半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2020年第44卷第10期文章目次
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    • >观点
    • 充电负荷聚合商参与绿色证书交易的运营模式与关键技术

      2020, 44(10):1-9. DOI: 10.7500/AEPS20190813005

      摘要 (128) HTML (78) PDF 741.21 K (378) 评论 (0) 收藏

      摘要:充电网络是能源互联网的典型场景之一,深入研究充电网络运营模式与关键技术,可以有效缓解电动汽车充电负荷给电力系统带来的冲击,同时可以为促进大规模可再生能源消纳提供支撑。计及可再生能源配额制政策背景,提出了充电负荷聚合商的定义及运营框架,并针对充电负荷聚合商参与绿色证书交易市场的驱动力进行分析,进而构建了充电负荷聚合商内外2级绿色证书交易模式,并针对绿色证书交易与碳排放权交易、电力市场交易的耦合机理,建立了多市场协调机制。最后依据绿色证书交易模式,通过感知层、网络层、平台层、应用层4个维度,提出了针对充电负荷聚合商的绿色证书交易系统设计构想,支撑充电负荷聚合体系的发展与建设,为中国多类型、多场景下的能源互联网商业模式设计及其发展路径构建提供了参考。

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    • >学术研究
    • 多能源网络的广义电路分析理论——(二)网络模型

      2020, 44(10):10-21. DOI: 10.7500/AEPS20200209002

      摘要 (168) HTML (45) PDF 846.29 K (554) 评论 (0) 收藏

      摘要:以电力、热力、燃气网络为代表的多能源网络是世界上最为复杂的物理网络之一,是连接能源生产和消费的重要传输环节,也是多能源系统耦合的重要途径。文中借鉴电力系统分析中“矩阵化”与“外端口等值”的思想,基于多能源网络支路层的广义电路模型,提出了网络层的广义电路分析理论。首先,针对多能源网络高维动态特性难以描述的问题,以支路广义电路模型为基础提出了拉普拉斯域通用多能源网络建模方法,并建立了矩阵化的紧凑模型。其次,提出了多能源网络的外端口等值方法,等效地将复杂的内部信息转换为等值的边界条件,既能解决多能源网络的联合分析难题,同时又很好地保护各能源系统数据信息隐私。最后,分别结合热力网络与燃气网络的实际特点,提出了热力网络与燃气网络的全网络广义电路模型与边界等值方法。

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    • 考虑可靠性收益的配电网智能软开关规划方法

      2020, 44(10):22-31. DOI: 10.7500/AEPS20190715008

      摘要 (106) HTML (55) PDF 903.28 K (270) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能软开关(SOP)具有较强的潮流控制能力,在配电网正常运行场景下和故障环境中均能有效发挥作用,在规划层面应兼顾其对于配电网供电可靠性与运行经济性提升所带来的综合收益。文中综合考虑了SOP接入对配电网供电可靠性和运行经济性的影响,建立了智能软开关规划模型;采用快速搜索和发现密度峰聚类方法对年负荷数据进行聚类,生成配电网典型运行场景以计算其对运行经济性的提升收益;采用基于关联约束的支路故障率计算方法,考虑线路电流负载率、节点电压以及线路长度对支路故障率的影响,生成动态预想故障集以计算供电可靠性收益;采用模拟退火与二阶锥规划相结合的混合算法对上述规划模型进行求解,最后,在PG&E 69节点算例上验证了所提规划模型的有效性。结果表明,面向配电网可靠性与经济性的SOP规划方法能够有效降低配电网综合成本,实现投资效益的最大化。

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    • 基于鲁棒规划的综合能源微网孤岛划分方法

      2020, 44(10):32-40. DOI: 10.7500/AEPS20190820001

      摘要 (78) HTML (19) PDF 751.27 K (235) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对综合能源微网系统孤岛划分问题,考虑可再生能源和电气热负荷需求的不确定性,将微能源网的能源转换和储存设备作为调度资源,以故障发生后最优化孤岛划分方案为目标,建立了考虑孤岛持续运行的鲁棒孤岛划分模型。在该模型中,以违背停电最短通知时间约束为目标函数惩罚项,为负荷预留一定的故障应对时间,以及避免孤岛负荷因源荷功率波动导致重复接入和切除的问题。基于鲁棒离散优化理论,将不确定性约束转化为确定性约束,构建了混合整数线性规划模型,利用全局鲁棒调节系数改善鲁棒优化的保守性,平衡好孤岛划分方案的经济性和可操作性,以满足不同决策需求。最后通过算例验证了所提模型和求解方法的有效性。

