摘要:直流输电换相失败抵御能力提升新技术

摘要:针对高压直流系统首次换相失败后在故障恢复期间的后续换相失败问题，以直流系统控制环节的动作逻辑为依据，将恢复过程划分为首次换相失败阶段(阶段1)、系统开始恢复阶段(阶段2)和电流偏差控制阶段(阶段3)。分析发现，阶段3期间直流电流恢复量过大会引发后续换相失败，为此提出了一种低压限流控制(VDCOL)改进策略，利用瞬时电压实时检测换流母线线电压幅值，根据故障后换流母线线电压大小动态调整VDCOL的最小电流指令值，减小电流偏差控制期间的直流电流恢复量，达到抑制后续换相失败的目的。最后，基于CIGRE标准模型的仿真测试结果验证了该策略在不同故障条件下抑制后续换相失败的有效性。

摘要:高压直流输电(HVDC)系统的后续换相失败严重威胁交直流混联电网的安稳运行。为抵御后续换相失败，文中结合首次换相失败后故障恢复过程中直流系统的功率恢复速度，考虑交流故障严重程度，提出一种抑制直流后续换相失败的自适应动态调节触发角的控制方法。首先，分析了故障恢复过程中各电气量的变化规律以及后续换相失败发生的影响因素；然后根据直流功率恢复速度以及交流电压跌落程度，通过所提控制方法对故障期间逆变侧输出触发角进行动态调整，以增大换相裕度，从而抑制直流后续换相失败；最后，基于CIGRE-HVDC标准测试模型对控制方法进行仿真验证。结果表明，采用所提控制方法能够根据电压跌落程度及直流功率恢复特征自适应地调整触发角补偿大小，进而提高换相裕度，抑制后续换相失败，并加快HVDC系统的故障恢复速度。

摘要:随着直流输电工程应用的增多，一旦基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)发生连续换相失败，将会对电力系统的稳定运行产生极大影响。为了抑制混合多馈入直流输电系统中LCC-HVDC的连续换相失败，文中从提升LCC-HVDC换相电压的角度出发，提出混合多馈入直流输电系统的协调控制策略。该策略根据LCC-HVDC的实时无功缺额动态调节基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输出的无功功率与有功功率，从而改变其暂态稳定运行点。通过该策略的协调控制可以抑制LCC-HVDC的连续换相失败以及较大限度提升直流输电系统有功功率的传输能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了混合双馈入直流输电系统的仿真模型，验证了该协调控制策略的有效性。

摘要:针对混合直流输电系统换相失败时冲击电流较大的问题，文中首先推导冲击电流幅值与电压源型换流器(VSC)的关系，明确换相失败时VSC投入的子模块数量是决定冲击电流的关键参数。然后，研究影响电网换相换流器(LCC)换相能力的主要因素，提出基于主动限流的换相失败抑制策略，在VSC调制波中加入直流扰动量和交流扰动系数，从而改变子模块投切方式，抑制换相失败冲击电流的峰值和上升速度。最后，在Matlab/Simulink中搭建两端混合直流输电系统仿真模型，对所提策略在逆变站交流侧不同程度电压下降故障时的有效性进行验证，结果表明，所提策略不仅能限制冲击电流，减小桥臂电流应力，还可有效避免连续换相失败的发生。

摘要:预测型定关断角控制是高压直流工程逆变器常规的控制方式之一，其中，电流偏差环节的比例系数会对系统换相失败抑制能力及系统恢复产生影响。为明确电流偏差环节产生影响的机理并提出应对措施，文中首先基于高压直流基本控制策略，分析了电流偏差环节的小干扰下功能；其次，对故障初期和故障恢复阶段电流偏差控制中比例系数的影响机理展开研究，发现常规电流偏差控制比例系数设置为正会导致换相失败抑制能力下降，但对系统恢复有利；然后，提出一种自适应电流偏差控制，通过多种检测模块快速判别系统状态并输出合适的比例系数，以达到兼顾系统换相失败抑制能力及系统恢复的效果；最后，基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电系统模型，并通过仿真测试验证了理论分析的正确性及所提出应对措施的有效性。

