• 2022年第41卷第3期文章目次
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    • >面向新型电力系统的信息物理系统分析与控制
    • 特约主编寄语

      2022, 41(3):1-1.

      摘要 (178) PDF 1.33 M (401) HTML (349) XML 收藏

      摘要:面向新型电力系统的信息物理系统分析与控制

    • 基于事件驱动的配电信息物理连锁故障演化机理

      2022, 41(3):2-13. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.001

      摘要 (284) PDF 2.58 M (448) HTML (524) XML 收藏

      摘要:随着通信与控制技术在配电系统中的迅速发展,配电系统逐渐呈现出信息物理系统的典型特征,这既带来了崭新的发展机遇,也将信息系统中的多类型风险引入到了电力系统。多类型风险易使电网中信息物理连锁故障频发,导致严重事故。因此,分析与研究信息物理连锁故障的演化过程与故障后果,探索信息物理连锁故障演化的内在机理具有重要的理论与现实意义。文中基于事件驱动模型提出配电信息物理系统架构,分析物理与信息系统的交互机理,提出信息物理连锁故障演化机理研究框架。然后,对信息系统内部节点重要度进行研究,综合考虑系统总风险值与防御资源,计算信息节点被攻击成功概率等相关参数并建立相关矩阵。最后,在算例上进行信息物理连锁故障演化机理的仿真计算,得出了发生信息物理连锁故障时系统会承受更大的风险且可能导致更大损失的结论,验证了所提机理在故障过程推演和后果计算上的有效性。

    • 计及网络攻击影响的安全稳定控制系统风险评估方法

      2022, 41(3):14-21. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.002

      摘要 (254) PDF 1.55 M (404) HTML (489) XML 收藏

      摘要:安全稳定控制系统(稳控系统)是保证电网可靠运行的重要防线,针对稳控系统的网络攻击会造成严重的物理后果。为了量化评估稳控系统遭受网络攻击的影响,解决现有风险评估方法未充分考虑网络攻击易发性的问题,文中提出一种计及网络攻击影响的稳控系统风险评估方法。文中首先分析了稳控系统的层次结构;然后,从攻击对象、攻击方式、攻击后果3个角度分析了稳控装置本体与稳控装置站间通信的网络攻击风险点;其次,基于模糊层次分析法对网络攻击易发性进行量化,并结合由Petri网建立的网络攻击防护单元模型建立针对稳控系统的网络攻击成功概率模型;最后,结合物理后果和攻击成功概率,对标准系统和实际系统进行风险评估,计算了正常运行和网络攻击2种情况下的风险值,验证了所提模型的有效性。

    • 考虑虚假数据注入攻击的有源配电网分布式状态估计

      2022, 41(3):22-31. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.003

      摘要 (177) PDF 1.75 M (358) HTML (422) XML 收藏

      摘要:状态估计作为保障电网监测数据质量的关键一环,可为能量管理系统提供可靠的数据基础。考虑到有源配电网量测误差大、易遭受网络攻击等问题,文中研究了计及虚假数据注入攻击的有源配电网分布式状态估计方法。首先,各子区域根据自身量测进行状态估计,并利用平均一致性算法获取全局信息对内部状态量进行修正,实现完全分布式状态估计;其次,在子区域状态估计中引入权函数动态修正目标极值函数的权重矩阵,增强状态估计的抗差性能;然后,在边界节点和易受到虚假数据注入攻击的节点配置同步相量测量单元,提高辨识虚假数据攻击的能力;最后,利用IEEE 118节点配电网系统进行算例仿真验证。试验结果表明,文中所提状态估计方法不仅可以有效减小估计误差,还能准确辨识虚假数据注入攻击,提高了状态估计的精度和辨识虚假数据注入攻击的能力。

