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中国电机工程学报 2019年第12期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

基于全环节能流时序仿真的风电供暖技术潜力分析3391-3399

摘要：尽管风电供暖示范工程不断推进,但考虑风电出力和电供暖负荷匹配性影响的风电供暖技术潜力评估还有待研究,不合理的风电供暖建设可能会导致节能减排和风电消纳的预期目标难以实现。基于此,提出全环节能流时序仿真模型,以反映源荷时序匹配关系对功率流的影响,基本原则是保证风电供暖系统具有高的热效率,且尽可能消纳弃风。基于全环节能量流,结合能量分析和[火用]分析指标结果,评估该区域风电参与多种电供暖模式的技术潜力,评估准则是尽可能减少或避免火电电量的输入,同时风电供暖系统维持较高的能效水平。基于冀北2017年风电和供暖数据的算例结果表明,在冀北地区利用风电参与电供暖是可行的,但必须有大量非弃风电量作为能量输入。风电参与本地电供暖时相对燃煤供暖有更优良的能效表现。提高热泵比例以及合理配置蓄热罐是提高风电供暖技术潜力的关键。

一种适用于混合多馈入直流输电系统的附加虚拟电阻阻尼控制方法3400-3408

摘要：针对混合双馈入直流输电系统由于交流系统强度下降而造成的系统小干扰失稳现象,提出一种附加虚拟电阻阻尼控制(supplementary virtual-resistor damping control,SVRDC)。该控制基于联络线上流过的电流和引入的虚拟电阻,将产生的附加分量反馈到电压源换流器子系统定交流母线电压外环控制器上,通过增加虚拟阻尼电阻和增强电气联系紧密度,来提高系统阻尼特性。采用特征根分析法研究交流系统强度对混合双馈入直流输电系统小干扰稳定性的影响;建立包含SVRDC控制的混合双馈入直流输电系统的小干扰动态模型,并通过与PSCAD详细电磁暂态模型仿真结果的对比,验证了小干扰动态模型的正确性。对比研究了有无SVRDC控制时对系统小干扰稳定性的影响。结果表明,SVRDC控制可以有效抑制由于交流系统强度下降而造成的系统小干扰失稳现象,在不增加系统实际损耗的前提下增强了系统的小干扰稳定运行能力。

基于形态距离的日负荷数据自适应稳健聚类算法3409-3419

摘要：为克服传统划分式聚类算法的聚类数k值难以确定以及聚类结果稳定性较差的问题,提出一种基于日负荷曲线形态距离的自适应稳健聚类方法。利用差分算法和分位数对原始日负荷曲线进行特征提取,将其转化为描述负荷曲线形态特征的离散类属性数据,用曲线形态差异度量替代对负荷数据的欧氏距离度量,避免数据标幺化可能带来的信息缺失;进一步引入特征属性加权和隶属度惩罚,根据样本形态特征,提出基于动态层次Fuzzy U-K-modes的自适应聚类算法,通过多阶段聚类和构建聚类系谱,自适应地确定聚类中心和k值,在不过多损失效率的前提下,使聚类结果的稳定性大幅提升;最后以某地区4869个用户的日负荷数据为研究对象,验证了所提算法的有效性。

含换电船舶电能输运航路的远洋海岛群混合电能传输网络规划3420-3433

摘要：现有远洋海岛屿电网之间缺乏有效的联络,仅采用海底电缆的互联方式,工程可行性与经济性欠佳。因此,该文提出采用换电船舶(power exchanging watercraft,PEW)电能输运航路代替部分海底电缆的形式,构建远洋海岛群混合电能的传输网络。首先建立PEW航路电能传输模型,分析其能量传输效率与成本;然后结合多场景生成及聚类方法,以网络综合成本最小为目标,并计及极端气象场景下电能网络的额外供电成本,建立含PEW航路混合电能传输网络的规划模型,并采用混沌引力搜索算法优化求解,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性。

