• 2023年第42卷第5期文章目次
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    • >基于声、光诊断技术的电力装备状态感知与健康评估
    • 特约主编寄语

      2023, 42(5):1-1. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.001

      摘要 (328) PDF 1.15 M (814) HTML (733) XML 收藏

      摘要:建设新型电力系统、加速新能源的利用消纳,是推进电力能源革命和构建清洁低碳、安全高效能源体系的重大举措,也是保障我国能源安全的必然选择。随着新型电力系统建设的日益推进,高电压、大容量的传统电力装备被广泛应用于新型电力系统源、网、荷、储等多个环节中;与此同时,以高功率密度电力电子装备、大容量直流气体绝缘设备等为代表的新型电力装备被大量投入使用,其可能出现的电、热失控给电网运行带来巨大的安全隐患。

    • 高灵敏硅凹槽膜片型光纤F-P局部放电超声传感器

      2023, 42(5):2-9. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.001

      摘要 (560) PDF 5.51 M (917) HTML (799) XML 收藏

      摘要:文中设计并制备了一种硅凹槽膜片型光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)超声传感器,用于电力设备局部放电检测。采用有限元软件优化设计传感膜片的凹槽参数,与传统圆形膜片相比,硅凹槽膜片的静态灵敏度提升4.09倍且谐振频率基本不变。通过耦合效率修正传统双光束干涉模型,研究F-P腔长对传感器干涉光谱对比度的影响,以提升传感器的声压灵敏度。利用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)制备硅凹槽膜片,其凹槽直径为829.44 μm,厚度为2.09 μm,F-P腔长为163.600 μm。在谐振频率61.5 kHz处,传感器声压灵敏度可达357.78 mV/Pa,并结合气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)局部放电缺陷模型对传感器性能进行验证。实验结果表明,文中所制备的光纤F-P超声传感器具有声压灵敏度高、实时性好、超声信号检测能力强等优点。

    • 基于典型振动规律的干式变压器机械状态诊断

      2023, 42(5):10-19. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.002

      摘要 (584) PDF 4.56 M (1018) HTML (978) XML 收藏

      摘要:干式变压器在运行中受到电、热、机械等应力的共同作用,可能导致铁心松动和绕组变形等异常故障。振动分析法可以灵敏地反映铁心和绕组的机械状态,适用于干式变压器机械故障的检测。文中构建了干式变压器的有限元模型,仿真探究了干式变压器的振动机理与振动特性,发现干式变压器的绕组振动远小于铁心振动,正常运行状态下振动主要来源于铁心的磁致伸缩效应。文中搭建了干式变压器实验平台,采集并对比分析了正常工况和铁心松动状态下干式变压器表面的振动信号。发现随着铁心逐渐饱和,振动信号不再随电压平方呈线性关系增长,总振动信号峰值增长变快,基频振动信号幅值增长变慢。根据实验得到不同工况下干式变压器的振动信号频谱,发现可将振动信号的基频占比、高低频比作为诊断干式变压器机械状态的特征参量。

    • 光学麦克风封装材料相容性试验

      2023, 42(5):20-29. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.003

      摘要 (367) PDF 5.05 M (767) HTML (728) XML 收藏

      摘要:为确保光学麦克风在电气设备内部应用的安全可靠性,文中选定聚氨酯、聚四氟乙烯、环氧树脂、聚醚醚酮和酚醛树脂作为封装材料,进行光学麦克风与电气设备相关的环境相容性试验,并采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱仪对试验前后的材料性能进行检测。结果表明:聚氨酯表面易浸润变压器油且有明显颜色变化,不适用于油浸式变压器,但可用于水听器、空气和常温环境中;聚四氟乙烯与变压器油的相容性较好,可用于油浸式变压器、气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)和温度变化较大的场景;其余材料与电气设备的相容性不佳,适用性有待进一步研究。文中提出的封装材料与环境相容性试验的检测方法可为光学麦克风封装材料选型提供有益借鉴,具有一定的工程实用价值。

