半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2019年第43卷第20期文章目次
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    • >观点
    • 配电网接地故障保护若干问题的探讨

      2019, 43(20):1-7. DOI: 10.7500/AEPS20190420007

      摘要 (1059) HTML (0) PDF 1.50 M (550) 收藏

      摘要:中国各电网公司均提出要快速就近隔离配电网接地故障,以减少触电与大面积停电事故,然而对中压配电网的不同接地方式及其接地故障保护方法的优缺点还有较大的争议,还没有形成共识,不利于形成优化的接地故障处置方案。文中总结国内外经验,对比了不同接地方式及其接地故障保护方法的技术特点,指出接地方式会影响接地故障的检测标准与保护动作正确率的统计结果;分析了小电流接地系统改为低阻接地、消弧线圈并低阻接地以及采用主动干预消弧时存在的问题,介绍了暂态接地保护技术及其应用情况;针对不同类型的配电网,给出接地方式与接地保护方法选择的建议。

    • >学术研究
    • 计及多评价指标的园区能源互联网双层优化配置

      2019, 43(20):8-15. DOI: 10.7500/AEPS20180811006

      摘要 (559) HTML (0) PDF 1.43 M (322) 收藏

      摘要:在坚持走能源可持续发展道路的背景下,园区能源互联网成为能源领域重要的发展趋势。搭建了园区能源互联网的典型架构,并对能源设备进行建模;提出了综合能源自给率、综合能源利用率和能量缺额期望的评价指标;进一步,计及上述评价指标,构建了园区能源互联网双层优化配置模型。所述模型考虑了能源设备N-1故障的能量缺额惩罚成本,以及综合能源自给率、综合能源利用率、能量缺额期望的约束,并以结合灾变遗传算法和CPLEX求解器的混合算法进行求解。最后通过典型住宅区进行验证,结果表明所述方法能够兼顾系统的经济性、能源可持续性、高效性和可靠性。

    • 光电-光热区域综合能源系统太阳能消纳能力评估模型

      2019, 43(20):16-23. DOI: 10.7500/AEPS20181008008

      摘要 (520) HTML (0) PDF 1.57 M (333) 收藏

      摘要:合理评估太阳能消纳能力是支撑构建绿色、低碳、清洁的能源体系的重要环节。针对光电-光热区域综合能源系统太阳能消纳问题,提出了一种可充分考虑光照强度不确定性和系统安全运行约束的太阳能消纳能力鲁棒评估模型。首先,基于热力学第一定律构建了消纳能力评估指标;进而利用配电网二阶锥模型及线性热网能量流模型构建了两阶段鲁棒评估模型,提升了模型的可解性。最后,通过典型算例验证了太阳能综合利用可提高其消纳能力,并对光照强度波动、电网损耗、热电联产(CHP)机组类型、不确定度等因素对消纳能力的影响进行了分析。

    • 基于非时序模型的新能源消纳能力评估方法

      2019, 43(20):24-30. DOI: 10.7500/AEPS20180827012

      摘要 (504) HTML (0) PDF 1.47 M (295) 收藏

      摘要:随着风电和光伏装机容量的快速增长,弃风和弃光问题日益突出,开展新能源消纳能力研究,建立消纳能力量化评估体系对电网调度的运行和控制工作有着重要的意义。文中提出了一种基于非时序分析模型的新能源消纳能力量化评估方法。该方法基于概率分析理论,首先利用阿基米德Copula函数构建了新能源理论出力的概率分布,通过负荷特性构建了系统新能源消纳空间的概率分布,进而得到了系统新能源弃电功率的概率分布。然后,再通过新能源弃电功率的概率分布计算得到新能源弃电率,评估系统的新能源消纳能力。最后,基于EPRI 36机组系统验证了所提方法的正确性和有效性,并分析了负荷、新能源装机容量、常规机组调峰率以及备用水平对弃电率的影响。