双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定性分析3434-3442

摘要：双馈风电系统在弱电网条件下与电网交互作用带来的稳定性问题凸显,采用虚拟同步控制策略为电网提供频率支撑的同时可能存在小扰动稳定性问题。该文针对虚拟同步控制下双馈风电系统的并网稳定性问题,提出一种dq旋转坐标系下输出阻抗建模的稳定性分析方法。首先,基于双馈风电系统的虚拟同步控制策略,利用小扰动分析方法,推导计及功率外环的双馈风电系统的阻抗模型。其次,获取虚拟同步控制下双馈风电系统输出阻抗特性,并通过基于模型的频率扫描方法进行比较验证。最后,利用广义奈奎斯特判据,分析不同电网强度和控制参数对虚拟同步控制下双馈风电系统稳定性的影响,并通过时域仿真结果进行对比验证。结果表明,由于功率外环作用,虚拟同步控制下双馈风电系统可能存在低频段稳定性风险,通过适当增大虚拟惯性时间常数和虚拟阻尼系数可提高其并网运行的稳定性。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

混合双馈入系统中VSC-HVDC对LCC-HVDC受端电网强度的影响3443-3453

摘要：在含有LCC-HVDC和VSC-HVDC的混合双馈入系统中,LCC-HVDC受端电网电压支撑能力是影响系统稳定性的重要因素。为对电压支撑能力进行准确评估,该文借鉴单馈入LCC-HVDC系统中有效短路比和临界有效短路比的概念和计算方法,将混合双馈入系统等效为单馈入LCCHVDC系统,分析等效原则以及等效单馈入系统的参数计算方法,并提出混合双馈入系统中等效有效短路比和临界等效有效短路比的定义。机理分析和PSCAD仿真结果表明,所提指标能够准确地反应VSC-HVDC对LCC-HVDC受端电网强度的影响。

多功率曲线协整度约束下的源-荷-储优化协整模型3454-3464

摘要：针对新能源高渗透率系统源-网-荷-储协调调度与运行中协调的刻画,提出一种利用时间序列协整理论实现源-荷-储协同调整的协整思路。分析源-荷-储各自功率曲线特性,在电力调度和负荷协同调整后,各曲线之间通过协整检验存在数学意义上的协整关系。进而提出一种协整度指标,用以度量这种源-荷-储协整关系的密切程度,以信息熵度量残差序列离散程度计算协整度指标。利用该指标,建立协整度约束下以新能源消纳量最大和系统运行成本最小为目标的源-荷-储多目标优化协整模型。算例表明,所提出的指标和模型,能有效降低系统运行成本,提高新能源消纳水平。应用协整理论建立电力系统运行的协整思路、协整关系、协整度指标、协整模型,可为电力需求侧管理、系统协调优化、调度协同调整提供重要理论支撑,实现源网荷储协整运行。

梯级水库群汛前消落控制多目标优化方法3465-3474

摘要：大型水库汛前消落控制是流域梯级乃至整个水电系统调度的核心问题之一,关系到电网的安全、稳定、经济运行。该文以乌江干流梯级水电工程为背景,结合贵州电网水火电协调运行需求,提出梯级水库群汛前消落控制多目标优化方法,引入"基尼系数"描述梯级蓄能消落均衡程度,构建了蓄能消落基尼系数最小和发电量最大多目标优化模型;提出耦合"随机原则"和"满意原则"的多情景决策方法,挖掘来水不确定性及年初蓄能状态对目标变化趋势的影响,确定不同情景下蓄能消落基尼系数控制边界,以优选适合的梯级水库汛前消落控制方式。实际应用结果表明,该文方法可以兼顾发电效益和梯级蓄能均衡消落控制需求,得到便于实际调度操作的消落控制方式。

中国电机工程学报杂志智能配用电

基于贝叶斯压缩感知理论的配网故障定位研究3475-3485

摘要：配电网结构复杂、分支众多、架空线与电缆共存,故障后巡线困难。目前已有很多方法很够实现故障区域定位,但该类方法得到的最小故障区域只能确定在两个测点之间,测点较少时,定位的区域大,仍需较长时间来排查故障。为此,该文提出一种利用稀疏测点来进行故障定位的方法。首先,证明了可将故障点的负序注入电流等效为故障区域两端节点的虚拟负序注入电流。然后,利用支路追加法推导了节点阻抗矩阵所含特性,以此说明负序电压方程元素取幅值的可行性,以及测点分布需要满足的条件。之后利用贝叶斯压缩感知理论求解节点负序电压方程,利用重构负序电流向量来进行故障定位。所提算法对测量数据无严格同步要求,所需采样频率不高,仿真中为4kHz,所需数据时间窗长较短。基于69节点多电源配电系统的仿真数据表明,所提方法仅利用9个测点的电压信息,可以有效定位故障线路,且不受故障类型、过渡电阻、线路参数少量误差等因素影响,抗噪声能力强。