    • 扁平化安全稳定控制系统薄弱环节辨识

      2022, 41(3):32-38. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.004

      摘要 (184) PDF 1.83 M (390) HTML (437) XML 收藏

      摘要:安全稳定控制系统(SSCS)扁平化设计可实现各控制子站间、各分区电网间的信息交互,有利于减小SSCS层数,提高可靠性,但是增加了控制路径搜索和薄弱环节辨识的难度。文中在树状SSCS中增加双向/环状通道以减少中间站点,根据邻接矩阵搜索从顶层站点到底层站点的所有路径;计及元件可用率和底层站点可控容量,量化扁平化SSCS对底层资源的控制能力;定义站点平均控制能力和平均关联路径数指标,评价扁平化对各站点控制能力的影响;提出扁平化SSCS控制能力对元件可用度的灵敏度的解析算法,以确定SSCS薄弱环节。算例表明:扁平化设计减少了层级和中间站点,同时提高了SSCS控制能力;站点所经路径越多、层数越少、路径可控容量越大,对SSCS控制能力影响越大。

    • 基于SoC FPGA硬件并行化计算的配电网电压控制技术

      2022, 41(3):39-47,91. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.005

      摘要 (259) PDF 1.89 M (375) HTML (382) XML 收藏

      摘要:随着主动配电网以及物联网技术的发展,无功设备的接入呈现复杂化和边缘化趋势,电压控制的相关计算也向边缘计算发展。由于算力受限,边缘终端纯软件式的计算所需时间较长,无法满足控制的实时性要求。针对此问题,文中提出一种基于片上系统现场可编程门阵列(SoC FPGA)硬件并行化计算的配电网电压控制策略。首先,设计基于SoC FPGA的软硬件计算框架;然后,对配电网电压控制模型及遗传算法求解方法做出适用于FPGA计算的针对性改进;最后,分模块设计FPGA硬件求解结构。算例场景验证表明,相比于边缘终端纯软件式的求解方式,文中所提策略在电压越下限、电压越上限场景的平均求解效率分别提高了2.41倍和2.15倍,可有效提升电压控制的实时性。

    • 基于区块链与数据湖的电力数据存储与共享方法

      2022, 41(3):48-54. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.006

      摘要 (176) PDF 1.99 M (425) HTML (451) XML 收藏

      摘要:针对电力物联网边设备之间、云主站平台营配调各系统之间的数据存储和共享的需求,提出了一种基于区块链与数据湖的电力数据存储与共享方法。首先,设计边缘层分布式电力数据存储架构,通过环签名和CryptoNote协议对边设备存储节点间的数据交互进行加密,实现双方身份认证,并基于区块链智能合约实现电力数据安全存储系统中节点间的数据共享。然后,基于数据湖与智能合约构建营配调平台间的数据共享和访问控制模型,只在链中存储数据的哈希值,而将数据存储在数据湖中,以实现数据跨平台跨域安全共享和访问。最后,搭建实验平台对所提方法进行论证,结果表明,所提方法的最高存储延迟时间短,并且吞吐量和安全性也较高,具有良好的应用前景。

    • >专论与综述
    • 基于柔性工作点追踪的光伏低电压穿越控制策略

      2022, 41(3):55-63. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.007

      摘要 (191) PDF 5.81 M (468) HTML (430) XML 收藏

      摘要:为解决光伏并网发电系统低电压穿越控制存在的直流侧母线过电压问题,提升并网系统故障恢复能力,文中提出一种经济有效的基于柔性工作点追踪的低电压穿越控制策略。首先,通过图形近似法快速估算出减载点工作电压,推导出故障期间光伏参考工作点位置,并提出光伏输出功率快速减载策略;其次,利用拟合出的光伏电流-电压曲线估算光伏短路电流,通过Lambert-W函数计算出最大功率点电压,进一步提出故障快速恢复策略;最后,文中分别通过Matlab仿真和硬件在环测试平台进行仿真和实验分析。分析结果验证了所提控制策略有较好的故障穿越能力和故障恢复效果,有助于光伏并网发电技术的推广应用。

