湖南电力

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特约主编寄语

粟梅

2023, 43(5): 1-2.

摘要 ( 50 )

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面向新型电力系统的数字实时硬件在环仿真综述

杜善周, 黄涌波, 卢国平, 高进, 覃宇翔, 刘永露, 袁亮

2023, 43(5): 3-10. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.001

摘要 ( 95 )

PDF (8566KB) ( 105 )

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随着新能源的接入比例不断升高与电力电子设备的广泛应用,数字实时硬件在环仿真已经成为新型电力系统仿真分析的重要手段。在此背景下,综述数字实时硬件在环仿真的国内外研究现状,讨论提高仿真效率与精确度的关键技术,以及该过程中存在的疑难点。从数字实时硬件在环仿真的发展历史出发,首先讨论数字实时仿真的元件建模,包括R_on/R_off与L/C两类器件建模方法;随后归纳戴维南等效、诺顿等效与频率相关网络等值三类接口电路等效方法;接着讨论高速率并行算法、基于不同计算单元的仿真平台架构与硬件在环仿真的类型;然后总结典型数字实时硬件在环仿真的基本流程及其在新型电力系统中的应用实例,最后总结各类架构与算法的优缺点、适用场景。

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光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路及检测方法研究

李炅, 姜利, 宁光富, 吴晋波, 何智强

2023, 43(5): 11-15. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.002

摘要 ( 64 )

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提出了一种光伏板对地绝缘阻抗检测电路及检测方法,包含1个光伏板负极对大地的电压采样电路、2个电子开关和3个平衡电阻。为平衡光伏板负极与大地之间的采样电阻,在光伏板正极与大地之间并联一个与采样支路阻值相当的平衡电阻,在绝缘性能正常时,使光伏板负极与大地之间采样点电压不会出现极小的情况,降低对电压采样精度的要求。在光伏板正负极与大地之间分别并联一个由电子开关和电阻相串联组成的支路,各支路所串联的电阻阻值与满足漏电流标准的临界绝缘阻抗值相当。当光伏板某一极阻抗下降时,将另一极电子开关闭合,接入相应的平衡电阻,提高采样电压对电路阻抗变化的敏感度,从而计算出电路的实际阻抗值。此方法能够在低精度电压采样下得到准确的绝缘阻抗计算值,提高了检测的可靠性。

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面向新型电力系统的双有源桥变换器及其混合调制研究

张艺明, 谢荣焕, 陈孝莺

2023, 43(5): 16-22. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.003

摘要 ( 70 )

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新型电力系统以高比例的新能源并网为主,直流变压器作为其中重要的能量管理环节,需要具备更高的性能和转换效率。为了减小直流变压器的电流有效值并提升控制的灵活性,提出一种基于可调制耦合电感的组合式双有源桥变换器。该变换器通过调制脉宽调制信号来控制可调制耦合电感的等效感值,并无需额外的辅助电路。为了减小变换器的电流有效值,当变换器工作在轻载且电压不匹配时,可调制耦合电感控制成较大的等效电感;当变换器工作在重载时,可调制耦合电感控制成较小的等效电感。同时,基于可调制耦合电感的工作原理提出变换器的混合调制策略,并设计最小电流复合控制律。最后,通过试验对该拓扑进行验证,结果表明所提出方案的有效性。

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基于模型预测控制的多时间尺度孤立电网多源协同优化调度

杜善周, 黄涌波, 菅云峰, 徐靓, 宋啸宇, 袁亮

2023, 43(5): 23-30. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.004

摘要 ( 47 )

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在大力发展可再生能源和储能技术的背景下,孤立电网中常含多种能源发电方式构成的异构电源,其中可再生能源出力的随机性和波动性给系统的安全经济运行带来了巨大挑战。针对孤立电网中的源侧协同控制问题,提出了基于模型预测控制的多时间尺度孤立电网多源协同优化调度策略。构建日前-日内-实时的多时间尺度协同优化调度模型,实现对孤网源侧具有前瞻性的、逐级精细的调控。针对含连续变量和二进制变量的优化模型,采用混合粒子群算法求解。将所提出的模型分别应用到两个孤网系统算例中,通过仿真分析,证明了所提方法保证系统安全经济运行的可行性和有效性。

