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抢鲜看｜《电工技术学报》2021年第9期目次及摘要
《电工技术学报》
《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。
新能源电力系统及装备
提高组串光伏发电效率的直流动态重构控制策略
作者：薛世伟；贾清泉；李盼；梁纪峰；耿亮
摘要：针对均匀低光照下组串式逆变器效率低的问题,提出一种提高组串逆变器并行效率的直流侧开关重构策略。基于一种光伏直流开关拓扑结构对多光伏串和多逆变器的连接进行控制。考虑光伏系统效率和并行开关电气寿命等系统运行指标,控制逆变器运行台数使系统效益指标函数最优。提出防止逆变器功率越限策略,利用最小二乘回归算法预测天气短时间变化范围,确定光伏系统允许的开关重构方案;对比不同时刻其他最佳开关连接方式,选出最终连接方案最小化开关切换次数。最后,利用控制决策决定直流开关重构的最终方案,将提出的策略与常规光伏发电和仅考虑目标函数发电作数据对比,验证该策略的有效性与可行性。
改进鲸鱼算法优化支持向量回归的光伏最大功率点跟踪
作者：李畸勇；张伟斌；赵新哲；刘斌；郑一飞
摘要：针对光伏阵列处于局部遮阴情况下其P-U特性曲线呈现出多极值点特性,传统最大功率点跟踪（MPPT）算法由于搜索机制导致难以跳出局部最优准确跟踪到最大功率点问题,提出一种基于改进鲸鱼算法优化支持向量机回归（SVR）的最大功率点跟踪方法。该方法在普通鲸鱼算法的基础上引入对数权重因子与随机差分变异策略,增强了算法在全局搜索与局部开发协调性能、避免陷入局部最优的能力。利用该改进鲸鱼算法对SVR参数寻优,建立光伏阵列最大功率点电压预测模型,并与电导增量法（INC）相结合应用于MPPT控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,所提的复合MPPT控制算法在各种局部遮阴及光照突变情况下都能够有效避免陷入局部寻优,迅速准确地跟踪到全局最大功率点（GMPP）。
基于机联网-空间相关性权重的风电机组风速预测研究
作者：沈小军；周冲成；付雪娇
摘要：风速实时预测,可有效提高风电机组的控制性能和发电量,实现风能的高效利用。该文在分析风电场风速时空传播特性的基础上,提出基于机联网-空间相关性权重的风电机组风速实时预测架构,建立一种风速实时预测模型与流程,并基于卡尔曼滤波算法开展了与持续预测法、传统空间相关性预测法的算例对比。算例分析结果表明：提出的风速预测方法小时间尺度预测精度比持续预测法好,预测的容错性和稳健性优于传统空间相关性法;提出的风速预测理论框架可行有效,具备分钟级和超短期等多时间尺度风电机组风速实时预测能力。研究成果可为风电机组风速的实时精确感知提供一种新思路。
电力市场环境下考虑风电调度和调频极限的储能优化控制
作者：李军徽；侯涛；穆钢；严干贵；李翠萍
摘要：风电功率间歇性不仅使风电场难以精确响应调度计划,还导致电网频率波动加剧。为提高风电可调度性和电网频率安全,该文以日前调度为例构建日前调度计划和电网调频极限的形成方法,在此基础上提出利用储能辅助风电场跟踪日前调度计划并参与调频的策略;然后在电力市场环境下以风储电站利润最大为目标建立风储运行模型,该模型考虑由所提策略形成的风储电站联合出力约束和频率安全约束,用来计算储能辅助风电场跟踪日前调度计划和参与调频的最优出力;最后基于实测数据对该策略进行仿真分析,结果表明所提策略可以提高风电场跟踪日前调度计划能力和电网频率安全性,同时还具有良好的经济效益。
考虑光伏双评价指标的混合储能平滑出力波动策略
作者：郑浩；谢丽蓉；叶林；路朋；王凯丰