    • 变压器油中溶解乙炔光热干涉检测系统的温度和压强特性

      2023, 42(5):30-36. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.004

      摘要 (500) PDF 2.64 M (886) HTML (768) XML 收藏

      摘要:光热干涉(photothermal interference,PTI)法是一种气体检测的新型光学方法,因其高灵敏度、高精度和"零背景"的优点,有望在油中溶解气体分析(dissolved gas analysis,DGA)检测领域中得以推广和应用。然而,油中溶解气体的温度和压强对光热相位的影响规律尚不明确,为提高PTI技术在DGA领域的适用性,文中提出一种基于Herriott气室的光强调制型PTI油中乙炔传感方案。为模拟故障状态下变压器油中气体检测,文中对含乙炔等多组分特征气体的混合气体进行实测,并重点研究测量过程中温度和压强对检测结果的影响规律,得出温度降低和压强增大均会使光热相位增大。由此表明,乙炔检测的精度和稳定性依赖于检测过程中合理设置温度和压强。所研制的测量系统对乙炔浓度具有较强的线性响应,检测灵敏度为0.151 mV/(μL·L-1),检测下限为5.3 μL/L。所提方案为后续开发基于PTI技术的新型DGA检测提供了思路并奠定了基础。

    • 基于CycleGAN和CNN的GIS振动信号去噪与机械缺陷识别

      2023, 42(5):37-45. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.005

      摘要 (300) PDF 5.63 M (898) HTML (882) XML 收藏

      摘要:针对现场气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)振动检测结果易受外界背景噪声干扰的不足,文中提出基于生成对抗网络和卷积神经网络的现场GIS接触缺陷抗干扰检测框架。首先,开展GIS通流试验,获取在触指缺失、螺栓松动、存在分解物和导体对接深度不足4种典型缺陷下的振动波形,并收集包含背景噪声干扰的现场GIS振动波形作为参考,通过对振动数据进行图谱转化,构建用于背景噪声干扰去除和缺陷分类的数据集;其次,将现场振动图谱作为输入,采用周期一致生成对抗网络(cycle-consistent generative adversarial network,CycleGAN)对GIS进行现场背景噪声干扰去除;然后,采用AlexNet和ResNet18卷积网络结构对振动图谱特征进行提取;最后,采用全连接层对图谱特征进行分类,并对比不同振动信号图谱算法对分类结果的影响。结果表明,对于现场数据,所提模型的最大均值差异(maximum mean discrepancy,MMD)可达0.956 0,弗雷谢特起始距离(Fréchet inception distance,FID)可达62.09;Mel-ResNet18模型对GIS接触缺陷分类的准确率达99.43%。文中所提方法对于提高现场GIS振动检测和接触缺陷诊断结果的有效性具有重要应用价值。

    • 基于声纹特征和集成学习的变压器缺陷诊断方法

      2023, 42(5):46-55. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.006

      摘要 (421) PDF 1.95 M (1035) HTML (1081) XML 收藏

      摘要:变压器运行过程中产生的振动噪声与其运行状态及内部缺陷情况直接相关,对其声纹信号开展特征分析,有助于进一步了解设备运行工况,保障电力系统安全稳定运行。文中以声纹特征分析为基础,兼顾诊断效率与准确性,提出一种基于卷积神经网络及集成学习模型的变压器缺陷诊断方法。该方法以变压器声纹数据的时域及频域信号为多通道输入混合特征,构建了基于卷积神经网络模型和声纹特征分析法的集成学习模型,可实现变压器声纹特征的有效识别,并通过由多个基学习器组成的集成学习模型提高了变压器缺陷诊断的准确性。基于文中所构建的变压器声纹样本库,可得到该方法对变压器单一缺陷的识别准确率为99.2%,对变压器混合缺陷的识别准确率为99.7%。研究结果表明该方法可有效识别变压器的运行状态,为变压器运维检修提供技术参考。

    • 基于开放光路FLRDS技术的C2H2和C2H6气体检测

      2023, 42(5):56-62. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.007

      摘要 (313) PDF 3.16 M (743) HTML (697) XML 收藏

      摘要:磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C2H2和C2H6等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原因。因此,实时准确监测储能预制舱内C2H2和C2H6等可燃气体的浓度是保障其安全稳定运行的关键。文中提出一种基于开放光路光纤环形腔衰荡光谱(fiber loop ring-down spectroscopy,FLRDS)技术的气体检测方法,可实现自由空间内微量气体在线监测。对梯度折射率(gradient index,GRIN)透镜的空间光耦合光学损耗进行理论和实验分析,建立插入损耗为0.95 dB的开放光路FLRDS气体检测系统。根据C2H2和C2H6红外光谱特性,开展激光光源性能测试。模拟开放空间气体环境研究了C2H2和C2H6的气体浓度检测方法,结果表明,该系统具有较好的稳定性,N2背景下测量信号标准偏差S仅为平均值的0.156%。衰荡时间与气体浓度之间存在良好的线性关系,C2H2线性拟合度R2为0.998 32,C2H6线性拟合度R2为0.994 72。反演计算结果表明,C2H2和C2H6的最大相对误差分别为3.215%和4.72%,最大绝对误差分别为16.86 μL/L和12.74 μL/L,测量精度良好。

