面向智能电网应用的电力大数据关键技术
摘要：大数据为智能电网的发展注入新的活力,掌握电力大数据的关键技术对电力行业的可持续发展和坚强智能电网的建立具有重要意义。在分析大数据、云计算、智能电网三者关系的基础上,给出具有通用性的电力大数据平台总体架构,并从电力大数据的集成管理技术、数据分析技术、数据处理技术、数据展现技术4个方面深入探讨符合电力企业发展需求的大数据关键技术的选择。最后通过3个典型案例,分析了电力大数据关键技术在新能源并网、风电机组安全评估、电网灾难预警上的应用。大数据关键技术在电力行业的广泛应用必将带来行业的变革,将智能电网的发展推向新的阶段。电力系统对角加边模型的数据中心求解方法
摘要：随着超大规模区域互联电网的发展,智能电子设备和相量测量单元广泛应用,如何实现对所产生的PB级大数据的高速处理成为完成实时（超实时）计算的关键。云计算作为一种新型的互联网计算模式,为实现电力系统大数据分析和复杂电网高效并行计算提供了可能。针对电力系统基本计算单元对角加边模型（block bordered diagonal form,BBDF）和分解协调并行算法,提出一种低能耗数据中心的优化映射和并行计算方法。依据任务间计算耦合性,将分解协调并行算法进行拆分,并提出依据任务计算复杂度的任务到虚拟机偏好绑定放置方法。随后建立以虚拟机的CPU利用率、内存利用率为约束条件,以节能为目标的Bin-Packing模型,求解BBDF分解协调并行计算到数据中心映射的最优配置。通过Cloud Sim平台对IEEE 118节点电网模型和含有538节点和1133节点的大规模电网进行仿真计算。结果表明,应用虚拟机技术的数据中心计算在时间和系统能耗方面都优于传统单机多线程并行计算。IEEE 118节点算例计算时间降低42.32%,随着系统规模增大,1133节点实际电网计算时间降低75.8%。电力用户侧大数据分析与并行负荷预测
摘要：随着智能电网、通信网络技术和传感器技术的发展,电力用户侧数据呈指数级增长、复杂程度增大,逐步构成了用户侧大数据。传统的数据分析模式已无法满足需求,迫切需要解决电力用户侧的大数据在分析与处理方面的难题。该文分析电力用户大数据的来源,针对电力用户侧大数据的数据量大、种类繁多与速度快等特点,指出电力用户侧的大数据在数据存储、可用性、处理等方面面临的挑战。结合云计算技术提出一种电力用户侧大数据分析处理平台,将智能电表、SCADA系统和各种传感器中采集的数据整合,并利用并行化计算模型Map Reduce与内存并行化计算框架Spark对电力用户侧的大数据进行分析。提出基于随机森林算法的并行负荷预测方法,将随机森林算法进行并行化,对历史负荷、温度、风速等数据进行并行化分析,缩短负荷预测时间和提高随机森林算法对大数据的处理能力。设计并实现基于Hadoop的电力用户侧大数据并行负荷预测原型系统,包括数据集群的管理、数据管理、预测分类算法库等功能。采用不同大小的数据集对并行化随机森林算法进行负荷预测实验,实验结果表明,并行化随机森林算法的预测精度明显高于决策树的预测精度,且在不同数据集上预测精度普遍高于决策树的预测精度,能够较好的对大数据进行分析处理。一种用于继电保护状态评价的大数据精简方法
摘要：在线评价继电保护系统状态是保障继电保护在故障来临时正确动作的重要手段。继电保护信息系统具有大数据特征,但受制于数据传输堵塞、数据源不同步、缺乏智能分析工具等问题,难以用于进行继电保护状态在线自动评价。基于减少继电保护信息系统数据上传和处理规模的需求,提出基于保护内部加工信息进行保护状态评价数据精简的思路,构建反映继电保护系统状态特征的精简数据指标集,并提出利用该精简指标数据对继电保护进行在线状态评价的方法。利用所提方法可使继电保护子站仅实现少量信息传输即可为主站实现继电保护系统运行状态分析获取足够信息。在保障评价效果的同时,大大减少数据上传量和评价时间,为进一步在输变电环节合理利用电力大数据提供参考。以某典型220 k V变电站为例,验证了所提方法在减少数据上传量、快速完成设备状态评价的优势。大规模特高压直流水电消纳问题及应用实践
