摘要:人工智能技术在新型电力系统中的分析，诊断和控制研究

摘要:目前异常用电检测问题有许多基于分类的方法，但大多都是基于短期用电行为的判决来判断长期用电行为，判决阈值与比例难以确定，且在实际应用中，不同区域、时段的用户用电数据分布差异较大，比例与阈值也会有较大的不同，难以以固定的比例通用于所有的用户数据。针对此问题，文中提出一种基于强化学习的异常用电判决方法，创新地利用强化学习模型来动态生成阈值，以适应差异较大的不同数据集。首先获取分类器输出的数个用户短期行为的异常概率，然后输入到强化学习模型深度递归Q网络（DRQN）中，学习得到动态阈值即判决阈值与判决比例。试验结果表明，相比于人工调参的传统投票法，文中方法在评估指标上有明显提升，面对数据分布差异较大的数据集时也有较好的表现，说明文中方法具有较强的泛化能力，在数据类型复杂的现实环境中也有较好的应用场景。

摘要:负荷区间预测能够对负荷出力变化进行概率化分析，准确量化不确定性因素对负荷的影响。相较于传统的点预测，区间预测更能直观反映负荷变化趋势，有助于保障电力系统的安全稳定运行。基于此，文中提出一种基于变分模态分解-长短期记忆神经网络分位数回归（VMD-LSTMQR）的滚动母线负荷区间预测方法。首先，文中采用VMD将原始母线负荷分解成一系列不同频率特征的子序列；接着，确定不同子序列的最优滚动步长并采用LSTMQR分别对不同子序列进行区间预测；最后，将不同子序列的区间预测进行重构，得到原始母线负荷预测结果。文中利用220 kV和10 kV母线负荷数据验证了所采用的区间预测模型相较于传统区间预测模型在预测精度、区间宽度方面得到明显改善。

摘要:研究变压器的故障诊断对电力系统安全稳定运行具有重大现实意义。以油中溶解气体特征为输入的传统变压器故障诊断方法在处理样本不平衡数据时具有较大的局限性。针对这一问题，文中提出一种基于Focal损失栈式稀疏降噪自编码器（SSDAE）的变压器故障诊断方法。该方法通过类别权重确定超参数，并在原始输入中加入高斯白噪声，有利于自编码器充分提取有效特征，进而得到有效的深度特征提取模型；采用Focal损失函数对模型进行优化，并利用Softmax分类器输出诊断结果。案例分析结果表明，与传统三比值法、反向传播神经网络（BPNN）和支持向量机（SVM）法等变压器故障诊断方法相比，文中方法可进一步提升诊断准确率。

摘要:随着能源革命的推进及双碳目标的提出，综合能源系统越发受到广大研究者的重视，对综合能源系统进行高效的规划和控制离不开精准的多能负荷预测。基于上述需求，引入迁移学习理论，提出一种改进领域自适应神经网络（DaNN）负荷预测模型对综合能源系统中的冷、热、电负荷进行统一建模与预测。首先，通过历史数据分别构筑冷、热、电负荷特征图，随后输入改进DaNN的参数共享卷积层和全连接层；其次，基于冷、热、电负荷联合预测的特点改进传统神经网络的损失函数，加入最大均值差异指标，并优化训练模型；最后，通过3个各自独立的全连接层分别输出冷、热、电负荷的预测值。通过采用实际算例验证并与基准模型对比可知，所提改进DaNN模型能够有效提高综合能源多能负荷预测精度。

摘要:针对传统方法无法准确识别含高次谐波家用负荷的问题，文中提出了基于V-I轨迹矩阵、功率及高次谐波多特征融合的负荷辨识方法。首先，分析了11种典型家用负荷的V-I轨迹、功率特征以及谐波特征，提出了基于像素图像转换的混合特征矩阵构建方法，将负荷的功率、高次谐波特征通过二进制编码转换与基本V-I像素轨迹相融合，丰富了样本的特征信息；然后以混合特征矩阵作为卷积神经网络的输入，实现了对家用负荷类型的准确识别。算例中，文中所提算法可准确区分功率特征相似但高次谐波含量不同的加热器与吹风机2种负荷，且其对全类型家用负荷的准确辨识率超过93%。该算法的应用可为实际中准确排查含高次谐波家用负荷的用电安全隐患提供有力的技术支撑。

