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近年来，随着新能源大量接入电力系统，电力系统惯量呈时空分布不均特性，因此文中提出一种基于动态模式分解（dynamic mode decomposition, DMD）的电力系统分区惯量估计及虚拟惯量配置方法，基于惯量估计理论建立新能源接入电力系统区域等效惯量模型。基于谱聚类算法对电力系统进行分区并根据各区域节点的皮尔逊相关系数确定频率测量节点，通过DMD方法估计区域惯量。根据频率安全约束计算区域临界惯量，根据惯量配置策略对新能源及储能虚拟惯量进行配置。在PSCAD中搭建改进的含风储系统的IEEE 10机39节点模型进行仿真，仿真结果表明所提方法可以精确估计区域惯量，惯量估计误差小于5%。基于惯量估计结果的风机和储能虚拟惯量在线配置策略能够有效防止频率越限，提升系统的频率安全稳定性。

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多馈入直流（multi-infeed direct current, MIDC）系统换相失败抵御能力的评价与提升方法，对实际电网系统换相失败特性的测试、评估难题的解决以及换相失败防御技术在电网规划与运行中的应用具有重要意义，因此文中对其进行系统科学的归纳和总结。首先，阐述MIDC系统以及换相失败的基本定义，分析不同类型故障对换相失败的影响，梳理其关键影响因素，并总结现有换相失败判据；其次，综述目前已有的换相失败抵御能力评价方法；然后，从无功补偿优化、控制保护优化以及换流器拓扑改进等3个方面对现阶段MIDC系统换相失败抵御能力提升方法进行综述；最后，明确了未来需要重点关注以下方向：采用归一化的效果评价方式，在具备标准意义的仿真平台上开展可重复的校检，形成系统性、综合性的换相失败抵御能力评价方法，并提出包括换流站级、换流器级和系统级的多层次协同提升策略。

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构建大规模新能源场站经柔直送出系统的线性化模型时往往面临着机组动态特性复杂多样及系统阶数过高的问题，导致传统模式分析法难以有效应用。为此，文中提出一种适用于大规模新能源场站经柔直送出系统稳定性评估及振荡源定位的降阶分析方法。首先将新能源场站等效成多个由相同机组构成的等值电场，在考虑外部电力系统动态特性的基础上对所得到的多个等值系统进行降阶处理，通过模式分析法评估系统稳定性，根据不稳定振荡模式定位振荡源，并进一步基于参与因子分析结果确定主导环节。最后，通过仿真算例验证所提方法的正确性。结果表明：文中的降阶方法能够显著降低系统阶数，减少稳定性分析的计算量，同时能够有效评估系统失稳风险，并且可以通过调整主导环节参数增强系统稳定性。

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柔性直流电网的故障检测与保护研究是当前电力领域的关键技术。直流电网发生故障时，故障电流迅速上升导致电网系统设备损坏且稳定性下降，因此对故障保护系统的快速性和可靠性要求极高。通过比较线路上限流电感电压值在故障前后的变化，提出一种利用限流电感两端电压比值实现线路故障识别的方法。在PSCAD/EMTDC仿真平台建立四端模块化多电平换流器型柔性直流输电（modular multilevel converter high voltage direct current, MMC-HVDC）电网模型，对所提出的方法进行故障启动、类型识别和极线选择验证。在故障被正确识别后，相应的直流断路器（DC circuit breaker, DCCB）能够正确动作并隔离故障。此外，还对系统的性能指标以及故障过渡电阻值、故障后系统的噪声、故障距离和通信误差方面因素进行可行性分析。研究结果表明，所提出的故障保护方案能够准确识别并且快速隔离故障，从而保障电网安全稳定运行。

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随着清洁能源规模的不断扩大，可平滑电能输出的混合储能系统（hybrid energy storage system, HESS）逐渐受到广泛关注。双有源桥可实现电气隔离和软开关，常应用于HESS中。为拓宽电压增益范围并降低储能装置侧电流纹波，文中提出一种基于电流源型双向谐振变换器的HESS拓扑。首先，给出变换器的拓扑及等效电路，分析其开关模态和工作原理，推导出等效电路模型、电压增益表达式及低压侧电流纹波特性。在此基础上，提出一种解耦控制策略，通过调节各储能装置侧全桥的占空比独立控制超级电容和蓄电池的传输功率，并根据功率分配指令动态调整各端口功率占比。仿真结果表明，所提系统能实现各开关管的零电压开通（zero voltage switching, ZVS），在负载切换和功率指令变化时均表现出快速的动态响应和良好的稳定性。

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模型预测控制（model predictive control, MPC）凭借其响应速度快、建模简单等优点，已应用于模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC），但关于其高频振荡抑制还未展开研究。首先，文中构建MMC预测控制数学模型，结合传统控制中dq阻抗建模方法，利用Z变换实现MPC的正负序阻抗建模。其次，推导出MMC本体离散传递函数并进行稳定性分析，在本体稳定前提下，运用阻抗法揭示MPC中MMC产生高频振荡的机理。然后，针对链路延时引起的高频振荡，运用多步预测控制实现抑制，并基于阻抗模型分析出多步预测对局部高频段的优化作用。最后，理论分析得到MMC需要通过增大预测步数来补偿链路延时的增大，电磁暂态仿真验证了多步预测控制抑制高频振荡的有效性与正确性。

