半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2020年第44卷第4期文章目次
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    • >观点
    • 当前能源互联网与智能电网研究选题的继承与拓展

      2020, 44(4):1-7. DOI: 10.7500/AEPS20190710007

      摘要 (195) HTML (34) PDF 884.91 K (209) 收藏

      摘要:能源互联网是冷、热、电、气在物理流、信息流和价值流高度融合的新兴领域。国家自然科学基金的资助情况自下而上地反映出中国能源互联网及其相关概念的研究态势和研究重点。文中从基金关注的研究方向、获批数量、高校分布、类型分布等方面分析了中国能源互联网及其相关领域国家自然科学基金近10年来的获批情况。分析表明,受能源转型以及互联网技术的驱动,能源互联网由以“电”为主的“智能电网”的研究逐渐转向“冷、热、电、气”的耦合研究;拥有“电气科学与工程”和“工程热物理与能源利用”学科点的强校,在能源互联网的研究中体现出优势,引领了能源互联网理论和应用的基础研究。同时,能源互联网基金资助项目的学科分布,体现出上述两学科和电子学与信息系统、计算机科学、自动化、管理科学与工程、数学、建筑环境与结构、宏观管理与政策等多个学科的交叉融合。

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    • >信息能源系统
    • 面向能源领域信息物理社会系统的行为仿真建模分析——以现货电力市场为例

      2020, 44(4):8-15. DOI: 10.7500/AEPS20190116002

      摘要 (86) HTML (23) PDF 779.65 K (118) 收藏

      摘要:信息物理社会系统(CPSS)旨在描述复杂网络系统中信息网络、物理系统和社会因素的特征及其交互影响,以实现对该类系统的建模、推理和决策。CPSS研究中,如何反映社会行为是最大难点之一。依据历史和仿真数据,采用生成对抗网络(GAN)模型对不确定的社会行为建模,并通过混合仿真方法推演了当前广东现货电力市场设计中的实际问题,即燃气机组补贴对市场的潜在影响。

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    • 基于渗流理论的电力CPS网络风险传播阈值确定方法

      2020, 44(4):16-23. DOI: 10.7500/AEPS20190227002

      摘要 (60) HTML (24) PDF 783.33 K (84) 收藏

      摘要:由于电力信息物理系统(CPS)网络的非均匀性及风险传播过程的动态性,使得风险爆发的临界点难以数值确定。从相依网络视角出发,提出一种基于渗流理论的电力CPS网络风险传播阈值确定方法。首先,根据拓扑关联和耦合逻辑将电力CPS网络抽象为双层复杂网络有向图,并采用非对称balls-into-bins分配方法建立“一对多”及“部分耦合”的非均匀电力CPS表征模型。然后,考虑信息层与物理层链接之间的方向性及依赖关系,引入渗流概率对各层内部耦合关系建立传播动力学方程。最后,通过定义电力CPS网络节点的生存函数对风险传播阈值进行数值求解,并以IEEE 30节点系统和150节点的Barabsi-Albert模型算例验证了所述方法的有效性。

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    • >学术研究
    • 考虑空调负荷虚拟储能的产消者鲁棒日前申报策略

      2020, 44(4):24-34. DOI: 10.7500/AEPS20190115002

      摘要 (59) HTML (6) PDF 779.56 K (68) 收藏

      摘要:在分布式可再生能源大力发展的背景下,产消者将成为新的重要利益主体参与电网运行。考虑到产消者中空调负荷具有良好的调控潜力,文中首先建立了空调负荷的虚拟储能模型,并在此基础上分析了虚拟储能与常规储能的不同之处。针对虚拟储能可参与日内调控的特点,考虑可再生能源出力不确定性,提出了产消者鲁棒日前申报策略,并进一步提出了将虚拟储能日前决策与实时调整相结合的产消者最优申报及调度策略,运用改进的列约束生成算法进行求解。最后对具体算例进行比较,证明了最优策略在产消者运行灵活性与经济性方面的优势,并分析了可再生能源出力不确定性、惩罚价格选取及室外温度对实际结果的影响。

