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在我国“碳达峰、碳中和”战略目标和构建新型电力系统与新型能源体系的背景下，海上风电已成为可再生能源发展的重要方向。现有工作通过开展海上风电的电力集群技术、并网运行方法等研究，实现海上风电产业的稳定健康发展。文中主要对海上风电能源系统的并网运行优化调度研究展开全面综述。首先，围绕大规模海上风电集群的时空特性、汇集方式、并网技术和送出控制策略展开分析，探讨其在新型能源系统中的运行机制与评估标准，并结合典型工程案例进行分析；然后，全面回顾面向海上风电并网运行的优化调度研究现状，重点聚焦于含海上风电的能源系统组成、调度问题及优化方法；最后，展望海上风电在新型能源系统中并网与运行的发展趋势及亟须深入研究的关键技术方向，为后续相关研究提供参考，推动海上风电高质量发展。

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风电机组一般通过综合惯量控制提供辅助调频，然而其调频效果受控制参数影响较大。文中综合考虑风电机组自身可调能力与系统频率响应指标，对风电调频参数整定进行研究。首先，建立计及风电和火电参与调频的系统频率响应（system frequency response, SFR）模型，并推导频率响应指标的解析式。其次，对风电机组的转子运动方程进行线性化并建立转速模型，在不同风速工况下验证其准确性。然后，以提升系统频率最低点为目标，同时考虑风电机组转速下限和系统频率安全约束，整定其控制参数。最后，仿真结果验证所提风电调频控制参数整定方法在不同风电渗透率以及功率扰动下，均能够在确保系统频率安全的前提下充分利用风电机组的转子动能。

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针对风机出力变化下永磁同步发电机（permanent magnet synchronous generator, PMSG）构成的大规模并网风电场在直流电压时间尺度下的小干扰稳定问题，文中基于劳斯-赫尔维茨判据提出一种在风速不确定条件下的并网PMSG风电场稳定性判据。首先，建立风速的Weibull分布模型、PMSG的功率特性模型以及考虑直流电压控制环节和锁相环（phase-locked loop, PLL）环节的大规模风电场动态等值状态空间模型；然后，计算风电场的稳定概率，并深入研究直流电压时间尺度下风速分布、直流电压外环和PLL控制参数对风电场小干扰振荡稳定的影响机理；最后，通过一个包含3个子风电场共计260台风机的大规模并网风电场算例，利用模式分析法和时域仿真验证文中理论推导的正确性。研究发现，风电场失稳风险随风速增加而增加，风电场稳定概率随系统稳定风速极限的增大而增大，相关结论可以为大规模PMSG风电场的规划提供依据。

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目前关于海上风电场集电系统内部过电压的相关研究，多针对基于高压交流输电线路并网的海上风电场，缺乏对经过柔性直流输电并网的远海风电场的关注。为此，文中建立集电系统和柔性直流输电系统的电磁暂态模型，分析集电系统内部并网、甩负荷和三相接地短路故障3种典型工况下的集电系统过电压特征。研究发现，汇流母线处及其紧邻馈线端口处三相接地短路故障引起的集电系统过电压现象最严重，该过电压不仅对机端变压器和柔性直流输电线路的绝缘性能提出更高要求，还会导致所有风电机组脱网。因此，文中提出在关键节点配置避雷器并改进故障期间海上换流站控制策略的抑制方案，该方案可显著降低暂态过电压的幅值。实施该方案后，过电压的影响被控制在故障所在风电场内部，同时可避免风电机组的大规模脱网运行。

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基于模块化多电平矩阵换流器（modular multilevel matrix converter, M3C）构建的海上风电经柔性低频输电（flexible low-frequency transmission, FLFT）送出系统工频网侧故障后，存在功率盈余和系统失稳风险。针对这一问题，文中首先分析工频网侧故障下M3C工频、低频解耦控制策略对暂态过程的影响。其次，推导低频侧电压与有功功率需要满足的边界条件。结合M3C工频侧、低频侧换流器的控制方式、低电压穿越要求及故障类型等因素，提出一种基于改进降压法的M3C-风电场联合电压-功率下垂控制的故障穿越策略。该策略在风电场的低电压穿越范围外通过风机超速减载实现功率平衡。最后，基于PSCAD/EMTDC平台搭建风电经FLFT送出系统的仿真模型，对所提故障穿越策略进行验证。仿真结果表明，文中所提策略可保证故障期间M3C子模块电容平均电压不越限，确保系统在故障期间的安全稳定运行。