    • 考虑日周期性影响的光伏功率爬坡事件非精确概率预测

      2019, 43(20):31-38. DOI: 10.7500/AEPS20190131003

      摘要 (476) HTML (0) PDF 1.33 M (293) 收藏

      摘要:光伏功率爬坡事件的可靠预测对电力系统运行决策至关重要。针对现有光伏发电功率爬坡事件预测存在误报与漏报的问题,提出了一种考虑日周期性影响的光伏功率爬坡事件非精确概率预测方法。首先,定义了新的光伏爬坡特征量,以有效剔除光伏发电功率中的日趋势性变化。进而,为了避免光伏爬坡样本数据有限可能引发的预测误差,通过结构学习构建了最优信度网络,对光伏功率爬坡事件进行非精确概率预测;其中,信度网络节点关联的非精确条件概率由多状态随机变量的非精确狄利克雷模型统计得到。最后,根据给定气象条件,推理计算各爬坡状态发生的概率区间。基于某光伏电站数据的算例仿真验证了所述方法的有效性,表明所提方法可有效捕捉光伏发电功率变动中由气象条件引发的突变事件。

    • 城市智能光储充电塔自适应鲁棒日前优化调度

      2019, 43(20):39-48. DOI: 10.7500/AEPS20181002001

      摘要 (441) HTML (0) PDF 1.36 M (221) 收藏

      摘要:智能光储充电塔子系统间的协调优化调度可以实现充电塔经济高效运行。考虑不确定性对系统调度影响,文中提出一种光储充电塔自适应鲁棒日前能量-备用协同优化调度方法。首先,以日运行总成本最小为目标,日前能量-备用调度和实时能量平衡调整分别为第1、第2阶段决策,建立光储充系统自适应鲁棒三层优化调度模型。然后,针对三层优化模型难以直接求解的问题,采用代表性场景描述不确定性,同时引入辅助变量代替最恶劣场景运行成本,实现内层解耦替换,转化为含有限数量场景的单层鲁棒优化模型。接着,提出一种关键场景辨识的迭代算法以提高模型求解效率,其中主问题为考虑少数关键场景的单层鲁棒模型,子问题则辨识关键场景。最后,以南京某实际光储充电塔为例进行算例分析,验证了所提算法的有效性。

    • 东北辅助服务市场下热电厂配置电锅炉调峰的经济性分析

      2019, 43(20):49-56. DOI: 10.7500/AEPS20181119002

      摘要 (426) HTML (0) PDF 1.47 M (234) 收藏

      摘要:热电机组配置直热式电锅炉进行电热解耦改造,是提高机组下调峰能力并消纳弃风的有效手段。为分析主流机组改造的经济性,以东北调峰辅助服务市场为背景,建立了热电机组和电锅炉协调运行模型、消纳弃风的节煤量模型、下调峰的运行成本与效益模型,以及以投资回收期为指标的投资经济性评价模型。以实际数据为基础,对当前东北电网典型热电机组在不同场景下的经济性进行了计算分析。结果表明,在当前调峰机制下,在供热中期热负荷较大时,对于中小规模弃风,热电厂没有启动电锅炉消纳的动力;而为在大规模弃风时获取正收益,机组需要配置较大容量电锅炉,这又给热电厂带来了很大的投资风险。通过分析表明,降低机组最小出力可减小电锅炉的配置容量,从而提高投资经济性以降低风险。

    • 基于先验知识与DBM采样的类不平衡用电数据分类方法

      2019, 43(20):57-64. DOI: 10.7500/AEPS20181128004

      摘要 (357) HTML (0) PDF 1.54 M (208) 收藏

      摘要:智能电网建设过程中现有客户标签体系不够完善,针对海量用户用电数据的分类管理中带有标签的样本数据量小以及类不平衡分布的问题,提出了一种基于先验知识与深度玻尔兹曼机(DBM)采样的不平衡用电数据分类方法。首先,提取负荷曲线的特征,建立采样原则,利用先验知识和DBM对负荷曲线进行采样。然后,将采样数据通过极限学习机(ELM)网络进行训练。最后以爱尔兰用户用电数据为数据源,通过与原始非采样、随机过采样、合成少数类过采样技术(SMOTE)的对比性实验分析结果表明,所提出的基于先验知识与DBM采样的不平衡用电数据分类方法能够更好地对类不平衡用电数据集进行分类,实现用户用电行为的分析,有效支撑用户侧错峰避峰工作。

