摘要:

摘要:模块化多电平换流器（MMC）桥臂无冗余子模块（SM）时，SM故障将导致故障相电压输出能力降低，进而导致MMC输出线电压不平衡。为恢复故障后无冗余MMC输出线电压特性，提高非故障桥臂SM利用率，文中基于中性点转移（NT）与直流分量注入（DCCI）控制，提出应用于无冗余MMC的SM故障容错控制策略。该容错策略通过NT控制，调整三相电压相角，确保输出线电压平衡。此外，文中提出三段式最优DCCI幅值计算方法。与现有方法相比，最优幅值DCCI能进一步提升非故障桥臂SM利用率，提高输出线电压幅值。基于PSCAD/EMTDC平台搭建三相MMC仿真模型，仿真结果验证了所提容错控制策略的有效性。

摘要:模块化多电平换流器（MMC）已广泛应用于风力发电系统中，其中绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块的设计直接影响着系统的各项性能。而IGBT模块的设计选型缺乏理论指导，存在IGBT模块裕量选取过大造成的成本浪费现象，因此文中提出一种基于双目标优化的IGBT的定制化设计方法。首先以损耗和芯片成本作为IGBT定制化设计的指标，结合风力发电的年运行工况，根据风速的概率分布来评估IGBT损耗，通过双目标粒子群算法求得Pareto前沿。最后，分别采用IGBT模块和分立元件2种方法进行定制化设计，结果表明所提设计方法在降低器件成本的同时可以兼顾变流器的损耗和可靠性。

摘要:适用于环境保护需求，替代船上柴油发电机发电的岸电系统蓬勃发展。应用于岸电系统的模块化多电平整流器工作时温升过高会降低其运行可靠性，损耗是反映其温升的重要参数。在忽略整流器其他损耗因素情况下，针对开关器件的损耗建立简化模型，并结合电热转换原理建立模块化多电平变换器（MMC）整流器半桥子模块开关器件的温升分析模型，从而确定温升与开关器件损耗的关系式。基于建立的损耗及温升模型，仿真分析载波移相和最近电平逼近2种调制方式对开关器件温升的影响，与实际工程条件下的验证一致。结果表明载波移相调制方式下开关器件温升更小，实际工程中选用该调制方式可以在一定程度上抑制温升。文中搭建的温升模型可为后续研究其他温升抑制措施提供模型依据，可验证温升抑制措施的有效性。

摘要:为了考核模块化多电平换流阀应力及其运行可靠性，针对高压大容量柔性直流换流阀子模块电压逐步提高的情况，提出了一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法。首先对柔性直流换流阀的典型运行工况进行了应力分析；其次，结合应力分析，提出一种模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑，并建立了该试验拓扑的数学模型，阐述了其运行机理；同时，通过控制量的对称性，实时消去了交直流控制量中的直流分量；最后，搭建了仿真模型并进行了验证。结果表明，提出的模块化多电平换流阀新型运行试验拓扑及其控制方法具有正确性和有效性，所提试验拓扑降低了直流试验电源的电压需求，其控制方法简化了试验电路的控制。

摘要:在真双极柔性直流输电系统中，虽然换流变压阀侧交流单相接地故障出现的概率较低，但是一旦发生，直流侧会产生严重的过电压。文中研究了柔性直流输电系统模块化多电平换流器（MMC）阀侧发生单相接地故障时的过电压特性及产生机理。首先，分析闭锁前后MMC桥臂子模块电容的充放电回路，对桥臂过电压和健全极线过电压的产生机理进行研究。随后，基于厦门柔性直流输电系统，对阀侧单相接地故障特性分析的准确性进行验证，并仿真分析闭锁延时对过电压的影响。结果表明，桥臂子模块电压的升高是由于直流线路分布电容的放电作用，健全极线过电压是由于闭锁前子模块电容的放电以及闭锁后交流侧电压的充电作用，闭锁时间越短，健全极线和故障相子模块电容过电压幅值越低。

摘要:逆变侧采用电网换相换流器（LCC）和模块化多电平换流器（MMC）串联组成的特高压混合级联多端直流输电系统，为特高压直流输电提供了一种更为经济、灵活、快捷的输电方式。基于现有直流电网的协调控制策略，文中对受端MMC阀组之间的协调控制策略进行了深入的分析研究，并考虑了5种协调控制策略。然后，在PSCAD/EMTDC中，对上述5种策略遭受不同故障的响应特性分别进行仿真，故障包括送端交流故障、直流线路故障、受端LCC交流故障、受端MMC1交流故障及MMC1紧急闭锁退出。最后，基于仿真结果，对上述5种协调控制策略的适用性进行了对比分析。仿真结果表明：策略1和策略3遭受各种故障均能有效穿越；策略2、策略4和策略5在遭受直流线路故障时均发生不同程度的功率倒转，需要采取措施抑制。