摘要：针对光伏有功功率波动影响电网稳定运行问题,提出一种考虑光伏双评价指标的混合储能平滑出力波动控制策略。首先,根据不同时间尺度分别建立以波动率和光滑度为平滑出力波动目标的双评价指标;其次,基于改进集合经验模态分解（MEEMD）方法,实现光伏有功功率信号分解,采用灰色关联度将功率重构为高频和低频部分,得到最终的高频超级电容和低频蓄电池平滑出力波动指令;然后,以滑动平均滤波平滑曲线为充/放电目标参考功率,得到混合储能的充/放电功率指令,并用蓄电池和超级电容器组成的混合储能电池组以5min时间尺度进行出力波动的平滑,用超级电容器组成的单一电池组以1min时间尺度进行光滑度平顺,平顺光滑度跟随平滑出力波动,得到不同时间尺度的储能系统优先级平滑出力波动策略;最后,以新疆某光伏电站为例,综合对比多种光伏功率分解方法和不同评价指标,验证了所提策略的有效性。
基于Hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法
作者：樊艳芳；王永进
摘要：直流输电系统具有强非线性,采用叠加原理和小波变换算法的直流输电线路行波保护存在适应性问题;仅利用行波暂态量幅值信息的直流输电线路行波保护在线路末端故障时存在保护拒动的问题。针对此问题,提出一种特高压直流输电线路单端保护方法。通过研究特高压直流输电线路两端物理边界特性,推导出Hilbert能量波形信息与电压行波的关系式,得出物理边界对Hilbert能量波形具有平滑作用。分析物理边界元件和直流输电线路频率特性,发现物理边界元件和直流输电线路对暂态高频分量具有衰减作用,据此利用Hilbert能量表征高频分量衰减情况。直流输电线路区内、外故障时,暂态电压5~7kHz高频带Hilbert瞬时能量幅值和波形形状差异明显,利用标准差综合描述高频带Hilbert能量幅值信息和波形信息,构造直流输电线路故障识别判据。利用正、负极标准差之比构造故障选极判据,实现故障极全线速动保护。仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,实现故障选极,保护特高压直流线路全长。
基于首行波曲率的柔性直流输电线路单端量保护
作者：戴志辉；刘自强；刘雪燕；严思齐；姜妍
摘要：传统柔性直流输电线路行波保护存在高阻故障时灵敏度不足及拒动的问题。该文首先通过定量分析双极柔性直流输电线路故障时首行波在线路上的色散效应及在边界处的传播特性,推导了区内外故障首行波表达式,得到首行波弯曲程度与故障位置及过渡电阻的关系;其次,利用区内、外故障首行波曲率的显著差异构造故障识别判据,首行波解析式也为定值整定提供了理论依据;然后基于故障极与健全极电流故障分量积分比值实现故障选极,并结合雷击干扰识别判据,形成了完整的柔性直流输电线路单端量保护方案。最后,基于PSCAD/EMTDC进行了仿真分析。结果表明,所提方案能够快速、可靠地识别线路区内外故障,具有较强的抗过渡电阻能力。
电力系统及综合能源
基于安全因子及协同因子的源网多目标协调规划
作者：张晓辉；李阳；钟嘉庆；高帆帆
摘要：在含分布式电源的配电网系统中,其源网协调规划不仅需要考虑经济成本,更应考虑其安全及协调问题。考虑安全性,将线路阻塞补偿成本加入传统经济性目标函数中,并分别考虑分布式电源和电网线路的安全性,定义了“安全因子”,作为系统安全性目标函数,以提高其安全能力;考虑协调性,从源、网两侧的输电协调性及结构协调性考虑,提出“协同因子”,作为协调性目标函数,以增强两侧的协调能力。根据以上分析,建立基于安全因子及协同因子的源网多目标协调规划模型,并采用多目标细菌群体趋药性算法及折中解方法确定规划结果。最后,以IEEE 33系统为例进行仿真研究,通过与单目标模型对比,验证所提模型的优越性;通过目标函数的灵敏度分析,验证所提安全性及协调性目标函数的可行性。
计及谐波裕度-均衡度的分布式电源最大准入功率计算方法