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    • 需求响应机制下含建筑虚拟储能的能源站经济调度

      2020, 44(4):35-43. DOI: 10.7500/AEPS20190303005

      摘要 (50) HTML (5) PDF 800.24 K (86) 收藏

      摘要:针对综合能源站运行调度中未考虑围护结构蓄热特性以及用户需求响应补贴机制等问题,提出了一种考虑用户协同互动的综合能源站调度方法。首先,综合考虑室内外各种扰量对热过程的影响,建立了以室内空气与围护结构为传热主体的精细化建筑虚拟储能模型。其次,构建了冷热电联合供应的典型能源站设备组成结构以及其与外部能源系统、用户的多主体互动交易关系,提出了基于阶梯型补贴的需求响应机制。然后,以考虑外部购能费用、向用户的售能费用与补贴、站内设备启停和损耗成本的能源站运行收益最大为目标,以用户柔性舒适度区间等为约束,构建了能源站日前经济调度模型,并采用了CPLEX求解器求解。最后,通过算例验证了所述模型与方法的实用性和有效性。

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    • 基于风电出力模糊集的电-气耦合系统分布鲁棒优化调度

      2020, 44(4):44-53. DOI: 10.7500/AEPS20190411006

      摘要 (57) HTML (4) PDF 724.33 K (75) 收藏

      摘要:随着可再生能源装机容量不断扩展及综合能源系统研究的持续推进,燃气轮机作为耦合元件加深了电力系统和天然气系统的相互融合,为可再生能源消纳提供了新的途径。针对随机规划方法、区间优化及鲁棒优化算法处理风电出力不确定性的不足,文中提出一种基于风电预测误差模糊集的分布鲁棒优化方法求解电力-天然气耦合系统的协同调度决策。首先,利用主成分分析法提取高维预测误差向量蕴含的时空尺度关联特性,并引入一系列矩函数描述预测误差的分布信息以构建相应的模糊集。然后,建立两阶段分布鲁棒优化经济调度模型,第1阶段制定日前机组开停机计划、调度出力及备用方案;第2阶段辨识最劣风电场景分布以保证第1阶段调度决策的有效性。结合线性决策规则和对偶理论将该半无限优化问题转化为有限维优化问题进行求解。最后,通过算例验证了所提模型及求解方法的有效性。

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    • 考虑规模化电动汽车与风电接入的随机解耦协同调度

      2020, 44(4):54-62. DOI: 10.7500/AEPS20190227003

      摘要 (53) HTML (4) PDF 780.00 K (86) 收藏

      摘要:大规模电动汽车并网和风电出力的随机性增加了电力系统安全经济运行的难度。针对风电出力难以预测的特点,同时兼顾电网侧和电动汽车聚合商侧的运行效益,建立了风电、火电以及电动汽车鲁棒双层随机优化调度模型。为了提高求解效率,基于近似Benders算法构建了电动汽车与电网之间的互动关系。此外,针对规模化电动汽车之间难以协同优化的问题,运用辅助问题原理对电动汽车个体之间的耦合关系进行了解耦,将电动汽车群的联合优化转化成为单辆电动汽车调度的并行计算,实现了对电动汽车个体的调度。最后,针对改进的IEEE 39节点算例进行了仿真分析,验证了所提模型和算法的有效性。

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    • 约束紧凑与调节灵活的核电调峰安全出力模型

      2020, 44(4):63-71. DOI: 10.7500/AEPS20190312007

      摘要 (23) HTML (5) PDF 781.34 K (43) 收藏

      摘要:核电和间歇性电源比重不断增加,核电面临较大的调峰压力。当前,核电参与调峰的数学模型不够完善,因此提出一种将核电特定安全要求与灵活的调节方式有效统一的核电调峰安全出力模型,通过对约束的紧凑化和调峰深度的连续化,解决了已有模型在普遍适用性、经济性和灵活性方面的不足。引入解耦的升/降功率辅助变量,并充分考虑功率变化之间的耦合特性和互斥关系,核电出力可行域约束得更为紧凑,保证在各种工况下得出准确的核电安全出力。此外,进一步将调峰深度连续化,以期得出最优调峰深度和调节时间,增加核电调峰运行方式的灵活性;再运用数学等效变换技巧,将模型非线性项等效转换为线性模型,易于求解。仿真计算表明,所提模型能准确、灵活、经济地安排核电调峰安全出力,可降低约5%额定功率的调峰深度以及约18%的调峰成本,模型的有效性得以验证。

