,提出了一种电-热综合能源市场出清机制,统一电、热的市场交易,并建立了电-热联合市场竞价双层模型,研究了计及供应侧策略投标的市场均衡。其中上层是电-热供应商,其目标是使自身收益最大化;下层是市场运营商的出清模型,其目标是电、热供需总体社会福利最大化。通过将下层市场出清问题转化为等效KKT条件,供应商的竞争均衡问题转化为带有均衡约束的均衡问题,并采用对角算法求解市场均衡。最后通过算例验证了该方法的有效性。

    2020年08期 v.44;No.441 2848-2858页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 考虑动态频率约束的一次调频和二次调频联合优化模型

    王霞;应黎明;卢少平;

    可再生能源大规模并网导致电力系统频率稳定问题凸显,调频需求与供给矛盾日益突出,现有的单一调频辅助服务模式逐渐难以满足系统运行要求。文章在梳理国外调频辅助服务市场机制的基础上,提出了一种考虑动态频率约束的一次调频和二次调频联合优化出清的安全约束机组组合模型,以提高系统频率响应能力;并采用L-shape方法将非线性问题转化为两阶段的混合整数线性规划问题进行协同优化求解。在此基础上,探讨机会成本的补偿费用。最后,基于算例验证了所提模型的有效性,并讨论了考虑一次调频后对市场出清费用和机会费用的影响,可为我国调频辅助服务市场机制建设提供参考。

    2020年08期 v.44;No.441 2858-2867页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]

可再生能源发电与综合消纳技术

  • 直驱风电机组频率耦合阻抗模型的辨识

    刘威;段荣华;谢小荣;吴琛;程旻;

    大规模风力发电并网可能会引发严重的稳定性问题,例如与直驱风电机组有关的新型次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)。这种新型SSO发生时通常伴随着显著的频率耦合效应,且该耦合现象在分析系统稳定性时有重要影响。为此,文章首先提出采用频率耦合阻抗模型(frequency-coupled impedance model,FCIM)分析直驱风电机组的频率耦合特性,之后建立了频率耦合阻抗模型测试平台,提出了频率耦合阻抗模型的辨识方法。然后基于平台和辨识方法得到了直驱风电机组的频率耦合阻抗模型,并根据所提方法拟合得到了阻抗模型传递函数。最后分析了直驱风电机组的频率耦合特性,可为电力系统振荡研究的模型选择提供参考。

    2020年08期 v.44;No.441 2868-2874页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于Stacking融合的短期风速预测组合模型

    李永刚;王月;刘丰瑞;吴滨源;

    大规模风电并网时,准确的风速预测对电网稳定运行具有重要意义。为提高风速预测精度及预测模型泛化能力,提出基于改进Stacking算法的风速组合预测模型。首先建立基于不同核函数的核岭回归模型;然后利用改进的萤火虫算法对模型关键参数进行选取,通过引入自适应参数、全局搜索及Levy飞行提高算法的全局搜索能力及收敛速度;最后通过Stacking算法将相互独立的各模型进行融合,以增强模型泛化性,并采用交叉验证进一步提高预测精度。选择不同风场、不同季节的实测数据对所提模型的预测效果进行仿真,通过对比分析验证了所提模型的预测精度和泛化能力。

    2020年08期 v.44;No.441 2875-2882页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 计及市场风险的含电动汽车风光互补微电网随机规划调度模型

    黄淼;陈鑫;文旭;郭琳;高春成;

    在电力市场环境下,含电动汽车风光互补微电网参与市场交易面临的风险,使得传统研究无法满足其交易风险管控的需要。首先剖析了含电动汽车风光互补微电网参与市场交易面临的风险问题。其次,考虑市场风险,利用半绝对离差风险作为度量工具,建立了微电网市场交易风险评估指标。然后,建立了计及市场风险的含电动汽车风光互补微电网随机规划调度模型。提出采用内嵌Monte Carlo随机模拟技术的快速非支配排序遗传算法求解所建模型,并用信息熵模糊法获得最优解。算例验证了计及市场风险的含电动汽车微电网随机规划调度模型的有效性。

    2020年08期 v.44;No.441 2883-2890页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于数据统计特性考虑误差修正的两阶段光伏功率预测

    刘杰;陈雪梅;陆超;毛航银;

    提高光伏功率预测的准确性有助于电网调度计划的制定,对于电力系统安全稳定和经济运行具有重要意义。基于数据的统计特性分析,提出一种考虑误差修正的两阶段光伏功率预测模型。首先,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)克服因气象因素间相关性导致的回归模型共线性问题,通过波动量分析和聚类分析建立了输出功率与气象类型之间更精细的匹配模型;然后采用回归分析的方法构建了各子集对应的多重线性回归模型,实现光伏功率的初步预测;最后根据初步预测误差的分布特性,建立了更为准确的初步预测误差概率分布模型,实现初步预测结果的误差修正。基于实际光伏功率曲线和气象数据的算例结果验证了所提方法的有效性。

    2020年08期 v.44;No.441 2891-2897页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 单相准Z源逆变器最优开关矢量集模型预测控制

    游云峰;肖先勇;马俊鹏;李媛;程俊;王行亚;