摘要：随着金沙江、雅砻江、澜沧江流域溪洛渡、向家坝、糯扎渡、锦屏等巨型水电站陆续全部竣工和集中并网发电,中国水电输送规模急剧扩大,大规模水电输送直接影响到中国电力资源大范围合理配置,其消纳和对受电端电网的调峰矛盾凸显。然而,由于送端电网水电调节性能弱和消纳能力有限,中国现行的按照电站自身的运行要求或者送端电网的电力盈余安排输送计划的方式,极易出现＂直线＂或者＂反调峰＂水电输送计划,加重了受电端电网调峰压力,不利于水电大规模消纳和发挥其优质的调峰作用。如何根据送受端电网负荷特性差异,发挥跨流域梯级水电站群相互补偿作用,利用不同电源特性以最大程度消纳水电和发挥水电的调峰作用,需要研究水电大规模输送的网网协调、网省协调、厂网协调优化调度方法、补偿机制、调峰阀值和协调策略等。上述问题是中国现阶段特高压直流水电大规模输送核心所在,其研究将能够更加合理配置中国电力资源,缓解受电端电网调峰压力,改善长三角洲、珠江三角洲电源结构,减轻这些地区的雾霾压力,切实保障中国电网安全、经济、环保、可靠运行。地基云图结合径向基函数人工神经网络的光伏功率超短期预测模型
摘要：光伏功率由于受到诸多局地随机突变因素的影响,其超短期预测面临很大挑战。云是引起地表辐射随机变化,进而引起光伏出力随机变化的最主要因素之一,在光伏功率预测建模中亟需将云这一因子进行量化和建模。首先,基于全天空云图,利用数字图像处理技术提取与辐射相关的图像特征;然后,将大气层外辐射、大气质量、图像亮度和云量作为输入因子,将地表辐射作为输出,建立径向基函数神经网络预测模型;最后,根据光电转换模型最终实现光伏功率超短期预测。实验结果表明：计及地基云图信息的光伏功率超短期预测模型,效果明显优于无图像信息的模型,为光伏电站超短期功率精确预测提供了重要的方法。计及光伏发电相关性的多重积分法概率潮流计算
摘要：光伏发电相关性以及波动性会对系统的运行产生影响,因此需要通过计及光伏出力相关性的概率潮流（probabilistic load flow,PLF）计算来获取系统运行特征量的统计信息。文中提出采用改进Nataf变换处理光伏相关性。在传统Nataf变换基础上,结合三阶多项式正态变换简化其计算。同时,为解决PLF的输入和输出变量之间非线性关系带来的计算复杂性,提出采用多重积分法（multiple integral method,MIM）和Gram-Charlier级数,仅需在少数输入点处进行潮流计算即可得到输出量统计特征的高精度结果。对IEEE 39节点系统进行仿真计算,结果验证了所提算法的有效性、准确性、计算高效性。与半不变量法的对比则验证了半不变量法的局限性以及MIM法的优良性能。风电机组脱网的风险评估（英文）
摘要：随着风电机组大规模并网,风电对电力系统的影响逐渐显现。我国多次发生风电机组连锁脱网事故,影响了电力系统的运行。为了预警风电机组脱网,保证电力系统的安全运行,提出风电机组脱网的风险评估模型。由于故障组合数量爆炸,不可能在线分析所有的可能故障。因此,建立风电机组脱网指标,来衡量发生故障时风电机组的脱网概率。该指标不但考虑电力系统故障,同时也考虑了风电场内部故障。根据脱网指标和风电场到故障点的电气距离,对预想故障进行排序和筛选,生成有效预想故障子集;仅对有效故障集内的可能故障进行在线风险评估和风电机组脱网预警。该模型可以给出风电机组脱网容量。对某省电网在线数据仿真分析,验证了理论方法的正确性和预警模型有效性。含规模化风电场/群的互联电网负荷频率广域分散预测控制