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    • 计及多约束的多分布式电源接入配电网最大承载力分段算法

      2020, 44(4):72-80. DOI: 10.7500/AEPS20190610004

      摘要 (49) HTML (9) PDF 681.66 K (84) 收藏

      摘要:分布式电源(DG)大量并网给电能质量带来风险,评估DG接入配电网的最大承载力对DG规划具有指导意义。建立了多DG接入配电网承载力评估的优化模型:目标为DG并网容量最大,约束涉及电压偏移、电压波动、短路电流和继电保护的相关技术标准。针对该模型,提出了基于约束指标相对于DG容量灵敏度的单约束和多约束协调分段计算方法。基于不同的DG初始值,分段计算可分别采用倒推和顺推2种计算流程进行。最后计算分析了辐射型配电网在多约束多个不同类型DG情况下的系统最大承载力,表明了所提方法在计算精度和效率方面的优越性。

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    • 双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析

      2020, 44(4):81-90. DOI: 10.7500/AEPS20190328002

      摘要 (107) HTML (17) PDF 983.97 K (96) 收藏

      摘要:风电系统接入基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流(HVDC)输电系统是极具前景的输电方案,同时也面临较为突出的系统稳定性问题。小信号阻抗分析法是研究互联系统稳定的有效办法。然而,MMC的内动态特性使得精确建立其阻抗模型具有较大难度。文中采用多谐波线性化方法建立了采用双闭环定交流电压控制的MMC送端换流站小信号阻抗模型,可实现电流环对MMC阻抗影响的准确分析。针对直驱风机通过MMC-HVDC系统并网的系统,利用阻抗分析法分别分析了MMC电流环不同控制带宽下互联系统振荡的问题,为电流环参数优化设计提供了依据。最后,基于MATLAB/Simulink的仿真结果证明了阻抗模型和稳定性分析理论的正确性。

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    • 不平衡电网电压下的MMC子模块电压波动抑制方法

      2020, 44(4):91-100. DOI: 10.7500/AEPS20190304003

      摘要 (39) HTML (9) PDF 1.67 M (108) 收藏

      摘要:为降低模块化多电平换流器(MMC)对子模块电容的需求,有必要抑制子模块的电容电压波动。电网三相电压不平衡情况发生时,会加剧MMC中子模块的电容电压波动。首先分析了电网电压不平衡时MMC子模块电容电压的波动特性,进一步分析了三次谐波注入对子模块电压波动的影响;重新设计了三次谐波电压注入的幅值和相角,使其能在不平衡工况下有效实现降低电压波动的目标;设计了相应的波动抑制策略;最后,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真,验证了所提注入方案的有效性。

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    • 基于非侵入式用电数据分解的自适应特征库构建与负荷辨识

      2020, 44(4):101-109. DOI: 10.7500/AEPS20190612009

      摘要 (41) HTML (10) PDF 768.23 K (86) 收藏

      摘要:非侵入负荷监测是实现需求侧测量与能效优化的有效途径。文中提出了一种高频采集模式下的非侵入式负荷在线监测方法,使整个监测过程自动化、实时化。首先,根据负荷电流的可加性原理建立了负荷分离模型,得到独立负荷波形;并结合负荷的操作特性,无需预实验获取先验数据。然后,通过贝叶斯分类模型实现负荷种类判断,从而在运行过程中为每个独立用户构建动态的负荷特征库。最后,基于库中数据,通过构建寻优模型实现负荷辨识,从而持续、实时获取负荷用电状态,并通过实际采集的用电数据验证了方法的有效性。该研究可自适应地为独立用户构建负荷特征库,改善了提前建库不具有普适性的问题,同时,基于特征库的快速寻优保证了辨识的有效性与准确性。

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    • 考虑参数不确定性影响的发电机动态状态估计方法

