• 2023年第42卷第2期文章目次
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    • >面向新型电力系统的供需互动与多能互补优化技术
    • 特约主编寄语

      2023, 42(2):1-1. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.001

      摘要 (236) PDF 1005.93 K (506) HTML (530) XML 收藏

      摘要:推进以新能源为主导的新型电力系统建设是实现我国“碳中和、碳达峰”目标的关键环节。高渗透率的新能源被广泛接入电网发电侧,尽管为电网提供充裕的电能,却也大幅增加电力系统的平衡调节压力,导致仅依靠电源侧的调节能力难以保障新型电力系统的可靠供应和安全稳定。因此,在新型电力系统建设过程中,亟须挖掘电力需求侧柔性负荷所蕴含的巨大灵活调节潜力,将供需两侧的资源同步纳入电网规划与运行管理,从而充分保障新型电力系统的供电可靠和稳定运行。

    • 基于纵向修正ARIMA的负荷聚合商潜力计算及调峰策略

      2023, 42(2):2-10. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.001

      摘要 (597) PDF 2.11 M (905) HTML (991) XML 收藏

      摘要:负荷聚合商组织需求侧资源参与调峰市场和电能量市场时,存在负荷预测准确度不够导致合同购电量误差大、市场界限模糊导致考核结算重复等问题,因此文中提出基于纵向修正差分自回归滑动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)模型的负荷聚合商潜力计算和调峰策略。首先,利用纵向修正ARIMA算法预测基线负荷,构建负荷聚合商的调峰潜力测算模型,挖掘需求侧资源的可调节能力,为电力市场交易提供数据基础;其次,制定电能量市场与调峰市场的负荷偏差考核方式,以月度滚动时域综合结算收益最大为目标,构建考虑偏差考核的负荷聚合商调峰模型;最后,基于某典型地区负荷聚合商月度历史负荷数据,对所提方法进行算例分析。结果表明考虑负荷偏差考核的负荷聚合商调峰策略可以提升聚合商的调峰收益约23.7%,降低负荷聚合商峰谷差约10%,验证了文中方法的合理性和有效性。

    • 基于数据驱动的聚合空调特性建模及控制策略

      2023, 42(2):11-19. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.002

      摘要 (552) PDF 2.21 M (807) HTML (897) XML 收藏

      摘要:随着越来越多的可控负荷接入电网,空调负荷(air conditioning loads,ACLs)由于其响应速度快、调节潜力大、具有蓄冷储热等特征可作为柔性负荷参与平抑可再生能源引起的波动。在实际对ACLs进行聚合的过程中,室外温度、ACLs的温度和ACLs的数量等外部条件的变化会对聚合模型造成一定的影响。但现有大多数对ACLs的控制方法未考虑聚合ACLs外部特性模型(aggregate ACLs' external model,AAEM)的时变特征。文中提出一种基于数据驱动的AAEM及相应的负荷跟踪控制策略,考虑到基于ACLs热力学特性的ACLs的成本函数,采用神经网络对时变聚合ACLs的AAEM进行快速计算,降低AAEM的计算复杂程度。基于数据驱动的AAEM负荷跟踪控制策略有效减少了ACLs的开关状态切换次数及其调用总成本。基于实际用户的仿真结果验证了该方法的有效性。

    • 基于高斯混合模型的居民聚合响应潜力多重置信评估

      2023, 42(2):20-28. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.003

      摘要 (645) PDF 1.88 M (821) HTML (965) XML 收藏

      摘要:针对居民用电负荷与源端出力多变背景下传统电力系统运行灵活性不足的现实问题,需求响应可有效提高系统运行灵活性与安全经济效益,价值尤为凸显,而响应潜力的精细化评估是其重要基础支撑。文中提出一种在缺少历史响应数据支撑时基于高斯混合模型的聚合响应潜力评估方法。首先,通过家庭及相似日的两次聚类分析选取典型样本数据,强化数据的代表性;然后,引入高斯混合模型精准挖掘家庭用电行为的概率分布,形成单个家庭的响应潜力;最后,自下而上加权汇总,实现多重置信情景下聚合需求响应潜力的评估。实验分析表明该方法能够仅从历史用电数据中挖掘出小时级的居民需求响应潜力信息,充分反映用电负荷分布及响应潜力分布特征,并通过对比分析验证了两次聚类选取典型样本数据的有效性。