摘要:电网侧发生单相接地故障会造成交流电压一定程度的跌落，此时可通过注入无功电流使模块化多电平换流器（MMC）系统实现故障下的低电压穿越。但接地阻抗会影响整个系统的拓扑结构，使各序网络之间相互耦合，因此对该条件下MMC系统的建模和稳定性进行分析至关重要。文中首先建立单相接地故障下MMC系统交流侧等效模型，并分析混合注入双序无功电流后的故障穿越过程。然后，基于MMC内部子模块电容电压和桥臂电流的动态特性建立MMC系统的小信号模型，并在分析系统失稳机理的基础上，利用根轨迹法分析阻抗参数和电流耦合对MMC系统小信号稳定性的影响。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建21电平MMC仿真模型，仿真结果表明，电网阻抗减小或接地阻抗增大使得系统趋于不稳定，负序无功电流注入使得正序无功电流稳定区域增大。

摘要:为研究不同运行年限交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘层不同位置的介电特性变化，文中对2条退役和1条备用110 kV电缆绝缘层进行分层取样，在50~250℃之间选取8个温度点，进行介电谱试验。结果表明：XLPE电缆绝缘的复介电常数在高温下随频率变化明显；各试样的电导率和松弛峰峰值频率随运行年限的增大先减小后增大，能较好反映不同运行年限电缆的介电特性变化；同一电缆试样不同绝缘层位置的松弛峰峰值频率对应的活化能和Cole-Cole曲线对应的圆心角之间的差异随运行年限的增大先减小后增大，能较好反映电缆不同绝缘层位置之间的介电特性差异。各试样介电特性在高温下随运行年限的变化可作为评估XLPE电缆绝缘状况的有效手段。

摘要:相较于交流配电网，直流配电网存在故障电流限流、阻断和电能质量治理等多种问题。为减少直流系统中设备的数量，文中提出了一种基于LCL型多功能故障电流控制器拓扑结构，使其同时具备故障限流、故障阻断和电压调节功能。首先针对该拓扑结构，研究其在限流、阻断和电压调节等不同工作目标下的运行工作原理，分析LCL结构的滤波和限流复用过程，提出故障电流的快速检测方法。然后，通过对限流器件不同位置电压变化率和电流变化率的阈值匹配，实现双极故障、单极故障和高阻故障等多类型故障的快速判断。最后，搭建系统仿真模型，验证了该故障电流控制器拓扑同时具备调压、限流和阻断等功能，且能够快速检测故障电流。

摘要:目前悬索式跨越架的设计未考虑动态冲击效应。为了探究悬索式跨越架在不同工程参数下抗导线冲击的影响规律，文中以悬索式跨越架承载索常用的超高分子量聚乙烯绳为例，建立了绳索受冲击的仿真模型。文中研究不同工程参数对跨越架在事故工况下（断线和跑线）的抗冲击性能影响规律，得到基于桁架单元的动力学仿真与试验的最小误差为0.67%。仿真结果表明：因牵引板的作用，断线对跨越架产生的冲击载荷大约为跑线的2~3倍；跨越架冲击载荷随落线高度而增加，但具有一定随机性，其弧垂变化水平在4~4.5 m；中间承载索和绝缘网安全系数较小；1 250 mm²导线比630 mm²导线的线密度、配套使用的牵引板大，故1 250 mm²导线对跨越架的冲击较大。

摘要:交直流系统中整流侧换流母线电压恢复会引起直流电流增大，从而导致逆变器换相失败。为了解决该问题，文中首先以CIGRE HVDC标准测试系统为例，分析了电压恢复期间逆变侧控制系统的控制特性，发现由定电流控制切换为定关断角控制瞬间及之后一段时间内，直流电流较大及增速过快从而引起电流偏差控制输出较小且快速降低是诱发换相失败的重要原因。其次，提出了一种通过改进定关断角控制器以改善整流侧换流母线电压恢复导致关断角过小的控制方法。最后，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中利用CIGRE HVDC标准测试模型仿真验证了所提方法的有效性，由仿真结果可知该方法能有效抑制由整流侧换流母线电压恢复导致的逆变器换相失败。

