摘要:双碳目标下储能系统关键技术及应用

摘要:低功耗自供电设备随着物联网技术的不断进步逐渐成为发展主流。基于超级电容搭建的储能模块可应用于低功耗自供电智能设备，但超级电容的自放电特性会导致存储能量的损失及端电压的下降，不利于低功耗自供电设备的功耗管理及测量。文中建立了所述储能模块的等效可变漏电阻模型，通过实验确定了等效模型中的相关参数并通过Matlab/Simulink数值仿真软件对该储能模块的自放电过程进行了分析。最后对仿真结果进行了分段线性化拟合以便于后续测试误差修正或数学计算，并使用拟合后的等效电路模型预测了自放电期间储能模块的电压变化。该电压变化值与实验所测结果吻合，验证了模型的有效性，为低功耗自供电设备的电源管理单元设计及功耗测量等奠定了基础。

摘要:电池管理系统（BMS）是储能电池系统安全稳定运行的重要保障。为了保障储能电池系统的运行可靠性，在BMS投入运行前进行系统测试具有重要意义，而目前对于储能系统BMS的荷电状态（SOC）估计方法缺乏测试规范和标准。因此，文中针对储能电站BMS建立了入网测试平台，根据电池外特性信息建立Thevenin等效电路模型，电池开路电压曲线获取采用了电池倍率放电曲线外推的方法，结合双扩展卡尔曼滤波（DEKF）算法实现SOC的准确估计，并与EKF方法进行了对比。结果表明，DEKF方法在收敛速度和SOC估计精度上存在优势，分别在典型联邦城市运行工况（FUDS）和动态应力测试（DST）测试工况下，运用DEKF方法和EKF方法估计得到的SOC误差都低于1%，电池端电压误差分别在±10 mV和±20 mV以内，平均绝对误差分别为2.7 mV和3.8 mV。

摘要:储能是电网灵活性调度资源的重要成分，集中式储能（CES）容量除了应对移峰填谷的迫切需求外，还能在新能源高渗透下发挥巨大的电网备用能力。然而，在发（用）电计划和自身电量约束的双重影响下，这一能力呈现出明显的动态特征，给准确评估带来一定困难。因此，文中引入运行可行域的概念，通过描述CES的电量边界和功率边界来分析其备用能力，提出了在给定发（用）电计划下计算CES运行备用能力的新方法。基于某储能电站、某省级电网的仿真分析，验证了方法的有效性。结果表明，计及储能的备用能力可以有效减少系统的弃风光。进而，定量分析了储能电量/容量比、备用合约等对动态备用能力可能造成的影响，给出了进一步优化储能备用能力的建议。

摘要:超级电容器作为储能器件在工业领域有着广泛的应用。为提高超级电容器模块的输出特性，延长模块的使用寿命，以面向未来航空航天器瞬时功率的应用需求为基础，文中提出一种安全可靠的超级电容器双重均压技术。通过测量恒流充放电条件下超级电容器的充放电曲线及计算单体特征参数，揭示模块中单体的不一致性。在恒流充电过程中，双重均压电路以Buck-Boost电路为主要电路，开关电阻法电路作为备用电路，使模块实现充电时的动态电压均衡并在充电结束时达到额定电压值且不出现过充现象。双重均压电路解决了超级电容器模块中因单体不一致性所致的电压不均衡问题。

摘要:针对日益凸显的电网频率安全稳定问题，利用电化学储能的快速响应特性和功率双向调节能力，将其纳入到基于就地信号响应的频率安全第三道防线中，应对大功率缺额引起的低频问题。首先，分析电化学储能在低频第三道防线中的功能定位，基于单机带负荷等值模型，提出电化学储能参与频率安全第三道防线的频率响应模型；分析电化学储能分轮次动作的必要性和前提条件，提出临界容量及其计算方法。然后，研究电化学储能低频校正控制策略的制定方法，提出表征频率恢复效果和控制代价的综合指标，计及运行方式和故障场景，建立加权优化模型并整定电化学储能各轮次控制量。最后，实际电网的算例分析表明，所提出的校正控制策略具有较好的频率控制效果和适应性，有助于拓展电化学储能在电网中的应用场景。