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    • 计及需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置

      2020, 44(10):41-49. DOI: 10.7500/AEPS20190731013

      摘要 (111) HTML (38) PDF 753.75 K (315) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种计及综合需求响应(IDR)不确定性的综合能源系统(IES)设备优化配置方法。首先,以提高能源利用效率为目标,基于冷/热/电联供系统构建了计及IDR的IES基本结构。然后,采用证据理论对IDR中的随机和认知不确定性进行分析,并利用可信水平约束,优化一定电价方案下的负荷曲线。在此基础上,建立兼顾设备优化配置及运行策略的双层协同规划模型,上层以规划总成本最低为目标进行设备选型和容量配置,下层以运行成本最低为目标优化设备出力。通过比较所有电价方案下的总成本,获得最优电价与设备配置方案。最后,通过算例验证了计及IDR不确定性的优化配置结果对风险的抵御能力更强,且采用证据理论能够实现概率理论和区间理论的统一。

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    • 计及风电备用容量与需求响应的多备用资源鲁棒优化

      2020, 44(10):50-58. DOI: 10.7500/AEPS20190813001

      摘要 (65) HTML (24) PDF 767.94 K (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:为缓解多重不确定性因素造成的系统运行与备用压力,提出了一种计及风电备用容量与需求侧响应的日前-日内两阶段多备用资源鲁棒优化模型。一方面,为充分发挥风电场与需求侧的备用容量,提高系统运行与备用的灵活性,分别对风电场备用与需求侧备用进行建模;另一方面,基于鲁棒优化模型对系统多种备用资源进行优化,保障电网在最恶劣运行工况下的安全可靠运行,提升了系统的鲁棒性。采用列和约束生成算法对两阶段鲁棒优化问题进行了求解。修改的IEEE RTS-79测试系统算例验证了所提模型与算法的有效性。结果表明,协同优化多种备用资源可以提升电力系统的运行灵活性,促进风电的消纳;同时,通过调节鲁棒模型中不确定性限值的大小,可以实现系统运行鲁棒性与经济性的平衡。

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    • 基于主从博弈的电网公司需求响应补贴定价机制

      2020, 44(10):59-67. DOI: 10.7500/AEPS20190613004

      摘要 (178) HTML (74) PDF 699.93 K (375) 评论 (0) 收藏

      摘要:文中构建了电网公司与多个用户的需求响应主从博弈模型。其中电网公司基于预测得到的下一年负荷持续曲线,选取合适时间段制定需求响应补贴策略,通过降低峰值负荷减少输配电建设成本,提高输配电整体收益;而用户根据电网公司在某时段制定的需求响应补贴价格决定在该时段的响应量来获取额外收益。文中对主从博弈模型的存在性及求解思路进行了分析,并给出了博弈均衡解的求解流程。算例表明,电网公司可基于所构建模型得到峰荷时段的补贴价格,且电网公司及用户均可通过需求响应而获益。此外算例还分析了可避免输配电容量单位成本变化对电网公司需求响应收益的影响。

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    • 基于双重激励机制的电动汽车备用服务策略

      2020, 44(10):68-76. DOI: 10.7500/AEPS20190826007

      摘要 (75) HTML (20) PDF 1.03 M (193) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高电动汽车(EV)的备用服务能力,提出一种基于双重激励机制(DIM)的EV充/放电日前调度策略。在考虑EV放电模式的前提下,设计面向用户的双重激励机制和市场互动模式,提出半托管式的用户响应方式,并对该方式下用户响应状态的不确定性进行建模分析,采用随机规划方法建立响应双重激励的EV充/放电调度模型。基于上述模型,算例对比分析放电激励加入前后EV集群的备用服务能力。同时,通过对调控参数的灵敏度分析,研究充、放电激励价格和调度时间尺度等因素对EV集群备用服务能力的影响。

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    • 考虑参数空间潮流可行域的交直流混合微电网下垂系数选取

      2020, 44(10):77-84. DOI: 10.7500/AEPS20190909004

      摘要 (33) HTML (17) PDF 740.20 K (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:孤岛运行模式下,交直流混合微电网中的分布式电源逆变器的下垂系数会影响系统潮流可行域,而传统的下垂系数由逆变器的容量、频率和电压调节范围决定,并未充分考虑这一影响。针对上述问题,首先建立了考虑逆变器控制方式的交直流混合微电网潮流计算模型,基于此提出了参数空间下的潮流可行域快速计算方法,进一步分析了下垂系数对潮流可行域的影响,综合考虑负荷稳定裕度和小信号稳定因素求取下垂系数最优值。最后,针对改进的12节点的交直流混合微电网算例进行仿真计算,验证了所提方法的有效性与适用性,与传统方法相比系统电压稳定裕度显著提升。