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风电直流汇集系统能有效解决交流汇集系统谐波谐振等问题，且串并联型拓扑较其他结构可有效降低系统成本，因此对串并联型风电直流汇集系统稳定运行控制进行研究至关重要。基于串联端口电压间的耦合性特点，针对风机稳态运行时风速波动导致的风机串联端口过电压问题，文中提出转子与储能协调控制策略（coordinated control strategy of rotor and energy storage, RES-CCS）。首先，分析串并联型风电直流汇集系统运行特性和现有过电压控制策略存在的不足；然后，研究串联端口电压限定值，利用RES-CCS钳制串联端口电压在限定值内，并设计所需超级电容的储能容量；最后，基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建串并联型风电直流汇集系统模型，对RES-CCS进行仿真验证。结果表明，文中所提过电压控制策略可在减少弃风损耗的同时降低风机储能容量需求，提高风机风能利用率与运行经济性。

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风能作为可再生能源，凭借其可靠性和成本优势成为新能源领域的主要竞争者。在气候寒冷的高湿度地区，叶片结冰对风力机性能和耐久性构成严重威胁。基于雷达的材料检测技术因其具有可穿透非极化材料以及不受光照和天气影响的传感能力，可以提供表面状态及深入信息，近年来备受关注。文中提出使用77 GHz毫米波雷达实时检测风机叶片覆冰状态的方法，从原始中频信号提取梅尔频率倒谱系数（Mel-frequency cepstral coefficient, MFCC）融合一维卷积神经网络（one-dimensional convolutional neural network, 1D-CNN）对叶片覆冰类型进行分类识别。通过实验在可控距离和方向变化中验证文中所提方法的有效性。实验结果表明，该方法可以精准识别4种覆冰类型及不同厚度覆冰，识别率可达94%，且在风力发电机叶片覆光滑薄冰阶段即可识别，进行预警。

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针对直驱风机与弱交流电网之间产生的宽频振荡问题，提出一种基于目标约束参数整定优化的改进自抗扰控制器（active disturbance rejection controller, ADRC）。首先，建立直驱风机并网模型，分析宽频振荡产生机理，进行网侧换流器内ADRC设计；然后，为解决ADRC参数整定困难的问题，同时为提高系统稳定性和快速响应性，建立含入网频率误差及系统调节时间的多目标优化函数，结合全局搜索寻优的方法实现改进ADRC的参数整定，提高ADRC参数设计的快速性、准确性和合理性；最后，基于MATLAB/Simulink仿真软件，对比分析基于传统带宽法和文中方法所设计的控制器参数的宽频振荡抑制效果。相较于采用带宽法整定的参数，文中方法整定后系统的超调量、调节时间、并网电流谐波含量都有所降低。结果表明，采用改进ADRC策略可以使直驱风机并网系统获得更好的动态响应特性、抗扰性和并网电流质量。

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构网型永磁风电机组（简称构网风机）在频率支撑结束后，须及时恢复物理转子转速以使风轮重新运行在最大功率点。但面对随机波动的实际湍流风速，传统基于单一函数形式的转速恢复策略会导致构网风机转速恢复失败。为此，文中首先基于稳定性分析揭示湍流风速下构网风机转速恢复失败的物理机理，再结合实际湍流风速的渐强风和渐弱风交替的变化特性，提出一种基于物理转子转速状态判断的构网风机自适应转速恢复策略。该方法利用实测转速作为渐强风和渐弱风的判定依据，在渐强风时保持参考功率指令，利用渐强的气动功率加速风机物理转子；而渐弱风下则暂时中断转速恢复过程，并将参考功率指令设定为次最优功率曲线以维持风机稳定。最后，PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真结果表明，文中改进策略经过若干次恢复/中断过程的自适应切换，能够实现湍流风速下构网风机转速的可靠恢复。