    • 基于特征指标降维及熵权法的日负荷曲线聚类方法

      2019, 43(20):65-72. DOI: 10.7500/AEPS20181115008

      摘要 (527) HTML (0) PDF 1.33 M (230) 收藏

      摘要:日负荷曲线聚类是负荷建模背景下分析负荷特性的基础。针对现有聚类方法在聚类质量、聚类效率等方面的不足,综合运用模糊C均值及熵权法原理提出一种基于特征指标降维及熵权法的日负荷曲线聚类方法。首先提取日负荷率、日峰谷差率、日最大利用时间等7类降维特征指标替代各采样点负荷数据作为聚类输入;其次,引入熵权法自适应配置各特征指标的权重系数;最后,采用特征加权的模糊C均值聚类算法对用电日负荷曲线进行聚类。采用所提方法对某地区日负荷曲线进行聚类分析,算例结果表明该方法在运行效率、鲁棒性、聚类质量等方面具有一定的优越性,聚类结果能真实有效地反映负荷的实际用电特性。

    • 交直流静态安全域下计及时间特性直流有功调整方法

      2019, 43(20):73-81. DOI: 10.7500/AEPS20180917012

      摘要 (420) HTML (0) PDF 1.40 M (227) 收藏

      摘要:随着交直流混联系统状态及控制变量广域耦合程度不断提高,各元件时间响应特性差异巨大,系统的控制目标会因为各控制参数时间尺度的不协调而难以实现。为解决上述问题,首先,在交直流混联系统静态安全域理论基础上研究了其边界曲面线性回归拟合及二维投影的刻画方法。在考虑安全域和控制设备时间参数的基础上,提出具有时间特性的控制安全域及域内最优调整曲线的通用模型。然后,通过高压直流输电主回路参数计算得到直流输送有功和无功补偿、触发角、熄弧角以及变压器分接头等电气量的稳态关系,并依此结合计及时间特性控制安全域的刻画方法以完成直流有功控制域的表征,且在域内以整个调节时间内系统中敏感母线平均电压波动最小为优化目标给出最优调整曲线,从而保障交直流系统有功调整在时间维度上的安全性。最后,基于改造的两区四机交直流混联系统进行仿真计算,验证了理论分析的正确性与可靠性。

    • 基于供电环路非连通条件的配电网辐射状约束描述方法

      2019, 43(20):82-89. DOI: 10.7500/AEPS20180904011

      摘要 (395) HTML (0) PDF 1.98 M (234) 收藏

      摘要:配电网的辐射状拓扑结构是在对配电网问题的分析中需要考虑的重要约束条件,但是目前描述配电网拓扑的数学模型都较为复杂,影响了问题求解的效率。为了能够在对配电网辐射状约束进行等价描述的同时减小其模型的规模和复杂度,提出了一种基于供电环路非连通条件的配电网辐射状约束描述方法。首先利用配电网供电环路的概念,提出配电网满足辐射状拓扑的充分必要条件。同时,提出一种搜索配电网中所有供电环路的算法。然后给出一种路径状态与支路状态相互之间线性转换的方法。最后,将所提方法应用于配电网的故障恢复重构问题中,采用IEEE标准配电系统和某省会城市的实际配电网算例,对比不同辐射状约束描述方法的计算性能,验证所提方法的高效性和实用性。

    • 储能式统一电能质量控制器负载电压全补偿容量配置策略

      2019, 43(20):90-96. DOI: 10.7500/AEPS20181215003

      摘要 (416) HTML (0) PDF 1.66 M (224) 收藏

      摘要:常规储能式统一电能质量控制器(UPQC)的补偿策略,为了实现串、并单元的功率协调分配,可能出现补偿前后负载电压相位跳变问题,对相位跳变敏感负荷有影响。为此,文中对储能式UPQC提出了一种负载电压幅值和相位全补偿容量配置策略。该策略在实现负载电压完全补偿的前提下,利用储能单元能够提供有功功率的特点,通过选择合适的并联补偿电流并使其幅值保持恒定,减小补偿后的电源电流幅值,从而使串联单元保持较低的补偿容量,减小了UPQC的串联单元容量的配置。仿真及低压小功率样机实验结果表明,所提策略可以实现负载电压的完全补偿,并减小了UPQC的串联单元补偿容量。