摘要:随着规模化储能电站的集中建设和投运，储能以其快速、精准的功率控制特性，可有效改善系统的动态调节性能。针对规模化储能电站所接入的电网分区，文中从电力和电量两个维度，分析储能电站集群的聚合充放电能力并提出了聚合分析算法，为调度主站端的储能电站集群的快速功率控制、短时削峰或填谷、负荷趋势跟踪提供辅助决策依据。首先，根据当前电网分区在发用电平衡和输变电潮流控制中的调度控制需求，总结和归纳了储能分区聚合的控制目标；其次，提出了储能电站参与电网分区控制的分配策略，即通过状态转换、考虑荷电状态均衡的功率调整依次计算调用容量，实现满足分区控制目标的闭环滚动跟踪；最后，通过算例验证该策略能充分发挥储能资源的规模聚合特性，支撑调度机构解决电网分区运行控制难题。

摘要:负荷波动是导致频率不稳定的重要因素，而短期负荷预测可以预估系统有功出力，有效抑制频率波动。针对西南电网异步互联后的频率波动问题，文中首先对西南地区负荷波动幅值的概率分布进行分析，并将负荷波动概率纳入负荷预测过程，提高预测精度。然后，基于西南电网的负荷概率分布特点，提出融合反向传播（BP）神经网络和支持向量回归（SVR）的新型混合算法，采用BP神经网络对负荷水平进行评估，利用所得负荷水平作为SVR训练集的选取依据，进而预测当日负荷。最后，基于实际负荷数据进行频率仿真，并与传统方法的预测结果进行对比，验证了所提模型负荷预测精度及频率波动抑制效果的优越性。

摘要:张北地区大规模新能源发电经柔直换流站孤岛送出系统中，送端换流站容量小于纯新能源电源总容量。为确保换流站功率波动不会短时越限，文中设计了功率越限快速控制系统，包括功率越限回降控制系统和紧急虚拟频率控制系统，对换流站功率越限进行有效预控，确保换流站安全。首先，对张北地区新能源发电的运行数据进行分析，得出张北地区新能源有功短时波动特性，通过概率统计确定在某一时间尺度内发生的最大波动速率，为系统参数设计提供支撑。然后，详细介绍功率越限回降控制系统结构、对新能源功率预控控制过程、关键参数整定原则及回降功率的新能源执行站调用原则等。紧急虚拟频率控制系统作为功率越限回降控制系统在通信中断时的备用。最后，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建了换流站主站以及执行站控制器的仿真模型进行验证。

摘要:电力变压器分接开关位置调整是电力系统调压的一种重要手段。当分接开关不在标准档位时，变压器工作在非标准变比条件下，其运行电气参数偏离额定参数。现有非标准变比变压器模型难以同时保证高精度和高计算效率。针对此问题，利用电路网络等值变换，提出改进Π-1型非标准变比变压器等值电路模型，该模型具备精确T型非标准变比变压器模型高精度的优点，且无需增加额外节点，计算效率高。为进一步提升应用于前推回代潮流计算的收敛特性，基于Y-△阻抗网络等值变换推导出改进Π-2型模型，增加模型的实用性。基于简化两节点、修正IEEE 9和IEEE 300测试算例进行对比分析，验证了所提模型在计算精度、速度和收敛性能方面的有效性和优越性。

摘要:为了进一步提高短期负荷的预测精度，为电力系统的稳定运行提供更加有力的保障，文中提出了一种将时间卷积网络（TCN）和门限循环单元（GRU）相结合的短期负荷预测方法TCN-GRU。首先，将采集的训练数据划分为时序数据和非时序数据；其次，将时序数据输入到TCN模型中以提取时序特征；然后，将提取出来的时序特征与非时序数据组合起来输入到GRU模型中对模型进行训练；最后，利用训练好的模型实现对短期电力负荷的预测。基于广东省佛山市某行业真实负荷数据验证了TCN-GRU模型的负荷预测能力，并通过对比多种深度学习模型的预测效果，验证该模型具有更高精度的短期负荷预测能力。