    • 基于首末两端环流的电缆交叉互联箱缺陷识别定位方法

      2022, 41(3):64-71. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.008

      摘要 (109) PDF 1.60 M (350) HTML (484) XML 收藏

      摘要:长电缆线路交叉互联箱在出现接地、进水、三相相序错误等缺陷时,难以对其进行快速识别和定位。针对交叉互联箱3类典型缺陷,建立长电缆线路交叉互联模型,分析缺陷下环流幅值及相位的变化规律,并对首末两端环流比值与缺陷箱号数的散点数据进行曲线拟合,获得缺陷定位公式,最后通过实例加以验证。结果表明:箱内接地时,缺陷相环流幅值增大,非缺陷相正常;三相相序错误时,两相环流幅值明显增大,另一相环流幅值较小;箱内进水时,各相环流幅值均增大且基本相等。定位公式的拟合度在0.96左右,通过实例验证可确定缺陷箱号数的范围。所提方法不受线芯电流和接地电阻变化的影响,可为长电缆线路交叉互联箱缺陷识别定位提供参考。

    • 计及下垂控制的潮流计算研究综述

      2022, 41(3):72-82. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.009

      摘要 (129) PDF 1.45 M (338) HTML (475) XML 收藏

      摘要:下垂控制元件的不断接入,使电力系统运行情况变得更加复杂,给电力系统分析带来了新的挑战。潮流计算是电力系统分析中最为基础且重要的一类计算。在对具有下垂控制元件的电力系统潮流进行计算时,需要面临常规潮流计算中不曾考虑的新问题。文中从下垂控制的基本原理入手,对计及下垂控制的电力系统潮流计算研究进行综述。首先,简要介绍下垂控制的原理、主要元件类型及下垂控制潮流计算的应用场景;其次,介绍下垂控制元件参与潮流计算时的处理方法;然后,讨论交流系统中计及下垂控制的潮流计算的频率问题,并介绍国内外现有的求解方式;最后,结合电力系统潮流计算新需求,提出计及下垂控制的潮流计算在建模方面需要建立统一化计算模型,在求解算法方面可采用数学规划方法进行求解,但须结合实际场景进一步完善。

    • >电网运行与控制
    • 考虑梯级耦合的水火电检修计划与机组组合协同优化

      2022, 41(3):83-91. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.010

      摘要 (140) PDF 1.61 M (348) HTML (373) XML 收藏

      摘要:为避免传统的非协同优化模式下水火电系统检修计划和机组组合方案之间可能存在的冲突,文中以最小化系统总成本和检修计划调整成本为目标,考虑梯级水电耦合特性,建立水火电检修计划与机组组合协同的优化模型,并将其转换为混合整数线性规划模型。文中提出采用目标标度集合方法加速求解,将模型求解分成2个阶段。在第一阶段,标度目标函数中整数变量的系数,探测可能为0的整数变量;在第二阶段,确定取0值的整数变量并将其固定,求解简化的混合整数线性规划模型。以6机水火电系统和某实际省级86机水火电系统为测试系统,验证了文中所提模型与非协同优化相比,能获得更经济合理的检修计划和机组组合方案,所采用的目标标度集合方法能有效提高求解速度。

    • 考虑多控制目标的IIDG低压穿越控制方法

      2022, 41(3):92-101. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.011

      摘要 (122) PDF 4.11 M (380) HTML (369) XML 收藏

      摘要:现有逆变型分布式电源(IIDG)低压穿越控制有电压支撑效果不理想,控制目标单一,输出电流存在越限风险等不足,针对此问题,文中提出一种考虑多控制目标的低压穿越控制方法。首先以预设相电压为约束条件,构建得出电压支撑方程,据此实现电压支撑控制;其次,通过约束IIDG向电网注入负序无功电流的大小,实现有功输出振荡抑制控制。同时为充分利用IIDG的剩余容量,文中通过最大有功功率输出和电流限幅控制计算得出IIDG正序有功电流参考值,保证在IIDG输出电流不发生越限的前提下,实现IIDG最大有功功率输出。仿真算例表明,与现有正序无功电流注入控制方法相比,文中多控制目标低压穿越控制方法具有更加良好的故障控制效果。