    • 基于VMD和MPC的电动汽车-火电机组联合调频控制

      2023, 42(2):29-39. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.004

      摘要 (409) PDF 2.16 M (719) HTML (895) XML 收藏

      摘要:合理的调频指令分配策略以及有效的指令跟踪控制方法是利用集群电动汽车(aggregate electric vehicle,AEV)联合火电机组开展调频控制、改善调频质量、提高调频经济性的关键。基于此,文中提出基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和双层模型预测控制(model predictive control,MPC)的AEV参与系统调频控制策略。首先,设计AEV联合传统火电机组的频率协调优化控制结构,建立火电机组及负荷频率控制模型,同时将AEV转化为虚拟调频单元,构建在AEV参与下系统单区域多机组负荷频率控制模型;然后,利用VMD将电网调频指令信号分解为含不同频率成分的本征模态函数,整合高频分量作为AEV的调频指令,低频分量作为火电机组群的调频指令,并通过双层MPC分别在AEV和火电机组群内部实现调频指令的优化再分配及跟踪控制;最后,对所提控制策略进行仿真验证。结果表明所提控制策略可实现对系统频率的有效调节,且兼顾了调频的经济性和动态性能。

    • 考虑综合需求响应的楼宇综合能源系统能量管理优化

      2023, 42(2):40-47,57. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.005

      摘要 (408) PDF 1.65 M (736) HTML (861) XML 收藏

      摘要:针对楼宇综合能源系统(residential integrated energy system,RIES)能量管理时未充分考虑影响室温因素及其对负荷建模的影响和刚性捆绑RIES、用户从未全面考虑用户舒适度和用能支出的问题,文中提出冷、热负荷参与阶梯型补贴和电负荷参与电价型综合需求响应的RIES能量管理优化模型及其求解方法。首先,综合考虑影响室温因素,得到离散化的楼宇热平衡方程,建立楼宇的柔性而非固定的冷、热、电负荷数学模型。其次,建立冷、热负荷参与的阶梯型补贴和电负荷参与的电价型综合需求响应机制。然后,考虑RIES向用户售能的收益、从外部购能的成本和支付用户的补贴费用,构建以最大化RIES运行利润为目标、计及设备和系统运行约束的能量管理优化数学模型,并采用Cplex对线性化后的模型进行求解。最后,通过算例仿真表明:计及综合需求响应的RIES能量管理优化能统筹协调供需两侧资源,提升系统与用户的经济效益。

    • 基于动态下垂控制的温控负荷一次调频控制策略

      2023, 42(2):48-57. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.006

      摘要 (608) PDF 2.93 M (695) HTML (867) XML 收藏

      摘要:利用温控负荷(thermostatically controlled load,TCL)作为调频资源参与电网调频是应对高比例可再生能源发电并网导致电力系统维持频率稳定能力下降的有效手段。文中提出一种基于动态下垂控制的TCL一次调频控制策略,考虑聚合商TCL平均温度状态(state of temperature,SOT)、调频容量和系统频率变化率,构建动态下垂控制模型,实时调整下垂控制系数,改变TCL聚合商调频参与度。当向上调频时,锁定关状态TCL;当向下调频时,锁定开状态TCL,确保频率快速恢复至额定值附近。同时,为确保用户的舒适度,利用TCL的SOT优先级排序列表派遣法,确定TCL参与调频顺序。在Matlab/Simulink平台上进行仿真分析,仿真结果验证了文中所提策略在确保用户舒适度、改善频率质量等方面的有效性。

