当期目录

2023年 第43卷 第3期    刊出日期：2023-06-25

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“含风、光、储、充等分布式灵话资源的新型配电系统先进电能变换与运行控制技术”专栏

特约主编寄语

2023, 43(3):  1-1. 

摘要 ( 45 )   PDF (1046KB) ( 28 )  

相关文章 | 计量指标

可再生能源大规模制氢系统最优效率控制方法

孟鑫, 陈茂林, 王雄正, 杨浩冉

2023, 43(3):  2-8.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.001

摘要 ( 112 )   PDF (7877KB) ( 146 )  

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利用可再生能源大规模制取氢气是实现可再生能源消纳和平抑波动的重要技术手段,针对大规模具有间歇性可再生能源制氢系统的优化运行问题,提出了一种并联制氢装置的效率优化控制方法。首先建立了制氢装置的效率模型,其次通过构建多并联制氢装置的效率优化目标函数和约束条件,采用穷举算法优化不同输入功率时各并联制氢装置的最优功率分配值。最后通过MATLAB仿真验证该策略的有效性和可行性,并与功率均分、分级投切方式下的运行效率比较,结果表明,提出的效率优化控制可有效提高波动功率下并联系统的运行效率。

基于融合模型驱动和数据驱动的电动汽车充电负荷预测

李奕杰, 宋恒, 叶晨晖, 申庆祥

2023, 43(3):  9-15.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.002

摘要 ( 122 )   PDF (6869KB) ( 69 )  

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目前对电动汽车充电负荷预测的研究未解决实际应用中无法实时获得起迄点(origin destination, OD)数据并考虑车主的现实感知决策心理的问题。针对此问题,在综合考虑动态交通信息、环境温度、实时车流量、排队论等方法的基础上,建立一种城市交通系统OD流量预测的新型深度学习架构,完成电动汽车充电负荷时空分布预测。首先分析城市交通路网信息、日类型和天气等多种因素对电动汽车行驶规律的影响,通过双向长短期记忆递归神经网络算法分别获得相应私家车和出租车驾驶行为的起讫点。其次引入考虑动态交通信息及交通路口流量的路段阻抗与节点阻抗模型和考虑环境温度和车辆实时速度的空调能耗模型,采用实时Dijkstra算法为电动汽车起讫点规划最小出行成本的行驶路径,模拟电动汽车用户的驾驶行为。最终在不同应用场景下完成不同类型电动汽车的路径规划试验和充电需求预测试验。结果表明,所得充电需求时空分布特征与客观需求相符合。

基于双输入式改进型二阶广义积分器的频率检测优化方法研究

黄太昱, 韩伟, 马伟东, 刘超, 党一奇

2023, 43(3):  16-20.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.003

摘要 ( 65 )   PDF (4882KB) ( 63 )  

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针对复杂电网下分布式电源并网点电压易出现扰动、不平衡等非理想工况,对频率信息的准确检测产生不利影响的问题,利用改进型二阶广义积分器工作原理,提出基于双输入式改进型二阶广义积分原理构造的频率检测器,在频率扰动、电压三相幅值不平衡、直流分量偏移等复杂工况下,实现对频率信息的准确检测。仿真试验结果表明,所提方法在频率扰动、幅值不平衡、直流偏移工况下频率检测值超调量更小,且不会出现检测值振荡的情况,验证了其在频率检测动态性能方面的有效性和准确性。

“用电能效与综合能源”专栏

考虑需求响应的乡村综合能源系统源网荷储协调规划模型研究

刘莹, 宋丽敏, 龚强, 吕森, 陈森, 谢宁

2023, 43(3):  21-28.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.004

摘要 ( 94 )   PDF (6263KB) ( 113 )  

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为推进综合能源系统源网荷储一体化发展,促进综合能源系统清洁化转型建设,满足能源行业转型升级对于综合能源系统“低化石能源消费量、高能源利用效率”的要求,提出一种乡村型综合能源系统源网荷储协调规划模型。相较于传统综合能源系统规划方法,模型考虑了需求响应及储能在提升综合能源系统能源利用效率方面的作用,并对系统的碳排放成本加以考量,以提升减碳效益。以浙江省某乡村型综合能源系统为例进行实例分析,并将仿真结果与原始能源消耗及碳排放情况进行对比,结果表明所提出的综合能源系统源网荷储协调规划模型在降低系统能源消耗量、减少系统碳排放方面具有良好效果,所提出的协调规划方法具有良好实际应用价值。