作者：余光正；林涛；汤波；陈汝斯；田野
摘要：随着智能配电网中分布式电源（DG）渗透率的不断提高,可能导致电网中节点的谐波水平超标,制约分布式电源的接入功率,因此对考虑谐波影响的分布式电源准入功率进行研究显得十分重要。该文分析了新能源接入时向电网注入谐波的不确定性,基于2m+1点估计法考虑了谐波不确定性在电网中传播的影响,进而基于各节点谐波电压分布提出全网谐波裕度-均衡度指标和计算方法。在此基础上,以全网谐波裕度-均衡度综合指标最小和分布式电源准入功率最大为目标建立DG最大准入功率接入的优化模型。为了更好地求解上述混合整型非线性优化模型,提出一种基于粒子群优化-扩展权重ε约束法（PSO-AWCM）进行多目标优化计算。该方法考虑了各个目标函数的相对重要性,能够更有效地对目标函数进行优化。进一步地,利用模糊决策理论选取Pareto解集中的最优解。基于改进IEEE 33节点系统验证了所提方法的有效性和优越性。
基于二阶锥规划凸松弛的三相交直流混合主动配电网最优潮流
作者：巨云涛；黄炎；张若思
摘要：主动配电网最优潮流模型是非凸模型,难以保证优化结果的全局最优性和可靠收敛,需要进行凸松弛以保证模型的可靠求解。该文提出考虑分布式电源、不同接线方式的有载调压器、交直流换流器等三相模型的二阶锥规划凸松弛模型,相比于Distflow模型的凸松弛,该文考虑相间耦合的影响,同时给出了分布式电源、有载调压器等元件的物理特性。采用二阶锥规划求解器求解,对比分析了不同条件下的计算精度以及不同求解器的计算效率。基于IEEE 13节点和IEEE 123节点的数值实验表明,当前优化结果能够较好地满足潮流约束,可作为最终控制结果,也可以作为非凸优化求解器初值以更快得到全局最优解。
计及多个风场预测误差的电力系统风险快速计算方法
作者：张沛；田佳鑫；谢桦
摘要：随着电力系统中风电的并网点不断增加,在计算风险时状态枚举法会出现组合爆炸的问题,耗费大量时间,无法满足调度运行的时效性。考虑多个风场预测误差的随机性问题,提出一种快速计算电力系统运行风险的方法,基于K-means对输入样本进行聚类,并运用半不变量和Gram-Charlier级数展开理论快速计算节点电压与支路潮流的概率分布。根据概率分布计算越限概率,用越限概率和产生影响的乘积衡量系统的风险。选取某实际电力系统作为案例进行分析,研究成果表明,所提方法能够满足调度运行在时间和精度上的要求。
基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制
作者：王长江；姜涛；刘福锁；陈厚合；鲁华威
摘要：为抑制风电经高压直流外送方式下的直流送端系统暂态过电压,提出一种基于轨迹灵敏度的暂态过电压两阶段优化控制方法。首先,构建以控制实施代价和电压预测偏差为暂态过电压控制模型的目标函数,为解决暂态过电压非线性控制模型效率低的不足,借助暂态过电压和恢复阶段电压对控制量的轨迹灵敏度,将非线性控制模型转换成以控制量增量为独立控制变量的二次规划模型,提高暂态过电压的优化控制效率。然后,针对暂态过电压失稳场景,在故障发生前求解暂态过电压预防控制的控制量变化值,并实施暂态过电压预防控制,避免严重的暂态过电压危害,若控制实施后恢复阶段电压不安全,则求解恢复阶段电压控制的控制量变化值,调节控制量直至恢复阶段电压运行在安全范围内,所提控制方法可在抑制直流送端系统暂态过电压的同时,保证暂态过电压恢复过程的安全性,可为调度人员的暂态过电压稳定控制提供参考。最后,通过修改后IEEE 39节点系统的仿真分析验证所提控制方法的有效性。
基于风险量化与需求侧响应的综合能源系统储能事故备用优化利用
作者：刘小龙；李欣然；刘志谱；卢颖华；罗真