    • >专论与综述
    • 基于龙伯格观测器的MMC子模块故障检测方法

      2023, 42(2):58-66. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.007

      摘要 (632) PDF 8.14 M (729) HTML (861) XML 收藏

      摘要:模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)由大量子模块(submodule,SM)串联构成,是高压大功率领域最有发展潜力的变换器之一。SM功率开关开路故障和短路故障严重影响了MMC的可靠性,给MMC稳定运行带了巨大挑战。因此,为了快速地检测出故障SM,文中提出一种基于龙伯格观测器的SM功率开关故障检测方法。首先,分析SM故障特性,根据SM电容电压变化的数学关系,建立龙伯格观测器模型;然后,通过龙伯格观测器计算SM电容电压估计值,比较电容电压估计值与测量值,实现SM功率开关故障检测;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建MMC系统仿真平台,并在实验室搭建MMC实验平台进行验证。仿真和实验结果表明,龙伯格观测器能够准确有效地检测出SM开路故障和短路故障,验证了该故障检测方法的可行性与有效性,但要对每个SM进行监测。

    • 基于互信息数据优选的系统侧谐波阻抗估计

      2023, 42(2):67-74. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.008

      摘要 (417) PDF 1.61 M (654) HTML (787) XML 收藏

      摘要:准确求解谐波阻抗是谐波治理和合理划分谐波责任的前提。现有谐波阻抗估计方法须满足背景谐波波动小且用户侧谐波阻抗远大于系统侧谐波阻抗的条件,但大量电力电子设备在电力系统中的使用导致这些条件可能难以被满足,因此文中提出一种基于互信息数据优选的系统侧谐波阻抗估计方法。首先通过独立分量分析(independent component analysis,ICA)求解系统侧谐波电流,然后筛选公共连接点(point of common coupling,PCC)处谐波电流与系统侧谐波电流互信息小的数据段,最后利用筛选出的数据段对应的PCC处谐波电流与系统侧谐波电压协方差为0的特性对谐波阻抗进行估计。仿真和实际案例分析表明:与现有方法相比较,在用户侧谐波阻抗非远大于系统侧谐波阻抗时,文中所提方法的系统侧谐波阻抗估计结果更准确,适用范围更广泛。

    • 计及负载特性的数据中心微电网双层优化配置

      2023, 42(2):75-83. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.009

      摘要 (408) PDF 1.69 M (865) HTML (975) XML 收藏

      摘要:为解决数据中心微电网前期容量规划不合理,无法适应数据中心运行特性的问题,同时为提高数据中心微电网的供电经济性和可再生能源消纳能力,文中提出了计及负载特性的数据中心微电网容量双层优化配置模型。使用基于场景缩减的选择方法应对可再生能源出力的不确定性,同时解决大量场景带来的计算复杂性问题。根据不同负载的特性,考虑其时间维度上的灵活性,制定相应的负载分配策略。采用带有精英策略的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)与 Gurobi结合的方式进行求解,最后利用模糊多属性决策方法获得折衷最优解,合理规划微电网内储能系统、光伏和风机的容量。算例表明,所提方法降低了数据中心微电网建设与运行成本,减少了碳排放,提高了数据中心运营商的满意度。

    • >电网运行与控制
    • 含风电虚拟惯性响应的新能源电力系统惯量估计

      2023, 42(2):84-93. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.010

      摘要 (352) PDF 1.75 M (829) HTML (1278) XML 收藏

      摘要:惯量精确估计是分析系统频率安全稳定的前提,而现有方法未能定量评估虚拟惯量对电网等效惯量的影响。鉴于此,文中提出一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。首先推导了含风电虚拟惯性响应的电力系统等效惯量理论表达式;其次利用同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)获取发电装置节点处的有功-频率数据,然后将发电装置的有功输出功率作为辨识模型输入、频率扰动作为输出,利用受控自回归(controlled autoregressive,CAR)模型以及含有遗忘因子的递推最小二乘(time-varying forgetting factor recursive least squares,TFF-RLS)算法对不同风电渗透率下的全网等效惯量进行评估;最后通过改进的IEEE-10机39节点系统验证所提方法的可行性与适用性。与传统辨识方法相比,文中所提方法估计的惯量精确性有所提高,适用于新能源电力系统时变惯量估计。