摘要:附着于输电线路上的各类障碍是电网安全稳定运行的重大威胁，传统的清障方法或存在安全隐患，或耗能较高，且大多需要停电处理，而激光能量高、准直性好，可用于远距离无接触击落异物或融化覆冰。因此，文中综述了激光清障技术在电网中的应用现状与发展，首先总结了激光清除异物、覆冰、树障等不同类型障碍的原理与应用；然后对比了常用于清障的几种激光器的特点；最后分析了激光波长、激光功率、光斑直径等参数对清障效率的影响，研究了激光照射导线、绝缘子时功率密度与照射时间的安全阈值问题。激光清障技术目前已被广泛应用于清除线路悬挂异物，但清除覆冰、树障等应用方向受限于清障效率、成本，仍有待进一步发展。文中所综述的此技术的相关研究与应用可为电气工程领域的技术人员提供参考。

摘要:多站融合通过融合变电站、光伏电站、充电站等站点功能实现多能源优势互补，但其选址评估中须兼顾多站点影响因素，选址评估权重设计中各单站特性指标权重设计困难，共性指标对各单站影响程度具有差异。为此，文中提出了多站融合选址评估指标体系的构建方法，实现了多个站点指标融合。同时，设计了基于层次分析法的组合权重计算方法，以多站融合指标体系为基础，按单站求出各自所有指标的权重，再设计多站融合的单站的权重，将2种权重结合得到所有指标的组合权重；进一步利用模糊综合评价法对候选站址的各指标进行评分，经过计及权重的综合评价选出最优站址。通过算例验证了所提评估体系和方法的有效性。

摘要:文中研究了受端级联型混合高压直流(简称混合直流)输电系统的控制特性，分析了受端柔性直流在下垂控制模式下对级联型混合直流控制特性的影响，明确了混合级联直流的总体伏安特性曲线。相比于主从控制，采用下垂控制的模块化多电平换流器(MMC)具有同时控制直流电压和直流功率的能力，不会出现功率反送现象。但在下垂控制作用下，MMC无法实现直流电压的准确控制。因此，文中提出一种受端级联型混合直流输电系统的自适应下垂控制策略，该策略可根据系统直流电流的变化实时调节下垂特性，避免MMC的直流电压随直流电流的变化而产生波动。最后，基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提控制策略的有效性，该策略可以实现混合直流输电系统直流电压的准确控制，提高了混合直流输电系统的稳定性。

摘要:分布式储能的广泛应用，有效解决了大规模分布式电源(DG)接入配电网和负荷急剧增长给电网规划运行带来的诸多问题。分布式储能具有功率吞吐快、控制精度高、安装灵活、多主体利益等特点，可有效保障配电网供电的安全与稳定性。文中对分布式储能发展状况进行梳理，根据其接入位置在DG侧、中低压配电网侧、用户与微电网侧，分析近年来国内外分布式储能应用模式的优点及劣势，重点就其选址定容问题对比分析分布式储能优化配置的各类数学模型及优化算法。最后，结合分布式储能在配置过程中存在的问题，对其发展趋势进行了展望。

摘要:针对大规模风电接入电力系统带来的消纳问题，提出一种考虑需求响应及抽水蓄能的鲁棒机组组合优化方法。一方面，建立计及需求响应和抽水蓄能机组运行特性的数学模型，协同优化提高系统运行的灵活性；另一方面，采用考虑不确定预算的风电功率不确定集合描述风电随机波动特性。综合考虑系统运行约束及鲁棒可行性约束，采用基于仿射补偿机制的再调度策略，以系统运行成本最小为目标构建鲁棒机组组合模型，同时根据对偶原理将构建的鲁棒优化模型转化为确定性的数学规划问题进行优化求解。在改进的IEEE 39节点系统中进行算例仿真，验证了所提方法的正确性和有效性。

摘要:近年来风电机组装机容量增长迅速，评估其对故障后电力系统的电压稳定性的影响具有重要意义。基于与输入-状态稳定(ISS)理论等价形式的积分-积分估计，文中提出一种稳定性量化评估方法，对含双馈型风机的电力系统电压稳定性进行量化分析。该方法的优势是既能考虑外部扰动的幅值信息，又能包含其随时间波动的信息。首先基于子系统的量化评估结果，根据小增益定理提出系统层面的稳定性量化评估准则；然后，利用所提出的量化稳定性评估方法对含双馈型风机的电力系统进行电压稳定性量化评估；最后，建立含双馈型风机的电力系统仿真模型，通过时域仿真验证了量化稳定性分析方法的有效性。