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    • 基于连续控制集模型预测控制的MMC桥臂电流控制策略

      2020, 44(10):85-91. DOI: 10.7500/AEPS20190811002

      摘要 (71) HTML (11) PDF 1.12 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平变换器(MMC)的桥臂电流控制方法可同时实现交流侧电流控制和环流抑制。连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)是一种时域内基于模型的最优控制方法,动态响应快,可以实现多频带复合信号的准确跟踪。提出一种基于CCS-MPC的桥臂电流控制方法,通过设计模型预测控制(MPC)控制器同时实现桥臂电流直流分量、基频交流分量的准确跟踪和倍频环流的抑制,克服了传统分频控制策略在暂态期间不同控制器相互影响的问题,无须对各个频率信号单独设计控制器,简化控制结构。在此基础上,提出了包含桥臂电流指令值计算、基于MPC的桥臂电流控制和子模块电容电压均压控制的MMC综合控制策略。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三相MMC仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

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    • 含风电场的多端柔性直流输电系统小信号建模方法

      2020, 44(10):92-102. DOI: 10.7500/AEPS20190329001

      摘要 (53) HTML (29) PDF 1013.27 K (348) 评论 (0) 收藏

      摘要:含风电场连接的多端柔性直流输电系统易发生系统失稳现象,构建一个精确的小信号模型分析系统小干扰稳定性是必要的。然而,在建立含风电场的有源直流系统小信号模型时,已有文献大多未对风电场进行建模。据此,文中以平均值模型为基础,在时域下建立了包括风电场在内的直流系统小信号模型。为体现换流器自身损耗,计及直流侧等效桥臂阻抗,提出利用部分直流线路电容简化换流器直流侧模型推导;同时,考虑到风电场接入的影响,引入交流公共耦合点滤波电容。在风电场模型构建上,建立了全功率聚合风电场的小信号模型,与风电场侧换流站构成单个状态空间。算例部分搭建了含风电场三端柔性直流输电系统的小信号模型,与PSCAD模型进行阶跃响应及稳定裕度对比,结果表明所提小信号建模方法能够精确模拟小干扰动态响应,且在系统稳定性分析中性能优越。

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    • 基于暂态能量流的双馈风电机组强迫振荡源定位

      2020, 44(10):103-110. DOI: 10.7500/AEPS20190527005

      摘要 (63) HTML (24) PDF 745.46 K (273) 评论 (0) 收藏

      摘要:暂态能量流法是一种新型的振荡源定位方法。首先,根据暂态能量流的计算公式,结合双馈风电机组的轴系模型、网侧变换器模型及双馈感应电机的三阶简化模型,推导适用于双馈风电机组的暂态能量流,并定义能流功率作为判断能量流向的指标。然后,对双馈风电机组加入强迫振荡源后的频率特性进行分析。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建包含强迫振荡源的单机无穷大系统和多台风电机组经串补并网系统进行时域仿真。利用采集的数据计算暂态能量流和能流功率,验证了暂态能量流法对双馈风电机组强迫振荡源定位的有效性。

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    • 用于最小开机数判定的经典非合作博弈潮流分布模型

      2020, 44(10):111-118. DOI: 10.7500/AEPS20190727004

      摘要 (44) HTML (9) PDF 762.44 K (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:在中国东部沿海地区直流供电占比逐步增加,对受端电网安全稳定运行提出了更高要求,也使得以电压稳定为目标的最小开机数判定成为新形势下需要研究的问题。首先,明确最小开机数判定优化目标,包含多层协调的非线性混合整数优化问题;其次,基于经典非合作博弈建立博弈潮流分布求解模型,同时考虑功率备用、薄弱线路、重点负荷、特殊注入功率因素对模型进行完善,将最小开机数判定优化问题转化为以计算博弈平衡为主的问题,并将博弈潮流分布模型应用于最小开机数判定并给出判定方法。最后,采用IEEE 162节点系统算例和中国山东电网实际数据判定最小开机数,通过与牛顿法的计算结果对比分析和灵敏度分析验证了博弈潮流分布模型的合理性。

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    • >研制与开发
    • 基于Kalman滤波的持续卫星时间同步攻击防护方法

