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中国电机工程学报 2018年第12期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

基于分布式图计算的台区负荷预测技术研究3419-3430

摘要：随着智能电网数据采集技术的发展,电网公司积累的海量数据为台区负荷预测提供了数据基础。该文重点研究基于Apache Spark计算框架的台区短期负荷预测技术。首先,建立了包含温度、湿度、日类型等因素及负荷时间序列的动态贝叶斯网络,作为台区负荷预测模型。其次,为解决基于海量数据的模型参数计算及大规模配变负荷预测的并行化问题,搭建了基于Spark GraphX并行图计算组件的分布式计算平台,利用GraphX的Vertex Cut和并行边检索快速计算概率矩阵,以Pregel计算模型并行处理前向-后向算法,实现预测方法的分布式集群计算,保证全局预测任务的并行化。最后,通过实验结果表明,基于分布式图计算的台区负荷预测技术具有较高的预测精度和较快的计算速度,是一种高效可行的电力大数据分析技术。

基于信息间隙决策理论的多源联合优化机组组合3431-3440

摘要：大规模清洁能源的接入对电力系统的运行调度提出了严峻的挑战。将多种具有不同发电特性的清洁能源纳入到日前调度计划中统筹考虑有助于提高系统的安全性和经济性。为此,提出了含风-光-核-水-火的多源联合优化机组组合模型。所提模型同时考虑了网络安全约束和线路损耗的影响,在保证调度结果精确性的同时最大限度地降低计算的复杂度。针对该模型存在的不确定参数,引入信息间隙决策理论（information gap decision theory,IGDT）对其进行建模,分别得到鲁棒模型和机会模型,进而为调度运行提供合理的决策基础。最后,对改进的含有54台火电机组、8台梯级水电机组、5个风电场和1台核电机组的IEEE 118节点系统进行测试,测试结果验证了所提模型和算法的正确性和有效性。

海上风电场集群接入系统组网优化3441-3450

摘要：当前海上风电发展表现出规模化、集群化的特点,海上风电场集群接入系统需求显著。但是,现有海上风电场电气系统相关研究都是基于单个风电场,场内风机位置相对集中、海上变电站数量有限,且未考虑其接入对陆上输电网规划的影响。这可能导致海缆拥挤,海域资源浪费,以及陆上电网扩建不合理等一系列问题。对此,提出基于公共站设计与公共电网设计的2种海上风电场集群接入系统的优化方法,建立统一的数学模型。针对传统聚类方法在海上变电站选址定容上存在的问题,该文提出一种改进FSDP算法,进行包含变电站选址定容与电网拓扑规划的接入系统二层优化。算例结果显示,公共电网模式整体经济性最佳,公共站模式海域资源占用最少。

恒压充电模式下独立光伏储能系统的鲁棒稳定控制器设计3451-3460

摘要：为提高独立光伏储能系统的可靠性,提出了恒压充电模式下光伏接口变换器的鲁棒PI控制器参数的设计准则和设计方法。针对采用前置电容Boost变换器的独立光伏储能系统,建立了包含太阳能电池动态模型的系统小信号模型,基于劳斯稳定判据分析了恒压充电模式下变换器的稳定工作条件。分析结果表明,太阳能电池的二极管动态电阻rD和动态电容CD会影响系统稳定性。rD越小系统越难稳定,而rD与温度和光照等运行环境和负载大小均有关,必须在最小rD的工况下设计输出电压控制器参数,而此时,CD电容效应可忽略不计。基于该设计准则和方法所得到的PI控制器参数具有很好的鲁棒性,可以确保独立光伏储能系统在实际变参数运行条件下的稳定。