    以单相准Z源逆变器(quasi-Z-sourceinverter,q ZSI)为研究对象,以减小逆变器平均开关频率为研究目标,提出一种最优开关矢量集模型预测控制策略。首先,分析不同工作状态对q ZSI状态变量的影响,建立其离散时间模型;其次,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,结合有限控制集模型预测控制(finitecontrolsetmodelpredictivecontrol,FCS-MPC)策略,实现q ZSI系统的多变量综合协同控制;然后,分析逆变器开关时序,建立最优开关矢量集,通过选取最优开关矢量集,降低了系统的平均开关频率。相比于传统FCS-MPC,通过所提控制算法,在不影响交直流侧优化控制的前提下,降低了15%的平均开关频率。最后,通过建立实验模型验证了所提算法的有效性和正确性。

    2020年08期 v.44;No.441 2898-2905页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 受静态电压稳定约束的新能源临界渗透率计算方法

    易俊;林伟芳;余芳芳;林安妮;杨帆;

    随着大规模风电、光伏等新能源接入电网,新能源机组已开始影响电力系统的稳定性,同时受新能源接入电网的网架特性约束以及新能源装备自身安全限制,新能源并网的电压问题更加突出。主要研究了受静态电压稳定约束的新能源临界渗透率。首先分析了新能源机组并网的数学模型,并基于静态电压稳定约束提出新能源临界渗透率的工程实用计算方法;最后以实际电网为例,通过该方法计算新能源临界渗透率,并分析了影响新能源渗透率的相关因素。文中研究成果能够为新能源发电的最大消纳及区域新能源规划提供重要依据。

    2020年08期 v.44;No.441 2906-2912页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 考虑频率分布特性的新能源电力系统等效惯量评估

    李东东;张佳乐;徐波;赵耀;杨帆;

    传统惯量评估方式并未考虑扰动发生时间的不精确测定、通信技术以及频率分布特性对惯量评估的影响,导致无法准确评估系统惯量。为此,提出了新能源电力系统的等效惯量评估方法。首先根据动能定理,定义了中心频率平方偏差(central frequency squared deviation,CFSD)的概念并提出了新的惯量评估方法,降低了扰动发生时间的不精确测量以及通信技术对惯量评估精度的影响,节约了PMU安装成本。然后,考虑到频率分布特性对惯量评估的影响,提出了惯量图心的概念以确定合适的频率采集地点。此外,应用了滑动窗口技术处理数据,降低了一次调频对惯量评估精度的影响。最后,根据惯量评估的结果,分析并计算了扰动期间一次调频最小出力与系统最小虚拟惯量。提出的方法被验证于DIgSILENTPowerFactory中改进的IEEE 39节点新英格兰系统。

    2020年08期 v.44;No.441 2913-2921页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 计及大用户负荷管理的可再生能源消纳

    龚钢军;张心语;张哲宁;刘林;杨晟;张鹏;

    负荷类型的不断复杂化、用户用电行为的不确定性,以及分布式可再生能源的高比例接入,导致配电网支撑下区域能源互联网的结构和潮流均发生了明显变化,也加大了电能传输和分配的复杂度,亟需提升分布式可再生能源接入下负荷管理的优化水平。首先从配电网的可再生能源消纳、灵活调度、多元控制需求出发,提出了含分布式可再生能源(distributed renewable energy,DREG)的负荷管理优化场景,设计了基于能源路由器的源荷协同优化方案;其次,通过用户影响度、负荷弹性度、公平性因子综合判断区域级用电大用户调度优先级,构建了基于调度优先级的可再生能源消纳引导机制;最后,通过多目标遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)验证了基于大用户调度优先级的负荷管理优化机制,结果表明通过能源路由器的有效控制和适当的消纳引导机制可平稳负荷曲线、有效促进可再生能源消纳。

    2020年08期 v.44;No.441 2922-2932页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 虚拟电厂源荷双侧热电联合随机优化调度

    袁桂丽;贾新潮;房方;董金凤;

    "三北"地区作为新能源发电基地,因风光发电具有随机、间歇、不确定、难预测的特点,同时该地区冬季在风电大发期,占主体地位的燃煤热电联产机组"以热定电"的运行方式使其灵活调节能力不足,为系统调度计划制定以及旋转备用决策带来难题。为此将热电厂、风电场、光伏电站、电锅炉和柔性负荷聚合为虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP),运用基于拉丁超立方采样的场景法处理风光出力的不确定性,提出了一种基于实时电价的VPP运行策略。基于一定置信水平满足系统可靠性要求与优先利用新能源的同时,以最大化VPP期望经济效益为目标,通过电源侧的多源互补协调优化各发电单元的出力,以及通过源荷协同优化预留旋转备用容量,建立了基于实时电价的VPP随机优化调度模型,并采用两层优化的思想,通过黄金分割法与自适应遗传算法求解模型。仿真结果表明,提出的调度策略可有效应对风光出力的不确定性,优先利用新能源发电,并获得很好的经济效益,实现了电力系统绿色、低碳、安全、经济运行。

    2020年08期 v.44;No.441 2932-2940页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]

直流输电与直流电网

  • 基于小干扰稳定性的多端混合高压直流输电系统控制参数分析与优化方法

    黄伟煌;李明;郭铸;陈鑫全;黎炳坤;