摘要:双回路同沟电缆-同塔架空线混合线路感应电压和感应电流的计算是检修时接地刀闸选型的关键。电缆回路间感应电压电流的计算不同于架空线路。电缆金属护套对线芯具有静电屏蔽作用，根据护套接地方式不同其对线芯也具有不同的电磁屏蔽效果。文中针对220 kV双回路电缆-架空线混合线路开展运行线路对检修线路的电磁感应研究。首先根据电磁耦合推导出混合线路的感应电压、电流计算公式。其次仿真计算分析，分别研究混合线路中电缆段长度占比的变化对感应电压电流的影响；电缆护套单端接地、双端接地以及交叉互联两端接地3种接地方式对于感应电流的影响；接地刀闸等效接地电阻对于感应电流的影响。结果可为混合线路接地刀闸选型提供理论计算参考。

摘要:交流潮流（AC）算法需迭代求解，难以满足实际电力系统在线安全校核的需求。文中基于卷积神经网络，提出一种电力系统线路开断潮流的快速计算方法。离线训练阶段，从线路开断前后工况与拓扑的变化中提取特征作为输入信号（原始特征图），经大量算例训练后，卷积神经网络构建了原始特征图与线路开断后潮流结果的非线性映射关系。在线应用时，直接生成原始特征图，并基于离线训练的卷积神经网络计算测试集的潮流结果。经4个IEEE典型系统的N-2潮流仿真验证，文中方法具有良好的泛化能力。相比传统交流算法，文中方法将速度提高了接近80倍；相比传统人工神经网络模型，文中方法将精度提高近了1个数量级。

摘要:电网规模的发展和负荷的增长使得不同分区无功电压情况的差异性增强，负荷中心区域电压稳定问题日益突出，而负荷较轻区域部分时段易出现高电压和无功过剩，亟需全面评估电网中多分区的无功电压状态，为全局无功协调控制及分区间互动支撑提供数据支持。鉴于此，文中提出一种基于模糊C均值聚类（FCM）和动态时间归整算法（DTW）的评估方法。该方法采用FCM对分区多个时间断面的指标数据进行模糊聚类，形成聚类中心并提取样本的平均特征；同时，利用DTW对聚类中心数据与参考样本进行模式识别，可评估出电网多分区的电压支撑能力。以某典型电网为例，验证所提评估方法的有效性。

摘要:高压直流（HVDC）换相失败会对交流系统产生巨大的功率冲击，必须对直流输电系统换相失败状态作出准确识别，才能针对性地采取安全稳定控制措施。目前，工程应用的稳定控制装置识别HVDC换相失败完全依赖于直流控保信号，当直流控保系统死机或者与稳控装置通道异常时，稳控装置将无法动作。文中研究了HVDC换相失败工况下的电气量特征及识别原理，介绍了直流控保系统换相失败保护判据及其适用性，提出了适用于安全稳定控制的换相失败、连续换相失败、多直流同时换相失败识别判据。基于实际控保系统的宾金直流实时数字仿真系统（RTDS）试验结果表明：所提判据能够准确识别直流系统发生换相失败，并且能够根据安全稳定控制的需求判断连续换相失败发生的次数和时间间隔。

摘要:网络拓扑优化作为一种新技术，通过在电网运行过程中改变网络结构来改善系统潮流分布，提升系统运行安全经济性。文中针对现有静态与动态网络拓扑优化方法分别存在的灵活性差与计算效率低的问题，提出了一种折中的半动态拓扑优化方法，进而基于该方法进行电力系统运行方式的辅助决策。首先，介绍了当前静态与动态两类网络拓扑优化方法的优缺点，进而提出了半动态网络拓扑优化方法；其次，基于静态、动态与半动态3类网络拓扑优化方法，构建了一般形式的电网运行方式辅助决策模型，进而运用线性化技术，将所提模型转化为混合整数线性规划问题；最后，对IEEE 14节点及IEEE 118节点系统进行计算分析，说明了所提半动态网络拓扑优化方法能够兼顾系统运行灵活性与模型解算效率。

摘要:针对部分工业类母线负荷波动较大，传统点预测方法难以准确预测的问题，文中提出一种基于卷积神经网络（CNN）与长短期记忆网络分位数回归（QRLSTM）组合的母线负荷日前区间预测模型。首先，针对工业类负荷功率的高频波动，采用去噪自编码器对历史负荷数据进行降噪处理；然后，利用基于时间分布层封装的一维CNN网络进行负荷特征提取和压缩，以提升整个模型的学习效率；最后，建立含有注意力机制的QRLSTM模型进行特征学习，得到不同分位数下的负荷区间预测结果。对工业类和居民商业类2种典型的220 kV母线负荷进行了负荷日前区间预测测试，并与常规的分位数回归方法进行了对比。结果表明，文中方法获得的预测结果总体上区间覆盖率更大、区间平均宽度和区间累计偏差均更小，预测效果更好。