摘要:风电功率概率预测是分析未来风电功率不确定性的有效方法之一。为提高风电功率概率预测精度，文中提出基于变分模态分解（VMD）与改进门控循环单元分位数回归（QRGRU）的超短期风电功率概率预测方法。首先，采用VMD将原始风电功率序列分解成不同特征的模态函数；然后，对每个模态函数分别建立基于QRGRU的概率预测模型，并将变量间的网络结构约束作为目标函数的惩罚项，改进QRGRU权重在迭代修正过程中的平稳性；最后，在不同分位数条件下叠加各个模态函数预测值，并采用非参数核密度估计方法得到未来风电功率的概率密度函数。结合某风电场实测数据开展具体算例分析，结果表明所提方法能够兼顾区间覆盖率，减少区间宽度，在不同预测步长中均能表现较好的预测效果。

摘要:为提升受端电网电压支撑能力和减少直流连续换相失败风险，文中提出一种多动态无功装置运行优化方法。首先，考虑故障后电网电压恢复速度和直流熄弧角变化关键特征，提出适用于受端电网的电压弹性评估指标，精确衡量受端电网故障后的电压恢复能力；然后，以电压弹性最大为优化目标，多动态无功补偿装置无功出力为优化变量，考虑受端电网潮流平衡、节点电压上下限等稳态约束和暂态约束条件，建立多维非线性含微分方程的数学优化模型；最后，采用粒子群算法对上述模型进行优化求解，以实际苏州南部电网为例进行仿真验证，结果表明文中方法可有效提升短路故障后电网电压恢复速度，并减少直流连续换相失败次数。

摘要:负荷功率呈现时空多样的变化特性，其影响因素众多，构建负荷功率模型的关键之一是确定模型的输入特征量。文中着重研究短期负荷功率模型的特征选择，旨在从历史负荷、气象、日期等众多特征中选出最优特征集。首先，采用最大信息系数、基于支持向量机的递归特征消除法和随机森林3种不同特征选择方法分别对输入特征集进行选择；然后，根据对比分析结果提出基于遗传算法的最优特征集搜索策略，选定XGBoost预测模型的误差指标作为适应性函数进行迭代优化搜索；最终，确定负荷功率模型的最优特征输入集。采用某地区220 kV变电站母线负荷数据进行算例分析，对比各方法所选特征集作为功率模型输入得到的负荷预测效果，验证了文中方法的有效性和准确性。

摘要:针对配电网量测冗余度低且开关变化频繁、识别出正确的拓扑结构存在困难的现状，文中提出一种基于支路有功功率的配电网拓扑结构识别方法。该方法基于支路有功功率残值的大小选择可能断开的支路，得到若干种可能拓扑结构；采用相同量测值，在每个可能拓扑结构下分别进行状态估计并计算匹配目标函数值，从可能拓扑结构集中找到可能性最高的拓扑结构作为可信拓扑结构，降低配电网拓扑结构分析的解空间；并引入快速潮流直流法进行状态估计，提高了算法的计算效率，从而把此类配电网拓扑检错问题转换为以量测值匹配度高为目的的配电网重构问题。算例表明，该方法合理有效，快速简便，且在带有较大量测误差的情况下也有很好的适应性。

摘要:为了优化储能系统容量配置，提高直流微网群的供电可靠性和经济性，文中提出了一种考虑各子微网互为备用的独立型直流微网群混合储能联合优化配置方法。首先，以直流微网群混合储能整体投资运维等年值成本最低为优化目标，建立混合储能容量配置模型；其次，在不失各个子微网混合储能容量配置独立性的前提下，进一步降低混合储能的配置成本；最后，以双直流微网群为算例对象，通过对比独立优化与联合优化的配置结果说明了利用微网群功率互联的特点能够大幅降低混合储能系统投资成本，提高微网群运行稳定性，从而证明文中所提配置方法的优越性。该方法后期可为独立型直流微网群的规划建设提供依据。