    • 基于杰卡德相似度一体化判据的柔直线路纵联保护

      2023, 42(2):94-102. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.011

      摘要 (525) PDF 2.03 M (617) HTML (667) XML 收藏

      摘要:基于双端法的柔直线路纵联保护通信量大、动作时间长,并且受噪声等因素影响较大,因此其整定困难。基于此,文中提出一种基于杰卡德相似度一体化判据的柔直线路纵联保护方法。首先分析了柔直线路区内外故障电压和电流变化率的故障特征,分别构建了模拟量至逻辑量的转换关系;然后提出基于0.5 ms数据窗下逻辑量比较的杰卡德相似度模型,基于区内故障的高相似度构建一体化判据实现故障类型的判别,无需故障启动及故障选极判据,基于双端逻辑量比较的纵联保护方案可以实现柔直线路的快速保护,该方案原理简单、动作速度快、易于实现;最后利用PSCAD/EMTDC搭建四端柔直输电系统模型,分别验证了该保护方案在区内外不同故障类型、高阻接地、噪声干扰等多种场景下的有效性。

    • 混合型MMC非闭锁型直流故障穿越的故障等效模型

      2023, 42(2):103-111. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.012

      摘要 (595) PDF 1.76 M (736) HTML (915) XML 收藏

      摘要:由半桥子模块和全桥子模块构成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)相比于全桥型MMC能够在降低成本的同时具备直流故障穿越能力,直流故障暂态分析是混合型MMC器件选型和配比设计的基础。为分析混合型MMC直流侧故障的暂态特性,文中建立额定运行状态和降压运行状态下发生极间短路的混合型MMC非闭锁型直流故障穿越过程的故障等效模型;分析了直流故障穿越期间混合型MMC各桥臂子模块的动态投切过程,将非闭锁型直流故障穿越控制策略切换前的暂态过程等效为不可控的子模块电容放电过程,将控制策略切换后的暂态过程等效为带有电感初始储能和反向电压源的限流过程;给出了直流侧短路电流的解析计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了文中模型和计算方法的有效性,能够为混合型MMC的优化设计提供参考。

    • 长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

      2023, 42(2):112-118. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.013

      摘要 (748) PDF 1.54 M (649) HTML (809) XML 收藏

      摘要:远距离海上风电越来越多地选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。文中基于对称单极拓扑的双端VSC-HVDC海上风电送出工程,简化了电缆和VSC-HVDC输电系统的数学模型,分析换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释;根据不同故障类型的故障源等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对VSC-HVDC系统故障特征的复杂影响;利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。

    • >配网与微网
    • 考虑任务迁移的配电网边缘计算节点部署方法

      2023, 42(2):119-129,160. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.014

      摘要 (422) PDF 5.58 M (604) HTML (817) XML 收藏

      摘要:需求侧部署边缘计算节点能有效降低电力网络的数据传输和存储压力,提高电力业务的服务质量。目前多从电网拓扑的维度确定边缘节点的部署位置,以网格化的方法划定各节点服务范围,各节点的工作过程相互独立,因此边缘节点选址定容过程灵活性较低,同时可能造成设备计算资源的浪费。为此文中提出一种考虑任务迁移的边缘计算节点部署方法。首先,基于边缘设备特点和居民区空间特征提出一种考虑任务迁移的边缘计算架构;其次,结合居民节点空间信息、用电规律形成特征数据,利用改进的密度峰值分析算法确定边缘节点部署的数量、地址及服务范围;最后,设计启发式算法实现边缘节点间的任务迁移,保证各节点的计算资源得到均衡利用,提高系统的稳定性。以南京市某居民区为例设计仿真实验,结果表明所提边缘节点部署方法能有效降低居民节点原始数据传输成本,任务迁移算法能有效改善边缘设备计算资源使用均衡度,提升区域内边缘计算服务的执行效率。