摘要:为了提高停电后电力系统负荷恢复效率，具有调控优势且响应速度快的储能参与系统恢复已经成为必然趋势。现有研究中，储能主要是作为可再生能源的辅助电源，平抑可再生能源出力波动；大规模储能也可作为黑启动电源，为待恢复机组提供启动功率。但上述研究都侧重于利用储能的输出功率，而忽略了储能调频能力在提高系统安全性方面的作用，未能更大程度地提高系统的恢复效率。为此，文中提出了考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略。以恢复尽可能多的重要负荷为目标，考虑储能的功率特性、频率响应特性和其他安全约束，构建电力系统负荷恢复模糊机会约束模型；进一步通过清晰等价类将其转化为确定性0-1规划问题，并采用人工蜂群算法进行求解；以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析，仿真结果表明文中所提策略能够提高负荷恢复效率。

摘要:针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题，文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发，设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响，并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型，对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明，引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗，输出阻抗的高频段幅频曲线上移，可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时，中高频段相频特性由容性矫正为感性，可以消除并网条件下的谐波振荡风险，提高交互系统稳定性。最后，基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。

摘要:现有规划方法未充分考虑分布式光伏电站（DPVG）出力与电动汽车充电站（EVCS）充电负荷的随机特性，针对该问题，文中首先基于场景概率法进行概率潮流分析，并建立基于机会约束的DPVG-EVCS联合规划模型，在确保配电系统运行工况满足机会约束的前提下，优化DPVG与EVCS的建设位置与容量，降低配电系统网损。然后，采用基于遗传算法（GA）的协同进化算法（CA）求解DPVG-EVCS联合规划模型，将待求优化问题分解为EVCS规划子问题与DPVG规划子问题，采用GA进行求解，并通过生态系统协同2个GA种群进化，直至获得待求优化问题的最优解。最后，搭建IEEE 33节点配电系统进行仿真，结果表明文中所提模型可获得合理的规划方案，且CA求解效率高，可显著提升规划人员工作效率。

摘要:针对受端由电网换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）级联的混合直流输电系统中VSC在交流故障穿越时子模块过压的问题，文中提出在受端VSC直流侧安装耗能设备以抑制VSC子模块过压的方法，对比分析了基于直流斩波耗能电阻、泄流晶闸管和可控避雷器3种耗能设备的交流故障穿越原理及策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了包含工程实际控制保护主机程序的受端混联LCC-VSC特高压直流仿真模型，对比分析了3种耗能设备的交流系统故障穿越特性，结果表明在受端VSC直流侧安装耗能设备可以有效抑制子模块过压，实现交流故障可靠穿越。其中可控避雷器方案具有控制原理简单、可靠性高等优点，更适用于受端混联LCC-VSC特高压直流输电系统。

摘要:分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化，给传统交流供电带来了巨大挑战，直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分，DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模，建模精度不高，在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论，提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法，直接对系统进行大信号建模，建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率，然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性，最后在Matlab中进行了仿真，搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。

摘要:随着风电利用率的大规模提高，应用典型场景法应对风电机组出力的不确定性具有重要意义。针对多风电场出力之间的时空相关性提出一种改进的场景生成与缩减方法，并提出评价方法来检验生成场景的质量。该方法应用指数函数法构建体现风电时间相关性的多元变量协方差矩阵，应用Copula函数建立多风电场空间相关性模型，通过对随机数与历史数据的累积概率分布函数进行时空相关非线性变换与等概率逆变换生成大量初始场景。改进K-means聚类方法，通过手肘法与聚类有效性指标综合确定最优聚类数目后，缩减得到代表性时空相关风电场景。最后通过4项评价指标，对生成场景的波动性、相关性、可靠性等进行质量检验。算例分析表明，与其他方法相比，所提方法生成场景的波动性、爬坡情况和时空相关性均与历史数据更贴合，具有更高的实测值覆盖率。