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面向串联补偿三相并网逆变器的模拟阻抗控制策略

邓紫妮, 粟梅, 孙尧, 林建亨

2023, 43(5): 31-37. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.005

摘要 ( 45 )

PDF (14840KB) ( 31 )

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串联补偿是一种提高可再生能源发电站长距离输电能力的常见方案,然而并网逆变器和串联补偿电力线之间的相互作用会带来振荡问题,威胁电力系统的安全运行。为此提出一种无锁相环的扩展模拟阻抗控制策略,在弱电网和高串补度电网中稳定系统。此外,还通过稳定性分析验证该方法的有效性;进行特征值分析,以指导参数设计。最后,通过模拟和实验结果验证了理论分析和所提控制策略的有效性。

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小流域高精度气象水情测报系统研究

张弘强, 张军, 肖建红, 袁楷奕, 田海平

2023, 43(5): 38-42. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.006

摘要 ( 34 )

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针对地处偏远、气象资料缺乏的小流域,结合遥感监测技术,在小流域建立具有高时空精度的气象水情测报系统,补充小流域气象数据,为后期的气象预报和降雨径流等相关模型研发工作提供数据支撑,从而充分发挥小水电在电网的位置优势,增加新能源消纳空间。

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基于阴影检测的双模式光伏最大功率点跟踪算法

左啸云, 罗珍珍, 刘宏毅

2023, 43(5): 43-48. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.007

摘要 ( 42 )

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光伏发电作为电力电子化新型电力系统的重要组成部分,具有随机波动性,如何提高其供电效率和可靠性成为一个具有挑战性的问题。为此,提出一种基于阴影检测的双模式最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法,通过基于长短期记忆神经网络的光伏功率预测模型来检测局部阴影遮挡情况。针对系统正常运行和局部阴影遮挡两种工况,基于径向基函数神经网络实现局部阴影下的光伏MPPT,同时采用传统的扰动观察法实现正常运行条件下的MPPT。在MATLAB/Simulink环境下建立光伏系统模型并分析所提算法在不同工况下的性能,验证了所提MPPT方法的有效性。

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基于小波相对滑窗能量的直流微电网故障诊断方法

石曼伶, 罗珍珍, 郑鑫龙, 粟梅

2023, 43(5): 49-54. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.008

摘要 ( 36 )

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针对直流微电网故障信息少、低阻故障下电流上升快而诊断速度要求高的难题,提出一种基于小波滑窗能量和支持向量机的故障诊断方法。该方法在采集本地电流进行小波分解的基础上,计算各级小波系数的相对滑窗能量,从而构造出维数低、区分度高的故障特征向量,结合多分类支持向量机可以实现短路故障、接地故障和正常运行工况的快速准确诊断。基于MATLAB/Simulink的仿真测试结果表明,所提故障诊断方法能够快速准确地识别直流微电网的短路故障和接地故障。

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移动式V2N装置双向AC-DC电源拓扑及其调制技术研究

邱文辉, 瞿耀辉, 粟梅, 李金亮, 万代, 许国

2023, 43(5): 55-60. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.009

摘要 ( 36 )

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针对新能源并网的主动支撑应用需求问题,选取三相全桥AC-DC变换器加双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的两级式结构作为研究对象。在器件寄生电容的影响下,DAB变换器会面临软开关难以实现的问题;且在宽电压范围应用场合下,传统的拓展移相(extend phase shift,EPS)控制在远离单位电压增益点时会带来较大无功环流问题。因此,提出一种拓扑结构及其调制方法,通过添加激磁电感来注入额外的激磁电流,从而保证DAB变换器的全负载范围软开关实现,同时通过对传统EPS控制进行改进,保证宽电压范围下的高效率传能。最后搭建一个20 kW全SiC器件的实验样机,对装置进行稳态测试及软开关性能测试,验证了所提方法的有效性。

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一种低开关次数和高电压增益的准Z源逆变器不连续调制

易文静, 曹昆, 孟雨薇, 罗朝旭, 程谆

2023, 43(5): 61-70. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.010

摘要 ( 74 )