    • 基于曼哈顿平均距离和余弦相似度的配网单相接地故障定位

      2023, 42(2):130-138. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.015

      摘要 (393) PDF 1.51 M (666) HTML (702) XML 收藏

      摘要:针对有源配电网谐振接地系统发生单相接地故障时现有定位算法灵敏度不足的问题,文中提出一种基于曼哈顿平均距离和余弦相似度的故障定位方法。首先,明确分布式电源(distributed generator,DG)的中性点接地方式,并分析了DG接入的影响;其次,对故障馈线各区段两端的暂态零序电流进行小波包分解,利用曼哈顿平均距离计算其幅值相似度,并基于余弦相似度比较其波形差异,从而构造综合相似度判据,与设定阈值进行比较即可区分出故障区段;最后,利用DIgSILENT PowerFactory搭建仿真模型。仿真结果表明该方法在不同故障位置、不同故障时刻以及不同过渡电阻下均能实现准确定位。

    • 中压配电网近邻交互式分布式拓扑辨识算法

      2023, 42(2):139-146. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.016

      摘要 (409) PDF 1.34 M (642) HTML (684) XML 收藏

      摘要:分布式决策的智能保护控制是应对分布式电源广泛接入后中压配电网灵活性和安全性挑战的前瞻性技术。实现智能分布式决策的前提是每个智能终端(smart terminal unit,STU)均能快速辨识和跟踪所在线路的拓扑连接关系及其变化。对此,文中提出一种基于对等通信且具有高容错性的分布式拓扑辨识算法。配置在环网节点的STU无须预存馈线组静态拓扑,仅依靠本地量测以及与近邻终端的信息交换,通过规则判断的方式,就能实现对馈线组完整拓扑和开环方式的动态跟踪与辨识,减少算法对终端的配置要求。同时,算法仅须各STU交互基本的量测信息与判断信息,降低对通信条件的要求。算例表明该方法合理有效,且通过结合本地量测互校核和对侧连通性预判修正,可显著提高拓扑辨识对量测数据的容错能力。

    • >高电压技术
    • 基于改进遗传算法的隧道多回路电缆群相序优化

      2023, 42(2):147-153. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.017

      摘要 (496) PDF 2.02 M (611) HTML (754) XML 收藏

      摘要:隧道集群敷设电缆具有负载能力高、方便检修等优点,在城市电网中得到了广泛应用。为了充分利用隧道电缆群的输电容量,文中提出一种基于改进遗传算法和多物理场仿真的隧道多回路电缆群相序优化方法。首先,考虑隧道敷设电缆的电磁环境、散热环境以及交叉互联接地方式,建立隧道多回路电缆群电磁-热-流-路多物理场耦合模型;其次,在遗传算法中建立记忆种群,以减少联合仿真中调用有限元模型次数,提升计算效率;最后,以隧道电缆群线芯最高温度最小为目标函数,各回路电缆温度不超过90 ℃为约束条件,采用改进遗传算法对电缆相序进行优化。优化后文中算例的电缆金属护套总环流损耗下降了11.14%,电缆线芯最高温度下降了2.15%。研究表明,优化相序有利于改善隧道电缆群的散热,改进遗传算法大大减少了优化次数。

    • 低交联度LLDPE用于XLPE绝缘的机械及直流电气性能

      2023, 42(2):154-160. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.018

      摘要 (576) PDF 1.65 M (608) HTML (896) XML 收藏

      摘要:为了降低直流电缆绝缘材料的电导率,并提升电导率及直流击穿场强的温度稳定性,同时改善绝缘的高温力学性能,文中引入低交联度线性低密度聚乙烯(linear low density polyethylene,LLDPE)作为直流电缆绝缘材料。文中对比添加不同含量过氧化二异丙苯(dicumyl peroxide,DCP)的LLDPE和低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE),通过热延伸、动态热机械测试及拉伸试验分析其力学性能,并测试直流电导率和直流击穿场强。结果表明,DCP质量分数为0.7%~2.0%范围内,交联LLDPE具有更低的热延伸率,DCP质量分数为0.7%即可满足高压直流电缆对交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)热延伸率的要求。由此结果,结合减少副产物的目的,选出DCP质量分数为0.7%的LLDPE作为传统XLPE(DCP质量分数为2.0%的LDPE)的对比及替代绝缘材料。动态热机械测试(dynamic mechanical analysis,DMA)及拉伸试验验证了DCP质量分数为0.7%的LLDPE比传统XLPE拥有更高的杨氏模量及断裂伸长率;电导率及直流击穿实验表明前者在30~90 ℃拥有更低的电导率及更优的电导率和直流击穿场强的温度稳定性。由于实际电缆中的交联副产物难以脱尽且分布不均,严重影响电缆长期安全运行,可考虑将DCP质量分数为0.7%的低交联度LLDPE用作直流电缆绝缘材料,从而在满足高温机械性能的同时降低直流电导率并增强电导率的温度稳定性。