    • 基于改进经验小波变换的局部放电荧光信号去噪

      2023, 42(5):63-69. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.008

      摘要 (512) PDF 2.04 M (736) HTML (743) XML 收藏

      摘要:由于现场环境的复杂性,局部放电(partial discharge,PD)检测伴随着大量噪声干扰,易出现PD漏报与误报现象,影响电力设备后续运维工作。文中采用荧光光纤PD检测法,提出了基于谱峭度和改进经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)的自适应PD荧光信号去噪算法。首先利用快速谱峭度图确定荧光信号傅里叶频谱的紧支撑区域边界,随后对含噪荧光信号进行EWT分解并获得荧光信号所在的有用信号分量,最后对有用信号分量采用小波阈值法去除残留噪声,得到去噪后的PD荧光信号。利用该方法对仿真荧光信号进行去噪分析,并将去噪结果与经验模态分解-小波变换(empirical mode decomposition-wavelet transform,EMD-WT)法和EWT法进行对比,结果表明,该方法在信噪比、均方根误差和归一化相关系数等指标方面都有所提升,证明了该方法具有良好的去噪效果。此外,实测信号的去噪结果表明,该方法的降噪率优于EMD-WT法和EWT法,具有较好的噪声抑制能力。

    • >专论与综述
    • 蜂巢状有源配电网中多端口能量枢纽控制策略

      2023, 42(5):70-79. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.009

      摘要 (402) PDF 2.18 M (754) HTML (714) XML 收藏

      摘要:作为一种适应高比例分布式新能源接入的新型配电网架构,蜂巢状有源配电网利用多端口能量枢纽(multi-port energy hub,MEH)可实现多微电网/配网单元间功率的互联互济,如MEH中包含储能设备,可以进一步提升新能源利用率和电网可靠性。文中提出一种含储能的MEH及其分层协调控制策略。上层控制根据储能系统的荷电状态和配电网运行状态协调控制储能变流器与各并网端口变流器之间的功率分配,使得MEH在平抑新能源波动、配网故障恢复等运行模式下均能够对内部储能系统进行能量管理。下层控制通过将储能变流器有功功率的微分值反馈至储能系统控制环路进行补偿,提高储能变流器输入/输出有功功率响应速度。文中设计了MEH控制系统关键参数,利用MATLAB/Simulink对MEH在配电系统中的应用进行仿真。不同工况下的仿真对比验证了所提分层协调控制策略的有效性,证明该策略能够延长储能系统工作时间,提高储能系统有功功率变化率,减小直流母线的电压波动。

    • 并网逆变器超高次谐波产生与传播机理分析

      2023, 42(5):80-89. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.010

      摘要 (366) PDF 1.65 M (721) HTML (860) XML 收藏

      摘要:超高次谐波是新能源发电技术中不可忽略的新型电能质量问题,并网逆变器作为典型超高次谐波源受到广泛关注。为揭示超高次谐波产生与传播机理特性,文中首先对正弦脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)下的逆变器超高次谐波产生机理进行分析,发现逆变器产生的超高次谐波主要分布在开关频率整数倍附近,且可以等效为电压源,同时对造成该电压源变化的影响因素进行理论分析。然后,建立包含逆变器、滤波器以及网侧阻抗的超高次电路模型,并推导超高次谐波发射电流的数学表达式,在此基础上通过控制变量法探究多逆变器并联时容量和台数对超高次谐波传播特性的影响。最后,在Simulink中进行仿真实验。结果表明,并网逆变器超高次谐波主要受直流侧电压与调制比影响,多逆变器并联运行时超高次谐波的发射强度与容量成正比,验证了文中对并网逆变器超高次谐波理论分析的正确性。