摘要：由于风电输出功率具有较强的随机性,规模化风电场/群的并网对互联电网负荷频率控制提出了更高的要求。在分析单一风电机组及规模化风电场有功输出特点的基础上,建立计及风电场/群有功输出的互联电网负荷频率控制模型。以广域相量测量系统为技术平台,建立基于模型预测控制的含规模化风电场/群互联电网的负荷频率分散预测控制模型。以典型双区域负荷频率控制模型为例,考虑不同风电渗透率情况。仿真研究结果表明,所提基于模型预测控制的负荷频率分散控制模型不但能够有效地跟踪风电输出功率的随机波动,维持系统频率及区域间交换功率在较小的范围内变化,并且控制效果明显优于常规PI型负荷频率控制器。基于Bloch球面的量子遗传算法的混合储能系统容量配置
摘要：风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可有效降低风电对电网的影响。首先,有效地分解风电有功功率,得到混合储能系统需平抑的波动功率;然后,在电池及超级电容器荷电状态、额定功率及充放电时间的允许范围内实现超级电容器优先充放电的协调控制方式;最后,应用映射于Bloch球面的量子遗传算法,确定满足混合储能系统技术要求及工程指标的混合储能系统配置方案,使混合储能系统成本最低。算例分析证明了在监测荷电状态等约束条件下,优先超级电容器充放电控制方式的有效性及Bloch球面量子遗传算法配置混合储能系统方法的合理性。静态安全距离：概念,模型和意义
摘要：线路的负载率或可用传输容量是电网常用的安全裕度指标。然而随着新能源广泛接入电网,一条支路的安全性将不仅决定于其负载程度,还决定于新能源发电波动对其潮流的影响程度,单纯的负载率指标将难以准确反映各支路在新能源波动下的安全裕度。静态安全距离是刻画电网以及电网中各支路安全裕度的一种新方法。该文通过静态安全距离模型的解析化表达式,揭示了静态安全距离的物理意义：静态安全距离能结合一条线路的负载程度与其拓扑位置,刻画电网中每条支路对新能源波动的抵御能力。计算结果表明：相对于支路负载率,静态安全距离能更科学地反映电网对新能源发电波动的承载能力,精准辨识电网的薄弱环节。最后,探讨了静态安全距离在制定发电计划中的应用。一类含异步风电机组的电力系统小干扰区间稳定性分析
摘要：在采用了一套可综合计及风力机、轴系、异步发电机等几部分的动态特性在内的异步风电机组小干扰分析模型基础上,考虑到实际系统中各个参数是在一定范围内变化的不确定值,建立一类带有区间参数的含异步风电机组的电力系统小干扰区间模型。利用微分方程及区间动力系统相关理论,通过构造Lyapunov函数及矩阵不等式等工具,研究该含异步风电机组的电力系统小干扰区间模型的稳定性,证明了区间稳定定理。定理表明,通过系统运行参数的取值范围能够确定系统的区间稳定性。最后通过算例验证了结论的有效性。基于动态潮流的电网连锁故障模型及关键线路识别
摘要：研究电力系统连锁故障机理有助于电网安全分析与控制,为此提出考虑发电机调速及负荷电压、频率特性的动态潮流连锁故障模式搜索方法。根据故障状态下雅克比矩阵对角元素值的变化,推导出系统电压稳定评估指标和系统处于电压崩溃临界点时的电压临界值。随着负载率的增大,系统电压稳定指标会逐渐下降,但临界值始终维持在0.5左右。将所提评估指标应用于电网关键线路辨识,对IEEE 39节点系统的仿真表明：所提线路关键性指标比传输功率和权重介数指标更为全面,PSASP时域仿真结果验证了所提方法的有效性。一种改性选择性催化还原催化剂及其对零价汞的催化氧化性能
