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电网技术 2018年第10期杂志 文档列表

电网技术杂志电网信息物理系统

电网信息物理系统运行中信息-物理交互机理探索3101-3107

摘要：为揭示电网信息物理系统（power grid cyber-physical systems,PGCPS）运行机制,对其系统运行过程中信息空间与电网物理系统之间的信息-物理交互机理开展了探索性研究。首先,从信息-物理交互拓扑、离散信息状态与连续电力过程的相互驱动、PGCPS系统运行状态的演化等层面剖析信息空间与电网物理系统交互特性,并提出了考虑离散信息状态与连续电力过程融合的信息-物理耦合事件概念;进而,构建基于信息-物理交互特性的信息-物理交互机理研究框架,以阐释PGCPS系统运行方式以及运行状态的演化过程;最后,探讨了信息-物理交互机理分析涉及的若干关键技术,并展望其在PGCPS分析与控制领域的应用前景。

基于全面感知和软件定义的配电物联网体系架构3108-3115

摘要：为应对能源互联网发展对配电网的要求,基于＂云大物移智＂等新一代信息通信技术的配电物联网应运而生,成为能源转型＂再电气化＂发展的新思路、新模式、新焦点。文章首先论述配电物联网的内涵构想和应用特征,强调其全面感知与软件定义的属性;其次提出由＂云、管、边、端＂构成的配电物联网体系架构,强化了对＂边＂、＂端＂的功能定位与技术创新;然后介绍了未来配电物联网的应用方向,除增强配电网的智能化管控能力外,其也将促成个性化定制、服务化延伸等新型应用模式;最后分析了配电物联网的实施对电力公司、电力用户及社会的重要意义,并根据前期试点成果,提出配电物联网下一步发展的建议。

电网信息物理系统的数据驱动架构设计及应用3116-3127

摘要：为了实现信息系统和电力系统更加紧密的融合与协作,电网信息物理系统（power grid cyber physical system,PGCPS）需要满足数据驱动、软件定义、泛在连接、虚实映射、异构集成和系统自治六大特征。其中,数据驱动是PGCPS的灵魂,而软件定义则是PGCPS的实现形式,这两者共同构成了实现其余4大特征的基础,也是构建PGCPS的基础和难点所在。该文提出了一种基于数据驱动的系统设计方案——基于自律分散系统（autonomous decentralized system,ADS）理论的数据驱动系统架构及其关键技术：数据资源的抽象和数据交互机制。具体地,以数据元接口作为数据资源的抽象表达形式,并集成到信息交互协议中,从而将数据驱动和软件定义相融合,进而为基于ADS理论的数据驱动系统架构的横向扩展和纵向集成提供支撑,有助于实现该系统架构的泛在连接、异构集成和系统自治;提出了基于主动通信的数据交互机制,该机制定义了各模块的信息准则,并且提升了虚实映射的实时性和效率。该方案从系统架构、信息共享协议和数据交互机制3个维度支撑数据驱动系统架构的实现,为构建PGCPS奠定了坚实的基础。

基于边缘计算的主动配电网信息物理系统3128-3135

摘要：主动配电网支撑着分布式能源、储能设施和主动负荷的广泛接入,实现了能量流和信息流的高度融合控制,也是信息物理高度融合的智能化基础设施。CPS是主动配电网智能化的发展方向,该文结合主动配电网源—荷互联互通、泛在感知与智能控制的需求,分析了边缘计算技术与主动配电网和CPS的相似之处和融合方式;参考PTN网络的PE-P-CE结构,提出基于边缘计算的主动配电网的PTN物理架构模型;进一步构建了基于边缘计算的分层自治协同的主动配电网CPS管控模型。围绕边缘计算的敏捷联接、业务实时性、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等的关键需求,提出了基于边缘计算CROSS指标管控模型评价体系。