    • 特高压直流输电线路电压突变量保护优化

      2022, 41(3):102-109. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.012

      摘要 (117) PDF 1.61 M (277) HTML (373) XML 收藏

      摘要:通过特高压工程的直流输电线路接地故障试验发现,当运行阀组数目较多的一极直流输电线路发生接地故障时,另外一极的电压突变量保护可能会发生误动。为了解决此问题,文中首先指出故障行波共模分量的传输速率要小于差模分量的传输速率,共模分量和差模分量到达保护测点处存在一个时间差。其次,分析出电压突变量保护误动的原因是共模分量和差模分量到达保护测点处的时间差大于电压突变量保护的时间定值。再次,提出将共模分量的极性作为识别故障极的判据并据此改进了电压突变量保护。最后,搭建了特高压直流输电实时数字仿真模型,验证了改进方法分析结果的正确性。

    • 高比例新能源电网新能源功率优化分配方法

      2022, 41(3):110-117. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.013

      摘要 (176) PDF 1.68 M (332) HTML (416) XML 收藏

      摘要:大规模新能源接入弱交流电网时易发生暂态过电压、锁相同步稳定等问题,为新能源充分利用带来挑战。对此,文中探究了新能源接入系统稳定水平的影响因素,将新能源短路比作为系统电压强度的量化评估依据,推导出短路比对新能源发电功率的灵敏度,综合考虑系统平均短路比和最低点短路比灵敏度,构建新能源短路比综合灵敏度指标,提出一种基于等综合灵敏度准则的新能源发电功率优化分配方法。利用该方法对新能源发电功率进行优化控制,在确保系统安全稳定的基础上充分利用可再生能源,最后以西北某新能源集中送出系统为算例进行分析,验证了该方法的可行性和有效性。

    • >配网与微网
    • 冰蓄冷装置参与能量互补的微网自律协同控制研究

      2022, 41(3):118-124,132. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.014

      摘要 (112) PDF 1.89 M (298) HTML (330) XML 收藏

      摘要:为增强含冰蓄冷装置的多能微网的运行灵活性和可靠性,高效接纳分布式发电单元和储能单元,文中从系统全局出发,提出一种自律协同控制策略,包含交、直流微网控制及互联装置控制。交、直流微网松弛单元外环采用有功功率-频率(P-f)下垂控制和有功功率-直流电压(P-V)下垂控制。交流微网互联装置包含互联功率控制、虚拟同步控制和电压瞬时值闭环控制;直流微网互联装置包含互联功率控制和移相控制。通过所提控制策略可实现:电能富足时,冰蓄冷、蓄电池等装置按照其额定容量自适应吸纳电能,合理承担储能能量;负荷高峰时,优先投入冰蓄冷装置,其余冷负荷等效电负荷以及电负荷使用其他储能装置并按照额定容量比合理承担。最后通过仿真验证该控制策略的有效性。文中从系统层面研究微网协同控制方法,为多能微网系统控制器设计提供新的思路。

    • 基于自适应NSGA-Ⅱ算法的配电网多故障抢修优化决策

      2022, 41(3):125-132. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.015

      摘要 (125) PDF 1.97 M (300) HTML (275) XML 收藏

      摘要:传统配电网多故障抢修依赖决策人员的主观判断,缺少科学依据,容易出现判断失误,造成抢修资源无法得到合理应用或者不能第一时间恢复供电。为解决该问题,建立了考虑任务分配和抢修顺序的配电网多故障抢修多目标优化模型,设计了自适应参数的非支配排序遗传算法(NSGA)-Ⅱ,得到Pareto前沿后利用基于角度选择的拐点决策算法,在无决策人员参与的情况下能够直接求解出一个相对理想的抢修方案。最后使用Matlab对某镇实际的配电线路进行仿真,仿真分析表明自适应参数的调整策略可以提高种群进化前期的全局搜索能力及进化后期的局部搜索能力,基于角度选择的拐点决策算法可从多个可行方案中直接选择最终的决策方案,减轻决策人员的负担,且适用于实际抢修工作。