摘要:电压暂降无法避免且对敏感负荷危害严重，合理配置有限的监测装置可以降低监测成本，并为暂降治理、降低暂降危害提供数据支撑，因此暂降监测装置的优化配置有重要意义。文中针对传统方法忽略了不同区域发生暂降危害程度不一致的问题，提出一种考虑暂降敏感区域监测可靠性和同步相量测量单元(PMU)布点的暂降监测装置联合优化配置模型。该模型以暂降可观为约束条件，以监测装置数目最少、覆盖暂降敏感区域范围最广为目标，进一步配置PMU用于辅助监测电压暂降。此外，采用Zeroin方法提高了暂降域计算的准确性。IEEE 30节点系统仿真表明文中方法实现了监测成本与敏感区域监测能力的平衡，可以保证装置数目最少并对敏感负荷高冗余度覆盖，保障其经济效益。

摘要:为了充分利用波浪、潮流等海洋可再生能源，针对海洋能资源丰富的海岛电网，文中提出了以消纳率最优为目标的海洋能发电资源优化配置方法。首先，采用高斯混合模型(GMM)描述海洋能发电的随机波动性，并生成出力场景；其次，以海洋能消纳率最优为目标构建了海岛电网的海洋能发电资源优化配置模型；然后，对渗透率、消纳率及源荷匹配度3个指标进行综合分析，获得最优配置方案；最后，基于实际海岛负荷、波浪和潮流数据构建了海洋能发电资源优化配置算例，并重点分析了资源优化配置过程中渗透率约束的取值范围。结果表明：在不同的渗透率约束下，源荷匹配度呈现先升后降的趋势；在最优渗透率约束取值范围内，GMM出力场景与实测数据场景的优化配置结果相差不大且趋势一致，验证了GMM生成海洋能出力场景的有效性。

摘要:直流故障限流器(FCL)是抑制直流短路故障电流的关键设备，其在交直流混合电网中十分重要。文中提出一种多功能模块化直流FCL拓扑，由多个电力电子功率单元子模块串联组成，通过模式控制与切换，实现故障限流、能耗泄放和直流网压支撑3种功能。文中详细分析了多功能模块化直流FCL的运行机理，给出了其在交直流混合电网中的典型配置方案，并针对3种功能对应的工作模式，完成了控制策略设计与开发。为验证拓扑结构及控制策略的有效性，在Matlab/Simulink中构建多工况仿真模型。仿真结果表明，所提模块化直流FCL拓扑及控制策略能够满足交直流混合电网多种故障情况下的故障限流应用需求。

摘要:多分布式电源参与的混合微电网容量优化配置是微电网设计的一个重要环节，文中针对风电场、光伏电站和制氢-储氢-发电一体化微电网系统的容量配置问题进行研究。首先，系统设立了风电、光伏和制氢-储氢-发电系统3个投资方，并以各投资方收益最大化为优化目标，建立基于非合作博弈的风-光-氢微电网容量优化配置模型；然后，考虑各博弈参与者的投资成本、运维成本、购售电成本、弃风弃光惩罚费用和负荷中断惩罚费用等经济因素，利用粒子群算法对各博弈参与者的容量配置进行单独优化，确定各博弈参与者收益最大化的Nash均衡点；最后，采用新疆某地区典型月的风速和光照强度数据对微电网容量配置进行算例分析。结果表明该模型能够在月综合成本相对较低的前提下保证供电的可靠性，实现了微电网系统容量的合理配置。