    多端混合直流输电技术综合了电网换相换流器与模块化多电平换流器的优势,是当前直流输电的研究热点之一。采用小干扰稳定性分析方法,可以从数学层面上对多端混合高压直流系统进行参数分析。然而,由于多端混合高压直流输电系统含有多个含有复杂控制器的MMC换流站,模型更为复杂,涉及控制参数众多,缺少便捷的工具进行研究,其控制参数对系统影响分析结果尚不明晰。为此,提出了一套基于小干扰稳定性分析的多端混合高压直流输电系统参数分析与优化方法,该方法可实现基于状态空间法含控制环节的多端混合高压直流系统的快速建模、主要影响参数筛选、参数的可行域计算与可视化展示以及基于粒子群算法的多端混合高压直流系统控制参数优化。介绍了该方法的主要步骤、实现原理以及算例应用情况。应用结果表明所提方法是对多端混合高压直流输电系统控制参数分析与优化的有效工具,可为多端混合高压直流输电系统参数设计提供参考。

    2020年08期 v.44;No.441 2941-2949页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 整流侧换流母线电压恢复对逆变器换相的影响

    马星;李凤婷;尹纯亚;

    针对研究发现的交直流系统中整流侧换流母线电压恢复导致逆变器关断角减小的问题。以CIGRE HVDC标准测试系统为例,分析了整流侧换流母线电压跌落时直流控制方式,将其以分段函数表示,联立直流准稳态模型推导建立了整流侧换流母线电压跌落程度不同时的关断角表达式。基于表达式分析得出整流侧换流母线电压跌落越大,电压恢复瞬间关断角越小,严重时会发生换相失败。为此,提出了一种改善整流侧换流母线电压恢复瞬间导致关断角过小的方法。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了换流母线电压变化对关断角的影响,并从趋势上检验了理论分析的正确性和改进方法的有效性。

    2020年08期 v.44;No.441 2950-2960页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于人工智能的电力电子变换器开路故障诊断研究综述

    刘闯;寇磊;蔡国伟;赵梓含;张哲;

    电力电子变换器已被广泛应用于航空航天系统、直流输电、分布式能源和智能电网等领域,其可靠性问题成为学术界和工业界的研究热点。开展对电力电子变换器开路故障监测与智能诊断方法研究,对避免二次故障、降低运维时间与成本和提高电力电子系统可靠性具有重要意义。文章首先对电力电子变换器故障特征进行分析与总结,然后对特定基于人工智能(artificial intelligence,AI)技术的电力电子变换器开路故障诊断方法及应用实例综述,随后提出一种基于随机森林与瞬时故障特征相结合的故障诊断方法用于三相电力电子变换器故障诊断,最后提出基于AI的电力电子变换器开路故障诊断方法面临的挑战,并展望该领域未来的研究方向。

    2020年08期 v.44;No.441 2957-2970页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于系统功率平衡的电力电子变压器中双有源桥二次侧母线电压波动抑制策略

    文武松;赵争鸣;聂金铜;魏树生;莫昕;袁立强;

    双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器作为电力电子变压器(power electronic transformer,PET)的核心组成部件,其控制性能直接影响PET的运行稳定性和可靠性。目前,一般采用单移相(singlephaseshift,SPS)方法对其有功功率进行双向调节,同时使二次侧直流母线电压保持稳定。而DAB二次侧直流母线电压的稳定性除了受输出级功率波动的影响外,还与一次侧直流母线电压扰动有关?本文同时考虑这2个影响因素,以三级式PET为例提出了一种基于系统功率平衡的控制策略?根据DAB的有功功率计算公式引入移相比因子,利用PI控制器实时调整移相比因子的大小,实现了对DAB二次侧直流母线电压的控制;将一次侧直流母线电压加入前向控制通道,使其与被控对象中的相同因子抵消,从而抑制了一次侧直流母线电压扰动的影响;考虑滤波电感的瞬时能量波动,计算出输出级逆变器的瞬时有功功率,并将其作为前馈扰动项加入到控制环路中,能有效衰减输出级功率变化引起的二次侧直流母线电压波动。最后,在一台380V/15kW的实验室样机上通过仿真和实验,对所提控制策略的稳态和动态响应性能进行了验证,证明了其有效性,同时,该方法还可推广到高压大容量PET应用中。

    2020年08期 v.44;No.441 2971-2978页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]

电力系统

  • 高比例新能源电力系统稳定拐点释义

    周勤勇;赵珊珊;刘增训;高骞;张立波;贺海磊;

    为能够明确"十四五"电网规划的面临的问题和技术要求,根据我国电力系统稳定性主导类型,划分了我国电力系统发展的5个阶段;分析了拐点在数学上的明确定义和充分条件,并将其定性应用于电力系统稳定性拐点的定义,研究并提出了电力系统稳定性拐点存在的充分条件。分析了我国电力系统发展过程中存在的拐点。针对未来高比例新能源系统,按照送端、受端电力系统,以标准算例和实际算例,分析了未来受到稳定约束的最大新能源发电出力比例。提出提前采用新技术,构筑拐点,提升新能源接纳比例的建议。

    2020年08期 v.44;No.441 2979-2986页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于卷积神经网络的直流送端系统暂态过电压估算方法

    陈厚合;张赫;王长江;魏俊红;张艳军;张嵩;