    • 基于虚拟线路补偿的主动配电网混合仿真接口实现方法

      2022, 41(3):133-142. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.016

      摘要 (121) PDF 5.94 M (320) HTML (311) XML 收藏

      摘要:数字物理混合仿真是未来主动配电网仿真分析的有效手段,而接口算法是确保其系统稳定性和精确性的关键。针对现有接口算法无法适用于主动配电网混合仿真的问题,文中提出一种基于虚拟线路补偿的改进功率接口算法。首先,在分析理想变压器模型(ITM)法结构与稳定条件的基础上,提出在数字侧与物理侧间增设一条虚拟线路。然后,基于线路上虚拟电流对系统进行稳定性补偿,并给出了线路阻抗的取值范围;同时,针对接口固有延迟及稳定性补偿引入的误差,提出根据虚拟线路上流过的虚拟功率对接口两侧的相位差进行补偿,以保证精确性。最后,通过仿真和实验将文中所提方法与ITM法、阻尼阻抗法及虚拟阻抗法相比较,验证了文中方法在提升主动配电网混合仿真系统稳定性及精度上的有效性和优越性。

    • 5G环境下配网差动保护采样数据缺失应对策略

      2022, 41(3):143-151. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.017

      摘要 (123) PDF 1.69 M (282) HTML (419) XML 收藏

      摘要:有源配电网中,电流差动保护相较于传统三段式过流保护能够整体地提升保护水平,但依赖光纤通道,而光纤通道的广覆盖难以实现。5G具有高可靠性、低时延、广覆盖等优势,有望成为有源配电网差动保护新的通信方案,但仍可能受环境干扰等因素导致采样数据缺失,影响线路正常运行和区外故障时保护的正确动作。为解决上述问题,首先,结合ρ平面法定性分析了采样数据缺失的各种场景对保护动作的影响;然后,提出一种使用阶次组合Neville插值法对采样缺失数据进行插值重构的应对策略;最后,在PSCAD中搭建有源配电网仿真模型,在多种采样数据缺失场景下对比了多种插值法的插值精度,验证了文中所提策略在提升保护动作特性方面的有效性。通过理论计算分析,得出使用该策略在高性能中央处理器(CPU)下不会影响保护实时性的结论。

    • >高电压技术
    • 风速对基于BOTDA架空导线覆冰监测有效性的影响

      2022, 41(3):152-162. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.018

      摘要 (147) PDF 8.78 M (252) HTML (309) XML 收藏

      摘要:为了获得架空导线温度在不同气象条件下的变化特征和风速对基于分布式光纤传感技术的架空导线覆冰监测有效性的影响,文中建立了光纤复合相线覆冰的温度场三维模型,并采用了有限元方法进行求解,分析获得了光纤温度在不同的环境温度、风速和覆冰厚度下的变化规律特征。文中指出了覆冰段与未覆冰段光纤的温差与环境温度初始值大小无关,提供了单独考虑环境温度变化速率或覆冰厚度情况下的临界风速表达式,给出了常见范围内环境温度变化速率以及覆冰厚度下的临界风速值,基于风速值和插值方法可得到常见范围环境温度变化速率以及覆冰厚度下比较准确的临界风速。文中对研究覆冰架空导线在不同气象条件下的温度变化特征以及风速对基于分布式光纤传感的架空导线覆冰监测有效性的影响方面有着一定的参考价值。

    • 基于激光诱导击穿光谱的绝缘子污秽度分析

      2022, 41(3):163-170. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.019

      摘要 (99) PDF 2.37 M (275) HTML (277) XML 收藏

      摘要:污秽闪络是威胁电力系统安全的主要因素之一,为了预防污闪事故的发生,需要定期对绝缘子表面的污秽度进行检测,但传统的停电取样检测周期长,耗费大量人力物力。文中提出一种利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对绝缘子表面污秽度进行分析的方法。以10个带有不同等值盐密、等值灰密的自然污秽玻璃绝缘子为主要研究对象,将其上表面分为内、中、外环3个区域,研究不同测试策略下定标模型的相关系数,采用Na 589.592 nm、Al 396.192 nm作为特征谱线,发现对于盐密的检测定标模型,采用内、中环联合区域的测试策略,相关系数可达0.948 1,检测相对误差在5%以内;对于灰密的检测定标模型,采用中环独立区域的测试策略,相关系数可达0.938 3,检测相对误差在15%以内。该分析手段能实现现场快速分析绝缘子表面污秽度,提升输电线路运行安全维护作业能力,具有重要的工程应用价值。