    • 多包络线谐振软开关逆变器控制策略

      2023, 42(5):90-99. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.011

      摘要 (309) PDF 2.10 M (734) HTML (734) XML 收藏

      摘要:为了满足光伏微型逆变器高功率密度、高性能、低总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的要求,文中基于临界电流模式提出一种多包络线谐振软开关逆变器控制策略,通过进行开关管的分时控制达到平衡电感电流上升下降时间的目的,从而缓解过零点畸变。随后,详细介绍多包络线谐振软开关逆变器控制策略的工作模态,并从软开关、开关频率、开关管损耗与逆变效率、过零点畸变程度等方面与传统临界电流模式进行对比分析。为验证控制策略的有效性,文中基于PSIM搭建了500 W谐振软开关单相全桥逆变器进行开环仿真验证。仿真结果表明,与传统的单极性临界电流模式相比,多包络线临界电流模式可以有效优化过零点问题,能够滤除谐波、降低THD,并且实现零电流开关(zero current switch,ZCS)和全部开关管的零电压开关(zero voltage switch,ZVS)。

    • >电网运行与控制
    • MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

      2023, 42(5):100-107. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.012

      摘要 (366) PDF 3.24 M (749) HTML (740) XML 收藏

      摘要:由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。

    • 双馈风场串补系统次同步振荡紧急控制策略

      2023, 42(5):108-116. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.013

      摘要 (634) PDF 1.65 M (779) HTML (595) XML 收藏

      摘要:在新能源侧振荡抑制措施失效的情况下,双馈风电场与串补相互作用诱发的次同步振荡会造成大量风机脱网,对系统稳定性产生不利影响。现有振荡抑制措施无法保证在任何情况下都能可靠抑制振荡,因此需要网侧主动对风场进行紧急控制。文中基于频域阻抗判据,针对辐射型网络网侧选切过程中实时计算量过大的问题制定紧急控制策略,以达到降低计算量,减少决策时间的目的。在极坐标系下推导新能源侧频域阻抗实部与支路阻抗模值相角的关系,根据实部变化量分三步进行判断:首先排除"切除无效机组";其次在余下的机组中筛选紧急控制作用有效的机组;最后根据复阻抗量的投影大小确定切除顺序以防过切。基于国内某风电场经串补送出电网实际参数,通过PSCAD仿真试验对所提策略的有效性进行仿真验证,仿真结果表明按照文中所述切除策略进行紧急控制可有效提升系统在次同步振荡过程中的系统阻尼,避免振荡快速发散。

    • 基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案

      2023, 42(5):117-127,176. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.014

      摘要 (531) PDF 2.06 M (678) HTML (554) XML 收藏

      摘要:电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multi-level converter,LCC-MMC)并联型多端混合直流输电系统结合了基于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)与基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter-HVDC,MMC-HVDC)的技术优势,但因其不一致的边界特性、特殊的汇流母线结构、不同的换流站控制策略,导致现有的线路保护方案难以直接应用。为此,文中提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案。首先,推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测点处测量波阻抗相位在区内外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着,利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别;最后,在PSCAD中进行仿真验证。结果表明,所提保护能够区分T区母线与其相邻线路末端故障,在满足快速性的同时具备一定的耐受过渡电阻(500 Ω)和抗噪声干扰(20 dB)能力,满足多端混合直流系统线路主保护要求。

    • 基于无模型自适应控制的配电网电压控制方案

      2023, 42(5):128-137. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.015

      摘要 (323) PDF 1.80 M (715) HTML (620) XML 收藏

      摘要:新型电力系统下分布式新能源、分布式发电、电动汽车等新型元素大规模发展,配电网电压控制将面临控制对象特性异构、模型复杂、场景多变等挑战。在此背景下,文中提出一种基于无模型自适应控制的配电网电压控制方案。该方案在配电网电压控制分区及主导节点选取的基础上,利用主导节点电压、分布式电源以及储能装置出力等数据建立实时动态线性化数据滚动池,基于特征模型理论和数据驱动,将复杂系统电压控制特性通过控制器特征参数进行时变修正,在不损失系统模型信息的基础上降低了控制模型复杂程度。最后,通过改进的IEEE 33节点配电网系统算例进行仿真分析和对比,结果证明了所提控制方案的有效性。相较于传统的基于模型的控制方法,所提控制方案能够更快速地响应扰动带来的电压波动问题,应用前景良好。

