半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2019年第43卷第2期文章目次
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    • >专题报告
    • 巴西“3·21”大停电事故分析及对中国电网的启示

      2019, 43(2):1-6. DOI: 10.7500/AEPS20180812003

      摘要 (2904) HTML (0) PDF 2.22 M (1309) 收藏

      摘要:2018年3月21日,因断路器过载保护动作后的一系列连锁反应,巴西电网发生大面积停电事故,北部和东北部电力系统与主网解列,导致北部和东北部14个州大面积停电,南部、东南部、中西部9个州也受到一定影响。文中介绍了事故前巴西电网的运行状况及事故的起因、经过、恢复等情况,指出事故前缺乏必要的稳定性分析、安控存在缺陷、保护误动作及“第三道防线”配置不合理是造成事故的主要原因,并结合中国电网实际,提出了重视保护及安控装置的整定与运行维护等保障电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的建议。

    • >学术研究
    • 基于价值公平分配的电力市场竞争机制设计

      2019, 43(2):7-17. DOI: 10.7500/AEPS20180410009

      摘要 (2260) HTML (0) PDF 1.42 M (1092) 收藏

      摘要:有序推进电价机制改革,构建“公平、开放、有序、竞争、完整”的电力市场体系,是中国新一轮电力体制改革的关键任务。目前国外电力市场普遍采用边际价格出清的交易机制,然而理论与实践均证明,边际价格机制难以促进市场成员真实报价,难以解决电力系统信息不对称的难题。为促进市场成员理性报价、实现电力资源优化配置,提出一种基于价值公平分配的电力市场竞争机制。首先,分析了边际价格难以保证发电机组真实报价、导致市场效率损失的现象和原因;进而,基于Vickrey-Clarke-Groves(VCG)机制设计理论,提出适应电力日前市场的价值公平分配机制,理论证明所提机制满足激励相容、个体理性以及系统成本最小化,并解释了该机制实现激励相容原理的经济学意义。基于IEEE 30节点和118节点系统的算例分析验证了该机制的有效性。

    • 日前电力市场不完全信息条件下的电力供需双边博弈模型

      2019, 43(2):18-24. DOI: 10.7500/AEPS20180615003

      摘要 (2201) HTML (0) PDF 1.48 M (905) 收藏

      摘要:随着大用户直购电的深入开展,中长期双边交易的市场化和现货交易非市场化之间的矛盾日益凸显,日前电力市场的构建迫在眉睫。建立了在日前电力市场中,电力供需双方间的不完全信息条件下的双边博弈模型,旨在为电力交易供需双方提供一种切实可行的博弈方案,使得双方可以在电力市场中获得最大的利益。模型以直购电价和直购电量作为博弈双方的预测重点,关于直购电价部分,引入发电成本因子,利用协整理论,构建考虑误差修正的直购电价与发电成本的关系模型;直购电量部分则利用相似日法进行预测。最后利用纳什均衡求出双边博弈的均衡解,并通过实例对所提出模型的有效性进行了证明。

    • 基于云模型与模糊Petri网的电力市场潜在危害行为识别

      2019, 43(2):25-33. DOI: 10.7500/AEPS20180405004

      摘要 (1531) HTML (0) PDF 1.38 M (695) 收藏

      摘要:针对电力市场中存在潜在危害性交易行为难以被识别、管控的问题,提出基于云模型与模糊Petri网的电力市场潜在危害行为识别方法,在交易过程中对潜在危害行为进行实时预警。将云模型与模糊Petri网应用于模式识别中,有效解决了潜在危害行为难以量化识别的问题,也克服了一般识别方法不易理解的缺陷。首先,设计潜在危害行为识别的一般框架与步骤;其次,阐述通过逆向云发生器与根据专家描述的两种特征云的构建方法;同时,设计潜在危害行为识别的模糊Petri网网络结构与识别算法;最后,以江西省月度竞价交易市场为背景,采用真实交易数据进行算例分析。算例分析结果表明:所设计的方法给出的结果与专家分析得出的结果以及实际的数据高度一致,验证了方法的有效性。