    为有效预测大扰动过程中直流送端系统的暂态过电压,提出一种基于卷积神经网络(convolutionalneural networks,CNN)的直流送端系统暂态过电压估算方法。首先,基于CNN输入特征构建的基本原理,搭建具有多层隐含层的非线性网络结构,将广域量测装置采集的各节点电压、相角及功率作为输入层,依据电网节点的拓补关系及故障发生到切除的时间顺序进行拼接,得到表征电网状态的矩阵。然后,优化调整CNN的超参数,采用梯度下降法进行有监督训练,通过逐层优化输入层与卷积层之间的权重矩阵,实现关键特征值的自动提取,同时利用CNN的深层架构构建暂态过电压与输入数据间的映射模型,快速准确地估算直流送端系统暂态过电压。最后,对修改后的Nordic32交直流混合系统和广东电网系统进行分析,验证该方法的有效性和准确性。

    2020年08期 v.44;No.441 2987-2999页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 高比例新能源接入下电力系统惯量相关问题研究综述

    王博;杨德友;蔡国伟;

    惯量在电力系统抵抗功率扰动中起到关键作用。在大规模新能源并网的背景下,低惯量特征在削弱电网对功率扰动鲁棒性的同时使系统动态行为愈加复杂。总结了国内外对电力系统惯量相关问题的研究动态和成果,并为低惯量电力系统的研究供了建议。首先,对近年来实际电网中由于惯量支撑能力不足而引发的电力系统频率失稳停电事故进行了回顾。其次,从惯性的量化评估、惯量支撑能力提升及基于惯量的新能源电网优化运行3方面对弱惯量支撑电力系统的研究现状及研究路径进行归纳梳理。最后,结合现有成果对弱惯量支撑电力系统的研究进行展望。

    2020年08期 v.44;No.441 2998-3007页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 采用稳健独立分量分析的谐波发射水平评估方法

    陈飞宇;肖先勇;汪颖;

    为有效评估系统侧和用户侧的谐波发射水平,提出一种采用稳健独立分量分析(robustindependentcomponent analysis,Robust ICA)的谐波阻抗估计及谐波发射水平评估方法。将公共连接点(point of common coupling,PCC)测量所得谐波电压与谐波电流数据的快速变化分量作为混合信号,通过稳健独立分量分析算法解混得到的独立信号与分离矩阵,利用诺顿等效电路方程的矩阵变换求解系统侧谐波阻抗值并进行两侧谐波电压发射水平的评估。利用Matlab软件基于诺顿等效电路及典型负荷曲线进行了仿真分析,验证了文中方法在不同背景谐波波动程度下均取得了优于传统方法的评估结果。工程实例应用亦验证了文中方法的正确性和实用性,具有较好的应用前景。

    2020年08期 v.44;No.441 3007-3013页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于可调品质因子小波变换和随机森林特征选择算法的电能质量复合扰动分类

    杨晓梅;郭林明;肖先勇;张家宁;

    针对电能质量复合扰动分类的复杂性,提出了基于可调品质因子小波变换(tunableQ-factorwavelettransform,TQWT)和随机森林特征选择算法的电能质量复合扰动分类方法。首先利用TQWT分解扰动信号,以减弱扰动分量间的耦合性,并使用提出的筛选方法选取最优子带并提取时域和频域特征;然后基于随机森林算法计算特征重要性,通过序列前向选择法去掉不相关特征和冗余特征,得到对应每种扰动标签的最优特征集;最后训练生成随机森林多标签分类模型,根据输出标签的组合得到扰动类别。仿真数据实验表明,该方法能够准确高效识别23类扰动,且抗噪能力强,提高了含暂降、含中断的复合扰动的分类准确率。并以实测数据实验证明了方法的可行性。

    2020年08期 v.44;No.441 3014-3020页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 控制延时对虚拟同步机全局稳定性的影响分析

    涂春鸣;谢伟杰;肖凡;兰征;周达;

    虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术可使并网逆变器模拟传统同步发电机运行,应用前景广阔。VSG控制依托数字控制技术实现,存在数字控制固有的控制延时问题,制约系统的响应特性和控制精度,影响系统的稳定性。现有研究多局限于分析数字控制延时对控制系统局部稳定性的影响,鲜有文献涉及延时对系统全局稳定性的影响。研究了一种基于状态空间建模和灵敏度分析的逆变器延时稳定性分析方法。首先,建立基于VSG控制的逆变器全阶状态空间模型,包括数字控制延时、内部电压电流控制环、基于VSG控制的功率外环以及物理环节;然后,借助特征值和灵敏度分析,评估控制延时对系统全局稳定性的影响。在此基础上,给出使系统稳定的临界延时时间。仿真和实验结果验证了文中理论分析的正确性,文中所述方法可以为逆变系统参数设计提供理论参考依据。

    2020年08期 v.44;No.441 3021-3029页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于直接式AC/AC变换的单相混合式配电变压器及其松弛二端口网络建模

    王艺博;蔡国伟;刘闯;郭东波;张瀚文;朱炳达;