摘要:为平抑可再生能源系统所引起的联络线功率波动，工业园区通常采取整合园区内部所有源荷设备进行统一集中管理或基于电力需求响应的简单源荷互动运行模式，未能充分挖掘园区多能负荷综合需求响应的潜力。在分析工业园区用能特点的基础上，文中提出了一种基于综合需求响应的联络线功率控制方法，建立了园区与生产任务相关的储能、空调负荷以及电动汽车的综合需求响应特性模型，并通过激励多元用户进行需求响应以平抑功率的波动，有效实现了兼顾综合运行成本及跟踪控制误差的联络线功率控制。结合南方某蓄电池生产工业园区进行算例分析，结果表明该方法能降低园区经济损失，使内部负荷用户受益，并确保对联络线功率计划的有效跟踪。

摘要:脉冲激光清洗瓷式绝缘子表面污秽会产生强烈的热效应，分析清洗过程中的温度特性至关重要。文中以沾污的瓷式绝缘子为研究对象，通过仿真和实验相结合的方法，研究不同典型污秽、不同污秽含水量、不同激光能量密度及波长等工况下温度场的变化规律。结果表明：温度的高低与污秽含水量、激光能量密度成正比，与激光波长成反比，其中激光湿式清洗比干式清洗效率高；在保证绝缘子瓷材料的抗热稳定性的前提下，激光能量密度处于2.52~3.81 J/cm²，扫描速度1 000 mm/s时，不会损伤绝缘子基底材料，可达到最佳清洗。

摘要:交联聚乙烯（XLPE）电缆中电树枝的生长伴随局部放电（PD）的产生，二者间存在一定关联。XLPE材料绝缘强度较高，其中发生的PD在超高频（SHF，3~30 GHz）频段的信号幅值相对较高。文中采用基于针-板电极结构和XLPE绝缘材料的试样，在不同温度和电压下对电树枝生长过程中的形态和PD的SHF信号进行同步检测，分析了电压与温度条件对二者的影响，并研究了二者间的特征关系。研究表明XLPE中电树枝的长与宽和温度与电压呈正相关，电压较低时对分形维数较低，较高时分形维数无明显变化。SHF信号幅值也与温度和电压呈正相关关系，电压较高时，信号幅值呈现先增大再减小至平缓趋势，频率在电压较低时信号有一定程度下降。电树枝生长情况和SHF信号的幅值呈正相关关系，且当电树枝生长速度较快时，SHF信号的频率也会升高。

摘要:局部放电特高频（UHF）法广泛应用于电气设备在线监测，由于UHF信号传递函数的影响因素相当繁复，至今未能实现定量校准。为研究UHF检测技术定量校准的影响因素，分析了典型局部放电源的放电机理，通过试验研究了UHF信号的传播规律以及天线测量特性。研究表明，基于特征参量放电量的UHF检测校准可靠性与放电源有较大关联，电晕放电与悬浮放电的校准曲线更能准确表征设备绝缘缺陷的严重程度，内部气隙放电与沿面放电的准确性则相对较差。UHF信号能量衰减至平稳期所需距离随频率增高而变小，而UHF信号频率变化时不影响传感器在不同角度测量的信号能量衰减变化规律。因此，UHF信号校准必须综合考量具体的放电类型与测量条件。研究结果可为构建UHF校准体系的进一步研究提供参考，对推进UHF法在电力设备故障诊断和绝缘状态评估中的应用具有重要意义。