摘要：利用溶液浸渍法制备了一种氯化铜改性的选择性催化还原（SCR）催化剂（Cu Cl2/SCR）。用X射线衍射（XRD）和X射线荧光光谱分析（XRF）等对Cu Cl2/SCR催化剂的结构进行了表征,在自制的催化剂活性实验台上,用模拟烟气对催化剂Hg0的催化氧化性能进行了研究。结果表明：催化剂中的Cu Cl2在高温（HCl＋O2）气氛中能＂可逆＂释放活性氯;Cu Cl2的引入显著提高了催化剂在低氯烟气（HCl浓度在0~81.5 mg/m3）中对Hg0的催化氧化效率;Hg0的氧化率随烟气中HCl浓度和催化剂中Cu Cl2负载量的增加而增加;烟气中的NH3和SO2能阻止Hg0在催化剂表面的吸附,导致Cu Cl2/SCR催化剂在SCR条件下对Hg0的催化氧化效率较纯氧化条件有所降低,但Cu Cl2/SCR仍保持了较高的Hg0催化氧化效率（可高达98%）;Cu Cl2/SCR催化氧化Hg0的机制为Mars-Maessen机制。Cu Cl2/SCR兼具较高的脱硝性能和Hg0氧化性,可用于低氯燃煤烟气同时脱硝脱汞。导热油与沙砾混合物斜温层单罐蓄热特性
摘要：提出使用浸润了导热油的砂砾作为填料,以获取更好的斜温层单罐显热蓄热效果的思路。对Xceltherm 600型导热油与沙砾混合物在不同入口温度和流速下的蓄热特性进行研究。建立了间接接触式显热蓄热实验台,选用空气作为换热流体,流经钢管内部形成的通道换热,钢管外部与罐体内的蓄热混合物紧密接触。结果表明,与纯沙砾蓄热材料相比,导热油与沙砾混合物的蓄热效率能够提高18.5个百分点,且蓄热介质内部沿径向温度梯度更小,斜温层轴向温度梯度更大。不同的空气入口温度（328.15~358.15K）,对于罐体蓄热性能影响不大,但实际电站运行的最优温度区间仍有待研究。流速也是影响罐体蓄热性能的重要指标,低流速下不仅蓄热效率提高,而且斜温层的温度梯度也会增大。低质量流速下内螺纹管摩擦压降特性研究
摘要：在低质量流速下,对绝热水平布置的φ31.8 mm×6.0 mm西门子公司优化内螺纹管进行了高压汽水两相流摩擦压降特性试验研究;为进行比较,又对同规格的水平绝热光管的两相摩擦压降进行了测定。同时探讨超临界压力下优化内螺纹管摩擦压降特性。根据试验结果,得到了优化内螺纹管的两相摩擦压降倍率随压力、蒸汽干度和质量流速变化,分析超临界压力下优化内螺纹管的摩擦压降随质量流速、工质焓值和压力的变化。通过与水平光管比较发现：在高干度区,水平内螺纹管的两相摩擦压降倍率比水平光管有一明显得多的峰值存在。与亚临界压力下单相摩擦阻力系数相比,超临界压力下内螺纹管摩擦阻力系数的特点是在拟临界温度处摩擦阻力系数存在一个突跳变化,即存在一个峰值。多边界条件下热泵利用循环水余热的CPCS-RBF预测控制
摘要：循环水余热回收系统中,热泵热网水出口温度在跟踪供热负荷需求时,在受驱动蒸汽量的调节的同时,往往易受热网回水、循环水等工况变化的影响,传统PID控制方式超调量大、负荷跟踪能力差。提出一种混沌变异克隆选择-径向基函数（CPCS-RBF）直接多步预测控制策略,以热泵热网水出口温度预测值与设定值差值为目标函数,利用CPCS优化算法求取目标函数最小时的驱动蒸汽最佳值。预测模型由2个RBF神经网络结合热泵现场运行数据构建,以提高热泵系统适应工况变化的能力;实验结果表明,该控制策略能综合学习热网回水温度、循环水温度等参数的变化,使驱动蒸汽调门超前动作,及时跟踪供热负荷需求变化的同时,适应发电负荷变化下排气余热量的波动,具有更好的节能效果和变工况适应能力。叶顶开槽对轴流风机性能影响的数值研究
摘要：适当改变动叶叶顶结构可有效改善轴流通风机的性能。以OB-84型动叶可调轴流风机为对象,采用Fluent对不同叶顶方案下的风机性能进行三维数值模拟,分析不同叶顶结构对间隙内部及其附近流场和损失分布的影响。研究表明：叶顶开槽长度、型式及开槽部位对风机性能均有明显影响,开槽后风机的全压均低于原风机,而效率却得到不同程度的提高;叶顶凹槽扰乱了间隙内流场涡量场的分布,阻碍了泄漏流的发展,削弱了泄漏流与主流的掺混,并使泄漏损失减少。总体而言,叶顶双凹槽下风机具有最优的气动性能,设计流量下风机效率提高了1.05个百分点。