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准Z源逆变器因输入电流连续、结构简单等优势被广泛地用来代替传统的两级结构。针对现有调制策略存在的生成栅极信号复杂、逆变桥开关器件切换次数过多、开关管的开关损耗大和电压增益不足的问题,提出一种低开关次数和高电压增益的准Z源逆变器不连续调制策略。该策略在每个周期内使用更少的参考信号即可生成栅极控制信号,同时这种不连续调制策略的开关信号在每个基频的部分周期内被钳位到正极或负极,使得逆变器开关次数显著减少,进而降低了开关管的开关损耗。此外,通过合理设计直通时间和直通插入位置,获得最大输出电压增益。MATLAB/PLECS仿真和RT-LAB实验结果验证了该调制策略的正确性和有效性。

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非接触式电压/电场传感器研究综述

柯锟, 杨庆, 邱震辉, 廖伟, 周江霖

2023, 43(5): 71-78. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.011

摘要 ( 61 )

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安全、准确获取电力系统的电参量数据可保障电力系统安全稳定运行。相比于传统的电压测量,非接触式测量技术因无需与一次设备有直接的电气连接而具备更高的安全性,同时具有体积小、频带宽、瞬态响应特性好等特点,可以满足现代电网分布式传感网络的需求。详细介绍耦合电容式电压传感、基于电流积分法的电压传感、D-dot电场传感、基于电光效应、压电效应、静电力效应的电场传感等技术,分析上述感知方法的优势及存在的问题,同时介绍电场反演电压的方法。最后对非接触式电压/电场传感技术进行了总结并就发展前景进行了展望。

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基于改进RetinaNet算法的输电线路电力器件及异常目标检测

彭紫扬, 陈诺天, 易俊飞, 陶梓铭, 毛建旭, 谢锦莹

2023, 43(5): 79-84. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.012

摘要 ( 42 )

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根据电力作业场景的实际需求,针对电力设备可能存在遮挡和检测目标较小、难以识别等问题,采用自适应样本选择方法中的样本分配策略来解决设备遮挡问题。同时,采用CIoU损失函数克服小目标识别困难问题,进一步提高检测准确性。此外,通过数据增强方法增加算法的鲁棒性,优化检测效果。理论和实践结果均显示,该优化后的算法能够显著提高输电线路电力器件及异常目标的检测准确性,从而实现对输电线路电力器件及异常目标的有效检测。

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金属化合物催化煤燃烧规律的实验研究

饶华, 徐慧芳, 吴爱军, 宾谊沅, 杜伟, 成珊

2023, 43(5): 85-91. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.013

摘要 ( 19 )

PDF (10252KB) ( 128 )

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采用热重分析的方法,对某湖南烟煤在空气氛围下进行最终温度为1 150 ℃的燃烧实验。在煤中添加不同比例的CaO、Fe₂O₃、NaCl和MgO,以此来探究金属化合物对煤燃烧特性的影响。实验结果表明:煤粉中添加适量特定的金属化合物能够降低着火温度、改善燃烧的稳定性、提高煤粉的燃烧效率。金属化合物CaO、Fe₂O₃、NaCl和MgO对煤粉燃烧的催化作用存在差异,添加NaCl、Fe₂O₃使煤粉燃烧剧烈,有利于煤粉燃尽。其中NaCl综合催化燃烧作用最好,添加NaCl试样着火温度下降了约22 ℃。随MgO添加比例的降低,C_b、G、H_j判别指标均呈现增大趋势,可燃性更好。添加CaO、MgO使煤粉着火温度升高,煤粉燃烧稳定性及燃尽效果变差,且CaO的影响比MgO大。NaCl添加比例为8%时催化燃烧效果最好。

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对称斜肋强化片式散热器换热性能研究与优化

吴忧然, 师春雨, 刘伟, 张学伟, 刘志春

2023, 43(5): 92-98. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.014

摘要 ( 27 )

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对在某大型油浸式变压器的片式散热器中相邻散热片之间的矩形空气通道布置对称斜肋开展数值研究,将对称斜肋的长度L_f和高度H_f作为控制斜肋形状的结构参数。数值计算结果表明,L_f和H_f对于增大矩形通道努塞尔数(Nu)表现出协同作用,H_f对矩形通道摩阻系数f的影响更强。通过克里金法建立矩形通道的目标性能与设计参数之间的代理模型,最后通过多目标优化算法得到了最佳参数组合,该参数组合下与光滑矩形通道相比,矩形通道Nu数提升至2.26倍,f提升至3.39倍,综合换热性能指标为1.52。