      2020, 44(4):110-118. DOI: 10.7500/AEPS20190325004

      摘要 (37) HTML (9) PDF 800.51 K (62) 收藏

      摘要:噪声统计特性和模型参数的不确定性,会严重影响动态状态估计的精度。针对该问题,文中提出了一种基于H 容积卡尔曼滤波(HCKF)的动态状态估计新方法。首先,建立发电机动态状态估计模型;其次,依据H 滤波理论构造模型不确定性约束准则,并在容积卡尔曼滤波(CKF)中依据该准则计算更新估计误差协方差阵,抑制参数不确定性对状态估计精度的影响;最后,通过对IEEE 10机39节点系统和某实际大区域电网系统的算例测试,将所提方法与CKF方法和改进插值扩展卡尔曼滤波(IEKF)方法的估计性能进行对比。算例仿真结果表明,HCKF方法在估计精度和对模型不确定性的鲁棒性方面较CKF和IEKF方法均有所提高,能够有效抑制模型不确定性对发电机动态状态估计的影响。

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    • 基于半定规划法的含分布式潮流控制器最优潮流

      2020, 44(4):119-125. DOI: 10.7500/AEPS20190430004

      摘要 (24) HTML (1) PDF 798.82 K (52) 收藏

      摘要:分布式潮流控制器能够灵活地提升现有线路的输电能力,从而降低系统运行成本,但该设备的引入会增加电力系统最优潮流问题的复杂度与非凸程度。针对分布式潮流控制器的结构及原理进行了分析,提出一种简化的稳态功率模型,并考虑到装置运行时各串联单元自身容量限制,给出实际电网中分布式潮流控制器线路的潮流可行域。基于此,采用对初值选取不敏感的半定规划法建立含分布式潮流控制器的系统最优潮流模型,并选用原对偶内点法进行求解。算例测试结果表明,所提方法能有效解决含分布式潮流控制器的系统潮流优化问题。

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    • 可再生能源发电对实时电价的影响分析——德国电力现货市场的数据实证

      2020, 44(4):126-133. DOI: 10.7500/AEPS20190117001

      摘要 (49) HTML (12) PDF 711.10 K (86) 收藏

      摘要:电力现货市场实时交易可充分发挥市场调节作用,促进可再生能源消纳。基于数据实证分析可再生能源发电对实时电价的影响,对理解现货市场运行规律、开展市场成熟度评价等具有重要参考价值。选取德国电力现货市场开展数据实证,收集发电量、负荷量、预测误差、价格等多因素数据,基于时间序列特征表示方法,研究可再生能源发电对实时电价的影响。首先,使用特征表示方法将时间序列时域模型转化为特征向量。然后,采用贪婪向前特征选择算法提取关键特征,最大化因素间差异。接着,分别基于全部特征和关键特征讨论了多因素间的相关性,并构建了影响机理网络图。实证结果表明德国电力现货市场实时电价主要受到风力发电量预测误差影响,因素间相关性主要来自时间序列的傅里叶变换、小波变换、离散符号化等特征。最后,通过中德电力现货市场的定量对比,指出中国广东电力市场实时电价更易受新能源发电量而非预测误差的影响。

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    • >研制与开发
    • 考虑储能充放电功率限制的并网光储虚拟同步机控制

      2020, 44(4):134-141. DOI: 10.7500/AEPS20190515010

      摘要 (66) HTML (23) PDF 1.22 M (89) 收藏

      摘要:光储虚拟同步机正常工作时,其输出功率跟踪指令值,光伏进行最大功率跟踪,通过储能消除光伏出力与虚拟同步机功率指令之间的偏差,抑制逆变器输出功率波动。而光伏具有波动性与不确定性,光伏功率波动超出储能调节能力时,会使直流母线电压出现较大偏移,影响虚拟同步机运行的稳定性。针对上述问题,提出了考虑储能充放电功率限制的并网光储虚拟同步机控制方法。根据储能荷电状态,对逆变器、光伏和储能进行协调控制。在储能充放电功率达到上限时,抑制并消除了直流母线电压偏移。在充分利用储能调节能力支撑虚拟同步机功率跟踪需求的同时,避免了储能的过放和过充,实现了光储虚拟同步机系统的安全稳定运行。PSCAD/EMTDC中的仿真和半实物仿真验证了所提出控制策略的有效性。