基于虚拟调速器的多端直流虚拟同步机控制策略3461-3470

摘要：近年来,新能源渗透率快速增加,由于其并网逆变器无旋转惯性,随着电网电力电子化程度逐步加深,电力系统的整体惯性有所降低,使电网承受扰动的能力下降。针对连接海上风电场的多端柔性直流输电系统（voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current system,VSC-MTDC）,提出了一套基于虚拟调速器的虚拟同步机控制策略（virtual governor based virtual synchronous generator,VGVSG）。首先,以VSC-MTDC系统的下垂控制策略为基础,设计了虚拟同步调速器模块,构建了具有惯性响应和一次调频能力的虚拟同步机控制策略。接着,通过VGVSG的二阶数学模型对所提的控制策略进行了稳定性分析,并针对虚拟惯性系数等重要控制器参数给出了详细的整定方法。最后,基于DIgSIENT/PowerFactory电力系统仿真软件搭建了四端VSC-MTDC系统进行仿真,通过两个仿真案例验证了所提控制策略的有效性。

直流输电系统虚拟并联电阻阻尼控制策略研究3471-3480

摘要：增强柔性直流输电系统的阻尼特性有利于抑制系统直流电压和直流电流的振荡,提高系统的运行稳定性。该文提出一种适用于柔性直流输电系统的虚拟并联电阻阻尼控制策略。首先,以换流器平均值模型为基础,建立柔性直流输电系统的数学模型。其次,分析直流系统并联阻尼电阻后的运行性能,并将无源阻尼方式转换至换流器控制系统中,得到虚拟并联电阻阻尼控制策略的实现方式。再次,以简化两端系统为例,研究虚拟并联电阻阻尼控制器参数的对系统运行性能的影响,推导阻尼控制器参数的选择原则。最后,搭建柔性直流输电系统电磁暂态仿真模型,以验证虚拟并联电阻阻尼控制策略的有效性。

电力系统谐波分析的全分量校正方法3481-3487

摘要：快速傅里叶变换（fast Fourier transform,FFT）是电力系统谐波分析的常用工具,为提高FFT的计算精度,消除栅栏效应和泄漏现象造成的误差,必须对计算结果进行修正。目前已有的各种修正方法除了所加窗种类不同或插值方式不同外,都是仅对单个谐波分量进行修正,无法消除各分量之间泄漏的相互影响,因此对谐波信号的分析精度不高。该文给出全分量校正方法,对信号中所有的谐波分量同时进行校正计算,从而完全消除泄漏的影响,将计算精度提高3-4个数量级。该算法涵盖传统的单谱峰插值法,算法形式统一规范,便于计算机编程计算。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

基于线路相位差同趋性的电力系统自适应失步解列断面实时搜索方法3488-3497

摘要：解列控制作为电网运行的第三道防线,对于防止系统崩溃具有重要意义。传统失步解列装置依赖振荡中心判别,无法适应多变的运行方式和复杂的失稳模式。基于双机等值系统,该文通过理论推导得出,振荡中心所在线路两端相位差随着两侧机群功角摆开而增大,并最终超过90°;而其他线路两端的相位差则在增大到一定程度后迅速减小,不会超过90°。利用线路相位差同趋性变化特征可以有效搜索系统振荡中心所在断面,且不受系统运行方式和故障形态的影响,无需仿真分析。通过新英格兰10机39节点算例和实际电网算例验证该文方法的准确性。结果表明,该方法能够准确抓住电网振荡中心,计算量小、速度快、适应性强,具有很好的工程实用价值。

考虑功率裕度与系统稳定性的直流电网自适应下垂控制3498-3506

摘要：直流电网中下垂控制系数通常取经验值或根据换流器容量给定,较少考虑到系统实时运行工况与系统稳定性。为此,首先提出考虑换流器实时功率裕度的自适应下垂控制,使功率裕度更大的换流器承担更多调节任务;然后建立含下垂控制的直流系统状态空间模型,分析下垂控制的作用机理;在此基础上,提出限定自适应下垂控制系数取值范围的下垂系数稳态误差约束,以提升直流系统的电压稳定性。仿真结果表明,考虑功率裕度与系统稳定性的直流电网自适应下垂控制策略能够充分利用换流器的调节能力,提升系统稳定性,且具有良好故障后恢复能力。