摘要：针对综合能源系统并网运行中如何提高储能事故备用容量利用效率的问题,提出一种基于风险量化与需求侧响应的储能事故备用优化利用方法。首先,构建某电池生产园区综合能源系统（IES）设备能量模型;然后,综合考虑非计划脱网概率以及重要负荷损失将脱网风险进行量化;在此基础上,兼顾脱网风险与并网收益,同时考虑园区需求侧响应,构建基于风险量化与需求侧响应的IES优化调度模型,通过线性化处理将其转换为混合整数线性规划模型进行求解,考虑到预测偏差,通过MPC滚动修正,实时跟踪求解出的联络线功率与电储能备用日前计划值;最后,通过仿真验证,所提方法能够在承担较小风险的情况下提高IES运行的经济性,具有很好的实用性和经济性。
基于多智能体深度确定策略梯度算法的有功-无功协调调度模型
作者：赵冬梅；陶然；马泰屹；夏轩；王浩翔
摘要：实现有功-无功协调调度是促成“未来一体化大电网调控系统”建设中的关键一环。为解决调度中存在反复调节、难以协调冲突等问题,采用多智能体技术,智能组织多种有功调控资源和无功调控资源,建立电网有功-无功协调调度模型;为解决电力系统环境在多智能体探索过程中出现的不稳定问题,采用多智能体深度确定策略梯度算法,设计适用于有功-无功协调调度模型的电力系统多智能体环境,构造智能体状态、动作和奖励函数。通过算例仿真和对比分析,验证所提模型及算法的有效性。
计及激励型综合需求响应的电-热综合能源系统日前经济调度
作者：王昀；谢海鹏；孙啸天；别朝红
摘要：综合能源系统是提高能源利用率的有效途径之一。该文针对园区级电-热综合能源系统,考虑综合需求响应与条件风险价值,建立了相应的日前经济调度模型。首先,建立包含燃气轮机、分布式能源机组、储热装置、热泵以及电热负荷的园区电-热综合能源系统稳态数学模型;然后,提出适用于电力负荷、民用供暖热负荷与工业热负荷的激励型综合需求响应模型;最后,利用条件风险价值分析新能源出力与负荷预测不确定性的风险,以运行成本最低为目标函数,建立日前经济调度模型。对英国百利岛电-热综合能源系统进行了算例分析,结果表明,综合需求响应的加入可以提高系统的能源利用率,降低系统的运行成本,而条件风险价值的加入则可以有效平衡调度策略的安全性与经济性。
考虑报价监管的动态调峰辅助服务市场竞价机制设计
作者：罗桓桓；王昊；葛维春；刘闯；王艺博
摘要：随着东北地区调峰辅助服务市场化交易的深入推进,现行调峰辅助服务市场机制的缺陷日益凸显,其中机组调峰积极性不高和调峰价格虚高的问题亟待解决。针对机组调峰积极性不高的问题,建立跟随负荷波动的浮动调峰基准以保障机组的调峰收益。同时,针对调峰价格异常的现象,通过分析机组的调峰成本以及机组利润最大化的一阶条件,推导出机组的调峰报价公式,进而制定利于市场监管的报价规则。最后,建立调峰辅助服务市场双层竞价调度模型以及市场结算方法,形成动态调峰辅助服务市场竞价机制。基于辽宁省电网实际运行数据的算例,证明该文提出的动态调峰辅助服务市场竞价机制可以有效提高机组的调峰积极性,并使市场价格合理化。
高电压与放电
变压器地磁感应电流-无功功率动态关系分析
作者：王泽忠；黄天超
摘要：利用两段线性直线表示变压器铁心i-φ曲线,推导得到了地磁感应电流（GIC）与变压器无功功率之间的静态数学关系。在此基础上,考虑GIC准直流特性以及变压器三角形联结绕组对零序磁通的影响,搭建了磁暴期间变压器铁心准直流零序等效电路模型,用于计算实际作用于变压器铁心的直流大小和无功损耗。运用经过插值处理的实测GIC秒数据,对一台1000kV交流变压器和一台800kV换流变压器进行了仿真计算。结果表明当考虑GIC准直流特性时,三角形联结绕组的存在会影响变压器无功损耗且这种影响在GIC流向发生转变所对应的波形过零点阶段尤为显著,相同GIC下换流变压器受到的影响更大。通过灵敏度分析,找到了决定变压器无功损耗受GIC准直流特性影响大小的主要参数。