基于遗传算法计及充电行驶距离的电动汽车充电网络规划

谢鹰, 郑众, 刘剑峰, 高希, 李大祥

2023, 43(3):  29-36.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.005

摘要 ( 60 )   PDF (6778KB) ( 89 )  

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为缩短电动汽车充电行驶距离,提升车主充电便利性,建立了基于流量需求模型(flow capturing location model,FCLM)的电动汽车充电网络随机规划模型。在充电站建造数目给定的前提下,通过优化充电站建设地址,在保证电动汽车充电行驶距离满足机会约束的同时,最小化整个交通网络中的电动汽车平均充电行驶里程。所建立的规划模型为考虑机会约束的0-1整数规划问题,采用基于可行性法则的遗传算法(genetic algorithm,GA)对其进行求解,为提高求解性能对遗传算法中的交叉、变异算子进行改进。最后,采用基于25节点交通网络的算例验证所提模型与求解方法的有效性,并对不同规划边界条件下充电行驶距离概率分布特性、置信度与充电站建造数目对规划结果的影响进行了分析。

气电互联综合能源系统多目标优化模型研究

李梦露, 乌云高娃, 姜鹏

2023, 43(3):  37-44.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.006

摘要 ( 63 )   PDF (6952KB) ( 28 )  

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针对目前以煤炭等化石能源为主的能源供给与消费模式带来的能源紧张与环境恶化问题,借鉴综合能源系统的开发利用思路,研究电转气(power to gas,P2G)技术原理下的气电互联综合能源系统优化调度运行问题。通过构建P2G参与气电互联综合能源系统多目标协同优化运行模型,在P2G碳捕捉效应、气电耦合效应等功能特征基础上,借助布谷鸟算法对多目标进行处理。算例结果表明,P2G设备接入后,具备有效降低弃风率、削峰填谷、提升碳减排效益等作用,为可再生能源消纳提供了新途径。

综合能源系统电-气-冷-热互济协调规划模型研究

郭峻男, 张鹏, 王坦, 谢添添, 岳广伟, 谢宁

2023, 43(3):  45-52.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.007

摘要 ( 56 )   PDF (6538KB) ( 38 )  

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传统能源系统往往单独进行运行分析而忽略掉各能源系统之间的耦合关系,导致不同能源之间无法充分互补。综合能源系统能够整合一定区域内的多种能源以保证满足多元化需求,同时提高能源利用效率,已成为支撑能源转型的重要技术。首先介绍综合能源系统中电-气-冷-热各个耦合设备的建模,并在此基础上进行综合能源系统潮流分析,进一步构建各能源协同互济的综合能源系统协调规划模型,最后结合实例验证综合能源系统的可行性与实用性。

研究与试验

基于尾流效应与机器学习的风功率预测研究

余忠泽, 刘震卿, 马驰

2023, 43(3):  53-59.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.008

摘要 ( 81 )   PDF (6428KB) ( 69 )  

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针对采用Jensen尾流解析模型分析尾流效应时,未考虑上游风机所带来的附加湍流强度对下游风速恢复的影响,从而导致严重高估尾流区风速损失的问题,提出采用高斯尾流模型考虑尾流效应,并与机器学习算法相结合,对现有基于物理效应启发的短期风功率预测方法进行改进,使得短期风功率预测模型在尾流区预估风速精度方面从理论上得到提高。以真实风电场历史风电数据开展实验,结果表明,与不考虑尾流效应相比,模型预测性能在均方误差方面降低约15%;与基于Jensen尾流解析模型的预测方法相比,模型预测性能在均方误差方面降低约7%。

钢中Mn的质量分数对热浸镀锌的影响

宋智峰, 王猛, 王鑫铭, 封举宁, 胡静娴, 刘艳, 吴煜

2023, 43(3):  60-63.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.009

摘要 ( 76 )   PDF (4297KB) ( 26 )  

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利用扫描电子显微镜、能谱仪等设备,研究纯铁、Fe-0.3%Mn、Fe-0.8%Mn、Fe-1.3%Mn、Fe-1.8%Mn、Fe-2.5%Mn合金在450 ℃纯锌浴中浸镀30~480 s后,Fe-x%Mn合金镀层的组织变化及生长动力学。结果表明:随着Mn质量分数的增大,镀层组织基本为ζ相和δ相,当Mn的质量分数≥1.8%,镀层开始出现裂纹;在Fe-x%Mn合金镀层生长动力学中,随着锰元素的添加,镀层厚度较纯铁镀层都有一定的降低,且随着浸镀时间的延长,镀层厚度的增长速度也在增加,Fe-Mn合金的生长机制主要由扩散机制控制;在浸镀过程中,扩散通道从液相开始、穿过ζ相、进入δ相,锰元素质量分数的增大会使扩散通道向真实合金成分偏离。