    针对配电网中的电压波动问题,提出了一种由传统工频变压器与电力电子变换器组合而成的混合式配电变压器(hybrid distribution transformer,HDT)。首先,在不同HDT拓扑分析的基础上,选取了具有一定结构优势的双极性直接式AC/AC变换器(bipolardirectAC/ACconverter,BD-AC)作为HDT的电力电子组成部分;其次,对HDT的拓扑结构与运行原理进行了分析并提出了相应的控制策略;再次,基于状态空间平均法构建了HDT的状态空间平均模型,并以松弛二端口网络理论为依托,对HDT的系统特性进行了理论分析;最后,通过搭建仿真系统验证了理论分析的合理性与有效性。

    2020年08期 v.44;No.441 3029-3038页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于飞蛾扑火优化算法的多运行方式电力系统稳定器参数协调优化方法

    潘晓杰;张立伟;张文朝;徐友平;边宏宇;王新军;

    针对大电网低频振荡现象存在机理分析复杂、振荡模式多样、参与机组众多、传统电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)整定方法适应性较差的问题,提出了一种基于飞蛾扑火优化(moth-flame optimization,MFO)算法的多运行方式PSS参数协调优化方法。该方法首先基于主导振荡模式及动态响应因子提取主要参与机组;然后考虑PSS临界增益及相频特性补偿范围约束,以PSS参数鲁棒性及系统动态稳定性为目标函数;最后采用MATLAB与PSD-BPA联合仿真方法,建立基于MFO算法的多运行方式PSS参数协调优化算法,完成大电网的全局参数寻优。华中电网仿真算例结果表明,应用文中方法优化后的PSS参数可有效提高系统动态稳定性,且对多种运行方式均有较好的适应性,同时算法本身具有较强的收敛性。

    2020年08期 v.44;No.441 3038-3046页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于数据驱动的电力系统动态等值方法研究

    陈厚合;王为超;姜涛;魏俊红;张嵩;李国庆;

    提出一种基于数据驱动的电力系统动态等值方法。根据发电机同调关系与节点间电气距离,明确网络划分原则;以所研究区域边界母线电压及联络线功率作为输入,辨识外部区域等值发电机的暂态电抗;以等值发电机有功输出与原始系统联络线有功功率误差最小为目标函数,基于最小二乘辨识等值发电机的惯性常数TJ和阻尼系数D,进而构建等值系统;以动曲线均方根误差及拟合度指标,定量评价等值系统;最后将所提方法应用于修改的IEEE-68节点测试系统和张北四端柔性直流电网工程,结果验证了所提方法的正确性和有效性。

    2020年08期 v.44;No.441 3047-3056页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于改进状态转移算法的不确定混沌电力系统参数辨识

    王聪;张宏立;马萍;

    电力系统参数的准确性是电网安全稳定运行和科学合理实现电网调度的前提,而混沌电力系统的参数常是未知的或是不稳定的,致使难以获取精确的混沌电力系统参数。针对混沌电力系统参数辨识难度大、易受外界干扰等问题,提出一种基于改进状态转移算法的混沌电力系统参数辨识方法。首先分别分析了二阶混沌电力系统和四阶混沌电力系统的数学模型及混沌状态;然后利用状态转移算法进行未知参数的辨识,其中设定陷入局部最优判别机制用于判断状态是否出现早熟现象,若发生早熟现象,加入逆向转移机制使状态跳出早熟状态,增加群体的多样性,避免陷入局部最优解;最后将该改进状态转移算法分别用于二阶和四阶混沌电力系统的参数辨识。仿真结果表明,改进的状态转移算法对于不确定混沌电力系统的参数辨识不仅具有很好的辨识速度,而且也具有很高的辨识精度。

    2020年08期 v.44;No.441 3057-3064页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 配电网单相断线故障的负序电压电流特征分析及区段定位

    常仲学;宋国兵;张维;

    配电网单相断线故障会导致过电压、人身伤亡、电机损坏等事故。为了降低该类故障的排查难度,提出了一种基于负序电压电流相关系数的单相断线故障诊断方法。首先在给出配电网单相断线负序等效网络的基础上研究了负序电压和电流的相位关系,指出配电网在各种单相断线形态下故障线路故障点上游区段的负序电压和电流满足相关系数为负,而健全线路、故障线路的健全支路以及故障点下游各区段的相关系数为正,最后结合该特征分别给出了基于就地馈线自动化、智能分布式馈线自动化以及集中式馈线自动化模式的单相断线故障区段定位与隔离方法。理论分析和基于PSCAD的仿真结果表明文中的单相断线诊断方法不受中性点接地方式、功率因数、过渡电阻和断线形态的影响,同时与智能分布式和集中式馈线自动化结合使用时仅传输逻辑信号,通信量小。

    2020年08期 v.44;No.441 3065-3074页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于同步量测全尺度能量的配电网高阻故障动态检测方法

    刘洋;赵艳雷;Nirmal Nair;姚维强;

    高阻故障(high impedance fault,HIF)可能造成重大经济损失、对人身安全构成威胁,因此HIF检测对配电网来说比较重要,而微型相量测量单元在配电网中的使用为配电网HIF动态检测提供有利条件。文章针对配电网HIF检测问题,提出一种基于同步全尺度能量的配电网高阻故障动态检测方法。检测包括2个阶段:第一阶段使用克尔内克积和变分模态分解将工频电流信号分解为多个固有模态,然后采用Teager-Kaiser能量算子计算所有尺度能量;第二阶段使用具有复合指标的改进主元分析方法对第一阶段获得的尺度能量矩阵进行检测,最后通过判别标准实现对HIF的识别。仿真和实例试验表明,该算法能够准确检测出HIF,对过渡阻抗、噪声均具有鲁棒性。