摘要:基于背靠背电力变换器的智能软开关（SOP）能柔性、快速、精确调控配网潮流，实现配网电压、网损等多控制目标统一优化管理，同时具备故障隔离和故障恢复功能。但该型SOP的供电恢复范围受限于其自身容量，难以满足全部停电用户供电需求。文中提出了一种由小功率背靠背电力变换器与负荷开关并联组成的低成本混合型SOP。正常工作模式下，仅由背靠背电力变换器调控系统潮流及电压分布；线路故障模式下，由负荷开关承担供电恢复功能，且故障清除后通过灵活调控背靠背电力变换器实现闭环运行工况下负荷开关的零电流开断，增加负荷开关使用寿命，降低成本。最后，通过仿真验证了混合型SOP的供电恢复能力以及零电流开断技术的有效性和可行性。

摘要:空间负荷预测对配电网规划建设具有重要意义。为了提高配电网空间负荷预测精度，文中提出基于熵权法与灰色关联分析-极限学习机（GRA-ELM）的配电网空间负荷预测方法。首先，将规划区域内的小区按用地性质划分，分析不同类型负荷的影响因素，建立空间负荷密度指标体系；其次，利用熵权法对不同类型负荷的负荷密度指标进行权重分配；然后，应用GRA挑选出与待测地块负荷密度指标相似的训练样本；最后，将样本带入经粒子群优化（PSO）算法参数处理后的极限学习机（ELM）进行训练，得到预测结果。通过实例对所提方法的性能进行仿真验证，结果表明，所提方法相对其他方法的空间负荷预测精度更高。

摘要:介质损耗是评价电力电缆绝缘状态的重要指标之一。振荡波电压作为目前新兴的检测电压，因具有与工频交流电压较好的等效性，在局部放电检测领域有广泛的应用，但振荡波电压下的介质损耗测量工作暂未深入开展，对绝缘状态一体化检测具有局限性。为了解决目前的局限性，文中提出了一种基于振荡波测试技术的电缆介质损耗测量方法。在振荡波测试系统每次工作期间，采集电缆试品的电压或电压、电流数据，然后通过数据后处理提取波形参数，从而获得准确的介质损耗。文中同时对2种基于振荡波电压的介质损耗测量方法进行对比与现场误差分析，得到基于振荡波电压、电流波形的介质损耗角测量方法，具有较高的准确性以及实用性，并提出了解决零点漂移的方法。最后，仿真以及实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

摘要:为实现高压柔性直流电缆绝缘材料国产化，文中通过添加纳米粒子方法制备了高载流量（工作温度90℃）柔性直流电缆绝缘料试样，开展了空间电荷、电阻率、直流击穿电场强度等关键电气性能指标的试验研究，并与高压交流电缆绝缘料和国外柔直电缆绝缘料这2种材料的相应试验结果进行了对比分析。结果表明，该柔直电缆绝缘料在常温（20℃）和高温（90℃）下具有良好的空间电荷抑制性能，电场畸变率小于5%；与其他2种材料相比，该绝缘料在高温下的电阻率增加约10倍、电阻率温度系数下降约1/3，能够降低柔直电缆的热损耗并有利于整个柔直电缆系统的绝缘设计；该绝缘料在高温下的直流击穿电场强度为其他2种材料的1.27~1.6倍。研究表明，该柔直电缆绝缘料电气性能优异，能够用于工作温度90℃的柔直电缆绝缘。

摘要:绝缘子广泛应用于电力系统的各个环节，对保障电网安全稳定运行起到重要作用。现有方法只能识别自爆缺失、异物等明显缺陷，无法应对局部破损、裂纹等情况。针对上述问题，提出一种基于增强特征金字塔和可变形卷积的绝缘子缺陷检测方法：在原有高、低特征融合的基础上，增加增强的自底而上的路径，改善高、低特征图之间的信息传递，实现局部缺陷特征的有效提取；引入可变形卷积，自适应改变局部采样点，减小背景干扰的影响，进一步提升模型的适用性。利用多场景采集的绝缘子图像进行对比实验，结果显示在不同基础网络上，所提方法检测精度较传统方案均取得了较大程度的提升，该方法可广泛应用于变电站、高压输电线等各类绝缘子应用场景。