摘要:当前综合微能源网系统优化运行策略鲜少考虑碳交易政策影响，为此，文中提出一种计及碳排放成本的混合储能综合微能源网系统优化运行模型。该模型首先结合源-荷-储及能源转换装置进行综合微能源网系统配置，根据碳排放配额分配实施方案建立考虑碳配额的优化目标函数。然后以某地区数据为算例基础进行仿真，利用Gurobi求解得到满足碳排放成本最小时的系统优化运行结果。算例结果表明，碳排放免费配额能够降低综合微能源网系统运行成本，影响系统运行策略。文中所提模型能够反映碳排放成本因素对能源消费结构的影响，为综合微能源网系统能源结构配置与运行提供参考和依据。

摘要:电力电子变压器(PET)单机功率较低，实际应用中常采用多台PET并联运行模式。多台PET运行时存在高频谐波交互现象，导致输出的高频谐波幅值上升，影响电能质量的同时威胁PET的运行安全。为提升多台PET的高频开关谐波协同控制能力，提出一种多台PET云-边脉宽调制(PWM)同步控制策略：当通信系统正常运行时，PET利用云端同步信号实现高精度PWM同步；当通信系统故障时，PET可利用边端计算结果实现高可靠PWM同步。研究结果表明，该策略能兼顾PWM同步的精度与可靠性，保证高频率开关谐波协同控制，避免多台PET运行时的高频谐波交互。因无需增加硬件，该策略易于推广应用，有利于在提高电能质量的同时降低PET的故障率。

摘要:在电缆火灾模拟试验中，火源是电缆防火性能评估的基础。现有的电气火源大多基于化学燃烧，较难反映故障电弧引燃特点。为了模拟故障电弧引燃电缆，文中开发了一种基于电弧的火源。首先，分析了110 kV电缆发生接地线被盗或两侧交叉互联线被盗等故障时金属铠装层上的感应电压，其可高达数千伏。其次，对比研究了50 Hz工频交流电压和20 kHz交流电压条件下金属护层对地电弧和雅各布天梯电弧的击穿前电压与维持电压，发现两者电弧击穿与维持特性接近。然后，提出基于雅各布天梯电弧引燃电缆的电气火源模拟方法，并实验验证了该火源能够使110 kV电缆引燃和火焰蔓延。最后，所得结论为：高频雅各布天梯电弧能够模拟故障电弧特点并有效引燃110 kV电缆。

摘要:沿面闪络严重威胁气体绝缘封闭开关(GIS)的安全运行。文中通过对指形电极沿面闪络装置进行非介入式表面电位测量及仿真，在仿真参数设定下，非介入式测量误差仅为2.42%。利用该实验装置对添加纳米SiO₂质量分数为2%的环氧试样进行表面电位测量，升压速率为0.5 kV/5 min。当施加电压不足以引发沿面闪络时，纳米颗粒的添加引起的Maxwell-Wagner界面极化使得表面电位呈现衰减现象。当施加电压接近闪络电压时，表面电位衰减过程出现周期性回升现象，且回升现象出现的频率随施加电压升高而变快，闪络前表面电位衰减过程中的回升现象能够预测闪络的发生。持续性闪络阶段表面电位的幅值波动相较于间歇性闪络要小且相邻闪络间期变短，闪络剧烈。该现象与闪络引起表面灼烧通路更易于发生沿面闪络有关。直流闪络的表面电位测量对闪络预防以及闪络严重性评估具有指导意义。

摘要:套管受潮初期多为局部受潮，因此局部受潮的有效诊断可避免套管受潮过程的进一步发展。文中采用频域介电谱(FDS)对套管局部受潮诊断方法进行研究。首先制备梯度含水量油纸绝缘样品，组合形成局部受潮等效试样，并获得其FDS特性。结果表明，局部受潮会形成不同含水量油纸绝缘界面，在FDS曲线中产生界面松弛极化损耗峰，径向局部受潮程度越大，损耗峰幅值越大，并向高频方向移动，因此基于界面松弛极化损耗峰特性可对套管局部受潮进行诊断。利用变压器套管仿真模型验证了文中所提方法的有效性，为变压器套管早期故障预警与诊断提供了新方法。