考虑信息物理交互的电力–信息耦合网络脆弱性分析与改善策略研究3136-3144

摘要：考虑信息物理交互研究电力–信息耦合网络脆弱性及其改善策略具有重要意义。在直流潮流模型下,建立考虑信息物理交互的电力–信息耦合网络故障模型,研究信息网元件失效对电力网连锁故障的影响,分析由此引发的电力–信息耦合网络脆弱性;为深入揭示耦合网络脆弱性,在度数和介数指标基础上,采用映射加权方式计及监控功能属性和信息物理耦合的影响,提出了关键度指标辨识对耦合网络脆弱性具有重要影响的信息网关键环节;为改善耦合网络脆弱性,从强化关键环节防护和降低网络对关键环节依赖性角度,在元件和网络层面分别提出信息网关键环节保护和高权重电力节点网间加边策略。节点和边攻击的仿真结果表明,耦合网络面对随机攻击呈现较高鲁棒性,面对蓄意攻击呈现较高脆弱性。高关键度信息元件是影响耦合网络脆弱性的信息网关键环节,不同场景中耦合网络在针对这些元件的攻击下均呈现高脆弱性。保护高关键度信息元件以及对高权重电力节点增加耦合边可有效改善耦合网络脆弱性。

考虑路由策略的电力CPS连锁故障建模及分析3145-3152

摘要：电力CPS的快速发展,对信息网提出了更高的要求,传统电力系统分析方法更多关注孤立的电力网或信息网,缺乏对电力CPS耦合特性的完整认识。为研究信息网对电力CPS连锁故障的影响,首先提出了一种改进的拥塞感知路由算法,以研究不同路由策略对信息网传输效率的影响;然后提出了考虑信息网路由策略的电力CPS连锁故障模型;最后基于所提模型研究了路由策略及路由策略相关参数对电力CPS连锁故障的影响。仿真结果发现,所提改进路由策略可有效减小电力CPS连锁故障发生概率,提高电力系统鲁棒性。

电力线载波通信时频混合降噪方法3153-3160

摘要：电力线干扰噪声是影响电力线载波通信（power line communication,PLC）传输质量的重要因素,直接降低电网信息物理系统的泛在感知和可靠传输性能。为提高电力线载波通信抗干扰能力,该文提出了一种低压电力线载波信号时频混合降噪方法。通过对电力线载波环境中五种常见噪声建模分析,结合载波调制方式,将载波信号降噪问题分解为信号频域降噪和载波时域降噪两步处理,并提出码元位置校验和幅值补偿操作,最终实现电力信号降噪的目的。仿真实验结果表明,该方法在不同编码模式和信道环境下都具有显著的降噪效果,且有很好的抗信号衰减性能,可有效提升信噪比。

面向高比例户用光伏消纳的储能系统与通信网络协同规划3161-3169

摘要：当前大规模户用光伏接入低压配电网已成为必然趋势,然而高渗透率户用光伏并网将引起电压越限等严重的电压问题。在低压配电网中合理配置储能可以有效缓解上述问题,同时信息通信技术是储能消纳光伏的重要保证。针对目前信息系统和物理系统分开进行规划的现状,该文提出了一种基于二层优化模型的协同规划方法对含高比例光伏低压配电网的储能系统与通信网络进行优化配置。上层以年费用最小为目标优化配置储能和无线通信终端,其中储能采用分布式控制策略;下层根据上层的结果进一步对通信拓扑进行优化,提高控制性能的同时降低通信网络的复杂度。通过算例仿真验证了所提信息系统与物理系统协同规划方法的经济性和有效性。