    • 基于改进卷积神经网络的电网假数据注入攻击检测方法

      2019, 43(20):97-104. DOI: 10.7500/AEPS20180919001

      摘要 (458) HTML (0) PDF 1.38 M (237) 收藏

      摘要:假数据注入攻击可以篡改由数据采集与监控(SCADA)系统采集到的量测信息,影响电网的重要决策,从而对电网状态估计造成安全威胁。针对智能电网状态估计,研究了交流模型下假数据注入攻击的原理,构建了基于改进卷积神经网络(CNN)的假数据注入攻击检测模型。将门控循环单元(GRU)结构加入CNN中的全连接层之前构建CNN-GRU混合神经网络,根据电网历史量测数据进行训练并更新网络参数,提取数据的空间和时间特征,并根据提出的模型设计实现了高效实时的假数据注入攻击检测器。最后,在IEEE 14节点和IEEE 118节点测试系统中,与基于传统CNN、循环神经网络及深度信念网络的检测方法分别进行了大量对比实验,验证了所提方法的有效性。

    • >研制与开发
    • 面向电网在线分析的复杂事件处理引擎研发

      2019, 43(20):105-113. DOI: 10.7500/AEPS20180910003

      摘要 (463) HTML (0) PDF 2.45 M (275) 收藏

      摘要:针对电网在线分析系统快速(秒级)响应需求,研发了一套适用于电网实时安稳评估、面向事件驱动的规则评估的复杂事件处理(CEP)引擎软件系统。首先介绍了CEP引擎的系统架构设计,相关软件功能模块的实现技术路线和主要实施步骤。其次描述了CEP技术在电网在线分析中应用的方法,包括在线快速安稳评估、电网运行状态实时跟踪、电网运行态势感知和大电网全局监控应用场景。

    • 计及系统可观测性的网络化简与黑启动分区方案制定

      2019, 43(20):114-122. DOI: 10.7500/AEPS20190110006

      摘要 (380) HTML (0) PDF 1.31 M (221) 收藏

      摘要:基于相量测量单元的广域相量测量系统能够实时反映电网的动态变化,其测量信息的实时性将有助于系统恢复安全快速进行,为大停电后的系统恢复带来新的机遇。首先,将黑启动分区方案优化问题和广域相量测量系统结合起来,建立了考虑系统可观测性的黑启动分区整数线性规划模型。该模型除满足分区功率平衡、分区连通性、特殊支路开断约束以及分区最小规模限制这些基本约束外,还将全网可观测和联络节点可观测2种可观性要求分别转化成线性约束纳入其中。其次,利用可观测度为0以及部分可观测度为1的节点对拓扑图进行简化,降低了优化模型决策空间的规模,进而提高了计算效率。IEEE 118系统算例结果验证了所提模型和系统简化方法的有效性,同时也进一步表明模型的可扩展性。

    • 接地故障下的SVC优化设计及其对后续换相失败控制策略

      2019, 43(20):123-129. DOI: 10.7500/AEPS20190117005

      摘要 (391) HTML (0) PDF 1.48 M (229) 收藏

      摘要:针对高压直流输电建设过程中存在的运行风险与故障影响,以交流侧常见的接地故障为问题导向,探索静止无功补偿器(SVC)的优化设计方法及其新型控制策略,以提高直流输电系统抵御后续换相失败的能力,保证接地故障条件下输电系统的运行稳定性。以故障发生时的换流母线电压跌落为判别依据,理论分析与结果对比表明通过合理配置固定电容器组(FC)和晶闸管控制电抗(TCR)中电感的容量,并对无功补偿过程中的FC切换与TCR触发角进行逻辑优化控制,不仅可以有效抵御后续换相失败的风险,还能解决SVC补偿过程中的电压“反调”。