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柔性直流输电工程广泛采用模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC），混合型MMC故障清除速度与全桥子模块（full bridge sub-module, FBSM）占比密切相关。针对双极短路故障清除过程中半-全桥子模块能量吸收不平衡导致子模块电压越限的问题，文中设计适用于低比例全桥混合型MMC的能量辅助隔离支路，通过闭锁前旁路半桥子模块（half bridge sub-module, HBSM）降低子模块释放的能量，降低FBSM暂态能量吸收负担，抑制FBSM过电压。为缩短故障清除时间，文中提出双支路协同运行策略，端口侧并联暂态能量吸收支路，辅助吸收故障暂态能量，加速故障清除。基于PSCAD/EMTDC平台搭建双端混合型MMC柔性直流输电系统模型，验证所提方案的有效性。仿真结果表明，文中提出的双支路协同运行策略能够有效抑制子模块过电压，缩短故障清除时间，降低混合型MMC故障快速自清除的运行成本。

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新型电力系统下，大量新能源电源及电力电子设备接入交流电网。发生母线区内故障时，受控制策略影响，故障电流幅值受控，角度受控，谐波含量高，母线比率差动保护的动作性能下降，因此文中提出一种适用于新型电力系统的母线比率差动保护改进算法。首先，介绍传统比率差动算法的基本原理，并分析新型电力系统下该算法存在的问题；然后，提出不受故障电流角差及谐波影响的母线比率差动保护改进算法，将相位存在差异的各支路电流相量映射到同一坐标系下，并进行差流和制动电流计算，分析母线比率差动保护改进算法在母线区内外故障及区外故障电流互感器（current transformer, CT）饱和时的动作性能，提出母线比率差动保护改进逻辑；最后，基于实时数字仿真（real time digital simulation, RTDS），对比传统比率差动保护和改进比率差动保护的动作性能，证明改进比率差动保护能够在不降低保护动作可靠性的前提下提高动作灵敏性。

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在受端交流侧发生故障时，现有依赖耗能装置的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流（modular multilevel converter based multi-terminal direct current, MMC-MTDC）输电系统，其盈余功率处理方案存在经济性差和能量浪费等问题。为充分发挥MMC-MTDC系统自有盈余功率消纳能力，减少对耗能装置的依赖，文中提出一种基于主从能量控制的多站极间交互消纳策略。首先，建立相应的MMC-MTDC控制模型，并对其通过能量控制实现盈余功率消纳的可行性进行分析。随后，引入MMC三维度模型，实现换流站各极能量解耦控制，并通过构建的MMC-MTDC系统简化模型，对各类型换流站开展主动能量控制设计。在此基础上，类比主从控制思想，构建适用于不同受端站极交流故障及两类盈余功率情况的主从能量时序控制逻辑，以实现各站极之间的能量裕度协调利用。最后，在PSCAD/EMTDC平台搭建MMC-MTDC系统仿真模型进行实验验证。仿真结果表明，所提控制策略能够在不依赖耗能装置的前提下，有效协调多站极之间的能量控制，适应多种盈余功率故障情况，成功实现故障穿越。

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针对无同步电源支撑的100%新能源电力系统功率波动大和电压水平低等问题，文中分析了储能变流器控制机理，建立计及储能控制和考虑直流外送特性的100%新能源电力系统无功优化模型，提出一种基于储能变流器控制的无功优化方法。该方法可以利用储能变流器控制对系统无功进行优化配置，在储能参与有功功率平衡的基础上进一步发挥储能参与调压的能力，兼顾经济运行与系统电压水平的提升。此外，为满足新能源系统经直流外送的需求，文中建立基于直流通道运行特性的数学模型，优化结果可应用于直流输电曲线规划。最后，选取中国西北地区某无同步电源支撑的县域电网为算例，基于MATLAB中的Yalmip平台求解出电网中各节点有功、无功决策变量的出力，验证所提方法的有效性。

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针对光伏功率序列波动性强、随机性高的问题，文中提出一种基于Q-Learning的多模态自适应光伏功率优化组合预测模型。首先，采用鲸鱼优化算法的变分模态分解方法，将原始光伏功率序列分解成不同子模态，并通过集成特征筛选模型，确定各子模态序列最敏感的气象因素。然后，构建反向传播神经网络、双向长短期记忆网络、门控循环单元网络和时间卷积网络4种基础预测模型。考虑到不同模型对不同频率特征的子序列预测能力不同，利用Q-Learning算法自适应选择各模态对应的最优基础模型组合方式。最后，将不同子模态的预测结果叠加重构，得到最终预测结果，并利用高分辨率光伏气象功率数据集进行验证。结果证明，文中所提出的基于Q-Learning的多模态自适应光伏功率优化组合预测模型，相较于单一模型的预测误差平均绝对误差下降了16.18%，均方误差下降了17.00%。

