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2022年  第39卷  第5期

目录
2022 年 5 期目录
2022, 39(5).
摘要:
新能源电力系统
基于改进模糊C均值聚类的广域电网主动频率响应控制典型场景生成
晋萃萃, 李夕白, 刘柳, 李平, 申家锴, 温可瑞, 孙长海
2022, 39(5): 505-513. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0212
摘要:
由于广域电网的主动频率响应控制所面临的运行场景数目巨大且控制策略涉及因素众多,需要对运行场景进行聚类,以在保证控制精度的前提下提高控制效率。为此,提出一种基于改进模糊C均值聚类的主动频率响应控制典型场景生成方法。首先,针对各场景下系统频率最低点求解过程复杂、在线求解难度大等问题。其次,依据聚类有效性指标改进模糊C均值聚类算法,求取场景聚类数,建立运行场景与类别间的隶属关系。最后,从保证系统频率安全角度出发,将类内最坏运行场景作为典型场景,为其制定主动频率响应控制策略,对其进行离线验证与在线应用。仿真分析表明,所提方法在主动频率响应控制离线分析与在线应用阶段均可行有效。
基于改进郊狼算法的新能源制氢能量优化调度
雷兆明, 杨佳祺, 董砚
2022, 39(5): 514-520. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0194
摘要:
针对离网风光互补发电波动性较大及使用氢能进行电能消纳时带来的电网稳定性较差等问题。以建立典型的离网微电网系统框架模型为基础,采取寻优性能高效的改进郊狼优化算法,以微电网功率过剩和不足最小为目标函数,对磷酸铁锂电池组和质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解槽功率进行合理调度优化。针对算法在模型求解时收敛速度缓慢、易陷入局部最优等不足进行改进,引入一种可变分散概率的郊狼成长和受全局影响的种群间个体交换方法。在提高收敛速度的同时,降低陷入局部最优解的可能。算例分析显示,改进后的郊狼优化算法寻优能力更强,收敛速度更快,可以有效解决微电网中能量调度优化问题。
基于约束投票极限学习机的在线静态电压稳定评估
汤迎春, 晏光辉, 张雅婷, 刘书池, 刘颂凯, 张磊
2022, 39(5): 521-528. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0162
摘要:
快速准确的在线静态电压稳定评估是规模化互联电网安全稳定运行的重要保障。针对传统神经网络学习模型调参繁杂、训练时间长、样本需求数量庞大等缺点,提出了一种基于约束投票极限学习机(constrained voting extreme learning machine,CV-ELM)的在线静态电压稳定评估模型。CV-ELM基于类间样本差值构建差向量集计算输入层对隐藏层的权值及隐藏层节点偏置项,并引入多数投票机制,通过集成学习的方式进行分类决策。此外,CV-ELM可自适应确定网络参数,在分类准确率、鲁棒性及泛化能力方面均优于传统的ELM。最后,基于新英格兰10机39节点系统的算例仿真结果证明了所提模型的有效性。
基于多特征融合的光伏系统串联直流电弧故障识别方法
胡继新, 许永新, 耿镱诚, 王永强
2022, 39(5): 529-536. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0314
摘要:
针对目前光伏系统中存在的串联直流电弧故障特征量少、识别定位困难等问题,提出一种基于多特征融合的光伏系统串联直流电弧故障识别方法。首先搭建实验平台,采集正常和串联直流电弧故障下的电流信号并利用小波变换进行降噪;其次,对降噪后信号提取时域上的电流均值变化率和电流周期最值差特征量,并提取频域上的各频带能量及能量比,利用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)得到各阶信号本征模态函数(intrinsic mode function,IMF),计算各阶IMF故障信号与正常信号余弦相似度,并提取相似度较低电弧的IMF能量熵特征;然后,以时域、频域、能量熵特征构成多维特征向量,构建故障电弧特征空间,通过实验确定故障空间边界参数,得到特征判据,根据多维特征判据实现直流电弧故障检测;最后,通过实验分析验证所提方法的准确性。
储能协助风电机组参与电网调频控制策略研究
颜全椿, 顾文, 范立新, 唐一铭, 刘亚南
2022, 39(5): 537-546. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0179
摘要:
风机通过电力电子设备连接至电网,当转子动能与系统频率解耦,无法为电网频率变化提供惯性支撑,随着系统中风电比例的增加,系统频率稳定受到严峻挑战。文中提出一种变系数综合惯性控制方法,风机能够根据频率的扰动灵活调节输出功率;在此基础上,提出结合桨距角备用控制协同调频方法,通过对风速的分段处理,使风电机组参与电网调频具有针对性;为进一步优化风电机组调频性能,风电并网系统增加了储能装置,通过对风储系统惯性进行详细分析,提出了一种风储系统联合调频控制策略,采用模糊控制策略对中高风速区间风储出力分配制定相应的规则,实时调节储能出力系数。最后对风储调频策略进行仿真验证,结果表明,所提方法能有效改善风电机组调频效果,保证高比例风电并网的频率稳定。