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    • 考虑多振荡模式的多频段电力系统稳定器参数整定方法

      2020, 44(4):142-149. DOI: 10.7500/AEPS20190117007

      摘要 (42) HTML (5) PDF 798.78 K (61) 收藏

      摘要:安装电力系统稳定器是增强电网小干扰稳定性的有效手段。相较于传统单频段电力系统稳定器,多频段电力系统稳定器具有更多的频段支路与更高的控制自由度,可更好地抑制频率较低的振荡模式,但其整定流程与方法未见广泛研究。文中提出了一个基于多输入多输出系统频域裕度指标的多频段电力系统稳定器参数整定方法,该方法在性能指标中考虑了多个弱阻尼振荡模式,同时调整了多个多频段电力系统稳定器的幅频特性与相频特性,使它们在提供合适相位补偿量的同时最大化系统稳定裕度,且能保证各机组励磁模式稳定。所提方法的有效性通过云南电网算例得到了验证。

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    • 基于深度置信网络的电压暂降特征提取及源辨识方法

      2020, 44(4):150-158. DOI: 10.7500/AEPS20190306004

      摘要 (47) HTML (6) PDF 1.70 M (80) 收藏

      摘要:提出一种基于深度置信网络(DBN)的电压暂降特征提取与暂降源辨识方法,利用DBN的特征提取能力对实测波形数据进行特征自提取,解决了人工提取特征过度依赖专家经验,受未知特征影响较大不具备一般性的问题。采用多隐层结构网络学习特征最终实现暂降源辨识。该模型集特征提取器与分类器于一体,优化了模型结构框架,提高了暂降源辨识效率。对模型最优参数进行选择,建立适用于电压暂降实测数据类型的DBN模型,对电网实测暂降数据进行特征提取与暂降源辨识,通过对比验证了DBN方法在特征提取与暂降源识别上的优越性,适用于实际工程。

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    • 基于谐波状态空间建模的变换器交直流谐波耦合特性分析

      2020, 44(4):159-167. DOI: 10.7500/AEPS20190409002

      摘要 (44) HTML (6) PDF 1.48 M (77) 收藏

      摘要:基于谐波状态空间(HSS)理论对变换器进行建模,深入分析了变换器交直流谐波耦合特性。首先,通过数学推导,采用HSS理论对三相AC/DC变换器拓扑进行建模。HSS模型将交直流侧的各次谐波包括在内,反映了各频次谐波变量的作用关系。其次,通过该模型推导变换器的谐波传递函数,建立耦合阻抗图,分析交直流谐波耦合特性。该模型根据微电网中常用的电压源型三相AC/DC变换器建立,给出了变换器交直流谐波耦合阻抗的全局关系,可探究变换器两侧各个频次的谐波特性,并用于变换器并联、级联等结构的谐波分析。最后,在PLECS平台中搭建电压源型三相AC/DC变换器模型,与HSS模型计算结果进行对比,并通过实验验证了所提模型与谐波耦合特性分析的准确性。

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    • 级联型电力电子变压器三相电压暂降隔离能力分析

      2020, 44(4):168-177. DOI: 10.7500/AEPS20190126005

      摘要 (18) HTML (5) PDF 1.03 M (47) 收藏

      摘要:级联型电力电子变压器(PET)在中低压配电网应用前景广泛,深入研究其电压暂降隔离能力,对于其器件参数选择、储能容量配置、减少电压暂降治理装置配置等工作具有重要价值。文中通过理论推导,研究了级联型PET电压暂降隔离能力的限制因素:针对输入级,深入研究了调制比、直流链电容电压波动以及开关器件电流有效值限制对其电压暂降隔离能力的影响;针对隔离级,详细分析了移相比、开关器件电流有效值及峰值限制对其隔离直流链电压跌落能力的影响;明确了不同设计参数下输入级和隔离级电压暂降隔离能力的主要限制因素,并建立了级联型PET电压暂降有效隔离区域。最后,通过仿真验证了研究结果的正确性。