    • 基于VMD-WVD相位法的长电缆局放双端定位

      2022, 41(3):171-177. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.020

      摘要 (119) PDF 1.71 M (236) HTML (296) XML 收藏

      摘要:快速准确定位电缆局放故障位置对电缆系统安全稳定运行具有重要意义。针对传统行波定位法在长电缆局放定位时反射信号难以识别以及存在时间同步误差的问题,提出一种基于变分模态分解-维格纳威尔分布(VMD-WVD)相位法的电缆局放双端定位方法,通过准确标记双端局放信号波头时刻实现双端局放信号的同步,利用相位定位实现长电缆局放入射信号的双端同步。文中建立了长线路PSCAD模型,分析故障位置、电缆长度和采样率对VMD-WVD相位法在长电缆定位的精度影响。结果表明,在上述3种因素影响下,VMD-WVD相位法的平均定位精度分别为0.54%,0.85%,0.69%,高于传统行波定位法。文中研究成果为长电缆局部放电精准定位提供一种全新思路。

    • 基于PDC法的干式套管用胶浸纸绝缘受潮状态评估

      2022, 41(3):178-185. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.021

      摘要 (111) PDF 1.86 M (219) HTML (357) XML 收藏

      摘要:为了提取表征胶浸纸(RIP)绝缘受潮状态的特征参量,文中将时域介电响应技术应用于受潮状态评估,并利用极化/去极化电流(PDC)测量法对其进行深入研究。首先在实验室制备不同含水量的RIP绝缘样片并测试获得PDC曲线;然后引入遗传算法和内点法相结合的优化算法,利用Matlab获得扩展德拜模型参数;最后提取2个受潮状态特征参量,即最大时间常数分支的弛豫贡献系数A9和稳定去极化电量Qd-5000。研究结果表明:PDC曲线随含水量的增加整体向上移动;受潮造成RIP绝缘的直流电导率增加,绝缘电阻、吸收比和极化指数显著降低;建立的9支路扩展德拜模型等效电路参数对RIP绝缘受潮状态的反应较为灵敏,A9与含水量呈线性拟合关系;去极化电量对含水量较为敏感,Qd-5000与含水量呈指数拟合关系。

    • >智能电网技术
    • 考虑数据不均衡的居民用户负荷曲线分类方法

      2022, 41(3):186-193. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.022

      摘要 (119) PDF 1.48 M (271) HTML (396) XML 收藏

      摘要:由于用户用电行为的多样性和随机性,负荷数据存在分布不均衡的问题,传统负荷曲线分类方法在处理不均衡数据时性能较差。为此,提出一种改进K-means与长短期记忆(LSTM)神经网络-卷积神经网络(CNN)分类模型结合的负荷曲线分类方法。首先,为提升K-means算法对不均衡数据的聚类效果,基于密度峰值聚类(DPC)算法思想,提出一种相对k近邻密度峰值(RKDP)初始聚类中心选取方法,将其作为K-means算法的初始中心进行聚类;然后,为提高RKDP-K-means处理高维负荷数据的性能,采用LSTM自编码器进行特征降维后再聚类获得精准类别标签;最后,基于LSTM神经网络和CNN分别提取负荷特征构建负荷曲线分类模型,实现对大规模负荷曲线的分类。算例选取了爱尔兰智能电表数据集和伦敦负荷数据集进行实验,验证了所提算法在大规模负荷曲线分类时的有效性和实用性。

    • 计及耦合因素的电动汽车充电负荷时空分布预测

      2022, 41(3):194-201,208. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.023