    • 调相机失磁特性及其对直流系统的影响分析

      2019, 43(20):130-137. DOI: 10.7500/AEPS20181213007

      摘要 (596) HTML (0) PDF 1.78 M (301) 收藏

      摘要:对新一代调相机失磁故障的研究有利于充分发挥其在高压直流系统中的无功支撑作用。首先,考虑不同的失磁故障类型,并基于实际录波数据,以单机无穷大系统为例对调相机失磁特征及对直流系统的影响进行了定性分析。然后,在PSCAD/EMTDC中建立了包括调相机及其励磁控制系统在内的锡盟—泰州直流输电系统的电磁暂态仿真模型。以受端调相机为例,从系统不同电压跌落程度和调相机不同失磁类型等方面仿真调相机失磁对系统稳定运行的影响。研究表明,相比于短路失磁,受端调相机开路失磁时造成的后果更严重,且当系统处于临界换相失败状态时,调相机的失磁故障会进一步恶化系统的运行状态。

    • 配电网保护配置方案评估方法

      2019, 43(20):138-145. DOI: 10.7500/AEPS20180912012

      摘要 (545) HTML (0) PDF 1.29 M (281) 收藏

      摘要:配电网中相对宽松的继电保护配置与整定要求,导致同一配电网有多种保护配置方案。为定量比较不同保护配置方案的性能优劣,提出一种以能量损失作为性能评价指标的评估方法。首先,通过分析继电保护”四性“要求以及长时、短时停电概念,建立能量损失的计算与比较模型;然后,根据保护方案的配置差异确定用于组成故障场景的随机变量,利用蒙特卡洛方法实现随机故障场景的生成,得到不同故障场景下各个方案的能量损失;最后,统计各个保护方案能量损失的平均值,选择平均能量损失最小的方案为性能最优的方案。用配电网保护不同定值和混合线路是否配置自动重合闸两个算例验证了该方法的有效性。

    • 基于修正独立随机矢量的系统侧谐波阻抗估计

      2019, 43(20):146-152. DOI: 10.7500/AEPS20190315010

      摘要 (365) HTML (0) PDF 1.34 M (200) 收藏

      摘要:随着新能源、电力电子装备的接入,电网中存在大量的谐波源,谐波污染和谐波谐振问题愈发严重。背景谐波波动变大,且用户侧通常装有滤波装置使得用户侧谐波阻抗并非远大于系统侧。系统侧谐波阻抗的准确估计对谐波的管控及谐波谐振分析等具有重要意义,而现有的谐波阻抗计算方法往往需假设背景谐波稳定且用户侧谐波阻抗远大于系统侧谐波阻抗,不符合工程实际,导致估计误差较大。因此,在独立随机矢量法的基础上,文中提出了基于公共连接点谐波电压和电流不同时间间隔的弱相关性来估计谐波阻抗的方法。通过对公共连接点谐波电压和谐波电流的相关性分析,对归一化相关系数设定阈值筛选出弱相关时段,在该时段内不同时间间隔所对应的系统侧谐波电流的相关性恒为弱相关,解得系统侧谐波阻抗。跟现有方法相比,所提方法可用较少的样本点计算出系统侧谐波阻抗,且背景谐波波动和两侧谐波阻抗比变化对所提方法的影响较小,适用范围更广泛。仿真以及工程实测数据的分析验证了该方法的有效性。

    • 基于脉宽调制的DFIG并网谐波/间谐波幅频特性分析

      2019, 43(20):153-161. DOI: 10.7500/AEPS20190125002

      摘要 (373) HTML (0) PDF 1.50 M (210) 收藏

      摘要:双馈感应发电机(DFIG)并网存在谐波/间谐波发射问题。文中采用DFIG理想阻抗模型与脉宽调制(PWM)开关函数,推导了背靠背双PWM变流器系统引起的输出端谐波/间谐波电压解析式。考虑滤波器结构及发电机异步特性的影响,推导了换流器直流电压为输入的DFIG并网谐波/间谐波电流的幅值和频率解析式,揭示了DFIG背靠背换流器调制谐波/间谐波的产生机理。针对实际运行工况,获得了背景谐波条件下DFIG谐波/间谐波的典型发射特性。最后,通过PSCAD仿真及某风电场风机实测数据验证了所推导解析表达式和机理特性分析的准确性。