摘要:作为新能源领域的课题热点之一，短期风功率预测的研究在提高预测精度的同时也应重视模型的工程化应用。据此，提出一种基于偏最大信息系数的组合XGBoost预测模型。首先，设计一种基于偏最大信息系数的特征选择算法，通过引入偏互信息，在挖掘出对风功率影响较大的气象特征的同时，也能消除耦合信息带来的不利影响。在此基础上，为兼顾模型的精度和计算效率，降低单个模型的预测风险，构建以XGBoost为底层算法的组合预测模型，进一步实现风功率预测。采用2个具有较大差异的风电场作为算例进行验证分析，结果表明，基于偏最大信息系数特征选择算法的组合XGBoost预测模型不但能提升短期风功率的预测精度，与相近的组合预测模型相比，也具备更高的计算效率，有利于工程化应用。

摘要:传统考虑保护动作特性的电压暂降频次估计法需要获取详尽的保护配置信息，然而配电网保护配置多样，在不同因素如过渡电阻、运行方式、故障类型等的影响下，阶段式保护各级保护区可能产生较大变化，采用传统方法对电压暂降持续时间进行评估可能会产生较大误差。文中提出一种基于改进K-means聚类的配电网电压暂降频次估计方法，在未知线路保护配置基础上，基于电压暂降历史监测数据与保护动作信息，采用改进K-means聚类算法，对电压暂降幅值-持续时间进行聚类分析，推断线路保护配置情况，计算保护动作时间与保护动作电压。根据计算结果，在考虑不同故障类型、不同运行方式及不同过渡阻抗的情况下进行配电网电压暂降频次估计。在IEEE RBTS-6母线测试系统的母线5配电网中进行仿真，验证了文中方法的有效性和优越性。

摘要:基于苏州同里±10 kV直流配电系统参数，针对直流单极接地和极间短路故障暂态特性进行了研究。采用示范工程系统结构及控制策略，利用PSCAD建立了电磁暂态模型，针对系统交流侧、换流器侧、直流侧和负荷侧进行了故障过电压、过电流研究，分析了接地电阻对直流侧电压和电流的影响。结果表明：系统直流侧发生单极接地故障时，交流侧出现持续直流分量，换流器不闭锁，DC-DC变换器高压侧电容放电；故障接地电阻对直流侧电压、电流影响大；极间短路故障产生严重过电流，将触发换流器过电流保护，导致换流器闭锁；故障电流是产生过电压的重要原因；电感元件两端过电压较大，极间故障对系统交流侧影响较小。

摘要:随着分布式电源大量接入配电网，配电网结构变为多端电源网络，解决多端电源网络保护问题最行之有效的方法是纵联保护方案。但当前配电网硬件及通信水平无法满足纵联保护对线路两侧数据进行同步采样的要求。文中提出了故障信息自同步技术，故障时刻相对被保护线路两侧是同时的，以故障时刻为时间参考点，测量线路两侧基波电流故障时刻前后两相邻相同变化趋势峰值点的时间间隔变化，进而计算得到电流相位变化方向判定值，有效克服配电网难以同步采样的困难。基于故障信息自同步技术，文中提出了新型纵联保护方案，通过比较线路两侧电流相位变化方向判定值，即可判定故障位置。仿真验证了故障信息自同步技术的准确性，新型纵联保护方案具有良好的动作特性。

摘要:超疏水涂层具备优异的憎水性及自清洁性，因此在防污闪领域具备广阔的应用前景。为了研究超疏水涂层在特殊工业粉尘地区的应用效果，选取国内某企业提供的超疏水涂层，利用超疏水涂层绝缘子及同型号的无涂层复合绝缘子在江苏响水县开展了挂网运行测试，通过污秽度测试、憎水性测试及微观测试分析了超疏水涂层的积污性能、老化性能及涂层对硅橡胶的保护性能。结果显示，超疏水涂层绝缘子相比普通硅橡胶绝缘子，表面积污量减少约37%。尽管运行10个月后，超疏水涂层出现了老化，但涂层对内部硅橡胶材料起到了较好的保护作用，有效预防了内部材料的老化。