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    • 基于改进粒子群优化算法的CVT杂散电容参数估计方法

      2020, 44(4):178-186. DOI: 10.7500/AEPS20190430012

      摘要 (26) HTML (2) PDF 766.27 K (54) 收藏

      摘要:杂散电容是影响电容式电压互感器(CVT)谐波测量取值的不确定因素,通过分析CVT内部结构和杂散电容计算公式,发现杂散电容是具有随机性特点的区间型参数。为提高CVT谐波传递特性曲线的拟合精度,提出一种基于改进粒子群优化算法的CVT杂散电容参数估计方法。该方法以输入参数的置信区间为条件,以计算结果的误差最小为目标,在满足幅值、相移最小误差要求以及尽量多置信区间的条件下确定杂散电容的参数组合。通过建立电能质量综合试验平台,以某 35 kV阻容分压式电压互感器二次侧输出的谐波电压值为基准,分析TYD35/ -0.02HF型CVT实际谐波电压值和利用幅频曲线校正后的谐波电压值分别相对基准值的误差,验证了所提方法的有效性和可行性。

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    • 采用双磁路的电流互感器在线取电方法

      2020, 44(4):187-194. DOI: 10.7500/AEPS20190126006

      摘要 (30) HTML (3) PDF 700.00 K (60) 收藏

      摘要:针对目前应用较为广泛的电流互感器在线取电装置存在磁路易饱和、取电功率较小等问题,提出双磁路拓扑结构与谐振功率控制相结合的在线取电方法。在双磁路结构中,一个两半圆磁芯安装于输电线路上,通过二次侧接入电容使磁路中的励磁电感与电容发生并联谐振,增大该磁路阻抗值,从而控制线路上的电流更多流入双磁路另一磁路线圈,并通过该磁路实现内部阻抗与外部负载值匹配,获取最大功率。基于该取电方法,提出调整谐振电容的磁芯防饱和方法,使取电装置维持高取电功率的同时正常工作。采用Maxwell与Simplorer的联合仿真验证了该取电方法的正确性和线路谐波情况下的适用性。初步搭建的取电装置实验表明,双磁路取电功率满足高压输电线路监测设备需求。

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    • 面向调控业务的多级一体化数据交换系统设计与实现

      2020, 44(4):195-201. DOI: 10.7500/AEPS20190408005

      摘要 (56) HTML (5) PDF 648.31 K (72) 收藏

      摘要:随着电网运行的一体化特征凸显,各级调控机构间的应用业务联系日趋紧密,对信息共享、数据交互的需求也越来越迫切。为了实现一体化协同运行,电网调控系统需要在不同调控机构和业务应用之间交互大量的实时数据和非实时数据。但目前的技术方案主要是面向实时业务之间的数据交互,缺少准实时/非实时业务场景下的通用数据交互机制。针对上述问题,提出了面向调控业务,实现准实时/非实时数据跨机构、跨安全区、跨平台的一体化交换体系架构,建立了规范的数据交互流程和基于任务的运行机制,实现了对数据交互过程的统一管理。目前研究成果已在工程中获得了实际应用,支撑了省调、地调和厂站的一体化协同业务。

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    • >综述
    • 全方向无线电能传输技术研究进展

      2020, 44(4):202-215. DOI: 10.7500/AEPS20190326002

      摘要 (69) HTML (14) PDF 980.07 K (137) 收藏

      摘要:全方向无线电能传输技术由于具有位置鲁棒性好、安全可靠性高、环境亲和力强等独特优势受到国内外研究机构和科研院所的广泛关注。首先,对全方向无线电能传输技术应用领域和国内外的发展进行了总体的阐述;接着,对该技术电磁耦合系统的关键基础问题进行了详细的分析,主要包括电磁耦合结构的设计与优化、磁场方向控制策略和电磁兼容3个方面;最后,讨论了实现该技术工程化、产品化和商业化亟待解决的关键问题和技术难点,并对其应用前景作了进一步的展望。

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