计及分布式电源发电不平衡度约束的三相不对称配电网动态重构3486-3498

摘要：该文提出一种计及分布式电源(distributed generation,DG)发电三相平衡需求的三相不对称配电网的动态重构方法。首先以开关成本与网损成本之和最小为目标,构建了同时计及配电网络三相不对称及DG发电不平衡度约束的动态重构模型;其次,在模型中引入三相储能装置(energy storage,ES),实现DG与ES的协调运行,从而在保证DG发电不平衡度约束的同时,能够满足三相不平衡负荷的需求;最后,基于多种线性化手段,将模型转化为混合整数线性规划问题,实现其有效求解。该方法体现了配电网运行安全性与经济性的协调,可在保证DG运行安全性的同时,有效降低网络损耗,提高配电网运行的经济效益。通过对修改的IEEE 34节点及IEEE 123节点配电系统的计算与分析,验证了方法的有效性。

基于混合公共连接单元的柔性互联多微网结构与控制方法3499-3513

摘要：多微网作为单一微电网的结构延伸与功能扩展,是消纳高渗透率可再生能源的重要方式之一。为解决交流互联多微网存在的扰动影响大、控制灵活性差等技术问题,提出多微网柔性互联统一接口--混合公共连接单元,该单元由交直流开关、电压源型换流器以及功率调节装置组成;设计混合公共连接单元的结构、连接模式与控制模式,构建多微网柔性互联结构方案,提出柔性互联多微网并网、孤岛与应急运行模式及其切换方法;建立多层协调控制架构,提出中心层、接口层与微网层控制方法。利用PSCAD/EMTDC搭建柔性互联多微网仿真模型,仿真结果,表明所提柔性互联多微网及其控制方法具有良好的稳态与暂态运行性能,不同模式下运行效果均优于指标要求。基于混合公共连接单元的柔性互联多微网是组织与协调高渗透率分布式电源运行的可行方式,适用于对稳定性与灵活性要求较高的多微网群。

分层控制架构下大规模空调负荷参与调峰的分散式协同控制策略3514-3527

摘要：为实现大规模空调负荷参与需求响应,提出一种基于主从一致性的多智能体分散式协同控制策略。构建能有效控制大规模空调负荷的分层架构以及多智能体相关通信网络的拓扑结构模型,分析了电网公司需求侧负荷削减成本为关于用户削负荷量的二次函数,提出基于负荷响应增量成本的多智能体主从一致性分散协调算法,以满足对数量巨大、位置分散的空调资源进行精准负荷控制的要求。通过算例验证了在不同的负荷条件和智能体拓扑结构下,该文所提出方法都能达到一致性最优状态,此外讨论了收敛速率的影响因素,算例还针对大规模空调负荷参与调峰进行自上而下的体仿真。

考虑多方主体利益的大规模电动汽车分布式实时协同优化3528-3540

摘要：针对大规模电动汽车(electricvehicle,EV)接入电网后的实时充电分布式优化问题,应用价格响应与激励响应手段,提出一种计及EV集群充电预测信息,兼顾电网、EV负荷聚合体与车主三方利益的多目标实时分布式优化模型,提出充电满意度模型刻画车主利益,并将全目标分解为各个设备可独立求解的子问题,并采用交替方向乘子法进行分布式求解,并利用预测信息实现算法地快速收敛。不同目标下的仿真结果表明了模型可以有效地平抑负荷波动、降低运行成本、提升用电满意度,并从优化结果、计算时间、用户隐私、信息传递量等方面分析验证了提出的分布式优化模型比集中式的优化模型更适用于大规模EV实时充电优化调度。