摘要:为解决传统污秽检测方法对输电线路绝缘子污闪防治的局限性，通常采用非接触式、高分辨率的高光谱技术研究污秽在线检测技术。为有效提取反应污秽度的光谱特征，削弱冗余与干扰信息的影响，文中提出一种基于小波包能量谱特征优化的绝缘子污秽等级识别技术。首先，对不同污秽等级的绝缘子样品的光谱图像进行背景分割，提取均匀覆污区像素点的光谱均值曲线；其次，对不同图像的光强均匀度差异、环境噪声进行预处理，并通过对数变换提升不同污秽等级间的可区分性；再次，对预处理后的光谱曲线进行小波包能量谱特征提取；最后，基于所提特征建立基于支持向量机(SVM)的污秽等级识别模型。实验结果表明，相比于采用全波段数据或主成分分析(PCA)特征数据作为输入，基于小波包能量谱特征建立的SVM污秽等级识别模型对样品识别准确率更高，可以达到99.8%。

摘要:微电网系统包括多种分布式电源，为了降低微电网发电成本，应用优化算法对微电网进行调度很有必要。传统优化算法在微电网调度求解时容易陷入局部最优，导致收敛速度下降，因此文中在麻雀搜索算法(SSA)的基础上，提出一种反向变异麻雀搜索算法(RMSSA)。首先，利用反向学习策略和自适应t分布变异扩大SSA的寻优范围，提高种群多样性，改善SSA的搜索能力，然后建立以综合运行成本最低为目标的微电网优化调度模型，最后设定功率平衡、充放电速率、爬坡速率等约束条件，利用RMSSA对微电网优化调度模型进行求解。对比仿真结果表明此算法具有良好的全局搜索能力，其在收敛速度、寻优精度和稳定性上优于原SSA、灰狼算法、蝙蝠算法，微电网能获得更佳的综合效益。

摘要:针对传统输电线路目标巡检图像识别方法响应速度慢、准确率不高的问题，文中提出一种改进的更快速区域卷积神经网络(Faster-RCNN)深度学习识别算法。通过轻量化卷积神经网络(ZFnet)提取图像特征，并重置模型参数以获取更多目标细节；利用Faster-RCNN对目标进行检测，由子网络区域提议模型生成目标候选框和快速区域卷积神经网络(Fast-RCNN)进行参数调优，并在Faster-RCNN输出部分引入精炼阶段，增加目标特征的分类细化和回归细化，将存在目标的多个边界框合并，实现精确分类以及坐标定位。实验结果表明：改进Faster-RCNN算法可有效识别线路设备及设备缺陷，总体识别率达到93.5%，响应时间在1 s内。与图像识别法或单步多阶目标检测(SSD)、实时快速目标检测(YOLO)深度学习法相比，所提算法提高了电力设备的识别精度与响应速度，在输电线路智能巡检中具有一定的优越性。

摘要:针对智能变电站二次系统建立失效风险评估模型，可在设备失效风险累积至一定程度时及时安排检修，有效防止系统性故障。文中提出利用可靠性分析工程中的威布尔函数建立二次设备失效概率模型。首先，基于二次设备的型式试验、日常运行状态样本数据，采用平均秩次法与最小二乘估计计算回归方程以展开模型参数估计，可获得更贴近现实运行条件的设备失效模型；其次，利用故障树方法建立二次系统失效与单台设备失效之间的关联关系，可定量计算二次系统运行风险顶事件概率分布函数，从而为二次系统失效风险预警、状态检修提供辅助决策。案例计算分析表明，运用文中提出的二次设备失效模型可为系统检修提供精准时间安排参考。

摘要:直线永磁磁通切换(LFSPM)电机功率密度高，转子结构简单可靠，在长行程直线牵引场合具有很大的应用潜力。然而，很多应用场合要求直线电机在具有高推力密度的同时也要能够呈现较低的推力脉动，因此研究推力脉动的产生机理以及抑制方法是提升LFSPM电机应用潜力的重要手段。通过有限元分析(FEA)，先利用不同结构的辅助齿对LFSPM电机的端部效应进行改善，减小端部力；在此基础上，对抑制不同成因推力脉动的方法以及这些方法的组合效果进行仿真比较；比较过程中，提出一种的步进(错齿)位移选择方法；基于该方法，各结构在减小推力脉动的同时可以有效兼顾电机的输出推力平均值。FEA验证了所提出方法的通用性，可使不同结构的LFSPM电机在减小推力脉动的同时兼顾输出推力平均值。