电网技术杂志直流输电与直流电网

直流输电系统电子式电流互感器故障统计分析3170-3175

摘要：随着特高压直流工程建设不断提速,电子式电流互感器在特高压直流输电系统中应用数量逐步增长,故障统计样本不断丰富,暴露出的一系列问题,严重威胁电网安全稳定运行。为掌握电子式电流互感器的运行现状,针对国家电网公司直流工程应用于直流保护系统的电子式电流互感器故障进行统计分析。统计数据表明,电子式电流互感器故障率远高于电磁式电流互感器,光学电流互感器故障率高于光电式电流互感器。根据各故障部件统计数据,结合典型故障分析,总结电子式电流互感器高故障率的原因和薄弱环节,给出薄弱环节提升建议,为后续电子式电流互感器技术的研究和应用提供参考依据。

柔性直流电网线路超高速行波保护原理与实现3176-3186

摘要：柔性直流电网对于灵活消纳大规模可再生能源具有重要意义。柔性直流电网直流线路发生故障时,故障电流增长速度很快且完全不可控,再加上直流断路器难以开断大电流,因此要求直流线路保护必须具有极快的动作速度。文章分析了直流线路发生故障后的故障行波特征,在此基础上提出基于单端量初始行波的保护方案;分析了雷击干扰的行波特征,提出了雷击干扰的快速识别方法,在保证保护动作速度的同时极大地提升保护可靠性。根据所提的线路保护方案,设计并实现了保护装置样机。通过大量测试验证了保护样机的性能。

考虑过渡电阻影响的柔性直流配电系统电流突变量保护3187-3195

摘要：柔性直流配电系统中,直流故障下,其换流器自身保护的闭锁速度快,有效故障信息极少,系统保护需要高速检测故障。基于有限的故障暂态信号,研究快速、准确识别故障区域的保护是直流配电系统发展的迫切需求。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统的暂态量保护。利用直流双极短路故障后的直流电流波形变化特征,计算电流波形曲率并以此为判据,与电流突变量（di/dt）算法相结合,实现不同过渡电阻故障的快速、可靠识别。该保护基于本地测量实现直流线路保护,计算量小,解决了传统电流突变量保护受过渡电阻故障影响无法正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建精细化多端柔性直流配电系统仿真模型,验证了所提出的电流波形曲率保护方法的动作性能,保障了直流配电系统的安全可靠运行。

柔性直流配电网系统操作过电压的研究3196-3203

摘要：操作过电压严重影响着柔性直流配电设备的安全运行,对其产生机理进行研究具有重要意义。以±10 k V柔性直流典型配电网为例,详细分析了交流侧区域、换流器区域和直流线路区域可能发生的各类故障,包括交流单相接地、阀底接地、阀顶接地、阀顶极间短路、桥臂短路、直流断路器误动作、线路单极接地和线路双极短路等故障类型,深入研究了各类操作过电压的产生机理。在系统控制保护和配置避雷器的基础上,详细统计了系统关键位置及设备的最大过电压水平。研究结果可为柔性直流配电网后续绝缘配合的研究提供参考。

电网技术杂志国家重点研发计划

基于点估计法随机潮流的输电网多阶段规划研究3204-3210

摘要：可再生能源出力的随机性和间歇性以及负荷预测误差等不确定因素,给电网规划人员带来了诸多挑战。将点估计法随机最优潮流引入到输电网规划中,以点估计法模拟系统中遇到的不确定因素。针对目前点估计法对线路潮流的约束主要集中在各个估计点向量中的弊端,除考虑各个估计点向量约束外,还计及了线路潮流期望值约束,并以潮流的标准差表征系统线路过负荷风险,在规划模型中考虑了风险控制策略。在此基础上,以投资运行费用之和最小为目标,建立了输电网多阶段规划模型。通过对约束条件的线性化,将原模型转化成了混合整数线性规划形式。最后,以改进的Garver 6和IEEE-RTS 24节点系统对所提模型和方法进行了验证。