      摘要 (111) PDF 4.14 M (287) HTML (280) XML 收藏

      摘要:实现电动汽车与电网互利共赢的前提之一是如何有效预测电动汽车的充电负荷,而电动汽车时空转移的随机性和转移过程中各因素的耦合性增加了充电负荷预测的难度,文中提出一种计及动态转移规划和耦合因素的电动汽车充电负荷时空分布预测方法。首先,基于出行链技术建立含多类型电动汽车的单体出行数学模型;在此基础上,考虑交通流量、行驶路况和温度,构建电动汽车的单位里程能耗数学模型。然后,基于马尔可夫决策过程理论,考虑剩余行程和路网拥堵信息,动态更新路网信息和随机规划电动汽车时空转移路径。最后,基于算例,对比分析电动汽车及其充电负荷在不同策略、职能区域和出行日情况下的时空分布。结果表明:文中所提方法能够全面反映电动汽车车主的出行决策,且预测结果能真实反应电动汽车类型和职能区域不同导致的充电负荷在幅值和分布上的差异。

    • 基于CSO-SVR的低压架空线路谐波损耗评估

      2022, 41(3):202-208. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.024

      摘要 (136) PDF 1.35 M (246) HTML (272) XML 收藏

      摘要:针对低压架空线路物理解析模型谐波损耗计算精度不高的问题,文中提出采用基于纵横交叉优化(CSO)算法的支持向量回归(SVR)模型对架空线路谐波损耗进行评估。首先,采用结构风险最小化设计的SVR模型,拟合线路特征与谐波损耗之间的关系。然后,利用CSO算法对SVR超参数进行全局搜索,以动态优化获取最优超参数组,建立CSO-SVR谐波损耗评估模型。文中依托国内某大型电能质量综合试验平台进行低压架空线路谐波试验,获得线路谐波损耗实测数据,并基于该数据对所提模型进行验证。结果表明,采用CSO算法对SVR超参数进行优化,可有效提升SVR模型的谐波损耗评估性能。与其他模型相比,所提模型的评估精度更高。

    • >电机与电器
    • 基于GaN器件的直流配电网用户侧DC/DC变换器设计

      2022, 41(3):209-215. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.025

      摘要 (96) PDF 1.98 M (306) HTML (411) XML 收藏

      摘要:隔离型DC/DC变换器连接低压直流配电网和用户侧直流负荷,在低压直流配电系统中起着重要作用。文中采用具有原边开关管零电压开通和副边整流管零电流关断特性的LLC谐振变换器,首先分析变换器的工作原理,对其谐振参数进行选择。使用具有更低导通电阻和等效输出电容的氮化镓(GaN)器件作为原边开关管,进一步提高变换器工作频率和效率,降低磁性元件体积。在此基础上,对GaN器件驱动、同步整流和磁性元件进行优化设计。最后搭建了1台375 V/48 V/500 W的LLC谐振变换器样机,最高效率为97.6%,相比传统Si器件可以提升约1%的效率。实验结果验证了样机设计方案的正确性。

    • 隧道敷设条件下超高压电力电缆热-流场耦合分析

      2022, 41(3):216-223. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.026

      摘要 (108) PDF 3.57 M (295) HTML (344) XML 收藏

      摘要:电缆载流量是电力电缆运行中的重要参数。为给敷设于隧道中的超高压电缆运行提供参考,文中根据实际电缆隧道结构和内部电缆排布方式,运用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立电缆隧道三维几何模型,进行温度场和流体场的耦合仿真计算。采用有限元法,对不同运行方式和环境条件下的温度场和流体场分布规律进行分析,计算隧道敷设超高压电力电缆载流量。研究表明:最高温度出现在电缆导体处,温度沿着电缆径向逐渐降低,出口截面处的温度和风速相对入口截面处有所增大;随着电流负载增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和4回路敷设时电缆稳态载流量高于8回路敷设时电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。