能源互联网
考虑能源枢纽变工况特性的综合能源系统优化配置
李虹, 杜世旗
2022, 39(5): 547-553. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0175
摘要:
区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)通过能源枢纽耦合多种能源优势互补,提高能源利用率。考虑能源耦合设备变工况运行对改善综合能源系统优化配置经济性具有重要意义。首先,分析能源耦合设备变工况特性,建立设备变工况动态模型,并改进能源枢纽转换矩阵。其次,基于典型日负荷曲线,建立以系统年化投资最小、系统日运行经济性最优为目标的RIES优化配置模型。最后,结合算例分析了不同场景下容量配置结果和设备出力情况。结果表明,在RIES的优化配置中考虑能源枢纽变工况特性能够有效降低综合能源系统投运成本,利于实现系统合理配置。
计及电转气的区域综合能源系统日前优化调度
熊军华, 焦亚纯, 王梦迪
2022, 39(5): 554-561. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0132
摘要:
为了提高区域综合能源系统的经济性以及可再生能源的消纳能力,提出含电转气(power-to-gas,P2G)的调度优化模型。首先将电转气分为2个阶段运行,在电解水产生氢气环节加入储氢罐作为氢燃料电池的燃料来源,通过氢燃料电池实现氢能向电能、热能的转化,之后将剩余氢气输入到甲烷反应器中,减少将氢气全部直接甲烷化所产生的能量损耗。其次燃气轮机采用变效率运行模式,通过灵活调节燃气轮机的供电、供热效率,使热电出力更为经济合理。基于此,以由系统购电成本、购气成本、弃风成本以及环境成本构成的日运行成本最小为经济目标,构建含电转气的区域综合能源系统日前优化调度模型。最后利用基于空间距离的混沌粒子群算法求解,并通过算例仿真表明所提调度模型可有效促进多级能源合理高效利用,提高可再生能源消纳能力与系统运行经济性。
电力市场
计及模型综合指标评价的西南电网中长期负荷变权组合预测
蔡绍荣, 江栗, 张姝, 郑瑞骁
2022, 39(5): 562-569. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0167
摘要:
为解决单一预测模型难以适应西南电网不同区域的负荷变化问题,针对西南电网各区域年负荷变化的特点,提出采用计及综合指标评价的负荷变权组合预测模型。首先引入改进灰色关联度指标、预测有效度指标和模型冗余检验指标作为模型选择依据,形成适合不同区域的历史负荷变化的基模型库。然后引入自适应变权重算子对基模型进行组合预测,获得西南电网区域年负荷预测值。算例利用四川省、重庆市以及西藏自治区2006—2019年的电力消费量进行测试,结果表明所提预测方法能够有效预测西南电网负荷变化,相比最优权重模型、等权模型和最优单一模型算法具有更高的预测精度。
电动汽车关键技术
基于交互能源机制的电动汽车充电站日前能量优化管理
黄啟茹, 胡俊杰, 单俊嘉
2022, 39(5): 570-578. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0188
摘要:
针对光伏充电站能量优化管理问题,现有研究大多以电网为主体,而较少考虑其具备的产消者特性。为此,结合交互能源机制,提出了一种含光伏发电的电动汽车充电站日前能量优化管理方法。在初步保证配电网安全稳定运行的前提下,建立考虑光伏电源不确定性问题的充电站电能分布式交易模型。其次,利用拉格朗日分解原理和次梯度法进行求解得到日前电能计划,实现了电动汽车充电站间能量的优化共享和可再生能源的就地消纳,同时也保护了充电站信息隐私。最后,通过算例分析证明了所提模型的合理性和有效性。
电力装备制造技术
基于变分模态分解和凹凸型阈值小波的电缆局部放电信号降噪方法
吴昊, 王东山
2022, 39(5): 579-586. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0198
摘要:
针对中高压电缆局部放电信号测量中常见的周期性窄带干扰和随机白噪声干扰的问题,提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和凹凸型阈值小波变换相结合的局部放电信号的降噪方法。先通过VMD对原始信号进行分解重构完成初步的降噪,再通过凹凸型阈值的小波变换进行进一步降噪。应用此方法分别对仿真信号和实测信号进行噪声抑制,并与传统降噪方法的降噪效果进行对比。对比结果证明所提方法相较于传统的软硬阈值的小波降噪等方法有更好的降噪效果,局放信号特征保留效果也更好。
基于生成对抗网络的自爆绝缘子检测模型设计
及浩然, 侯春萍, 杨阳, 张贵峰, 及泓鸥, 赵艺
2022, 39(5): 587-596. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0154
摘要:
随着输电线路的持续建设,无人机逐步代替人工成为巡线工作的主要工作方式。绝缘子在输电线路中具有重要作用,然而,因自爆绝缘子导致的事故尤为频繁,从大量的航拍图像中识别自爆绝缘子,是一个亟待解决的任务。在航拍图像中,大部分绝缘子数据均是无损绝缘子,自爆绝缘子数量较少,因而无法满足识别算法的训练要求。针对现有输电线路无人机巡检中自爆绝缘子数据量稀缺的问题,该文提出了一种基于生成对抗网络的自爆绝缘子检测模型。通过生成器和鉴别器的对抗训练,该模型仅使用无损绝缘子数据训练即能完成对自爆绝缘子的检测。在此基础上,该文优化了生成对抗网络的训练过程。通过引入指导网络,解决了生成对抗网络的模式崩塌问题,提高了对自爆绝缘子检测的召回率;通过对鉴别器的输入添加扰动,解决了生成对抗网络中的样本不均衡问题,提高了对自爆绝缘子检测的精确度。通过与其他异常检测算法的对比实验,证明了该文方法的可靠性。并通过对模型各部分的消融实验,证明了该文方法各部分的可靠性。实验结果证明,该生成对抗网络模型有效避免了传统生成对抗网络中的缺陷,完成了对自爆绝缘子的高效自动检测。
结合广义S变换和快速独立分量分析的局放信号中窄带干扰抑制方法
李向群, 伍亚萍, 庄旭菲, 吉飞敏, 张燕
2022, 39(5): 597-604. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0190
摘要:
针对现有方法对局部放电(partial discharge,PD)信号中窄带干扰抑制效果较差的问题,提出了一种基于广义S变换和快速独立分量分析的窄带干扰抑制方案。该方案首先利用广义S变换对染噪PD信号进行时频分析,在染噪PD信号的时频分布图中,根据窄带干扰和PD信号的不同时频特征,可以确定窄带干扰的特征区域;然后在窄带干扰的特征区域中,利用Candan算法对窄带干扰的频率进行估计;最后利用窄带干扰频率估计值和快速独立分量分析方法分离出PD信号,实现窄带干扰抑制。仿真和实测结果说明,所提方法可以有效抑制染噪PD信号中窄带干扰,并且能准确获取PD信号的波形特征,对比传统的奇异值分解方法和快速傅里叶变换滤波方法,文中方法对窄带干扰的抑制效果更好,残余干扰的能量较小。
一种基于多元物理场耦合的变压器故障演化评估模型
陶力军, 王子欣, 雷琪, 陈凯, 杨炜晨, 苗世洪
2022, 39(5): 605-614. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0205
摘要:
变压器作为电力系统的重要设备,其故障预防和寿命管理对提升电力系统运行的可靠性具有重要意义。为实现变压器设备故障状态的高效评估,文中从变压器故障机理的关联性和复杂性特征出发,建立了基于多元物理场耦合与模糊数理论的变压器故障演化评估模型。首先,基于变压器故障的关联性特征,建立变压器故障演化网络图。其次,考虑到变压器故障机理复杂以及监测数据有限,采用COMSOL软件进行多元物理场耦合仿真;同时结合模糊数理论,建立变压器故障演化概率计算模型。最后,引入风险熵表征变压器故障演化的不确定性,提出变压器故障演化路径最大概率表达式,并将其转化为线性规划问题,进而得到不同初始风险因素下变压器最大概率故障演化路径。算例分析表明:模型计算结果能够反映变压器故障统计数据特征,可为变压器的状态评估提供参考。
基于自适应阈值的换相失败预防优化
闪志成, 顾丹珍, 张双宝
2022, 39(5): 615-622. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0189
摘要:
电网换相换流器高压直流(line commutated converter high voltage direct current , LCC-HVDC)在逆变侧交流系统故障时,容易出现换相失败。换相失败预测(commutation failure prevention , CFPREV)是避免换相失败的主要手段,为解决其给定阈值不能满足所有故障工况的问题,从换相失败原理出发,分析CFPREV启动阈值和触发角调节量增益与换相失败之间的关系、交流母线电压对启动阈值和触发角调节量增益的影响以及故障时刻对启动阈值的影响,提出以交流母线电压为指标,对启动阈值和增益进行优化,在一定程度上提升了换相失败免疫能力。通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台进行仿真验证,结果表明优化后的CFPREV相比于常规的CFPREV能够更有效地抑制换相失败的发生。
《输变电设备状态检修试验规程》新版技术解析
石俏, 刘有为, 方燕虹, 王俊波
2022, 39(5): 623-630. doi: 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0174
摘要:
为适应电网发展的最新要求,对《输变电设备状态检修试验规程》进行了修订,强化了新技术的应用,重新构建了更加完备的状态分析方法。文中对新引入的智能巡检、带电检测、停电试验及状态分析方法进行了解析,对各项新技术的原理、适用场景和应用条件进行了详细说明,包括分析油纸绝缘受潮程度的频域介电谱、评估变压器绕组变形程度的扫频短路阻抗、检测断路器触头烧损情况的动态回路电阻、检测GIS及线路金具内部机械性缺陷的现场X射线检测等。此外,还对状态分析方法做了深入解析,包括单参量分析及多参量综合分析,阐释了各状态分析方法的理论基础,详解了关联状态量的概念并给出了应用案例。