    • 考虑经济性和网架性能的抗灾型骨干网架多目标规划

      2019, 43(2):34-41. DOI: 10.7500/AEPS20180313002

      摘要 (1446) HTML (0) PDF 2.47 M (529) 收藏

      摘要:为增强极端自然灾害下电力系统的供电能力和抗灾能力,提出一种抗灾型骨干网架的多目标规划方法。该方法在满足负荷保障率、电力系统安全运行和网络拓扑连通性约束的基础上,综合考虑差异化规划加固费用、灾害后恢复全网供电的效率和骨干网架抵御灾害的能力,构建以最大化经济性、系统可恢复性和网络抗毁性为目标的抗灾型骨干网架优化模型。采用嵌入图论修复策略的全面学习粒子群优化算法求解模型,增大了算法的可行解空间。引入混合策略纳什均衡来选取算法所求得的帕累托解集中具有最优联合均衡值的前沿解作为最优的骨干网架方案,从而能较好地兼顾各个目标函数的利益。广东某区域电网的仿真结果表明了所提方法的有效性。

    • 基于改进深度降噪自编码网络的电网气象防灾方法

      2019, 43(2):42-49. DOI: 10.7500/AEPS20180302003

      摘要 (1429) HTML (0) PDF 1.36 M (612) 收藏

      摘要:电网运维数据表明电网故障的主要原因已由电气设备制造工艺水平、现场运维水平等因素转向雷电、山火、大风、冰灾等自然气象因素,电网防灾减灾也应重点关注气象致灾。针对气象与电网故障之间的关联特点和规律,提出了一种基于改进深度降噪自编码(SDAE)网络的电网气象防灾方法。以气象历史数据和电网运维检修数据为基础,利用合成少数类样本过采样技术(SMOTE)降低原始数据集的不平衡度,自编码网络通过非监督自学习和有监督微调完成气象信息特征的提取和气象信息与电网故障映射关系的建立,并通过融入稀疏项限制和加噪编码来改善网络的鲁棒性。算例分析表明,所提出的基于SMOTE和SDAE的网络电网气象防灾方法,能够准确、全面地建立气象信息与电网故障之间的关联映射关系,能够对给定的气象条件是否会导致发生电网灾害事故进行准确的预判。

    • 基于卷积神经网络的电力系统小干扰稳定评估

      2019, 43(2):50-57. DOI: 10.7500/AEPS20171203004

      摘要 (1744) HTML (0) PDF 1.35 M (789) 收藏

      摘要:随着电力系统规模的增大,通过传统数值方法计算系统特征值来进行小干扰稳定评估已无法满足实时分析的要求。因此,提出了一种基于深度学习(卷积神经网络)的电力系统小干扰稳定评估方法。该方法以广域测量系统可监测变量作为模型的输入,关键特征值作为输出,对输入数据和输出数据进行相应处理后,利用深层架构对其映射关系进行分析;并针对大系统维数较高、训练速度较慢的问题,采用了离散余弦变换和图形处理器并行技术。算例结果表明,在不考虑控制参数变化的情况下,经过历史数据的离线训练后,该方法能够较准确地计算出系统的关键特征值。

    • 含新型统一潮流控制器的电力系统安全校正模型

      2019, 43(2):58-66. DOI: 10.7500/AEPS20180508004

      摘要 (1176) HTML (0) PDF 1.35 M (491) 收藏

      摘要:统一潮流控制器(UPFC)串联侧和并联侧接于不同母线的新型拓扑使得UPFC的传统稳态模型难以适用,灵敏度类安全校正方法忽略了无功功率的影响,可能会引入新的不安全因素。基于此,提出一种适应性更强的UPFC稳态模型,并提出一种含UPFC的潮流计算优化模型。在考虑无功功率的影响后,引入0-1变量将安全校正问题转化为以调整设备数目最少和调整量最少为目标的多目标优化问题。然后,通过权重区分发电机节点和负荷节点,减少切负荷动作的发生。最后,利用极大值法将多目标优化问题转化为单目标优化问题,降低模型求解难度。116节点实际等值系统的算例测试表明,所述安全校正模型可利用最少的调整设备和调整量,消除系统过载故障。UPFC参与调控可提高系统安全校正效率。