    • 弱电网下并联逆变器稳定性及电能质量治理研究

      2022, 41(3):224-230. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.027

      摘要 (124) PDF 2.67 M (263) HTML (317) XML 收藏

      摘要:在新能源发电系统中,通过将逆变器并联接入电网扩大了并网容量。由于电网存在阻抗,降低了逆变器的稳定性,也加大了逆变器对负载中电能质量的治理难度,因此文中对一种弱电网下并联逆变器治理负载中电能质量的问题进行了研究。首先,以H∞重复控制结合电压前馈控制作为电流内环控制策略,分析了弱电网下单台及多台并联逆变器的稳定性能,采用前馈通道串联复数滤波器及前向通道串联超前校正环节的复合策略提高逆变器的稳定性;然后,利用电流检测算法分离负载中的不平衡、谐波及无功电流,实现并联逆变器对不平衡、非线性及无功等负载引起的电能质量问题的治理;最后,在Simulink中进行仿真实验,仿真结果表明在弱电网条件下利用并联逆变器能够对多种负载的电能质量问题进行治理。

    • >技术探讨
    • 谐振式无线电能传输系统恒功率输出特性研究

      2022, 41(3):231-236. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.028

      摘要 (173) PDF 1.57 M (292) HTML (336) XML 收藏

      摘要:在无线充电过程中,电池阻值的变化会引起输出功率的波动,从而减短电池寿命,影响充电安全。针对磁耦合谐振式无线电能传输变负载系统,通常是在接收端加入控制电路使输出功率稳定,但这增加了用电设备的体积。因此,文中提出了基于反射阻抗原理的2种恒功率控制策略:Sepic电路恒功率输出控制策略和移相控制恒功率输出控制策略。首先分析了负载电阻对输出功率的影响;然后分别推导了Sepic电路驱动信号的占空比、移相控制中驱动信号的移相角与输出功率的关系,给出了恒功率控制策略的原理;最后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了文中理论分析及所提控制策略的正确性。仿真结果表明,2种控制策略均能有效实现恒功率输出。

    • 一种分段处理优选数据窗的双端测距算法

      2022, 41(3):237-243. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.029

      摘要 (116) PDF 1.39 M (261) HTML (243) XML 收藏

      摘要:基于集中参数模型的双端测距原理普遍应用在输电线路保护中,对于中、短距离线路,模型误差可以忽略,但仍有其他因素对测距结果产生影响,特别是故障在极短时间内被切除时,测距结果易产生较大误差。为了提升测距准确性及普适性,文中对集中参数模型双端测距算法在常见影响因素下进行绝对误差分析,利用正交试验设计以及仿真计算,对比不同因素对测距误差的影响程度,发现数据窗选取这一因素影响最大。同时发现,相比于其他位置,线路首端故障的测距误差受影响较大。根据这2个特征,提出一种基于分段处理的自适应优选数据窗实用算法。经验证,该算法的测距误差受因素影响程度大幅降低。

    • 基于混合气体热特性的GIL氮气使用配比研究

      2022, 41(3):244-251. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2022.03.030

      摘要 (120) PDF 3.26 M (265) HTML (358) XML 收藏

      摘要:SF6/N2混合气体具有绝缘性能良好、环境效益好等优点,被认为是能替代SF6的最具发展前景的气体之一,但SF6/N2混合气体在不同场景下的混合比问题尚缺乏研究。文中在保证气体绝缘输电线路(GIL)绝缘水平的前提下,建立多物理场耦合计算模型,从混合气体热特性的角度出发,分析不同绝缘气体压强、负载电流和环境温度下SF6/N2混合比与GIL温升之间的关系,为GIL在不同场景下选择合适的SF6/N2混合比提供依据。结果表明:绝缘气体压强和相同压强下SF6含量均与GIL温升呈负相关关系;设备的负载电流长期超过3kA时,建议SF6含量为40%~60%;设备运行在中低纬度地区时,建议SF6含量为40%~70%,运行在高纬度地区时,建议SF6含量为30%~40%。此外,由于设计GIL设备时考虑了安全裕度,因此通常SF6含量不低于建议值的70%就能满足GIL设备的绝缘和温升要求。

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