摘要:特快速暂态过电压（VFTO）是气体绝缘变电站（GIS）中切换隔离开关时产生的特殊电磁暂态现象。VFTO会以传导和辐射方式影响二次设备的正常运行。为探究VFTO对二次设备的干扰特性，文中采用自制的二次侧干扰测量装置对某1 000 kV GIS的电压互感器（PT）二次侧共模干扰进行现场实测。接着，对比了5种时频分析方法的性能，采用其中性能较优的同步压缩小波变换（SWT）对实测波形进行了时频分析。实测结果表明：PT二次侧的共模干扰电压峰峰值最高可达9.65 kV。微脉冲的时频分析结果表明：7.8 MHz频率分量幅值高，且贯穿波形的始终，是PT二次侧干扰的主导频率分量。该分析结果可为GIS中二次设备的电磁抗扰度测试和电磁防护设计提供参考。

摘要:高压交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的绝缘老化状态关系到供电可靠性，故电缆绝缘老化状态检测及评价方法的研究意义重大。对于高压电缆的绝缘老化状态检测及评价，国内外已有相关研究成果，文中总结了目前常用的高压电缆绝缘状态离线、在线检测及评价方法。离线检测手段准确性高，但不适于对在役电缆进行大面积取样检测；在线监测的环境干扰因素太多，存在的干扰会对监测结果产生影响，有一定检测局限性，且缺乏大量的实验数据支撑；而对于电缆绝缘老化状态评价方法，尚未有广泛认可的评价标准和体系。文中在总结概述现有方法的基础上，提出了目前电缆老化绝缘状态综合评价方法存在的难点及未来电缆绝缘老化评价研究可提升的方向。

摘要:非侵入式负荷监测分解（NILMD）技术是当前居民用能服务深化提升和电力供需互动的重要数据获取手段，然而当前工程上应用广泛的事件驱动型NILMD技术一直无法准确细化分解电热负荷。针对这一问题，文中提出了一种基于三维特征向量的典型电热负荷细化分解算法。首先，基于有功、无功功率和电流谐波等电气负荷特征采用事件检测方法提取电热事件，在有功功率的基础上，引入运行时长、频繁启停次数等非电气负荷特征共同构建三维特征向量电器模型。然后，采用序贯覆盖法设计典型电热负荷细化分解命题学习规则和细化分解算法。最后，基于实证实验数据进行分解验证，发现4种典型电热负荷的细化分解准确率超过85%。实验结果表明，文中所提典型电热负荷细化分解算法有效地提高了4种典型电热负荷分解的准确率。

摘要:轨道交通不间断供电系统中的蓄电池直接影响所带负荷的安全可靠运行，但其容量配置往往过大，存在投资浪费问题。造成该问题的主要原因是容量设计时负荷预估偏大以及采用了恒功率放电模型，也缺乏对负荷类型和后备供电时间关系的研究，因此文中提出一种新的蓄电池容量削减办法。为了更精确地得到不间断供电系统的最大运行负荷，文中首先对负荷进行聚类，再对不同类型的负荷采用不同的预测方法。其中，波动负荷采取双参数Weibull模拟负荷曲线预测最大负荷；时序关联性不强的平稳负荷则直接采用负荷系数法。然后，考虑到不同类负荷对后备时间要求的差异，基于得到的不间断供电系统最大运行预测负荷，采用阶梯负荷法进一步削减蓄电池容量。最后，基于苏州轨道交通3号线通信不间断供电系统实际数据，削减了不间断供电系统的蓄电池容量，论证了所提方法的合理性和有效性。

摘要:储能电站在转移电力需求、平抑可再生能源和负荷波动等方面发挥着重要的作用，储能电站容量优化配置是其在规划建设过程中所需要解决的关键问题。文中提出一种基于信息间隙决策理论（IGDT）的双层鲁棒优化配置模型，为解决系统在运行过程中的不确定参数带来的负面影响，模型下层搭建以经济性为目标的储能电站日前鲁棒优化运行模型；模型上层引入IGDT将经济性和鲁棒性相结合，在一定的预期目标下最大化系统能够承受的波动性，使用Benders分解法求解模型，并以IEEE 33节点配电网系统验证方案有效性，结果表明所提方案可以兼顾经济性与鲁棒性，为储能规划提供参考依据。

摘要:变压器振动信号在线监测是检测变压器运行状态的重要手段，振动传感器的供能方式制约了振动检测方法的应用。为了实现振动传感器取能，文中设计了一种基于压电材料的变压器振动能量收集装置，利用收集的振动能量为振动传感器供电。首先，根据变压器振动特性，采用多模态取能方式，建立三悬臂式压电取能结构的输出电压与输出功率模型。其次，通过Comsol Multiphysics仿真分析能量收集装置输出功率和外加激励频率的关系。最后，搭建变压器振动能量收集实验平台，测得压电式能量收集装置的实际输出功率为11.547 μW。利用振动能量收集装置为振动传感器供电，可以保障在线监测设备的供电，减少外接电源对设备安全稳定运行的影响。