      2020, 44(10):119-126. DOI: 10.7500/AEPS20190704004

      摘要 (62) HTML (22) PDF 837.88 K (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着网络空间对抗加剧,借助全球卫星导航系统进行的网络攻击已发展成为现实威胁。慢速持续型卫星时间同步攻击可绕过电力时间同步系统中卫星时钟异常检测机制,诱骗被授时设备输出错误时间信息,再借助电力系统工作机制达成攻击破坏后果。提出了一种基于Kalman滤波的持续卫星时间同步攻击防护方法。首先构建了考虑持续时间干扰的Kalman滤波卫星授时模型;然后利用能量泛函正则化最优化估算恶意攻击下被授时设备的时钟偏差;最后根据所构建的补偿模型对钟差进行补偿、实现遭攻击条件下的精准时间同步。仿真结果表明,该方法可有效防范慢速持续型卫星时间同步攻击对电力时间同步系统的影响。

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    • 基于空间多源异构数据的台风下输电杆塔风险评估

      2020, 44(10):127-134. DOI: 10.7500/AEPS20191113002

      摘要 (57) HTML (26) PDF 791.62 K (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:台风灾害下电力系统的风险评估及可视化对电力系统防灾减灾具有重要的科学意义和工程应用价值。为了预测高风险区域,优化抢修资源配置和潮流风险调度,文中分数据层、知识提取层和可视化处理层构建了台风灾害下输电杆塔风险评估体系。首先,基于设备运行信息、气象信息以及地理信息等构建空间多源异构信息数据库。再基于参数优化,应用6种机器学习算法建立了杆塔损毁风险预测智能模型,通过指标对比选择相对最优模型,同时,在此基础上提出基于不等权拟合优度法的组合模型。以1 km×1 km的尺度对台风“彩虹”下某中国沿海城市的杆塔损毁风险进行了评估及可视化,将相对最优模型与组合模型进行了详细的对比,测试结果显示:相对最优模型及组合模型均能够识别损毁最严重的区域,但相同风险阈值下组合模型的预测效果更好,验证了所提方法的可行性与合理性。最后,分析了模型通用性和样本数量级对预测效果的影响。

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    • 不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

      2020, 44(10):135-144. DOI: 10.7500/AEPS20190708005

      摘要 (161) HTML (23) PDF 1.21 M (311) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。

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    • 基于线性自抗扰控制的微网逆变器时-频电压控制策略

      2020, 44(10):145-154. DOI: 10.7500/AEPS20190824003

      摘要 (47) HTML (10) PDF 964.99 K (258) 评论 (0) 收藏

      摘要:微网是一个非线性、强耦合、多约束、负载扰动大的系统,传统比例-积分(PI)双环控制已经无法满足需求,自抗扰技术通过补偿扰动可使微网逆变控制系统的性能显著改善。据此,文中提出了基于线性自抗扰控制(LADRC)的微网逆变器时-频电压控制策略。为了提高微网逆变器的抗扰性能和动态性能,在时域上,设计和分析了dq轴解耦环节、带电容电流反馈的降维扩张状态观测器以及线性状态误差反馈控制律;为了提高微网逆变器在各谐波频率处的跟踪精度和抗扰性能,分析了时域LADRC系统的频率响应特性,并据此设计和分析了频域上的实部/虚部解耦环节和时-频域LADRC策略。最后,针对工作在孤岛模式下的微网逆变器,对所提策略进行了实验验证。实验结果表明,与PI双环控制对比,基于LADRC的微网逆变器时-频电压控制策略具有更好的解耦、抗扰、动态性能,并能精确控制谐波电压以达到抑制谐波的效果。

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    • 并网逆变器降阶模型及其构建方法的分析与对比

      2020, 44(10):155-165. DOI: 10.7500/AEPS20191029006

      摘要 (75) HTML (25) PDF 1.79 M (282) 评论 (0) 收藏

      摘要:并网逆变器的小信号模型是判断系统稳定性和参数设计的重要工具。并网逆变器的完整状态方程描述会附带较多冗余信息,采用适当的降阶模型能够方便系统参数整定与调试。然而现有的一些典型降阶模型适用面较窄,在特定工况下精度较低或随着参数的变化而失去通用性。首先,通过等效惯性常数与等效阻尼系数的概念建立了通用的功率环模型;通过单边傅里叶分析指出传统的三阶模型仅适用于分析大惯性、高阻尼系统;通过输出阻抗分析指出电磁五阶模型精度对于控制参数较为敏感。为了解决降阶模型精度的问题,利用逆变器时间尺度自然分离的特性,提出了一种基于时间常数的模型降阶方法,所提方法简单、有效,并导出了可靠、简洁的高带宽降阶模型,所得模型精度高、适用面广。最后,通过对比实验验证了理论分析的正确性和所提降阶方法与降阶模型的有效性。