增补P′Q节点直接计算电压崩溃点的潮流方法3507-3515

摘要：为实现静态电压稳定边界的快速准确计算,提出一种直接求取电压崩溃点的算法。该算法在负荷节点上以小阻抗增补一个P’Q节点,增补节点的功率极限相当于负荷节点的电压稳定裕度。P’Q节点定义为已知节点有功功率对电压幅值的全导数P’及无功功率Q的节点。由此,可利用崩溃点处有功功率对电压幅值全导数为零的特点形成方程对该点进行直接求解。方法避免了连续潮流（continuous power flow,CPF）的多次潮流计算,在崩溃点附近具有二阶收敛特性。其系数矩阵的求取可复用已得到的雅可比矩阵因子表,能够有效地降低计算量。通过对简单系统进行对比分析证明了算法的有效性,最后给出了算法在IEEE118节点系统中的应用示例。

中国电机工程学报杂志智能配用电

基于下垂特性调节的直流配电网稳态分析3516-3528

摘要：针对基于下垂特性调节的直流配电网,在给出变流器下垂特性基本原理的基础上,指出作为下垂控制的变流器内特性与直流配电网网络参数形成的外特性的交点即为实际运行点,讨论下垂特性参数与变流器功能的量化关系,分析含多变流器的节点综合下垂特性,包括多源、多荷及源荷混合等方式,提出变流器下垂特性二次调节的方法,考虑潮流控制器的影响,推导包括下垂特性控制、二次调节和下垂特性参数变化（三次调节）的直流配网潮流算法。算例结果表明,直流配电网的下垂特性调节能够实现节点运行的优化,相比其他的控制方法,更适用于对直流配电网络的灵活调节。

m序列调制的正弦离散伪随机动态测试信号的完备性分析3529-3537

摘要：针对电能表动态误差测试问题,该文首先定义动态测试信号模型应具备的特性,提出动态测试信号的完备性定理,为衡量动态测试信号是否能够全面合理地测试得出电能表动态误差提供了理论依据;其次,建立智能电能表结构化测量模型和m序列调制的正弦离散（m sequence modulatingsine discrete,mSD）伪随机动态测试信号数学模型,基于广义循环平稳随机过程理论与新提出的mSD伪随机信号相关辨识法,证明该测试信号具有完备性;最后,通过建立电能表动态误差测试系统,对不同类型电能表进行动态误差实验,验证mSD伪随机动态测试信号完备性理论的正确性。

未来直流配电网电压等级序列研究3538-3545

摘要：直流配电网作为未来电网的发展方向之一,目前仍处于研究初始阶段。未来直流配电网电压等级序列的讨论在国际上尚无定论。该文参照适用于现有配电网的交直流电压等级约束原则,总结行业内外对于直流供电电压等级确定的多种影响因素,结合直流配电网需要考虑的特有因素（如直流负荷、直流设备制造水平等）,提出一种适用于直流配电网电压等级序列的确定方法。在此基础上,给出适用未来直流配电网电压等级序列的推荐值,最后对该电压等级序列的供电能力进行对比分析及讨论。为直流配电网电压等级标准的制定提供理论依据与解释。

中国电机工程学报杂志继电保护、通讯及自动化

光伏系统直流电弧故障检测方法及其抗干扰研究3546-3555

摘要：针对光伏系统直流侧故障电弧检测问题,提出了一种基于集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）和模糊C均值聚类（fuzzy C means clustering,FCM）的组合故障检测方法。首先采用EEMD分解法将光伏系统直流母线电流信号分解为若干个本征模态分量（intrinsic mode function,IMF）,再利用模糊熵算法将本征模态分量熵值化,并从中提取能够表征故障电弧的特征向量,然后通过FCM算法进行故障电弧识别。理论分析和实验结果验证了所提方法的可行性和正确性。最后考虑到光伏系统的复杂性,研究了不同工况以及外界因素对故障电弧检测的影响,并通过仿真和实验数据证明所提检测方法具有良好的抗干扰能力。