    2020年08期 v.44;No.441 3073-3080页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于分区分压的配电网供电能力计算实用方法

    孙东雪;王主丁;田园;GUI ZIAO;

    从实际规划应用的目的出发,基于采用简单方法解决大规模复杂问题的思路,给出了2种供电能力的明确定义,提出了一种基于分区分压的配电网整体供电能力计算模型和方法。基于电气上相对独立划分的供电分区,相同电压等级配电网的供电能力采用其分区供电能力直接累加求得;基于不同电压等级配电网间供电能力的相互制约,多电压等级配电网整体供电能力取相关电压等级配电网供电能力中的最小值获得。其中,推导了将线路允许电压损耗转化为相应容量约束的近似估算公式,较为简捷地考虑了电压质量对供电能力计算的影响;推导了高压和中压分区供电能力的近似估算公式,便于人工计算或干预;针对通过中压线路相互联络的高中压供电分区,根据馈线现状负荷及其变化趋势预测计算相应的供电能力,使结果更符合实际。基于上述分区分压的计算过程可以直观方便地识别配电网的薄弱环节,并据此制定提升供电能力的措施或方案。算例结果表明,与现有供电能力计算方法相比,该模型和方法直观、简捷、稳定和有效,便于在实际工程中推广运用。

    2020年08期 v.44;No.441 3081-3091页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于宏观微观的继电保护设备评估体系构建方法

    刘一民;章家欢;杨心平;牛四清;郑少明;薛安成;

    随着"云大物移智"等技术的发展及坚强智能电网建设工作的推进,亟需构建一套适应于"云大物移智"环境下的坚强智能电网的继电保护设备评估体系。从建设坚强智能电网的战略目标出发,按照宏观–微观思路建立评估体系。首先,建立了多层、多级的需求体系,即宏观战略指标集;其次,对战略指标集进行多维度分解转化,量化形成了微观过程指标集;最后,以指标链的形式实现了两者的关联,形成了包含可靠性、安全性、维修性、保障性、测试性、整体装备性、管理规范性等多方面的评估体系。

    2020年08期 v.44;No.441 3090-3096页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 基于Faster R-CNN和U-Net的变电站指针式仪表读数自动识别方法

    万吉林;王慧芳;管敏渊;沈建良;吴国强;高奥;杨斌;

    随着人工智能和自动化水平的提高,机器人被越来越广泛地应用于变电站巡检,为图像采集带来了便利,但是指针式仪表图像的读数识别准确性问题尚未很好解决,成为了瓶颈。基于Faster R-CNN目标检测和U-Net图像分割技术,提出了指针式仪表读数自动识别方法。首先引入Faster R-CNN检测仪表图像中的表盘、指针所在区域,并对仪表进行分类;然后以图像分割技术取代图形检测算法,结合仪表图像特点,改进了U-Net网络,有效提取了区域中的刻度线和指针。针对分割类别不平衡问题,构造了U-Net的Dice损失函数;针对仪表旋转问题,提出了基于图像分割信息的透视变换方法对图像进行校准。最后通过算例对比了文中方法和传统机器学习算法、霍夫变换在指针式仪表图像读数识别上的效果。结果表明,文中方法在检测识别复杂图像中小目标的准确性和实用性上提升明显。

    2020年08期 v.44;No.441 3097-3105页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 华东电网调相机AVC控制策略研究

    巩伟峥;肖洋;夏潮;于大海;蔡金华;

    为实现调相机的无功优化控制,提出了一种高压直流换流站调相机的自动电压控制(automaticvoltagecontrol,AVC)策略。首先分析了调相机励磁控制系统和不同励磁控制模式之间的切换逻辑。针对调相机所在的高压直流换流站及近区电网,AVC主站建立二级电压控制区域,并对该区域实行无功协调控制。根据励磁控制模式之间的切换逻辑和AVC主站调相机控制策略,确定了调相机AVC子站的控制模式以及切换逻辑。通过实时数字仿真器(realtimedigital simulator,RTDS)动模试验,验证了所提策略的正确性和可实行性。文中提出的AVC控制策略,在电网故障时确保调相机动态无功支撑能力,稳态运行时发挥调相机无功源作用,从而优化区域无功出力,提高区域无功调节水平。

    2020年08期 v.44;No.441 3106-3113页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 面向电力物联网新业务的电力通信网需求及发展趋势

    刘林;祁兵;李彬;叶欣;梅文明;

    电力物联网是智能电网向能源互联网发展的关键环节,承载电力物联网新业务的电力通信网是沟通整个能源互联网生态圈的桥梁。为了适应电力物联网新业务的发展,对电力通信网的需求及发展趋势进行研究。先综述了电力物联网的研究现状,接下来结合电力通信网的实际情况,提出了适应电力物联网的电力通信网新架构。然后以典型业务为例,分析了电力物联网的通信需求,从面向电力物联网新业务的电力通信网关键技术应用和电力通信网发展趋势2个方面对电力通信网的发展进行探索。

    2020年08期 v.44;No.441 3114-3130页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 考虑数据中心需求响应的城市电网阻塞管理