    • 基于稀疏多项式混沌展开的孤岛微电网概率潮流计算

      2019, 43(2):67-75. DOI: 10.7500/AEPS20180809005

      摘要 (1292) HTML (0) PDF 1.77 M (616) 收藏

      摘要:考虑到可再生能源的不确定性对微电网运行的影响,传统确定性潮流计算难以全面描述系统运行状态与潮流分布情况。在计及微电网源荷随机性与相关性的情况下,文中建立了孤岛交流微电网的概率潮流模型。进一步,提出了一种稀疏多项式混沌展开方法用于快速准确得到孤岛微电网的输出响应,在含有高维输入随机变量时,有效提高了孤岛微电网的概率潮流计算效率。采用接入多台分布式电源的33节点孤岛微电网系统进行仿真,通过与传统方法的对比,验证了所提方法的高效性和准确性。

    • 基于模糊最小二乘支持向量机的微电网群状态评估方法

      2019, 43(2):76-82. DOI: 10.7500/AEPS20180311001

      摘要 (1402) HTML (0) PDF 1.58 M (513) 收藏

      摘要:针对微电网群能量管理与协调控制系统适应多微电网间多工况控制策略灵活调整的需要,提出了一种基于模糊最小二乘支持向量机(FLS-SVM)的低压微电网群运行状态实时评估模型。该模型基于传统电力系统运行状态描述方法,建立了微电网群及子微电网安全正常运行的边界条件,以电压偏移率、储能剩余容量及充放电时间、发用电功率等多维度特征向量对子微电网状态分类,应用FLS-SVM对子微电网的实时运行状态进行评估,最后判别出微电网群运行状态。实例计算分析表明,该模型可跟随系统采样周期实时评估,对离、并网条件下子微电网运行状态均能实现准确有效地分类,为微电网群快速判断网内状态并灵活调整控制策略提供依据。

    • 基于MMC的中压大功率直流配电方案及其控制方法

      2019, 43(2):83-88. DOI: 10.7500/AEPS20180102014

      摘要 (1460) HTML (0) PDF 1.48 M (718) 收藏

      摘要:为了节省系统的体积,提出了一种新颖的中压直流配电方案,采用模块化多电平换流器(MMC)和二级管不控整流的结构。将MMC的输出交流电压、电流的基波频率设定在1 kHz,与传统50 Hz控制算法相比,可以在很大程度上减小变流器的体积。由于基波频率的提高,必须简化调制算法,提出了一种MMC方波调制策略,与传统MMC调制算法相比可以节约控制器资源。另外,为了测试整个系统额定运行工况,提出了一种电阻微循环的控制结构,可以实现功率的内部循环,仅从电网吸收电阻消耗的功率和系统的耗散功率,从而可以大大减小电网的压力。

    • 多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析

      2019, 43(2):89-96. DOI: 10.7500/AEPS20180211005

      摘要 (1429) HTML (0) PDF 1.52 M (649) 收藏

      摘要:多端柔性直流配电系统能更好地满足未来城市配电系统发展需求,其灵活的运行方式也给控制系统带来了新的挑战。针对换流器的不同下垂控制特性,理论分析了控制系统的超调量、阻尼比等动态性能,讨论了下垂系数对换流器功率输出动态特性的影响,进行了小扰动稳定分析。基于DIgSILENT仿真软件搭建了改进的IEEE 33节点算例,理论分析与仿真结果表明,Idc-Udc与Q-Uac下垂控制相对其他下垂策略具有较好的动态特性以及较高的安全稳定裕度,更适合应用于多端互联的柔性直流配电系统。