摘要:由于智能分布式馈线自动化（FA）的对等式通信对通信介质有着严苛的要求，目前主要采用基于以太网无源光网络（EPON）或工业以太网技术的光纤通信方式。该通信方式需要铺设费用昂贵的光缆通道，因此难以适用于老城区或旧线路改造区域。文中通过研究智能分布式FA故障处理过程和无线通信情况下智能分布式FA的自适应性，提出基于4G/5G无线通信的智能分布式FA技术。针对通信过程中可能出现通信中断、通信延时与丢包、通信多包等异常情况，采用应用层协议控制与故障处理流程相结合的方法，实现终端之间通信时间指标与FA过程的严密配合，完成无线通信情况下的分布式故障处理。通过模拟多场景测试和现场应用情况，表明文中算法能够适应不同的无线通信条件并准确完成故障隔离与非故障区域的恢复，验证了文中基于无线通信的智能分布式FA技术的有效性。

摘要:主动配电网（ADN）中可再生能源与电动汽车的大量接入给当前配电网的规划、建设、调度和运行带来了诸多挑战。文中研究和设计综合考虑源、网、荷侧不确定因素的ADN优化调度方法，对实际配电网运行具有重要指导意义。首先建立ADN综合评估体系，分别从主动控制性、主动管理性和主动经济性三方面衡量ADN的优化调度水平。而后，依据综合评估体系，提出考虑电动汽车智能调度系统的多阶段优化方法，该方法不仅可平抑间断性电源和电动汽车接入电网引起的波动，还可实现当前配电网结构和资源的优化调度。因此，所提方法可被广泛运用于电力系统日前调度，实现ADN的高效运行和管理。

摘要:气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的状态影响电力系统运行的可靠性，而局部放电是设备潜伏性绝缘故障的重要表现之一。传统局部放电模式识别方法依赖专家经验选取局部放电特征，主观性强且不确定度高。针对这一问题，文中提出将深度学习技术引入局部放电模式识别领域，运用卷积神经网络及其扩展自编码网络提取局部放电信号特征，充分发挥自编码网络的特征抽取能力。同时，将所提取的特征与经典分类器进行衔接，有机结合传统机器学习方法与深度学习方法，实现局部放电信号的基本参数提取、统计特征计算与放电类型识别。实验结果表明，文中所提方法提取的特征相较传统的人工特征可明显提高局部放电的分类准确率和分类效率，具有广阔的工程应用前景。

摘要:局部放电的检测和识别对气体绝缘全封闭组合电器（GIS）运行状况的监测起着至关重要的作用。金属微粒缺陷是一种极易引发GIS局部放电的典型缺陷。文中主要研究金属微粒诱发的GIS内局部放电沿面爬电的发展过程。为此，根据GIS实际运行条件，搭建GIS模拟实验平台，采用阶梯升压法划分试验阶段，利用脉冲电流法检测各阶段下的局部放电模式，与此同时架设增强型电荷耦合检测器相机（ICCD）实时记录金属微粒局部放电的沿面发展过程，并采用K-Means聚类算法结合特征参量对其发展过程进行划分。结果表明GIS盆式绝缘子上金属微粒的沿面局部放电演变过程分为3个阶段：电晕放电主导阶段、电晕与流注放电并存阶段和流注放电主导阶段。

摘要:SF₆因优异的电气特性广泛应用于电器绝缘设备中，但其产生的温室效应对大气环境具有极大损害。近年来，C₅F₁₀O作为一种环保型SF₆潜在替代气体受到国内外科研工作者的关注。为进一步探究C₅F₁₀O/干燥空气与C₅F₁₀O/N₂的绝缘特性，文中利用气体绝缘性能测试平台，对不同气压、不同C₅F₁₀O分压下的2种混合气体在准均匀电场下进行工频击穿试验。实验结果表明，C₅F₁₀O混合气体绝缘强度随气体压强的增大而增大；提高C₅F₁₀O分压亦可提高两类缓冲气体的绝缘强度，且对N₂绝缘强度提升相对值大于干燥空气。从绝缘强度考虑，适当增大C₅F₁₀O混合气体气压和C₅F₁₀O分压，C₅F₁₀O/干燥空气比C₅F₁₀O/N₂混合气体更具潜力替代室内中低压设备中的SF₆。