中国电机工程学报杂志大规模风电场雷击物理及防护技术

风力发电机组下行雷击风险计算方法3541-3550

摘要：风力发电机组年雷击事故次数是评估机组雷击防护水平、指导机组雷击防护系统设计和优化的重要指标。机组年雷击事故次数与机组年雷击次数有关。目前,广泛应用IEC标准中推荐的经验公式进行机组下行雷击风险评估。IEC推荐方法脱离雷击物理过程,无法反映雷电流幅值、机组几何形状等因素对机组雷击截收区域面积的影响。该文提出了一种基于自洽先导起始发展模型的风力发电机组下行雷击风险计算方法,该方法可以体现雷击接闪物理过程。验证计算表明方法计算所得机组年负极性下行雷击次数相比IEC推荐方法的计算结果更接近观测获得的机组实际年负极性下行雷击次数。利用该方法,进一步计算获得了机组容量与机组下行雷击风险之间的定量关系,并讨论了叶片旋转对机组下行雷击风险的影响。

风力发电机接闪系统失效风险定量评估方法研究3551-3560

摘要：雷害问题严重影响风机的正常运行,但针对风机接闪系统的失效风险,目前鲜有定量的分析和评估方法。基于先导发展物理模型,提出风机接闪系统雷击屏蔽失效率的定义和计算方法,并通过叶片雷击模拟实验验证了方法的有效性。比较分析了不同接闪系统型式叶片的雷击屏蔽失效率,并考虑了风机旋转角度和海洋盐雾附着对雷击屏蔽失效率的影响。分析表明,相比于接闪器–引下线结构型式和叶尖包覆铜网型式,采用主梁包覆铜网型式的叶片雷击屏蔽失效率最小,但综合考虑经济性和易维护性,推荐采用叶尖包覆铜网的接闪系统型式。提出的定量分析方法可为风机叶片接闪系统的优化设计和失效风险评估提供依据。

一套双频段三维全闪电定位系统及其初步观测结果3561-3568

摘要：介绍了一套同时工作在甚高频(very high frequency,VHF)和甚低频/低频(very-low/low frequency,VLF/LF)频段的三维闪电定位系统,并给出了初步观测结果。系统使用到达时间差法对2个频段的闪电辐射源进行定位,能连续地给出雷暴过程中闪电活动空间位置,并详细给出单次闪电的发展路径,在使用2个频段辐射波形参数进行定位的同时还可以保存原始波形用于深入研究。VHF、VLF/LF 2个频段闪电定位结果的时间分辨率分别为100?s和1ms,定位精度在站网覆盖范围可优于200m。2个频段的定位结果都能很好地描述雷暴中的闪电活动,但表现出的特征有一定差异。两频段定位结果对单个闪电发生路径进行描绘时,VLF/LF频段的大部分定位结果能与VHF定位结果重叠。

大型风机叶片雷击多通道电弧气爆损伤的实验3569-3577

摘要：风机叶片雷击事故多发,而雷击下桨叶机械损伤机理的研究很少。通过调研风电场雷击数据和实验模拟,获得雷击位置分布规律,结合桨叶材料损伤得到雷击电弧多通道路径。采用极细镍铬丝铺设电弧路径,对5m长风机叶片开展大电流注入实验,发现引下线在两腹板之间,会减小后缘开裂长度,但将对后缘腹板及两腹板之间区域造成巨大损伤;引下线在后缘腹板外侧,可将损伤控制在后缘腹板之外。引弧孔距叶尖较远时,损伤以引弧孔为中心向两侧等距延伸;引弧孔距叶尖越近,叶尖方向的损伤越严重,直至危及叶尖接闪器。高速相机拍摄的动态过程表明,叶尖方向的损伤主要缘于电弧气流的多次回流冲击。研究成果可帮助揭示叶片动态损伤机制,指导其防雷设计。

中国电机工程学报杂志发电

数据驱动下的智能发电系统应用架构及关键技术3578-3586

摘要：面对能源短缺、环境污染、气候变化等人类共同的难题,安全高效、清洁低碳、灵活智能已成为能源电力转型发展的大趋势,而以数据深度利用为特征的智能化技术将是未来电力发展的核心领域。该文在前期研究的基础上,对智能发电系统的概念、体系架构进行了进一步阐述,从数据应用的角度阐明了智能发电的五大数据化特征:泛在感知(数据获取)、信息融合(数据交互)、智能算法(数据监控)、智能管控(数据决策)、全生命周期管理(数据归档)。提出包括智能发电运行控制系统(intelligent control system,ICS)和智能发电公共服务系统(intelligent service system,ISS)的智能发电系统数据应用架构,在此基础上,给出了与2个系统相对应的数据应用功能。