    王晴;刘友波;黄杨;刘畅;陈刚;刘俊勇;

    随着"大云物移智"技术的快速推进,大型数据中心迅速发展,地理位置上分散的互联网数据中心(internetdata centers,IDCs)是大数据平台的物理基础。在数据流爆炸的背景下,用电容量巨大的IDCs可作为需求响应的一种,成为智能电网的重要互动资源。利用IDCs网络与城市电网动态关联特性,使数据负荷在IDCs网络中的迁移代替电能在电网中的转移。构建负荷转供方法与IDCs需求响应方法协同管控城市电网的双层优化模型,将城市电网静态容量转变为动态容量,解决城市电网阻塞问题与需求响应中2个独立主体运行效益问题。首先,构建电网公司与IDCs运营商双层协同优化模型,上层模型目标函数为电网公司阻塞管理成本最小、下层模型目标函数为IDCs运营商参与需求响应的收益最大,通过基于优惠券激励的需求响应决策模型,协调二者运行效益。其次,基于Benders分解思想构建算法的整体框架与流程,对模型进行求解。最后,通过算例验证:当IDCs达到一定规模时,协同优化模型阻塞管理效果优于传统负荷转供模型,在解决阻塞问题的同时,既能降低电网公司阻塞管理成本也能保障IDCs运营商参与需求响应收益。

    2020年08期 v.44;No.441 3129-3138页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]

高电压技术

  • 基于稀疏表示理论的特高压交流变压器声信号盲分离研究

    周东旭;王丰华;党晓婧;张欣;刘顺桂;

    运行中的变压器声信号由其机械结构振动经空气传播形成,易受周围环境影响,且所含干扰信号具有较大的不确定性,给基于声信号的变压器状态监测带来不利影响。为有效获取反映变压器运行状态的声信号,从特高压交流变压器声信号的声学特征出发,依据声信号的集合经验模态分解(ensembled empirical mode decomposition,EEMD)结果,提出了基于稀疏表示理论的特高压交流变压器声信号盲分离方法,即通过构建K-奇异值分解(K-singularvalue decomposition,K-SVD)字典和应用正交匹配追踪算法,得到了成分相对单一的特高压交流变压器声信号,有效抑制了特高压交流变压器声信号中的干扰成分。对某1000kV变电站主变声信号的计算结果表明:基于EEMD算法和稀疏表示理论能有效地对特高压交流变压器声信号中包含的环境噪声和人说话声等干扰成分进行盲分离,具有自适应性强、计算效率高和重构误差低的优点,可为基于声信号的特高压交流变压器状态监测提供重要数据支持。

    2020年08期 v.44;No.441 3139-3148页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • ±1100 kV换流站直流MOA综合老化特性研究

    付颖;乐波;余芳;魏琪;郭洁;

    在投运的特高压换流站中,各设备承受的运行电压、过电压负荷、波形差异大,不同节点MOA面临不同的老化威胁,研究直流MOV在各种负荷下老化特性对于直流MOA的参数选取具有重要意义。为了分析直流MOA可能承受的操作过电压、近区雷击和远区雷电过电压对MOV老化的影响,对±1100 kV换流站中直流MOA用的3种典型MOV施加不同强度直流、不同组合方式的操作冲击、大电流冲击、雷电波冲击,进行综合加速老化实验,研究直流MOV承受长期运行电压及不同冲击负荷应力时的综合老化特性,实验结果表明:冲击电流波形、强度、频次等对MOV性能的劣化影响权重排序为:大电流冲击>操作冲击>雷电波冲击;配方工艺对MOV的劣化特性影响很大;MOV在综合老化下的劣化状态存在着明显的极性效应。

    2020年08期 v.44;No.441 3149-3155页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 玻璃绝缘子裂缝的激光检测方法

    袁田;应斯;向孟宇;闫力松;李政言;夏旭东;

    玻璃绝缘子的自爆是输变电设备中会经常遇到的问题。针对盘形悬式玻璃绝缘子生产工艺中裂缝产生的原因和检测方法,开展了激光检测玻璃件裂缝方法研究。研究整理了玻璃件典型裂缝的参数和类别,分布的位置分别在玻璃件的A区、B区和C区。通过计算给出了裂缝夹角与折射角度的规律,发现当由玻璃体射向空气或裂缝时入射角大于41°会出现全反射。玻璃绝缘件的弧面是干扰测量准确度的主要因素,文中通过计算给出了最大偏移值为8.9 mm,并总结了其偏移和折射规律。根据激光在玻璃绝缘件中折射规律和计算结果对分布式穿透率测量方式、折射差值测量方式和场测量(散斑拍照)方式进行了对比,认为场测量(散斑拍照)方式是解决玻璃裂缝测量的最佳方法。

    2020年08期 v.44;No.441 3156-3163页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 并联间隙在10 kV配电线路的单相安装方式

    杨鑫;祝欢欢;钟淼龙;孙浩天;丁学辉;