摘要:为了研究大型单桩式海洋风电装置风振效应较为显著的原因，利用p-y曲线法考虑结构的桩土相互作用，理论分析了风-结构流固耦合的原理与特性，并通过ADINA软件建立了“风轮-机舱-塔架-基础”整机的数值模型，对风电装置整机结构的风致振动问题进行了数值模拟，并与现场监测数据进行对比。结果表明，数值模态分析与现场监测结果较为吻合，考虑流固耦合效应的风致风电机整机结构的动力响应数值分析与现场振动监测结果较为接近，且趋势一致。研究成果证明了文中提出的整机数值模型和数值风洞对风电机整机结构进行风振分析的可行性与可靠性，可为风电装置结构设计及振动控制仿真研究提供科学依据，为类似工程结构的风振分析提供借鉴。

摘要:换流变是高压直流输电系统的重要组成部分。换流变阀侧自身无接地点，但直流侧有接地点，当换流变阀侧区内发生单点接地故障时，随着换流阀的导通和关断，故障电流呈现不规则的变化，换流变自身现有保护可能灵敏度偏低。极端情况下，当Y/Y接线变压器阀侧中性点发生接地故障时，换流变自身主保护无法快速动作。文中从换流变的结构及运行工况出发，定性概括了阀侧接地故障后的电流特征；分析了现有保护系统的特性；提出了基于零序差动和快速零序过流原理的换流变阀侧保护优化方案；并结合现场故障录波及实时数字仿真系统仿真波形对其进行了验证。验证结果表明，优化后判据可以有效提高换流变保护在阀侧区内单点接地故障下的灵敏度、动作速度及故障定位准确度。

摘要:新一代电网调度控制系统采用“物理分布、逻辑统一”的体系架构，全局分析决策业务集中部署于多个异地分析决策中心，为了保障系统的稳定可靠运行，引入业务多活技术，实现了多中心负载均衡。文中介绍了业务多活环境下基于场景与服务状态的全局负载分流机制的设计与实现方法，能够根据新一代电网调度控制系统的特点完成业务访问分流并快速检测到中心故障完成业务访问中心切换，解决了调控系统传统C/S架构下多中心负载分流机制不能适用于新一代电网调度控制系统，且中心发生故障时切换较慢的问题，实现了客户端访问根据应用业务分布情况进行分流以及快速切换。该方法既适用于所有中心都提供对等服务的业务，也支持提供主/从服务的业务。

摘要:光热发电配置储热后具有良好的调节性能和跨日调节能力，使得光热机组有一定替代常规机组带负荷的能力，即容量效益。由于光热发电容量效益与光热电站的运行方式、储热时长等因素密切相关，如何评估光热发电容量效益对光热发电的未来发展具有重要作用。文中提出一种基于等可靠性的光热电站容量效益评估方法，考虑了调峰方式、储热时长、新能源规模、光热规模对容量效益发挥的影响，采用基于数学优化的生产模拟仿真程序，以周为尺度，计算全年8 760 h的系统运行状态，计及了机组启停、水电跨日调节、抽蓄跨日调节、光热电站的跨日调节等因素。通过对西北地区实际电网的仿真，验证了所提方法的有效性。

摘要:国内电力零售市场建设起步较晚，在零售电价、套餐计划等方面尚不成熟，仍需进一步完善。日本、新加坡与我国体制较为相似，在上述方面的建设中已取得一定成就，可为我国电力零售市场建设提供参考。文中梳理了日本、新加坡电力零售市场的改革历程，对比分析了两国零售电价、套餐在零售市场全面放开后的变化及现状。进而结合我国建设较好的云南零售市场实际情况，从日本、新加坡零售市场建设中的市场改革、零售套餐、零售电价、零售商、网络业务等方面进行分析，提出逐步放开零售市场、推出联合套餐、建设网络平台等相关建议，以期为我国电力零售市场的完善和发展提供参考。