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同步调相机作为特高压直流输电系统中提供无功补偿和电压支撑的重要设备，其运行安全性与可靠性对直流输电工程意义重大。针对轻微定子匝间短路难以诊断以及故障槽难以定位的问题，文中提出一种基于定子支路环流的故障诊断方法。首先，从定子支路单个线圈磁动势出发，分析定子匝间短路故障位置对电枢磁动势以及定子支路环流的影响。其次，搭建同步调相机定子匝间短路的场-路耦合模型，对不同位置下定子匝间短路的故障特征进行仿真。最后，总结不同匝间短路故障位置下定子支路环流的变化规律。仿真和实验结果表明，在同步调相机发生相同匝数的定子匝间短路时，短路位置越靠近支路绕组轴线位置，定子支路环流幅值越大；短路位置越远离绕组轴线位置，定子支路环流幅值越小。

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为应对配电网络低碳化运行的挑战，并充分挖掘系统中分布式资源的灵活调控潜力，文中构建一种基于电碳综合边际定价的虚拟电厂（virtual power plant, VPP）双层点对点（peer-to-peer, P2P）交易模型。上层由配电网运营商（distribution system operator, DSO）建立基于碳排放流（carbon emission flow, CEF）技术的碳感知最优潮流模型，在此基础上计算出电碳综合边际价格，DSO可利用该价格信号协调VPP低碳调度。下层组建多VPP合作联盟，可将电动汽车规模化整合并引入碳信号引导的电动汽车灵活调度机制，建立基于贡献度的非对称纳什议价交易模型，各VPP在价格信号的引导下平衡个体与联盟利益，制定生产与交易的最优策略。然后，采用自适应交替方向乘子法（adaptive-scaling alternating direction method of multipliers, AS-ADMM）对模型进行求解，解决变量耦合导致的收敛速度问题。最后，采用改进的IEEE 33节点配电系统进行仿真验证。案例分析结果表明，所提交易模型可以通过提高分布式能源利用效率并优化负荷分布，在降低VPP运营成本的同时减少配电网碳排放。

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特高压线路年度检修过程中，挂设接地线夹处的导线会出现电弧烧蚀痕迹，严重时将导致导线断股、断线，甚至接地线夹脱落，易引发安全事故。然而，在特高压线路检修过程中，接地线夹处导线的电弧烧蚀特性及断股断线的作用过程尚不明晰。为此，文中基于某特高压停电线路电弧烧蚀实际案例的感应电流计算结果，采用电流作用积分等效法搭建接地线夹处导线电弧烧蚀特性规律研究平台。结果表明，放电电弧伴随着大量热、光、冲击波效应，电弧沿着导线下端与线夹之间的放电通道产生剧烈电弧烧蚀，并存在多次燃弧过程。增大导线与接地线夹的接触面积，局部电弧能量密度降低，烧蚀程度明显减弱。减小导线与接地线夹间的间隙距离，电弧放电烧蚀与冲击作用更为集中和剧烈，导线烧蚀破坏程度更为显著。在累积电弧烧蚀的作用下，试验导线出现断股现象，熔断严重处断口高达5 mm，进而加剧了临近股线的烧蚀。电弧电流作用积分相同时，小幅值、低频率和长时间作用电流下的导线电弧烧蚀能量累积效应明显，对导线烧蚀的破坏性更强。研究结果为保障检修人员的人身安全与延长输电设备的运行寿命提供参考。

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在电力变压器中，绝缘油由于老化、过热、放电等原因不断劣化，并伴随H₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆等特征气体的产出，在油中发生不同程度的扩散。然而，由于气体结构和绝缘体系不同，天然气合成油（gas to liquid, GTL）中特征气体的扩散特征尚不明确，多气体分子之间的相互作用也不明晰。为揭示该扩散机理，文中利用分子动力学方法从微观层次上研究混合气体在静止GTL中的扩散行为。通过对比单一、二元、多元气体体系的扩散系数、运动轨迹、自由体积分数和相互作用能，分析混合气体加入对扩散的影响。结果表明，对于单一体系，气体在GTL中的扩散系数表现为：H₂＞烃类气体，且烃类气体的扩散系数与分子质量成反比，不同气体的扩散符合“空穴跳跃扩散理论”。对于二元体系，混合气体中气体分子的扩散作用具有协同效应，具体表现为不同气体分子之间的斥力作用。同时，混合气体的加入使得CH₄和H₂的相互作用能分别降低9.21、3.76 kJ/mol；H₂和CH₄自由体积分数分别增加了27.5%和113.7%，进而增加气体运动空间，削弱GTL对气体的束缚作用，提高气体扩散系数。明确GTL油中气体扩散特征将有利于电力变压器的故障诊断。