计及永磁体漏磁效应的磁饱和型高压直流限流器设计方法
作者：周航；袁佳歆；陈凡；张朝阳；胡红娇
摘要：高压直流系统故障电流极快速的上升速度对系统安全稳定运行产生严重影响。永磁偏置磁饱和型高压直流限流技术是一种经济可靠的抑制高压直流系统故障电流快速上升的方法,但现有的磁阻网络计算法无法考虑永磁体漏磁效应带来的计算误差,导致设计计算结果不准确,因此亟待研究该类限流器的设计方法。该文提出一种基于高阶麦克劳林展开的磁通管区段拟合方法,能有效计及永磁体漏磁效应,进而精确计算限流器工作电感值,为该类限流器及永磁偏磁型电力设备提供设计方法。首先计算不同漏磁区段等效磁导值,其次重构限流器等效磁导网络,最后计算得到限流器电感值及相关尺寸参数。多组有限元仿真及样机试验结果表明,该文所提出方法较常规方法准确度等级提高约20%,且计算时间大大缩短,符合装备设计实际需求。
500/√3kV0.002级多级励磁标准电压互感器设计与仿真分析
作者：宋晓林；刘浩；刘豪；汤晓君；周振宇
摘要：由于高压互感器绝缘设计较为困难,使得现有的标准电压互感器测量准确度难以得到有效的提升。该文以多级高低压混合励磁标准电压互感器电路为研究对象,结合多级励磁理论进行该电路在理想条件下的仿真分析。首先,根据该励磁方案建立其对应的等效电路;其次,根据该等效电路推导出互感器准确度计算公式;然后,结合实际需求,对500/√3kV多级高低压混合励磁标准电压互感器进行理论参数计算,包括内阻抗与励磁阻抗参数计算;最后,根据上述的理论参数计算出该互感器的测量准确度,仿真结果表明该互感器结构的比差为-2.27×10-7%,角差为3.44×10-6%,该标准互感器足以满足准确度等级为0.002级的要求,可尝试开发实物。
基于实时服役参数的交流接触器电寿命最大化控制策略
作者：李奎；张国盼；郑淑梅；黄少坡；赵成晨
摘要：交流接触器分断过程中的电弧侵蚀是造成其失效的主要原因,因此通过控制电弧对触头的侵蚀,可以提升交流接触器的使用寿命。该文分析了起弧相角对触头电弧侵蚀的影响,对随机起弧相角、固定起弧相角、三相均匀磨损三种控制方式下的交流接触器电寿命进行研究;分析由于交流接触器释放时间的不确定性引起的起弧相角的随机性,利用软件仿真分析起弧相角具有随机性情况下交流接触器电寿命的变化趋势和特征,提出以起弧相角标准差为参量的最佳释放时刻的控制方法,并提出根据实时服役参数进行交流接触器电寿命最大化控制;通过实验测试获得起弧相角的均值和标准差,并在固定相角控制、随机相角控制、电寿命最大化控制方式下进行对比实验,证明了在电寿命最大化控制方式下各相触头的电弧侵蚀量均匀且侵蚀率最小,可以显著提升交流接触器的电寿命。
基于音频特征的交流接触器电寿命预测方法
作者：游颖敏；王景芹；舒亮；倪侃；周新城
摘要：该文基于音频特征的交流接触器电寿命预测方法,采用快速傅里叶变换法分析交流接触器线圈工作电压异常、触头磨损和壳体松动三种状态下接触器合闸时的音频特征,分别与正常的交流接触器音频特征进行对比。对比结果发现,非正常状态的交流接触器合闸时其音频特征与正常状态时明显不同。为进一步研究接触器合闸时的振动发声机理,基于振动方程和声压波动方程建立接触器合闸时的声场模型,仿真结果表明,该声场模型产生的音频频谱幅值随线圈工作电压的增大而变大、频谱分布随触头形貌改变而变化。分别运用BP神经网络和卷积神经网络（CNN）构建交流接触器合闸音频特征与电寿命的关联模型,对比了L-M算法、拟牛顿法、动量BP法和自适应梯度下降法四种BP网络学习算法,建立电寿命验证平台。实验结果表明,L-M算法性能最优,预测误差小于10%;CNN可以在线学习和提取音频特征,但其预测误差超过20%。
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