摘要:随着新能源的并网与特高压直流输电的发展，电网对无功调节的要求也逐步提高，因此大型调相机再次被投入使用。为了提高调相机运行的稳定性，针对同步电机转子绕组匝间短路故障特征信号不易提取的问题，文中在dq坐标系下利用派克方程推导出了同步调相机励磁电流与转子绕组短路匝数之间的数值关系，并通过求解调相机微分方程仿真得出转子绕组正常与不同短路状态下的励磁电流。然后设计小波模型构建非线性映射，提取出故障信号的特征能量值，输入径向基函数神经网络进行故障诊断。最后利用Matlab仿真证明所提方法可以有效检测调相机转子绕组匝间短路故障程度。

摘要:未能记录到设备失效准确时间的失效数据称为删失数据。针对大数据背景下继保设备失效数据存在删失的特点，提出了大数据背景下考虑删失数据的继保设备运行状态评估方法。首先，通过对继保设备失效数据进行特点分析，对失效数据进行预处理，利用期望-最大化（EM）算法并结合指数分布和威布尔分布模型，估计继保设备失效模型的参数。其次，将参数估计值代入失效模型中，得到设备的可靠度、故障概率密度、失效率、平均无故障时间等可靠性指标。然后，通过仿真验证对比分析偶然失效期和老化失效期内不同估计方法得到的模型参数精度，验证了文中方法处理删失数据的有效性。最后，以某型号继保设备为例分析可靠性指标，验证了利用文中方法规划设备检修周期的可行性。

摘要:随着全球低温、雨雪、冰冻等灾害性天气的频发，电力线路覆冰造成的危害越来越严重。针对现有复合横担设计时主要基于静力学而未考虑复杂运营荷载下动力分析的不足，文中对10 kV复合绝缘横担在覆冰断线工况下的力学性能展开研究，在确定断线点位置的基础上，对断一根及多根导线的情况进行数值计算，讨论复合横担在覆冰断线工况下的动态应力响应特征并和覆冰静载情况下的应力水平比较，得到动力放大系数以衡量断线冲击作用。结果表明：当导线发生断线时，横担关键截面应力会有不同程度的增加，对与断点位置有直接联系的复合横担根部影响较大，在设计中应加以考虑；断线后横担上关键截面危险点的应力放大系数在1.1~1.3；多根导线同时发生断线时它们之间的相互影响较小。

摘要:掌握高压直流电缆系统的安全裕度是保证电缆线路长期安全运行的前提条件。为获取高压直流电缆系统的最高使用电压，文中测试了电缆绝缘和附件绝缘的电导率，得出了电导率对温度和电场强度的依赖关系，并求出了电导率表达式。以±80 kV高压直流电缆系统为研究对象，提出了电缆系统安全裕度试验方法，采用逐级加压的方式测试了电缆系统在最高运行温度90℃下的击穿电压。根据电缆绝缘和附件绝缘的电导率计算了电缆系统击穿时的电场分布，通过对比电缆系统击穿时的电场强度与长期运行所需承受的电场强度，获得了电缆系统的安全裕度。研究表明，文中提出的试验方法能够获得高压直流电缆系统安全裕度，研究结果可为高压直流电缆工程的安全运行提供理论和试验依据。

摘要:为了提高电网控制决策的实时性，文中将计及预想故障安全约束的经济性优化问题分解为以发电成本最小为目标的基态最优潮流主问题和预想故障安全校核子问题，并提出一种基于可调空间切片并行的分解协调算法进行求解，以避免交替迭代。首先，按不同比例对可调空间进行切片形成多个切片方案，并基于并行计算平台采用原始-对偶内点法对各切片方案进行基态最优潮流主问题求解；然后，对各优化后方式进行预想故障并行安全校核；接着从通过安全校核的切片方案中挑选出发电成本最小的方案；最后，以贵州省某市电网为算例分析验证了所提方法的有效性。