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针对海上风电经柔性直流送出系统存在的潜在中频振荡风险，以中国首个海上风电柔直工程——如东工程为研究对象，提出一种基于虚拟阻尼的中频振荡抑制策略。首先，建立海上侧柔直换流器中频阻抗模型，通过理论推导与频率扫描验证其在中频段呈感性正阻特性。其次，结合风电场中频段容性负阻特性分析，揭示二者交互引发320 Hz振荡的风险机理。然后，通过隔直环节与中心频率可调的窄带通滤波器提取中频谐波电流，经虚拟阻尼环节生成反向抑制电压，从而重塑柔直系统目标频段的正阻尼特性。最后，进行仿真与现场试验，结果表明，文中所提策略可快速有效抑制振荡，且不影响系统稳态与动态性能。如东工程投运以来未再发生振荡，为海风柔直送出工程提供了可推广的技术方案。

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由于谐波的存在，换流变压器与普通变压器的噪声特性差异较大。目前谐波对噪声的影响机理尚不明晰，因此有必要研究换流站谐波对换流变压器噪声的影响规律。文中研制换流变压器运行工况和辐射噪声的监测系统，通过理论研究、仿真分析和噪声监测数据分析，总结换流变压器空载噪声和负载噪声特性；根据换流变压器在不同负载情况下的噪声数据，阐明换流变压器在不同负载情况下的噪声变化规律，基于此规律得出换流变压器的噪声预测方法。研究结果表明：与普通变压器噪声相比，换流变压器特定负载情况下的噪声主要集中在更高频率上；换流变压器空载噪声的高频分量主要由铁心磁化过程的非线性特性产生，与电压谐波关系不大；换流变压器负载噪声的高频分量与电流谐波关系很大，而人耳对高频噪声更加敏感，且基于换流变压器模态特性分析可知，400 Hz噪声的A计权声压级最大；400 Hz噪声的A计权声压级随电流变化明显且呈正相关，其他频率噪声的A计权声压级变化不明显，基于此特点得出的噪声预测公式平均误差为0.23 dB，能够很好地预测换流变压器噪声。研究结果可为换流变压器噪声试验提供指导，同时可为在运换流变压器噪声预测提供技术支撑。

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针对目前非侵入式负荷辨识方法对负荷特征信息挖掘不足和辨识模型规模庞大的问题，文中提出一种基于改进V-I轨迹的非侵入式负荷辨识方法。首先利用格拉姆角场（Gramian angular field, GAF）和颜色编码技术，将有功电流、瞬时功率、V-I_f轨迹进行融合形成新的负荷特征，然后通过深度可分离卷积（depthwise separable convolution, DSC）模块和混合空洞卷积（hybrid dilated convolution, HDC）模块优化卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）模型框架，构建轻量化负荷辨识模型，最后利用公开数据集进行实验分析。结果表明，文中所提方法的F1分数为0.953，可实现在减少软硬件资源占用的基础上进一步提升对用电负荷的辨识精度。

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针对虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）并网合闸或系统扰动时，存在的动态响应表现不佳、鲁棒性不足问题，提出一种基于改进模糊自适应的VSG扰动优化控制策略。首先，建立传统VSG控制的小信号模型，分析转动惯量和阻尼系数对系统扰动响应的影响机理；其次，结合VSG扰动时的功角曲线以及频率特性曲线，构建转动惯量和阻尼系数的自适应调节规则；再次，设计模糊控制器的隶属度函数和控制规则库，构建模糊控制器的参数调节机制；然后，引入论域伸缩因子，实现模糊论域的动态调整；最后，通过MATLAB/Simulink仿真平台搭建单台VSG并网模型，仿真结果表明所提控制策略在负荷扰动、频率波动以及并网合闸阶段，均能有效抑制功率振荡，提高VSG并网合闸以及系统扰动情况下的适应性。