    针对10 kV配电线路传统的并联间隙的三相安装方式使线路耐雷水平降低,跳闸率提高的问题,提出了并联间隙的单相安装方式。利用ATP-EMTP软件建立了10kV配电线路感应雷过电压和直击雷过电压仿真模型,分析了雷直击塔顶和感应雷过电压的情况下,并联间隙的单相安装方式对10 kV配电线路耐雷水平及雷击跳闸率的影响。仿真结果表明,并联间隙的单相安装方式在感应雷过电压和反击下的耐雷水平分别最大提高了162.5%、101.2%。在感应雷过电压下,并联间隙的单相安装方式可显著降低配电线路的雷击跳闸率,最高可降低48.08%。最后,针对雷击故障的不同特点给出了并联间隙单相安装方式下间隙距离的匹配方案。并联间隙的单相安装方式对提高线路耐雷水平、降低感应雷击跳闸率以及提高配电网的运行可靠性具有实际意义。

    2020年08期 v.44;No.441 3164-3171页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]

工程应用

  • 张北柔直电网单极接地故障机理分析

    刘麒麟;张英敏;陈若尘;刘天琪;曾琦;贺之渊;

    为实现新能源互补消纳,兼顾低碳奥运,国家电网公司拟在河北省张家口地区构建?500k V可再生能源四端环形柔性直流电网示范工程,工程采用半桥型子模块MMC和直流断路器组网,线路采用架空线路,包含极线和金属回线。架空线路易发生单极接地故障,针对直流电网单极接地故障时的极线故障电流,从放电源和放电路径的角度,得出故障电流由故障极换流器提供,健全极扰动电流由健全极换流器提供的结论。针对健全极母线过电压问题,从电位突变的角度,得出了健全极母线过电压主要由中性点电位突变和金属回线电感对电位的抬升导致的结论,换流器交换电压和桥臂电感对其也有影响。所述机理在PSCAD/EMTDC平台上得到了验证。针对极线故障电流和健全极母线过电压的共同影响因素,对接地电阻和电感的敏感度进行了仿真分析,可为其他工程提供理论参考。

    2020年08期 v.44;No.441 3172-3179页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 巴西美丽山Ⅱ期直流工程用饱和电抗器铁心损耗优化与特性分析

    张娟娟;盛财旺;巩少岩;周建辉;高冲;纪锋;

    巴西美丽山II期直流工程在工作频率、换流器拓扑、环境温度等方面与国内直流工程存在较大差异,若直接套用国内工程用饱和电抗器存在铁心损耗大、温升过高等问题。此外,饱和电抗器运行时温度较高一直是影响换流阀可靠性的潜在隐患。因此,亟需开展饱和电抗器的损耗优化研究,保证工程长期运行的可靠性。以巴西直流工程为切入点,开展了饱和电抗器铁心损耗研究,给出了一种通过调整铁心气隙减小铁心损耗的优化方法,分析了损耗降低机理,研制了饱和电抗器样机,结合仿真和试验分析手段,研究了调整电感值后饱和电抗器电气特性,验证了该方法的有效性。该优化方法不会影响饱和电抗器的外部结构和阀塔的整体结构设计,因此具有工程兼容性高、成本低的优点。同时,提供的优化思路不仅适用于巴西直流工程,也为不同直流工程用饱和电抗器的可行性分析提供理论指导,支持特高压直流工程换流阀前期设计以及技术改造。

    2020年08期 v.44;No.441 3179-3185页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 特高压GIL故障定位超声衰减特性及试验研究

    刘云鹏;费烨;陈江波;程林;李梦齐;刘诣;邵苠峰;

    苏通气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated transmissionline,GIL)综合管廊工程单相GIL长度接近5.8 km,在运行过程中一旦发生内部击穿将会对电网安全运行造成极大隐患,超声波原理故障定位方法可以快速和准确查找故障位置以便开展检修更换,难点在于超声波在特高压GIL上传输衰减特性及传感器的布置方法,其决定了故障定位的精度。为达到苏通工程故障定位到GIL气室的要求,研究了超声波在特高压GIL中衰减特性,开展了特高压GIL故障模拟试验和真型故障定位试验,获得了超声波经过特高压GIL直线单元、气隔盆子和伸缩节的衰减规律,得到了苏通工程GIL单个气室直线单元传感器布置方法,并对后续研究工作提供了一定建议。研究结果表明,超声波经GIL直线单元36 m传播后衰减约60%,经气隔盆子和伸缩节衰减约70%和89%,苏通工程单个气室布置2~3个超声波传感器即可达到故障定位到气室的精度要求。

    2020年08期 v.44;No.441 3186-3192页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
  • 混合式高压直流断路器例行试验方法研究

    陈龙龙;张宁;汤广福;崔翔;高冲;王谦;

    高压直流断路器是清除直流系统故障电流,保证系统安全运行的关键设备。例行试验是保障高压直流断路器正确装配及性能验证的重要手段。针对工程应用要求,首先结合混合式高压直流断路器工作原理和设备特点,构建了例行试验体系和内容,开展了关键电气应力分析,明确例行试验需要考核的电压和电流应力。接着开展了触发检测、电流耐受、分断试验和机械开关动态绝缘试验等关键试验方法研究,最后以500kV混合式高压直流断路器为例,给出了需要考核的关键试验项目和参数,搭建了例行试验平台,对所提方法进行了试验验证。该方法的提出,对于出厂生产和工程调试阶段,混合式高压直流断路器关键部件的功能和性能检测均具有重要的工程指导作用。

    2020年08期 v.44;No.441 3193-3199页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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