    • 基于极限学习机的居民用电行为分类分析方法

      2019, 43(2):97-104. DOI: 10.7500/AEPS20171214003

      摘要 (1792) HTML (0) PDF 1.97 M (880) 收藏

      摘要:针对大数据背景下智能用户用电行为分类问题,提出一种基于极限学习机(ELM)算法的用户用电行为分类方法。首先,在前期用户行为的特征优选策略的基础上,采用特征优选策略提取负荷曲线的最佳特征集对用户用电数据进行分类分析。然后,将特征优选集作为输入,通过比较不同隐含层激活函数和隐含层节点个数下训练集和测试集的正确率,优选出适用于用户用电行为分析的ELM算法的输入参数。最后,以国内和国外用户用电数据为数据源,进行算例仿真实验,通过与反向传播(BP)神经网络的对比分析表明,所提出的基于ELM算法的用户用电行为分析方法提高了检测的正确率并且降低了算法运行时间,能够更好地掌握用户用电负荷状态,实现配电网的削峰填谷。

    • >研制与开发
    • 新能源并网功率智能控制系统的设计与应用

      2019, 43(2):105-111. DOI: 10.7500/AEPS20180213002

      摘要 (1454) HTML (0) PDF 1.82 M (740) 收藏

      摘要:分析了当前新能源并网功率控制中仍存在的问题,介绍了新能源并网功率智能控制系统的功能设计与控制策略。提出新能源电站灵敏度在线计算方法。首先,根据新能源电站并网网络确定状态估计等效设备,再基于电网实时运行方式计算等效设备的灵敏度并转换为新能源电站灵敏度,据此确定参与断面控制的场站/机组及其功率调整量,解决了复杂断面结构下的风火协调控制问题。新能源参与调峰控制时,跟踪火电机组负备用并考虑机组调节速率,同时实时监视区域控制偏差,一旦出现异常则及时调整正在执行的指令,保障自动发电控制考核指标满足要求;综合新能源电站的发电能力、装机容量及电网接纳空间确定控制序列并动态更新,在最大化利用接纳空间的同时实现资源优先与兼顾公平的站间控制。结合山西电网实例,证明了系统在保障电网安全稳定运行、提升新能源消纳及促进新能源电站公平调度方面的有效性。

    • 变速与变桨协调的风电机组平滑功率控制

      2019, 43(2):112-120. DOI: 10.7500/AEPS20180319009

      摘要 (1363) HTML (0) PDF 1.41 M (547) 收藏

      摘要:考虑到风电功率秒级波动对电网频率稳定的影响,需要对风电机组输出功率进行平滑控制。现有依靠风电机组实现风电功率平滑控制的方法大都存在频繁变桨的问题。为此提出了协调变速与变桨的平滑功率控制方法。该方法通过分离桨距角的上调和下调动作,将传统的基于变桨调节的恒转速(转速上限)控制转变为转速区间控制,使风轮机能够在任意桨距角下变速运行,从而更大程度地利用风轮机动能来平滑风电功率波动。因此,该方法在保证平滑控制效果的同时,能有效降低变桨动作频率和幅度,并减小变桨伺服机构的疲劳和叶片载荷。最后,基于风电机组模拟器的实验验证了所提方法的有效性。

    • 基于储能稳压的交直流混合电能路由器协调控制策略

      2019, 43(2):121-129. DOI: 10.7500/AEPS20180504003

      摘要 (1514) HTML (0) PDF 1.69 M (594) 收藏

      摘要:将交/直/交级联变换器、直流变换器、储能及其变换器通过公共直流母线组合,构成含两个交流端口、三个直流端口的电能路由器拓扑结构。分析典型运行模式并提出储能稳压的交直流混合电能路由器虚拟同步机协调控制策略:在交流单/双端并网模式下,通过储能稳定直流电压,两端交/直、直/交变换器通过虚拟同步机功率外环控制功率流向及大小;在交流双端离网模式下,通过储能稳定直流电压的同时,配合分布式电源为交直流负荷供电。所提策略无需模式切换,降低了控制复杂性,可实现电能路由器各模式下直流电压稳定、就地消纳分布式发电,保证交直流负荷持续稳定供电,还可实现双端并网时电网馈线间的柔性互联、电网故障时潮流转供以及双端离网下的自稳定运行,有效提高了低压配电网的供电可靠性。最后,通过仿真和实验验证了所提协调控制策略的正确性和有效性。