    • 混合组网下采样值传输时延值测量的可信度评估

      2019, 43(20):162-169. DOI: 10.7500/AEPS20180920001

      摘要 (355) HTML (0) PDF 2.23 M (196) 收藏

      摘要:智能变电站保护装置网络采样、网络跳闸应用中模拟量采样值(SV)传输时延的确定性和准确度是系统安全可靠运行的关键因素。一种基于报文实现SV数据传输时延实时测量及补偿的方法逐渐被接受,开始应用于智能站“三网共口”和就地化保护专网等场合。文中介绍了混合组网下SV报文传输时延测量方法和实现,详细分析了该方法在实现传输时延准确测量各个环节的可信度及其影响,并对报文中与SV数据强关联的时延测量值提出了基于总链路时延合理值和总链路时延误差值作为指标组合来进行在线评估的方法,详细阐述了其工程阈值的取值方法。最后,文中通过选取就地化保护专网的专项测试分析与实际应用,验证了该方案的有效性和可靠性。

    • 变电站为中心配电网单线图:(三)美化布局计算

      2019, 43(20):170-175. DOI: 10.7500/AEPS20180827011

      摘要 (397) HTML (0) PDF 2.14 M (220) 收藏

      摘要:本系列的前两篇论文已分别阐述了变电站为中心配电网(SCDN)单线图的图数模型和第1阶段的接线图初始布局算法。文中将重点阐述基于初始布局的SCDN单线图美化优化计算。基于前文提供的SCDN初始单线图布局中不存在难以消除的交叉,而力导算法迭代时部分节点会跨越其一级节点而在本馈线内存在交叉的问题,设计了本馈线的二级及以下级别的“节点群”和“惯性力”,使得其具备一定的惯性而不被其他外加力作用导致节点群分裂分离。以最小化交叉点数为目标函数,提出了基于遗传算法的考虑引力、点边-边边规避的总斥力、重力、惯性力的各参数优化计算方法。经过5个实际110 kV变电站的10 kV SCDN进行了验证,结果表明本方法可以生成接线高识别的单线图。

    • >工程应用
    • 采用可拓展交互式设计的负荷特性综合分析平台

      2019, 43(20):176-182. DOI: 10.7500/AEPS20190126004

      摘要 (779) HTML (0) PDF 1.36 M (348) 收藏

      摘要:基于多源数据的负荷特性分析可以提高配用电的智能化水平,为开展用户属性辨识、负荷监测、需求响应分析等提供指导。为了增加上述功能开发的便捷性,提高配用电综合分析能力,搭建了以负荷特性分析功能为核心,能够拓展高级功能的交互式负荷特性综合分析平台。该平台采用Brower/Server架构,能够跨平台、适配多类终端,实现“一次设计,全局使用”;利用Django框架实现可拓展设计,并集成多种算法与数据,为负荷特性分析提供便利;基于HTML5技术实现交互式设计,并通过Canvas渲染方案提升大数据背景下平台的可视化效果。通过日前负荷预测实例验证了所提负荷特性综合分析平台的有效性和优越性。

    • 集群风储联合系统广域协调控制及利益分配策略

      2019, 43(20):183-191. DOI: 10.7500/AEPS20181223001

      摘要 (445) HTML (0) PDF 1.49 M (241) 收藏

      摘要:针对多个风储联合系统的协调问题,提出了多风储联合系统集群广域协调控制框架,构建了考虑风电时空相关性的风储系统多模式优化调度模型,进一步基于合作博弈理论提出了集群收益分配策略。采用实际风电数据对所提模型和策略进行了仿真验证。仿真结果表明:广域协调控制可最大化集群收益,提高风电整体可控性和储能运行效率;基于合作博弈理论的集群收益分配策略,可实现集群控制中自身利益与整体利益相协调,激励风储系统积极参与集群控制。