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    • 基于高阻并联避雷器接地方式的柔性直流配电网保护方法

      2020, 44(10):166-173. DOI: 10.7500/AEPS20190430031

      摘要 (48) HTML (8) PDF 760.43 K (190) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对柔性中压直流配电网系统直流线路单极接地故障检测困难的问题,提出一种高阻并联避雷器接地的新型接地方式及其包含自适应放大系数的保护策略。首先讨论了现有的柔性直流配电网接地方式的优缺点,提出了基于联结变压器中性点经高阻并联避雷器的新型接地方式。然后通过理论推导分析了新型接地方式在交直流侧接地故障下的过电压机理和故障特征,根据不同故障下的电压电流特性,提出了相应的直流线路保护策略,实现了差动保护在直流配电网发生故障时准确快速地进行故障识别和故障选线。最后以仿真实例验证了新型接地方式的有效性和所提出的保护方法的可靠性。

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    • 调相机失磁保护励磁电压判据性能分析与改进

      2020, 44(10):174-179. DOI: 10.7500/AEPS20190803003

      摘要 (71) HTML (11) PDF 613.15 K (159) 评论 (0) 收藏

      摘要:新一代调相机在中国特高压直流换流站中逐步得到应用。正在运行的调相机失磁保护励磁电压判据采用励磁电压平均值作为保护动作量,难以可靠区分调相机深度进相运行和全失磁故障2种工况,也不能识别大部分脉冲丢失的部分失磁故障。文中提出了励磁电压方均根值判据,与平均值判据协同作用解决调相机深度进相运行和全失磁故障的区分问题;提出了脉波方均根值判据,解决丢失脉冲的部分失磁故障的识别问题。阐述了方均根值判据、平均值判据和脉波方均根值判据定值的整定方法。动模试验和现场试验结果验证了所提判据及定值整定方法的可行性和有效性。

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    • XMPP和GOOSE在分布式馈线自动化中的应用

      2020, 44(10):180-185. DOI: 10.7500/AEPS20190704006

      摘要 (54) HTML (15) PDF 587.77 K (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现分布式馈线自动化的智能终端间的互操作,保证终端的通信安全,文中提出了采用内置安全的可扩展消息和在线表示协议(XMPP)与基于用户数据报协议(UDP)的通用面向对象变电站事件(GOOSE)结合的IEC 61850通信映射方案。该方案使用基于哈希获取随机子集(HORS)一次性签名的安全防护方案以保证GOOSE报文的通信安全。在配电终端上使用该方案开发了基于代理式的分布式馈线自动化(FA)测试系统。测试结果说明,该方案能够满足速动型分布式FA要求。

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    • 基于K-ESPRIT的快速宽频测量方法

      2020, 44(10):186-192. DOI: 10.7500/AEPS20190517004

      摘要 (74) HTML (36) PDF 651.40 K (303) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电力系统中电力电子装置渗透率越来越高,电气量的宽频特性越来越显著,并引发了新的涉网稳定问题,对电力系统信号的监测频带范围和响应速度提出了新的要求。因此,提出了一种快速宽频测量方法,实现了宽频信号的快速跟踪与高精度测量。利用空间谱估计的“超分辨率特性”实现了短时间窗的宽频测量。为提高算法在低信噪比条件下的稳定性,提出了基于峭度的信号频率成分数估计方法,保证了测量精度。最后,在硬件上实现该方法,通过仿真测试、硬件测试以及现场测试,验证了所提方法的有效性。

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    • >综述
    • 考虑柔性负荷接入的配电网规划研究综述与展望

      2020, 44(10):193-207. DOI: 10.7500/AEPS20191030003

      摘要 (395) HTML (67) PDF 847.23 K (584) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了当今配电网规划的需求,确立了柔性负荷资源纳入规划的重要作用。从能量互动方式、调度响应方式、用户及设备类型3个角度提出柔性负荷的分类方式与分类结果。针对柔性负荷接入对配电网规划的影响,从负荷预测、电力平衡、规划优化、规划方案评估四大环节分析了现有规划方法的适应性与不足之处,并提出相应的改进思路与建议。最后,围绕柔性负荷建模、配电大数据挖掘与应用等新型关键技术进行了综述,并对未来配电网建设发展趋势进行了总结与展望。

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