风火打捆送出系统动态安全域边界线性近似方法3211-3218

摘要：采用电力电子接口的风力发电机动态特性与同步机差异很大,传统的动态安全域（dynamic security region,DSR）边界解析法主要针对电源为同步机的系统,不适用于风电接入系统。基于能量裕度对电源出力的灵敏度,提出了一种风火打捆送出系统DSR边界线性近似的解析方法。建立了适用于机理分析的风火打捆送出系统动态模型。分析了风火打捆送出系统DSR边界的性质,包含暂态功角失稳和暂态电压失稳两个不同的组成部分,分别有不同的线性近似表达式。风电渗透率低时系统失稳模式为暂态功角失稳,DSR边界线性近似的推导过程和传统方法一致。风电渗透率高时系统稳定域边界包含奇异面,失稳模式为暂态电压失稳,基于系统临界稳定时的相切条件推导了临界能量,获得能量裕度对电源出力的灵敏度,并求解DSR边界的线性近似表达式。综合两部分边界获得了完整的DSR边界线性近似。与逐点时域仿真的结果进行了对比,结果验证了上述方法的有效性。

基于随机模型预测控制的分布式能源协调优化控制3219-3226

摘要：配电网中的高渗透率分布式电源出力和负荷功率具有随机性及时变性,难以准确预测,且预测误差随时间延长而增大,进而导致优化控制策略与实际需求偏差较大,为此提出一种基于随机模型预测控制的配电网多源协调优化控制方法。将优化周期内的预测值离散为表征不同状态的场景集,然后以配电网能量损耗期望最小为目标对各场景进行动态滚动优化,精细化协调分布式电源、柔性负荷和无功补偿装置等可控资源,使优化控制过程能够及时、有效地降低配电网不确定性的影响,满足系统实际需求。通过仿真分析,验证所提方法的可行性和有效性。

基于智能模糊决策的光储系统实时调度技术3227-3233

摘要：实时电价作为需求侧响应项目之一,能够有效引导电力消费者参与电力市场的运行。在美国PJM电力市场的实时电价机制下,通过模糊控制器对光储联合系统进行实时调度。由于模糊控制器不具备学习能力,因此提出隶属函数变比的概念,并建立以隶属函数变比为优化变量的控制器参数优化模型,并采用智能蜂群算法进行求解。该方法不仅实现了对光储联合系统的实时调度,还能提高系统对光伏的就地消纳能力,并有效降低系统的运行成本。算例分析验证了所提方法的实时性和经济性。

考虑多位置NWP和非典型特征的短期风电功率预测研究3234-3240

摘要：数值天气预报（numerical weather prediction,NWP）是短期风电功率预测模型的主要输入。通常,传统模型只考虑NWP的风速、风向、温度、湿度、压强这5类典型特征,且多数在单位置NWP的基础上建立。因此,为充分利用NWP信息,研究了NWP非典型特征的可用性,并考虑了多个位置的NWP信息。在考虑多位置NWP及非典型特征时,提出了以最大相关-最小冗余原则提取输入变量的预测方法,并和通过主成分分析提取的方法进行对比。结果表明,多位置NWP和非典型特征均包含有效信息,有利于提高预测精度。而在考虑多位置NWP和非典型特征时,以最大相关-最小冗余原则建立的模型比通过主成分分析建立的模型预测精度更高,其均方根误差较只考虑单位置NWP和典型特征时降低了1.84%。

基于拓扑建模的电网故障诊断优化模型3241-3248

摘要：电网发生故障后,故障元件的快速准确识别是进行故障精确定位乃至系统恢复的首要前提。针对现有电网故障诊断优化模型建模过程繁杂,网络适应性差的问题,提出一种基于拓扑建模的电网故障诊断优化模型。从电网拓扑结构出发,形成系统各元件、保护和断路器的拓扑描述,并根据保护系统的配合逻辑及出口方式,对系统的拓扑信息进行深入挖掘,从整体上对各类保护及断路器的期望状态进行建模,在此基础上综合保护系统动作逻辑错误和信息通信错误对目标函数进行改进,实现优化模型的自动高效建模。算例仿真表明,所提拓扑建模方法能够降低错误告警信息的影响,快速判定故障元件,具有较强的容错性。