基于粒子群优化算法的分布式电源最优配置研究

杨瑾, 宋春, 杨楠

2023, 43(3):  64-69.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.010

摘要 ( 93 )   PDF (4755KB) ( 75 )  

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随着大量的分布式电源及电动汽车集群接入配电网,负荷的种类呈现多元化的特点。分布式电源的随机性和波动性给配电网的规划带来了巨大挑战,为此,提出多元化负荷接入适应配电网的规划方法研究。首先,以线路允许接入的分布式电源容量最大为目标,建立配电网规划模型;然后通过在每个节点接入分布式电源生成海量允许接入的待选方案,使用粒子群优化算法对模型进行求解,生成分布式电源容量最优配置方案;最后分析分布式电源接入配电网后对配电网造成的影响。实际算例仿真结果验证了模型的有效性和合理性。

基于组合赋权和改进灰色关联的配网运行水平评估方法

兰征, 郭凯涛, 尹锐, 邹彬, 曾进辉, 谭友奇, 李娟

2023, 43(3):  70-76.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.011

摘要 ( 71 )   PDF (4911KB) ( 60 )  

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合理评估配电网的运行水平,可为配网的规划、改造及运行优化提供参考,对配网的安全稳定运行有着极其重要的意义。利用影响配网运行水平的相关指标,提出基于组合赋权和改进灰色关联的配网运行水平评估方法。首先,引入配网运行水平各评估指标之间的相关性关联系数,采用组合赋权法对各指标的综合权重进行修正,进而求得各区域的综合评价指标,从而识别出配网运行水平的薄弱区域,得到亟需改造的目标区域。然后,引入均差影响系数改进传统灰色关联法,求出配网运行水平影响因素与综合评价指标的关联度,从而得到各影响因素对配网运行水平的影响程度。最后,通过对某地的实例分析,验证了方法的有效性和优越性。

新技术及应用

基于大数据挖掘与规则引擎的智慧辅助监盘系统研究

周慧, 王瑶, 罗仁强, 党俊榜, 肖振馨, 赵航

2023, 43(3):  77-81.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.012

摘要 ( 83 )   PDF (4526KB) ( 96 )  

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为提高电厂监盘智能化水平,以大数据技术为支撑,依托各类先进的机器学习算法,提出一种基于大数据挖掘与规则引擎的智慧辅助监盘系统。该系统建立发电企业各类系统和设备的预警模型,能精准发现参数与设备状态异常,降低运行人员监盘压力;在设备故障早期进行预警,并对所发生预警信息进行故障识别与故障处理指导。测试结果表明,该系统有利于实现对电厂设备状态的全面监测,进一步提高机组运行水平和设备健康水平。

基于磁流变脂的电力变压器减振装置设计

鲁新生, 徐胜, 葛晨, 任杰

2023, 43(3):  82-87.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.013

摘要 ( 66 )   PDF (6191KB) ( 45 )  

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电力变压器在运行过程中会产生噪声,安装减振装置是控制噪声的有效手段之一,针对现有电力变压器减振装置阻尼不可调的缺点,设计一款新型磁流变脂减振器。首先分析变压器振动噪声产生机理和磁流变脂力学特性,论证了减振的可行性。然后设计减振器的结构并进行磁场仿真,结果显示所设计的电磁场可以满足磁流变脂的调控需求,改变线圈电流可调整减振器阻尼大小。最后设计自适应模糊PID控制算法,根据加速度传感器采集到的振动信号调整输出电流,以获得更好的减振效果。仿真结果表明,该算法超调量低、鲁棒性好,为电力变压器的噪声控制提供一种可行的变阻尼减振方案。

改进灰色预测模型在电力负荷预测中的应用

杜伟春, 罗宏波, 杨楠

2023, 43(3):  88-93.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.014

摘要 ( 72 )   PDF (5661KB) ( 96 )  

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传统的灰色电力负荷预测模型存在预测精度低的缺陷,以灰色系统中的GM(1,1)模型为基础,通过分析模型存在的局限性,给出解决方案以提高负荷预测的精度。针对原始数据中可能存在异常数据导致的预测结果精度较低的问题,采用对原始数据进行平滑处理的方法,以降低异常数据对预测结果干扰的影响;考虑到传统GM(1,1)模型中的初始值通常选择的是历史数据中最早一年的数据,存在与未来关系不密切且规律性低的问题,采用历史数据中最新一年的数据作为预测模型的初始值;采用残差处理的方法对原模型进行修正,以提高预测精度。综合考虑上述三种改进方法,对传统灰色系统的GM(1,1)模型进行改进。基于某地区实际算例的仿真结果表明,相对于传统的灰色预测模型,改进后的模型预测结果精度大大提高,验证了改进措施的有效性。