    • 基于模型预测控制的配电网单相接地故障有源消弧

      2023, 42(2):161-169. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.019

      摘要 (515) PDF 1.94 M (569) HTML (745) XML 收藏

      摘要:针对配电网非有效接地系统中单相接地故障消弧的难题,现多采用附加有源补偿和消弧线圈相结合的方案对接地故障电弧进行抑制,而有源补偿系统控制策略的性能直接决定了消弧性能。文中设计了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的有源消弧实现方案,首先分析采用注入电流方式的有源消弧原理,然后采用三级联H桥多电平逆变器作为有源消弧系统主拓扑,优选代价函数,设计基于MPC的有源消弧闭环控制系统。该控制系统相较基于比例积分(proportional integral,PI)控制的有源消弧闭环控制系统,无须进行参数整定即可实现对多次谐波电流的精确追踪,进而有效补偿接地电流。仿真及实验结果均表明:文中所提方案能更加有效地抑制接地故障电流,满足不同场景可靠消弧的要求。

    • >智能电网技术
    • 基于改进累积前景理论的电动运营车充电决策模型

      2023, 42(2):170-179. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.020

      摘要 (472) PDF 1.70 M (624) HTML (806) XML 收藏

      摘要:为准确描述电动运营车车主的非理性充电决策行为,文中建立了基于改进累积前景理论的电动运营车充电决策模型。首先,综合考虑到达时间、剩余电量和心理安全电量等因素,构建电动运营车车主在不同峰谷电价下的充电需求模型。其次,针对运营车车主对到达时间和剩余电量的心理感知差异,建立考虑风险偏好的改进累积前景理论异质参考点模型。最后,以运营车累积前景收益为评价指标,对充电决策进行评估。对武汉市电动运营车充电行为进行仿真分析,结果表明,在心理安全电量一定的前提下,心理感知价值较高的车主会提前充电,而心理感知价值较低的车主则倾向于延后充电。文中模型将风险偏好与心理感知价值相结合,可以更准确地反映运营车车主的非理性决策行为。

    • 基于BAS-IMOPSO算法的风电系统储能优化配置

      2023, 42(2):180-187. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.021

      摘要 (428) PDF 1.59 M (624) HTML (684) XML 收藏

      摘要:风力发电作为一种清洁的可再生能源,在电力系统中应用广泛,但风电出力的随机波动性会对电力系统电能质量产生不利影响。储能系统(energy storage system,ESS)因其灵活的双向调节能力被用于平抑风电接入系统带来的电压与功率波动问题。文中考虑储能接入节点与容量不同对风电出力波动的平抑效果不同,以系统电压偏差、日有功网损和ESS配置容量为目标函数建立多目标储能优化配置模型。采用一种基于天牛须搜索算法的改进多目标粒子群优化(beetle antennae search-improved multi-objective particle swarm optimization,BAS-IMOPSO)算法求解该模型,利用基于信息熵的逼近理想解排序法在Pareto解集中选取最佳储能配置方案。在IEEE 33节点系统中对模型进行仿真验证,结果表明:BAS-IMOPSO算法优化下的ESS降低配电网电压偏差与有功网损的能力较多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法显著提高,有效改善了系统的电能质量,具有削峰填谷的作用,验证了BAS-IMOPSO算法的有效性。