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随着大规模可再生能源的并网和电力系统电力电子化水平的提升，近年来因惯量水平不足导致的电力系统运行稳定弱化问题时有发生。为此，准确评估高比例新能源电力系统的惯量水平，能够为惯量提升方案的制定提供基础，对于保障电网的安全稳定运行具有重要作用。鉴于此，文中提出一种基于含可变遗忘因子递推最小二乘的电力系统惯量评估方法。首先，构建含高斯白噪声的电力系统受控自回归滑动平均（controlled autoregressive moving average, CARMA）惯量评估模型；然后，使用赤池信息准则（Akaike information criterion, AIC）确定合适的辨识模型阶次，改善模型过拟合问题，并提出基于指数衰减型可变遗忘因子的改进递推最小二乘算法，通过增强算法对量测数据动态变化的跟踪能力解决数据饱和问题，从而提高惯量辨识结果的准确性；最后，基于算例仿真验证所提方法的有效性和优越性。

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源网荷协同互动及高灵敏度的可调资源精准调控对提升新型电力系统调节能力及有效性，促进新型电力系统高效、可靠运行有重要作用。因此，文中提出计及节点及资源灵敏度的源网荷协同互动精准调控方法。首先，从电网应用需求和节点可调资源2个角度阐述双层灵敏度分析方法总体思路，构建区域源网荷协同互动精准调控平台分层逻辑架构，以实现和应用双层灵敏度模型和精准调控方法。其次，面向电网侧提出第一层电力支路灵敏度分析模型，获得电力支路灵敏度矩阵，进一步对电力节点下聚合的多元化可调资源建立细粒度的第二层可调资源灵敏度分析模型，完成对可调资源调控灵敏度量化排序。然后，详细设计双层灵敏度分析结果的应用流程，明确对源、荷的调控序列及调控量。最后，通过算例分析验证所提模型和方法的有效性、合理性。结果表明，所提精准调控方法在解决电网多场景应用需求时能够精确选出高灵敏度节点，并有效排序出高灵敏度可调资源。

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天然气合成油（gas to liquid, GTL）以天然气为原料，具备优良的环保性能和电气性能，可用作新型变压器绝缘油。为更好地了解GTL绝缘油的产气规律，文中基于分子动力学仿真，构建GTL绝缘油微观体系，模拟其在电热联合故障下的分解过程。结合仿真结果，分析GTL绝缘油分解产物的种类和数量的变化趋势，并通过同位素标记法得到其产气路径和机理。仿真结果表明：GTL绝缘油分解的最终产物为C₂H₄、C₂H₂、CH₄、H₂、C₂H₆等小分子气体和自由基；随着故障温度的升高，GTL绝缘油的分解愈发充分；电热联合故障下，温度是影响GTL绝缘油分解的主要因素，强电场的存在会加速其分解；在相同故障条件下，GTL绝缘油分解产生的H₂和CH₄占比更高，相比传统矿物油提高了5%左右。文中研究成果将为GTL绝缘油变压器的故障诊断与状态评估提供理论支撑与参考。

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为解决传统模式识别分类器在变压器油纸绝缘缺陷局放超声混合脉冲识别中存在漏检的问题，文中提出一种基于改进YOLOv8的多源局放诊断模型。首先，采集3种变压器典型缺陷超声脉冲信号，使用连续小波变换（continuous wavelet transform, CWT）将单源脉冲映射为二维时频谱图并进行灰度化处理，在保留图谱时频特征相对强度信息下创建高对比度效果。然后，使用基于梯度惩罚生成对抗网络（Wasserstein gengrative adversarial network with gradient penalty, WGAN-GP）的数据增强方法对样本库进行扩充，解决超声脉冲缺陷训练用样本类间不平衡问题，并借助t-分布随机邻域嵌入（t-distributed stochastic neighbor embedding, t-SNE）算法对部分生成样本进行降维分析，剔除低质量生成样本，保证生成样本数据集质量。最后，引入全局注意力机制（global attention mechanism, GAM）对目标检测算法YOLOv8进行改进，提出适用于变压器局放超声时频图谱的多源局放脉冲诊断模型，使用该模型对多源局放测试集进行识别，各类型局放平均识别准确率可达95.67%，验证了文中方法的有效性。