摘要:变压器顶层油温受天气状况、潮流负荷等诸多因素影响，其预测精度难以提高。为解决此问题，文中提出一种基于相似日和相似时刻的变压器顶层油温预测方法，在相似日内进一步选择待预测日各时刻所对应的相似时刻，进而利用相似时刻预测变压器顶层油温。首先采用基于气象因素的K-means聚类和时间“近大远小”原则，从历史样本中选择得到待预测日的相似日。然后在充分研究相似时刻定义描述和判断依据的基础上，基于反向传播(BP)神经网络和线性加权方法给出了顶层油温预测方法的计算步骤，并将其应用到江苏某特高压主变顶层油温的预测工作中。最后，结果表明该方法预测变压器顶层油温的精度较高，从而验证了该方法的有效性与可行性。

摘要:发电机惯量是电力系统频率特性分析与其在线应用中的重要参数。基于发电机正常运行时机端有功功率和频率的类噪声信号可对发电机惯量进行实时辨识。然而实测数据质量存在缺陷，导致现有算法对实测数据的辨识效果较差。为解决该问题，文中以谱分析与系统辨识理论为基础，建立惯量辨识结果的先验方差统计量。通过参考系统估计、模型参数方差估计和惯量方差估计3个步骤，计算得到先验方差。并在进行辨识前对类噪声数据段进行评价和筛选，提升惯量辨识的准确度。基于仿真数据和实测数据的数据评估筛选结果验证了该方法的有效性。结果表明，先验方差较小的数据段，惯量辨识的准确度较高。

摘要:针对采空区地质塌陷造成的杆塔倾斜、线缆断裂以及现有输电线路弧垂和温度监测过于依赖传感器等问题，提出基于改进机器学习的输电线路弧垂温度估计方法。首先，利用安装在线路上的智能摄影机和传感器获得线路的弧垂温度图像数据。然后，基于远程无线通信传输至数据采集与监视控制系统(SCADA)，基于遗传-支持向量机(GA-SVM)算法估计输电线路的弧垂，采用GA-Elman神经网络算法估计输电线路的温度，准确跟踪输电线路状态。最后通过搭建仿真平台对所提方法进行分析验证，实验结果表明所提方法能够快速获取复杂环境下的监测数据，并且弧垂温度估计准确率高于对比方法。

摘要:区域综合能源系统(RIES)作为一种可充分利用多种能源的有效网络形式，其组成方案的经济效益评估意义重大。针对RIES经济性评估指标不完善及指标权重确定受主观因素影响较大的问题，文中首先分析了RIES的架构，搭建了RIES经济性评价指标体系。为提高指标权重融合的合理性，文中提出可反映主、客观权重内在联系的改进最小叉熵法，结合优劣解距离法(TOPSIS)和秩和比法(RSR)，进行RIES投资方案的多准则评价排序并选出最优方案。最后，选取某工业园区不同系统组成方案作为算例进行经济效益评估验证，结果证明了文中所提方法的工程实用性，可为RIES的规划和改造等项目提供有效的经济效益评价。

摘要:风光电站出力具有间歇性和波动性，合理的风光容量配比可以充分实现二者的互补。不准确的电站理论功率计算会影响风光真实特征的提取，导致较大的容量配比误差。文中在新能源电站理论功率计算通常所采用的样板机法的基础上进行改进，首先对异常数据进行识别及重构；然后识别新能源电站中的异常样板机并更新样板机集合，并根据非样板机的实际运行情况选取动态信息窗，利用动态信息窗内样板机和非样板机的实测功率，对非样板机分组并动态识别每组非样板机的比例系数，从而计算新能源电站的理论功率。基于多年历史理论功率的计算对新能源电站进行特征分析，并据此模拟随机出力场景，提出了基于源荷不匹配风险的风光容量配比优化方法。通过算例验证了改进样板机法的准确性，利用该方法得到西北某地区电网风电场、光伏电站多年的改进理论功率数据，并优化得到该地区的风光容量最优配比。文中所提改进样板机法可有效提高新能源电站理论功率的计算精度，基于该方法计算得到的风光容量最优配比可为地区电网风光发电容量提供参照。