    • 雷电引起的电压暂降严重程度自学习评估方法

      2023, 42(2):188-196. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.022

      摘要 (400) PDF 1.43 M (613) HTML (702) XML 收藏

      摘要:雷击故障是造成电网电压暂降的主要原因之一,准确评估雷电造成的电压暂降严重程度可以为制定最优治理方案和敏感用户选址提供依据。文中提出一种数据驱动的电压暂降严重程度自学习评估方法。首先,基于雷电造成的电压暂降机理,结合雷电定位系统和电能质量监测系统中的监测信息选取参与挖掘的参数;其次,减少离散化结果对规则准确性的影响,使用离散化评价系数确定不同参数的离散区间数目;然后,针对电网数据库动态变化时挖掘算法效率过低的问题,使用基于增量式学习的关联规则挖掘算法持续更新挖掘规则,从而赋予其自学习的能力;最后,提出基于综合赋权法的加权欧氏距离评估实际场景的电压暂降严重程度。通过某地区电网的监测数据和IEEE 30节点系统仿真数据进行实证分析,结果证明文中方法能在实际应用中准确挖掘有价值规则,实现关注节点的电压暂降严重程度评估。

    • >电机与电器
    • 基于改进半监督阶梯网络的有载分接开关故障诊断方法

      2023, 42(2):197-205. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.023

      摘要 (317) PDF 12.86 M (580) HTML (642) XML 收藏

      摘要:有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)是变压器实现有载调压的关键部件,具有复杂的机电结构。基于振动信号的OLTC机械故障诊断目前存在样本标记难度高而难以有效训练的难题。文中提出一种基于贝叶斯优化和卷积算子改进的阶梯网络(Bayesian optimization-convolutional ladder networks,BO-ConvLN),可在少标签情况下提高OLTC机械故障诊断的精度。首先,引入阶梯网络对振动信号进行半监督学习,充分利用大量无标签样本的潜在信息对特征提取过程进行指导,提升少标签情况下阶梯网络的诊断性能。然后,用卷积算子替代阶梯网络中的全连接形式的线性变换,增强阶梯网络对非平稳振动信号的特征提取能力。在此基础上,借助贝叶斯优化对阶梯网络高维超参数进行寻优,在有限时间成本下显著提升了模型的诊断精度。实验结果显示,在仅有40个标签的情况下,对传动卡涩、芯子润滑不足、顶盖松动3类故障的诊断精度达91.67%,证明了BO-ConvLN在故障诊断中的有效性。

    • 基于扩张状态观测器的DFIG网侧变换器滑模控制

      2023, 42(2):206-214. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.024

      摘要 (427) PDF 2.49 M (602) HTML (758) XML 收藏

      摘要:针对双馈风力发电机网侧变换器因负载变化和滤波参数摄动导致控制效果不佳的问题,文中提出一种扩张状态观测器(extended state observer,ESO)与滑模控制相结合的网侧变换器双闭环控制策略,内环采用以功率为状态变量的基于ESO的滑模直接功率控制,外环采用以电压平方为状态变量的基于ESO的滑模控制。首先,应用ESO对系统状态变量与包含系统未建模动态、负载变化和滤波参数摄动等不确定项进行估计,无需系统的精确数学模型即可设计滑模控制方法,实现网侧变换器在复杂环境下的鲁棒控制。此外,引入功率差前馈环节,可减小负载变化时外环滑模控制非线性带来的冲击。最后,对负载变化和滤波参数摄动2个算例进行仿真。结果表明,与传统矢量控制和滑模控制相比,所提控制策略在复杂环境下具有更强的鲁棒性。

    • 基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

      2023, 42(2):215-222. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.025

      摘要 (501) PDF 2.90 M (667) HTML (990) XML 收藏

      摘要:分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame,MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral,PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。

    • >技术探讨
    • 基于脆弱支路筛选的电网连锁故障多目标预防策略

      2023, 42(2):223-231. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.026

      摘要 (419) PDF 1.52 M (655) HTML (684) XML 收藏

      摘要:针对电力系统中由线路故障引发的连锁故障现象,文中提出了一种基于脆弱支路筛选的电网连锁故障多目标预防策略。首先,提出一种改进的支路安全指标和系统安全指标,并引入泰尔熵指数对电力系统中各支路进行脆弱性评估,以此量化某支路故障退出运行后对电网运行安全性的影响;然后,根据支路脆弱性排序筛选出发生初始故障退出运行后对电网运行安全性影响较严重的几条支路,建立预想事故集;最后,建立兼顾系统安全指标和电网电压稳定,且能应对多种初始故障场景的电力系统连锁故障预防控制模型,并使用非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解该模型。基于IEEE 39节点系统进行仿真分析,结果表明所提预防策略能获得更安全合理的发电机组出力方案,且证明了支路负载率差异对脆弱支路辨识的重要性。