配电网接地环视觉识别与定位方法研究

熊希曦, 王旭红, 文艺

2023, 43(3):  94-102.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.015

摘要 ( 55 )   PDF (8632KB) ( 43 )  

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为保障带电作业机器人挂设接地保护线的准确性,对配电网接地环的精准识别与定位方法展开研究。为提高识别精度和易于部署在上位机上,以YOLOX-S为基础,用简化的BiFPN代替颈部PAFPN特征利用层,将GIoU-Loss作为定位损失函数,以Focal Loss作为置信度预测损失函数。采用双目视觉方法对检测到的接地环进行定位,根据双目相机标定获得相机的内外参数和畸变系数,对左右图像进行立体校正,采用半全局立体匹配算法获得图像视差,最终利用重投影矩阵得到接地环的深度和坐标,从而实现接地环的精准识别与定位。将所提方法运用于带电作业机器人挂设接地保护线试验,结果表明该方法能实现机器人精准挂线,并能推广到电力机器人的其他作业。

经验与探讨

输电线路导地线图像识别算法综述

刘道生, 赖勇耀, 陈星蓉, 刘晖

2023, 43(3):  103-108.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.016

摘要 ( 81 )   PDF (4881KB) ( 43 )  

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基于图像识别算法可以提高输电线路导地线巡检的效率和可靠性,介绍导地线图像识别算法的研究现状,分析图像预处理、导地线提取和缺陷识别三个关键步骤的主流算法,并对其中的不足之处进行了简要分析,对输电线路导地线图像识别算法的未来研究方向进行了展望。

基于交流特高压电网电压波动的自动电压控制系统技术应用

张袁旺, 李玉齐, 张硕, 时国瑜, 支晓晨

2023, 43(3):  109-114.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.017

摘要 ( 102 )   PDF (5217KB) ( 78 )  

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介绍特高压电网电压波动原理与特高压电网无功控制体系,以华东特高压电网电压波动为研究对象,采用主流的AVC控制优化模型、搭建仿真模拟平台的方法进行分析,并通过应用验证了该策略可有效改善发电厂因特高压电网电压波动受调度机构考核AVC的结果,在工程应用方面为提升电厂AVC合格率、减少调度机构对发电厂AVC考核提供了有效参考。

基于全寿命周期成本的变电站设计方案比选方法研究

梁金正, 梁九龄, 熊振冬, 郝俊聪, 孙超, 李希喆

2023, 43(3):  115-119.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.018

摘要 ( 58 )   PDF (5180KB) ( 95 )  

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电网设备成本核算精细化、价值管理精益化、投资精准化的要求不断提高。在此背景下,考虑自建造至退役期间变电站设备所涉及的成本消耗,构建准确反映全寿命周期成本的各个指标,选取110 kV户外、户内变电站进行实例验证,比较不同类型变电站在全寿命周期成本各个子指标的差异。

故障与分析

集中式新能源电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法

李毅, 靳江江, 张鹏, 李春丽

2023, 43(3):  120-124.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.019

摘要 ( 62 )   PDF (3824KB) ( 57 )  

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基于一起集中式新能源电站联络线单相接地典型故障,分析故障零序电流特性,提出小电阻接地电站联络线零序阻性电流差动继电保护方法。联络线两侧电站均为小电阻接地的方式,联络线单相接地时零序差动阻性电流分量是一个恒定量,与联络线及两侧电站对地电容量无关。该方法提升了对电站联络线单相接地故障判别的准确性、灵敏性。

基于时域特征参数与振动信号分析的有载分接开关故障诊断

杨彤, 姜晓峰, 阳瑞霖, 陈威

2023, 43(3):  125-132.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.03.020

摘要 ( 75 )   PDF (6123KB) ( 89 )  

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由于有载分接开关(on-load tap changer, OLTC)需要频繁切换和具有严格的运行条件,OLTC已成为电力变压器中最脆弱的部分之一,OLTC故障的准确诊断对保障电力系统稳定运行意义重大。基于变分模态分解将OLTC振动信号分解为数个模态分量,基于模态分量提取OLTC振动信号的时域特征参数,并利用一系列故障模拟对OLTC振动信号时域特征参数进行统计性分析。通过这些时域特征参数建立OLTC振动信号数据库,从而实现OLTC故障的诊断。