    • 电场耦合电能传输系统层叠式耦合机构漏电场抑制方法

      2019, 43(2):130-136. DOI: 10.7500/AEPS20180614003

      摘要 (1260) HTML (0) PDF 1.60 M (395) 收藏

      摘要:随着电场耦合电能传输(ECPT)系统功率和传输距离的提高,系统耦合机构极板上的电压也会不断增大,给周围环境带来漏电场辐射问题。针对耦合机构漏电场抑制问题,文中提出了一种新型的层叠式耦合机构。在对新型层叠式耦合机构进行建模分析的基础上,以双侧LC补偿网络的ECPT系统为例,推导了极板电压的计算表达式。对耦合机构外侧极板电压的主要影响因素进行分析,提出了一种以抑制系统漏电场为目标并兼顾系统传输性能的系统参数设计方法。通过仿真,验证了所提出的耦合机构及参数设计方法对漏电场抑制的可行性和有效性。

    • 应用于无线电能传输系统的三相单开关功率因数校正方法

      2019, 43(2):137-142. DOI: 10.7500/AEPS20180503006

      摘要 (1344) HTML (0) PDF 1.58 M (490) 收藏

      摘要:为降低无线电能传输系统工作过程中对电网的谐波污染,提出了一种采用三相单开关Boost电路的有源功率因数校正控制方法。通过对串联谐振式无线电能传输系统的有源功率因数校正电路工作条件的分析,研究了线圈耦合系数对有源功率因数校正控制效果的影响。利用三相单开关Boost电路的输出特性和串联谐振电路的阻抗特性规律,对系统在变耦合系数情况下的工作点进行校正,实现较高功率因数输入和相对高效率的输出。实验结果表明,所提出的校正控制策略对变耦合系数无线电能传输系统有减小输入电流畸变、提高功率因数和效率的控制效果。

    • 微网逆变器低电压穿越控制策略

      2019, 43(2):143-149. DOI: 10.7500/AEPS20180408004

      摘要 (1383) HTML (0) PDF 1.52 M (564) 收藏

      摘要:微网逆变器一般采用下垂控制或虚拟同步机控制,其低电压穿越方式及特性与基于PQ控制的逆变器不同。下垂控制或虚拟同步机控制的逆变器低电压穿越的主要问题是在故障期间逆变器电压与电网电压之间不断产生相位的偏移,该相位偏移会严重影响并网电流恢复的速度。针对上述问题,提出一种在故障期间对功角等变量进行记忆保持的策略,使变量在故障前后基本保持一致,以实现故障后系统的快速恢复。针对故障期间产生的负序分量,采用在双同步旋转坐标系下对正、负序电流进行独立控制并引入电网电压前馈的方法。仿真和实验均验证了控制策略的正确性和有效性。

    • 干式空心电抗器匝间短路故障在线监测技术

      2019, 43(2):150-155. DOI: 10.7500/AEPS20180113001

      摘要 (1376) HTML (0) PDF 1.48 M (624) 收藏

      摘要:首先分析了干式空心电抗器匝间短路故障模型,在此基础上提出一种基于功角变化的电抗器匝间绝缘故障在线监测方法,功角测量的精度是实现该方法的关键要素。通过比较快速傅里叶变换法、汉宁窗插值快速傅里叶变换法和汉宁窗插值改进基波相位分离法的误差,分析了频率波动和谐波干扰对功角测量的影响。此外,设计了一种由监测装置、干式空心电抗器智能电子设备(IED)和专家软件组成的电抗器匝间绝缘故障在线监测系统。实验结果表明,汉宁窗插值改进基波相位分离法优于快速傅里叶变换法和汉宁窗插值快速傅里叶变换法,且该监测系统可有效地检测出干式空心电抗器匝间短路故障。

    • >信息通信系统及应用
    • 适用于低压电力线通信的集总参数线缆模型

      2019, 43(2):156-161. DOI: 10.7500/AEPS20180608001

      摘要 (1213) HTML (0) PDF 1.42 M (579) 收藏

      摘要:为在实验室环境下模拟实际低压电力线缆的信道特性,需要建立电力线通信频段下的线缆集总参数模型。提出了一种通过电磁仿真方法获得分布电阻和电感,以及采用开路阻抗测量方法获得分布电容的方法,在此基础上得到线缆的传输参数并将传输参数转换为Y参数,建立π形等效电路。基于矢量匹配法求解π形电路各支路的无源等效电路,从而建立线缆的集总参数模型。通过对比分布和集总参数模型下传输和阻抗特性的计算结果,证明了集总模型的准确性。所建模型可以通过电路级联模拟各种长度的实际线缆。