    • 直流线路永久性接地故障环流抑制优化方案

      2023, 42(2):232-240. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.027

      摘要 (322) PDF 2.73 M (653) HTML (884) XML 收藏

      摘要:针对双极双十二脉动特高压直流线路永久性接地故障异常环流无法有效隔离问题,提出了故障异常环流抑制优化方案。首先分析直流线路永久性接地故障异常环流值的影响因素;其次结合国内直流线路故障清除现有策略,分析有通信工况下线路接地故障重启高端阀组异常环流、有通信工况及无通信工况下线路接地故障重启不成功闭锁异常环流的形成原因;然后据此提出基于极隔离以及移相90°再闭锁策略优化的直流线路永久性接地故障环流抑制方案;最后通过实时仿真系统(real time digital system,RTDS)建立仿真模型验证改进方案的有效性。结果表明,文中所提出的方案可有效解决不同工况下直流线路永久性接地故障异常环流问题。

    • 计及风光相位特性和机-网间元件的短路电流计算方法

      2023, 42(2):241-249. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.028

      摘要 (680) PDF 1.69 M (612) HTML (615) XML 收藏

      摘要:以风电和光伏为代表的新能源机组大量接入电网使得短路电流的精确计算校核变得困难。针对最新研究中构建新能源并网点短路电流映射模型时,未考虑相位映射及未计及箱变、集电线路、主变及送出线路等机端到并网点间电气元件(机-网间元件)影响的理论缺陷,文中提出一种计及新能源相位特性和机-网间元件影响的改进工程化电网短路电流计算方法。首先,结合国家运行规程对新能源机端电压-短路电流相位映射进行有补充意义的理论建模。其次,对该模型进行工程化处理,并提出一种将所得映射逆推至并网点的迭代计算方法。继而,将工程化后的并网点短路电流幅相映射模型应用到现有局部迭代计算中,得到改进的计算方法。最后,在PSCAD仿真软件中搭建新能源并网模型,验证了新能源机端电压-短路电流理论幅相映射的准确性、机端映射模型逆推至并网点的迭代计算理论有效性;在此基础上,在IEEE 39节点系统中对所得映射模型进行实验验证。结果表明所提改进计算方法能在一定程度上提升短路电流计算精度。

    • 500 kV输电铁塔覆冰风险评估与加固措施

      2023, 42(2):250-257. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.02.029

      摘要 (431) PDF 4.29 M (754) HTML (826) XML 收藏

      摘要:输电线路覆冰可能导致输电铁塔倒塌、线路断线,严重威胁电网的安全稳定运行。针对某地区的典型覆冰线路,采用有限元仿真方法建立了500 kV塔线体系仿真模型,并对均匀覆冰下不同覆冰厚度和不同风速等工况进行仿真分析,统计25组仿真结果后获得了500 kV输电铁塔的薄弱点位置规律;然后,基于输电铁塔关键构件的轴向应力和节点位移,进行输电铁塔运行风险评估分析,并划分输电铁塔的运行风险状态;最后,进一步分析2类加固措施的效果,得到加固前后输电铁塔不同薄弱点位置处轴向应力和节点位移的变化关系。仿真结果表明:500 kV输电铁塔的薄弱点位置主要分布在铁塔塔头地线支架处、上下曲臂连接处、瓶颈处以及铁塔的塔身处;在均匀覆冰和风荷载作用下,关键构件的轴向应力和节点位移均呈非线性增加;拟合得到了输电铁塔安全、预警和危险状态临界表达式;增加构件横截面积的加固效果优于改变薄弱点角钢结构,后者加固前后输电铁塔薄弱点处的轴向应力和节点位移均无明显变化。

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