    • >配网与微网
    • 基于Attention-LSTM与多模型集成的短期负荷预测方法

      2023, 42(5):138-147. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.016

      摘要 (550) PDF 1.72 M (724) HTML (849) XML 收藏

      摘要:目前深度学习技术发展快速,针对其在短期负荷预测任务中处理离散数据效果较差以及泛化性不佳的问题,提出一种基于注意力机制的长短期记忆网络(long short-term memory network with attention mechanism,Attention-LSTM)与Stacking多模型集成的负荷预测方法,可以兼顾二者优势。首先,利用均值编码的方式处理离散特征,接着应用Attention-LSTM对负荷数据进行特征提取,再将处理后的数据一同输入到基于Stacking的多模型集成预测模型中,通过3种基学习器对输入特征进行分析处理,最终通过元学习器完成预测。算例使用2个数据集中的实际负荷数据进行分析,对2个数据集中的负荷数据分别进行预测,并与门控学习单元、轻量级梯度提升机、支持向量机方法进行对比。仿真结果表明,所提方法在2个数据集的预测精度均能够超过98%,比其他3种方法的预测精度更高。

    • 基于模组解耦控制的高调制比混合型MMC电容优化方法

      2023, 42(5):148-157. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.017

      摘要 (564) PDF 7.65 M (776) HTML (615) XML 收藏

      摘要:高调制比混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)子模块电容的均压控制方法借鉴半桥型MMC,全桥及半桥子模块电容的充放电行为存在强耦合,导致半桥子模块电容电压波动率较小,给电容值的优化带来挑战。为此,文中首先计算高调制比下两类子模块的电容电压波动率,以明确半桥子模块电容值的优化空间。进一步,提出全桥及半桥模组平均开关函数的设计原则,考虑子模块电容电压瞬时最大值的约束,实现半桥子模块电容值的优化。然后,在现有MMC基本控制框架下,提出基于模组解耦的控制策略,实现电容电压动态的准确控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建混合型MMC的仿真模型,对所提电容优化方法进行验证。仿真结果表明:所提电容优化方法不仅可以实现对全桥及半桥子模块电容电压直流分量和纹波分量的控制,还可降低半桥子模块电容值。

    • 基于XGBoost-MTL的综合能源系统多元负荷预测

      2023, 42(5):158-166. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.018

      摘要 (359) PDF 1.67 M (695) HTML (667) XML 收藏

      摘要:精确的多元负荷预测是综合能源系统(integrated energy system,IES)优化调度和稳定运行的前提。针对IES中多元负荷之间耦合关系复杂以及影响负荷预测的因素众多等问题,文中提出一种基于极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)与多任务学习(multi task learning,MTL)的多元负荷预测方法。首先通过XGBoost重要度排序得到各影响因素对于多元负荷的贡献度,依据贡献度来选取影响负荷预测的关键性因素作为预测模型的输入,保证了输入特征对于多元负荷预测有效的修正作用;其次以门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)作为共享层来搭建MTL预测模型,各子任务通过共享信息来有效利用各负荷之间复杂的耦合关系;最后以上海某综合能源站的负荷数据为例对文中所提模型的有效性进行验证。结果表明:该模型能够适应实际综合能源系统中各类负荷的变化,有效提高预测精度并减少训练时间。

    • >智能电网技术
    • 嵌入轻量梯度提升机评估模型的暂态稳定预防-紧急协调控制

      2023, 42(5):167-176. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.019

      摘要 (568) PDF 1.97 M (693) HTML (537) XML 收藏

      摘要:为了综合发挥运行方式控制和稳控切机控制对电网暂态稳定性的提升作用,提出一种嵌入轻量梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)评估模型的电力系统暂态稳定预防-紧急协调控制决策方法。为快速评估控制措施对稳定裕度的影响,首先利用混合控制样本生成方法和LightGBM算法构建预防-紧急控制对稳定裕度的评估模型,考虑到不合理的切机、切负荷控制可能破坏系统稳定性,利用LightGBM评估模型的数值灵敏度来辨识有效的控制地点、缩减决策空间。进一步将LightGBM模型嵌入暂态稳定双层优化控制模型、替代暂态稳定时域仿真校核,结合改进的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)实现协调控制策略的快速求解。通过IEEE 39节点测试算例,验证了所提方法能够实现不同严重程度的故障在发生前后的预防控制和紧急控制之间的协调配合,既提高了电网安全稳定性,又减小了优化调度成本。