摘要:直线移相变压器具有结构简单、可实现任意角度移相等技术优点，在多重叠加逆变系统中有着广泛的应用。然而，直线移相变压器在边端易形成端部效应，可影响变压器本身的工作性能。首先，文中基于磁路相似化原理，将直线电机与旋转电机的铁芯磁路进行相似化分析；其次，通过改变有效气隙长度，分析输出电流谐波含量和系统效率；最后，通过在边齿部分添加隔磁材料，分析其对变压器端部漏磁通的影响。仿真结果表明，合理选取有效气隙长度、在边齿部分添加隔磁材料可有效削弱边端效应的影响，提高直线移相变压器的应用性能。

摘要:随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用，电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组（8.8 kWh）为研究对象，进行3次不同倍率（0.4C，0.5C，1C）的恒流过充试验，研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性，并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明，电池模组在额定充电倍率0.5C （172 A）和1C （344 A）下持续过充会发生起火，起火时间随着充电倍率增加而减少；充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大，随着充电倍率的增加，热失控最高温度和峰值电压升高，过充测试时间随着充电倍率的升高而降低；不同充电倍率条件下，电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压，可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统（BMS）对过充故障的安全管理提供参考。

摘要:随着电力需求的增长和环境保护要求的提高，SF₆气体的使用逐渐受到限制。SF₆混合气体在一定程度上减少了SF₆气体用量，目前已经在电气设备中应用。文中针对SF₆混合气体在220 kV气体绝缘组合电器（GIS）中发生泄漏引起的绝缘变化展开研究，通过改变微量的气压值和混合比，探究混合气体的绝缘性能变化，分析气压、混合比因素对工频击穿电压的影响规律，获取各气压下各比例混合气体的绝缘强度曲线图，从而得到保证设备安全稳定运行的补气策略。研究发现，混合气体击穿电压的变化规律呈现出随着压强和混合比的提高，非线性程度增大的特点，并且得到了设备安全运行的混合比和气压的边界值。文中的研究可以为SF₆/N₂混合气体绝缘设备提供运维规程和技术标准，同时为制定混合气体的检测技术标准奠定基础。

摘要:由于现有输电线路杆塔材料弹性较差，且本体结构难以适用于采空区，因此提出面向采空区的杆塔设计优化方法。首先，提出一种输电线路杆塔拓扑优化方法，通过选择合适的杆塔支撑形式、边缘形式、内层数以及冗余数，以获得最优的杆塔结构。然后，采用纤维增强复合材料（FRP）替代传统的杆塔材料设计横担，保证杆塔处于弹性工作状态，提高其承载力。最后，基于回溯搜索算法（BSA）求解杆塔拓扑优化问题，在满足应力、位移等约束的前提下，实现杆塔尺寸、形状和拓扑的优化。基于Matlab中开发的有限元程序对文中方法性能进行实验论证，结果表明，与其他方法相比，文中方法的结构重量明显减少，且结构更具弹性，适用于采空区的实际应用。

摘要:输电导线图像识别是电力设备自动巡检过程中的重要环节。针对传统导线检测方法需人工设计目标特征、抗干扰能力差等问题，提出一种基于深度卷积网络（DeepLab v3+）的输电导线图像识别方法。首先，采用DeepLab v3+网络模型，实现导线的初步识别。通过多层卷积自动学习导线特征，并通过解码器结构融合导线低层的细节特征与高层的语义特征，较好地实现导线像素分割。然后，针对识别结果中存在的断裂和伪导线问题，采用改进的最小点对法和长度阈值法进一步精细化处理。最后，采用八方向搜索法提取每一条导线并编号。实验结果表明，所提方法能很好地提取出输电线路图像中的导线。

摘要:为精准定量评估交直流混联电网遭受故障后的频率恢复能力，文中提出一种适用于多直流馈入受端电网的频率弹性评估方法。首先，针对不同直流闭锁故障进行仿真计算，掌握电网故障后的频率变化特征；然后，计算一次调频期间实际频率曲线与恒定频率曲线之间的面积，将其作为电网频率弹性评估指标，并建立各种直流闭锁故障与频率弹性指标的映射关系。所提方法不仅能实现多直流馈入电网频率弹性评估，还可定量对比不同措施的频率稳定性提升效果。最后，以华东实际电网为例进行仿真验证，分析增加燃机等多种措施的频率稳定提升效果，结果表明文中所提频率弹性评估方法正确且有效。