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随着泛在电力物联网的快速发展，大量传感监测节点部署在电力系统的各个环节，用于实时监测电力装备运行状态及周围环境参数。当前传统供电方式已难以满足电力系统传感节点的供电需求，尤其是户外复杂环境下的输电系统，因此利用输电系统周围环境中的微能量为各种传感器供电成为潜在的解决方案。为此，文中面向电力输电场景，基于摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerator, TENG），将旋转型TENG与扑动型TENG进行结合，提出一种自供电多风向驱动的能量采集器，由基于旋转型TENG的风能采集模块和基于扑动型TENG的风矢量传感模块两部分组成。首先，通过测试风能采集模块的输出特性，提出备用电源的混合供电策略，实现由低到高多级风速下的蓝牙温湿度传感器高效供电。其次，验证表明风矢量传感模块可灵敏响应2.6~13.5 m/s范围内的8个方向风矢量，并建立输电线路截面风向角、风速范围与导线微风振动的逻辑关联，用于评估导线异常振动。最后，在此基础上开发由能量采集器、八通道信号采集电路、LabVIEW上位机构成的环境温湿度与风矢量监测的自驱动传感系统，可实时监测温度、湿度、风速、风向等参数，并通过分析多风向矢量信息实现导线微风振动预警。

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针对直流气体绝缘输电线路（gas-insulated transmission line, GIL）内部发生金属微粒污染时，金属微粒易附着在盆式绝缘子表面，威胁设备安全运行的问题。文中建立一种直流GIL电场仿真模型，结合直流GIL运行工况，选取毫米级金属微粒，综合考虑微粒尺寸、形态、附着位置以及多微粒聚集等因素，分析金属微粒缺陷对盆式绝缘子表面电场分布的影响。结果表明：单个微粒附着于绝缘子表面会导致电场强度超过安全阈值；毫米级微粒尺寸对电场畸变的影响存在边界递减效应；微粒附着位置的电势、曲率大小与绝缘子表面电场畸变程度呈正相关；当微粒为锥形、线形等不规则形状或者微粒呈纵向聚集时，绝缘子表面电场畸变程度急剧增大；在电压极性反转工况下，金属微粒附近电场畸变更为严重。

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为进一步提升考虑㶲效率的虚拟电厂调度的经济性和低碳性，提出一种考虑有机朗肯循环的虚拟电厂能源梯级优化低碳调度策略。首先，以提高热能“㶲”效率为目标，研究有机朗肯循环发电机理，建立其利用低品质余热出力的数学模型；其次，研究虚拟电厂中有机朗肯循环与电转气装置的耦合机理，建立考虑阶梯式碳交易的减碳引导模型，实现虚拟电厂热能梯级利用与低碳调度相耦合；然后，建立包含热电联供机组、燃气锅炉及气负荷的碳排放权模型，明确碳排放责任；最后，在荷侧建立包含电、热、气的多元负荷综合需求响应模型，并以虚拟电厂的总成本最低为优化目标，建立虚拟电厂能源梯级优化低碳调度模型。算例仿真表明，所提调度策略能有效提高虚拟电厂的能源利用率及低碳效益。

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接地装置在雷击下的暂态响应特性与工频响应特性存在较大区别，其接地阻抗会在土壤冲击特性的作用下降低。文中搭建土壤电参数频率特性测试平台，基于四极法对土壤交流电下的电参数频率特性进行测试，从而获得一定频率范围内土壤的介电常数实部和电导率的变化规律。同时，文中利用电导率与介电常数实部之间的频域关系验证测试结果的准确性。结合土壤的交流稳态响应和冲击暂态响应测试可得，计算电压波形均与测量电压波形具有较好的一致性，验证了土壤电参数的交流频率特性在冲击响应计算中的有效性。样品土壤的冲击响应测试和计算结果表明，考虑土壤电参数频率特性对冲击响应计算的准确性至关重要，可以为导体的冲击接地阻抗计算提供参考。