    • 基于μPMU和二分搜索法的辐射状配电网电压暂降源定位

      2023, 42(5):177-184. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.020

      摘要 (250) PDF 1.67 M (703) HTML (563) XML 收藏

      摘要:快速准确地定位电压暂降源,对提高供电可靠性和明确供需双方责任具有重要意义。文中提出一种基于微型同步相量测量装置(micro-phasor measurement unit,μPMU)和二分搜索法的辐射状配电网电压暂降源精确定位方法,首先利用装设μPMU的分层电路求解暂降源电流,在各分层电路分别假设暂降源电流注入各母线节点,进而计算末端母线虚拟电压变化量,并与实测的末端母线电压变化量求误差,根据误差大小确定暂降源邻近母线。然后在暂降源邻近母线相邻区段的中点设置虚拟母线,利用二分搜索法快速缩小定位区间,实现暂降源的精确定位。最后在MATLAB中利用IEEE 33节点模型对文中方法进行验证,结果表明该方法对辐射状配电网中不同位置、不同类型的电压暂降源定位精度高,且具有一定的抗干扰能力。

    • 基于动态决策系统的黑启动灾后恢复路径优化

      2023, 42(5):185-194. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.021

      摘要 (445) PDF 1.48 M (668) HTML (536) XML 收藏

      摘要:为解决极端天气导致的电力系统停电问题,须制定合理的供电恢复策略以减小损失,因此文中建立一种考虑设备故障概率的黑启动恢复路径动态优化方法。首先,为精确衡量灾害条件下线路故障概率,建立考虑台风、降雨、滑坡时空耦合关系的线路失效模型;然后,结合电机特性的最优权重建立黑启动电源评价模型,进而提出在线恢复策略确定黑启动恢复方案,并通过改进后的蒙特卡洛树搜索算法与迪杰斯特拉算法对恢复方案进行求解;最后,以IEEE 30节点配电网系统为例进行仿真分析,验证动态决策系统在不同场景下的适用性。结果表明动态决策系统能够将恢复方案风险度降低22.5%,同时可保持供电恢复时间稳定,有效保障了供电方案的可靠性、快速性。

    • >电机与电器
    • 混合十三电平逆变器调制策略及功率均衡方法

      2023, 42(5):195-204. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.022

      摘要 (403) PDF 13.91 M (700) HTML (523) XML 收藏

      摘要:混合多电平逆变器因其能输出更多电平数且使用的开关器件较少而得到广泛应用,但对电压比为3:1:1:1混合级联H桥十三电平逆变器使用传统的载波移幅调制(phase disposition pulse width modulation,PD-PWM)策略,各单元的功率并不均衡。为了达到功率均衡的目的,文中针对混合十三电平拓扑提出了一种改进的混合调制方法,并在此基础上,进一步重构PD调制下的三角载波和调节高压单元的输出脉冲,在实验室条件下,以调制度0.9为例,3个低压单元L1、L2、L3的开关损耗分别为4.6、4.4、4.2 W,开关损耗基本相等。L1、L2、L3输出功率基本一致,高压单元H1输出功率为51.7 W,3个低压单元功率均为17.2 W,高低压单元输出功率比接近3:1。仿真得到3个低压H桥单元的开关损耗相同,4个单元的功率均衡,高压和低压部分的功率开关分别工作在基频和高频状态,谐波特性良好。

    • 计及谐波的J-A磁滞模型修正

      2023, 42(5):205-213. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.023

      摘要 (518) PDF 1.50 M (683) HTML (593) XML 收藏

      摘要:J-A磁滞理论被广泛应用于电磁式电流互感器的磁特性建模,但是在谐波条件下该模型存在较大的误差。针对这一问题,文中对各次谐波分别修正经典J-A模型参数,利用遗传退火算法进行参数辨识,然后将各次谐波的磁特性进行线性叠加,实现非正弦激励下电流互感器的磁特性建模。采用该修正方法的前提是计量用电流互感器的非线性误差符合规定的0.2S级,因此对各次谐波磁滞回线的仿真分析与误差修正均近似适用于线性叠加原理。以采用纳米晶材料的0.2S级电流互感器为例,对角差与比差进行仿真分析与实验验证,结果表明经过参数修正的J-A模型改善了谐波条件下的测量准确度,多次谐波磁特性的近似线性叠加方法对测量准确度的影响可以忽略不计,从而确认计及谐波的J-A磁滞模型修正合理有效。