电力通信耦合网络建模及其脆弱性分析3556-3567

摘要：为了更好地揭示电力通信耦合网络的拓扑特性,首先,通过分析实际的电力网、电力通信网的元件配置规律及耦合规律,依电网拓扑建立了与实际电力信息物理融合系统结构特点相符合的电力通信耦合网络模型。然后,基于电力通信耦合网络的异质性,考虑攻击者获取信息的多寡,针对各类型元件构建了多种信息攻击方案。最后,结合实际的电力通信耦合网络各类元件失效规律,考虑各类元件间的相互作用关系及网间故障传播的不确定性,建立了电力通信耦合网络连锁故障模型。使用IEEE 39节点系统、IEEE 118节点系统和IEEE 300节点系统,建立相应的电力通信耦合网络模型并分析其网络特性。对IEEE 118节点系统构建的电力通信耦合网络进行脆弱性分析。实验结果表明,由电力节点、通信节点及耦合支路组成的耦合体是耦合网络极其关键的组成部分。攻击者获取的信息越多,信息攻击对耦合网络的影响就越大。

钳位双子模块型模块化多电平换流器交流侧故障对直流侧的影响分析3568-3577

摘要：具有故障闭锁功能的钳位双子模块型模块化多电平换流器（clamp double submodule-modular multilevel converter,CDSM-MMC）适用于大容量输电工程,为防止交流侧故障后可能引起的直流保护误动,需分析交流侧故障对直流侧的影响。首先,分析交流侧发生短路故障后,CDSM-MMC子模块电容的充放电情况,以及桥臂电流回路。然后,根据基尔霍夫定律与叠加原理,分析交流侧故障后,直流侧电压及电流特征,并在PSCAD中进行仿真验证。交流故障后,直流侧电流随桥臂电容电压变化;两相短路后,直流电压基本不变;单相接地短路与两相接地短路后,直流电压包含交流分量,其频率与幅值受到交流中性点接地方式影响。最后针对CDSM-MMC直流侧保护,给出部分参考建议。

中国电机工程学报杂志发电

大数据挖据技术在燃煤电站机组能耗分析中的应用研究3578-3587

摘要：燃煤电站机组的能耗分析对机组节能降耗有重要意义。针对此问题,该文引入大数据挖掘技术,以模糊粗糙集属性约简方法为基础,通过Canopy算法对K-means算法改进,并实现改进K-means聚类算法在Hadoop平台上的并行化计算,形成满足海量数据挖掘工作的新算法。以某600MW燃煤电站机组为研究对象,采用新算法挖掘典型负荷工况下影响供电煤耗的可控运行参数的基准值,最后,以支持向量机技术为基础,分析不同负荷工况下各运行参数对供电煤耗的敏感性系数。结果表明：新算法满足机组最优工况下基准值的确定,节能降耗效果良好,不同负荷工况下各运行参数对供电煤耗的敏感性系数不同,在实际运行中不同负荷应根据敏感性采取相对应的调节措施。

集成新型锅炉烟气热能回收系统的600MW机组全工况性能分析3588-3596

摘要：提出了新型锅炉烟气热能回收系统,并对该系统进行了全工况性能分析,建立了汽轮机、换热设备的变工况计算模型,以600MW机组为例,计算获得了机组基准工况下的节能潜力,研究了负荷、环境条件等变化时机组的能耗特性,以及部分负荷条件下内部运行参数对机组能耗特性的影响规律。结果表明：基准工况下,新型锅炉烟气热能回收系统可降低供电煤耗达3.11g·（kW·h）^-1;机组节能潜力随着负荷率的下降略有上升,随着环境温度上升而小幅上升,新型锅炉烟气热能回收系统的变工况性能良好;机组在不同负荷运行时,分流烟道的分流系数对机组节煤量的影响最大,是机组变工况运行需要精细控制的运行参数。