    • 基于深度报文检测和安全增强的正向隔离装置设计及实现

      2019, 43(2):162-167. DOI: 10.7500/AEPS20180316005

      摘要 (1219) HTML (0) PDF 1.28 M (511) 收藏

      摘要:为了提高新的网络安全环境及配电网接入环境中电力系统内部通信网络的安全性,提出了基于深度报文检测和安全增强的正向隔离装置。在对传统正向隔离装置原理和脆弱性分析的基础上,通过采用现场可编程门阵列(FPGA)作为隔离岛部件提高了隔离岛的传输速率并降低了误码率,通过采用深度报文检测技术解决了反向穿透性威胁,通过采用双因子身份鉴别技术提高了人机用户管理的安全性,通过采用基于国密算法的加密认证技术提高了本地管理的安全性。与传统的正向隔离装置相比,装置的性能和安全性都得到了提高。最后通过工程应用验证了理论的可行性和技术的实用性。

    • >工程应用
    • 网络拓扑结构与供电可靠性的数学关系分析

      2019, 43(2):168-175. DOI: 10.7500/AEPS20180625013

      摘要 (1579) HTML (0) PDF 1.37 M (749) 收藏

      摘要:在拓扑结构相似性概念的基础上,提出了网架拓扑与配电网供电可靠性直接相关的理论,解决了可靠性评估中缺乏对网架拓扑合理性分析的问题,同时提升了配电网规划的合理性与针对性。首先将实际配电网进行抽象化处理,用带权邻接矩阵及故障度矩阵综合表示配电网;其次提出了基于拓扑共享度特征指标的相似性函数,借助聚类分析的方法对配电网可靠性进行初步分析与评估;最后提炼出关键支路的故障率水平、网架结构、分布式电源接入位置等3个辅助分析指标,并通过指标的提升实现对配电网规划的优化。在工程实例分析中对实际配电网提出了具体的优化策略,验证了该方法的有效性。

    • 分层接入方式下锡泰特高压直流输电系统阀组电压平衡控制

      2019, 43(2):176-181. DOI: 10.7500/AEPS20180315007

      摘要 (1253) HTML (0) PDF 1.30 M (517) 收藏

      摘要:锡盟-泰州±800 kV特高压直流输电工程,采用分层接入的方式,在泰州换流站分别接入1 000 kV和500 kV交流电网。在这种新型电路结构下,如何保证单极中接入不同电压等级交流电网的两个串联阀组的直流电压均衡,对于直流输电系统的安全稳定运行是非常重要的。结合锡盟-泰州直流工程,在分析直流输电系统控制策略的基础上,对分层接入的阀组电压平衡控制进行研究,提出了电压平衡控制策略和中点分压器容错处理方法。通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,并在锡盟-泰州特高压直流工程获得应用。

    • >综述
    • 直流输电网规划关键技术与展望

      2019, 43(2):182-191. DOI: 10.7500/AEPS20180828005

      摘要 (1878) HTML (0) PDF 1.54 M (1071) 收藏

      摘要:新能源的大力发展促使传统能源供给和使用模式发生了根本性变化,大型煤炭、水力、光伏以及风能等多种能源并存发电的新局面,给传统的输电技术带来了巨大的挑战和深刻的变革。以常规直流(基于电网换相换流器(LCC))和柔性直流(基于电压源换流器(VSC))为基础的直流输电网为研究对象,对直流输电网规划的研究动态进行了综述。首先,分析直流输电网的特点与优势,提出并详细阐述直流输电网规划的总体框架;接着,分别从新能源广域并网、多馈入多落点地区直流组网、多电力电子设备协同优化三个方面,提出了直流输电网应用规划的关键技术;最后对张北±500 kV柔性直流电网示范工程进行了简要的说明,并展望了未来直流输电网规划研究中需要关注的问题。