    • 基于电容电压波动补偿的混合型模块化多电平变换器

      2023, 42(5):214-223. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.024

      摘要 (153) PDF 3.09 M (705) HTML (575) XML 收藏

      摘要:为了降低模块化多电平变换器的电容体积,文中提出一种基于电容电压波动补偿混合子模块的模块化多电平变换器。首先,介绍所提混合型模块化多电平变换器的系统结构与减小电容体积的机理,同时对混合子模块的投切原则进行详细分析;然后,通过分析混合子模块内部不同电容的能量波动,给出所有电容的容值设计方法,并与传统的半桥型模块化多电平变换器进行对比;最后,通过仿真与实验验证了所提方案的有效性。结果表明,文中提出的混合型模块化多电平变换器能够以较低的开关器件成本,大幅度提高电容能量利用率,降低模块化多电平变换器子模块电容的体积,实现系统功率密度的提高。

    • >技术探讨
    • 高压开关柜局部放电TEV信号传播衰减特性

      2023, 42(5):224-231. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.025

      摘要 (305) PDF 19.83 M (749) HTML (697) XML 收藏

      摘要:高灵敏度状态感知是实现设备数字化运维的关键环节,也是实现设备状态分析与全生命周期管理的重要前提。局部放电暂态地电压(transient earth voltage,TEV)检测是实现开关柜绝缘状态感知的主要手段,其检测灵敏度受到放电类型与部位、检测位置的影响,目前缺乏系统研究。文中建立基于实测脉冲电流波形的时域有限差分法的电磁波仿真模型;分析局部放电脉冲电流波形上升沿时间、放电源位置及脉冲电流方向等因素对TEV幅值与衰减程度的影响;在实验室开展开关柜局部放电试验与TEV测量,得到影响TEV检测灵敏度的主要因素。结果表明,脉冲电流上升沿时间与放电源位置是影响开关柜局部放电信号幅值的主要因素。脉冲电流上升沿时间越长,TEV信号幅值越小,当2种脉冲电流波形上升沿时间相差10倍时,TEV幅值相差3.17~3.37倍;母排室局部放电的TEV衰减程度明显大于电缆室,前者衰减程度约为后者的9.5~10.0倍。该结论对检验TEV检测灵敏度具有参考价值。

    • 正弦波调制FOCT调制回路故障对探测器输出特性影响

      2023, 42(5):232-239. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.026

      摘要 (360) PDF 1.72 M (660) HTML (598) XML 收藏

      摘要:为探究全光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)调制回路故障对探测器输出信号影响,便于故障预测与故障诊断,文中首先建立包含光电回路相位延迟的正弦波调制FOCT输出信号数学模型,给出调制深度与驱动电压、二次谐波、四次谐波的数学关系式,分析定目标值调制器闭环调制、解调的基本方法。在此基础上通过建立数学模型分析调制深度对探测器输出光强峰值、平均光强、二次谐波、四次谐波的影响。据此提出发生调制回路故障时调制深度降低是导致探测器输出信号异常的关键因素,探测器输出平均光强增大、四次谐波降低、二次/四次谐波比值增加应作为调制回路故障的典型特征。最后开展实际FOCT模拟试验证明理论研究的有效性。

    • 基于时频域反射法的核电站仪控电缆缺陷检测

      2023, 42(5):240-249. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.05.027

      摘要 (313) PDF 7.84 M (742) HTML (684) XML 收藏

      摘要:为确保核电站中仪控电缆的安全运行,时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)被广泛用于识别和定位仪控电缆中的缺陷。文中对比魏格纳-维利分布(Wigner-Ville distribution,WVD)、伪魏格纳-维利分布(pseudo Wigner-Ville distribution,PWVD)、平滑伪魏格纳-维利分布(smooth pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)算法的优势,并提出时频域互相关曲线(time-frequency cross-correlation,TFCC)的能量区间放缩法。分别对50 m和148 m的多芯交联聚烯烃仪控电缆进行短路、断路、绝缘屏蔽层破损和局部热老化的缺陷模拟,并基于TFDR,采用3种时频分布算法进行实验处理。随后,基于局部热老化的检测,采用能量区间放缩法,对TFCC定位峰主瓣较宽的问题进行改善。实验结果表明:经过SPWVD处理后,TFCC的主瓣较宽;在正常电缆检测时,PWVD对交叉项有更好的抑制作用;但在单缺陷检测中,SPWVD具有更好的缺陷识别能力;通过采用能量区间放缩法,可分离相近的定位峰,加强对微弱反射信号的判别。

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