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一种低电压应力的隔离型SWISS整流器

周万传, 张旭, 罗朝旭, 程谆

2023, 43(5): 99-108. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.015

摘要 ( 44 )

PDF (19057KB) ( 23 )

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针对单管正激SWISS整流器高频开关管电压应力大、移相全桥SWISS整流器有直通风险等问题,基于传统SWISS整流器进行设计,提出一种双管正激SWISS整流器拓扑。将双管正激变换器和SWISS整流器进行结合,实现了SWISS整流器的电气隔离,减小了高频开关管的电压应力;同时,输出电路的每个桥臂由一个二极管和一个开关管串联组成,提高了整流器的可靠性。对双管正激SWISS整流器的工作原理和开关管的电压应力进行详细分析,并针对扇区边界处输入电流振荡问题,设计一种两级滤波器用于抑制电流振荡。最后在仿真平台验证了该整流器拓扑的可行性和两级滤波器的有效性。

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基于改进非奇异快速终端滑模反演控制的风力发电系统最大功率跟踪

李圣清, 陈欣, 文颜烯, 姚鸿德, 邓娜

2023, 43(5): 109-115. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.016

摘要 ( 45 )

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针对永磁直驱风力发电机系统的最大功率跟踪存在非线性、系统参数不确定及外部扰动问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模反演控制策略。针对转速跟踪问题,将系统参数不确定与外部扰动定义为集总扰动,用观测器快速精确估计之后补偿。采用反演控制法处理非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律,同时设计滑模控制律,提高系统收敛速度与跟踪精度。通过李雅普诺夫理论与仿真实验证明该系统的稳定性与有效性。

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基于18相风力发电系统容错控制策略研究

周诗嘉, 黄守道, 荣飞, 杨光源, 辛清明

2023, 43(5): 116-120. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.017

摘要 ( 30 )

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针对一种18相风力发电系统的绕组结构特点,对多相风机的故障工况进行了分析,多相电机系统可能出现的故障可以直接看作开路故障,等效为电机的缺相运行。通过分析机侧、网侧能量传输机理,对系统中绕组开路及变流模块故障后的三相不控整流器的输出电流参考值进行重新整定,提出相应的容错控制方法。最后,通过仿真对变流模块故障的电流重分配控制策略及直流短路故障控制策略的有效性进行了验证。

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基于泰森多边形的配电网GIS图美化算法

陈挺, 徐恩, 王浩文, 谢小林, 吴倩

2023, 43(5): 121-128. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.018

摘要 ( 43 )

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基于对地理信息系统(geographic information system,GIS)图形美观技术的需求,将基于泰森多边形的缓冲区骨架线提取技术应用于配电网GIS图中,提出基于泰森多边形的配电网GIS图美化算法。首先通过缓冲处理把若干条距离相近的馈线合并为一个整体,得到包络缓冲区;再利用泰森多边形,得到该缓冲区的中心线和每段“廊道”所包含的具体馈线段;然后等间隔排列此段廊道内的所有馈线段;再采用“前推后代”法得到整条馈线上、下级线段之间的连接关系;最后将相关配电设备和开关设备接入其所属馈线段,即完成整条馈线的美化。该算法解决了配电网GIS单线图美化的技术难题,使其经程序自动化处理后即可用于配电网地理接线图的规划编制工作。

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基于电力生产实际的配电网电容电流测试新方法

饶新亮, 龚鹤腾, 胡海宁, 石英春, 刘维可, 田睿

2023, 43(5): 129-133. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.019

摘要 ( 23 )

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以电力电缆为主的配网系统正在逐步取代传统架空线路为主的配网系统,城市配网系统的电容电流快速增长,传统电容电流测量方法已经不能满足电力生产的实际需求。针对电力生产的实际情况,分析传统电容电流测量方法原理和生产应用中的局限性,并针对性提出一种带消弧线圈测量配电网电容电流的方法。该方法通过引入两个新增变量(消弧线圈电感L和阻尼电阻r),重新构建电容电流测量模型,推导出10 kV配网系统对地电容的高阶微分方程,并采用迭代算法进行求解。通过10 kV真型配电网试验场的现场试验,该方法的有效性和正确性得到验证,电容电流测试工作的安全性和效率性得到进一步提升。

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液态金属局部流速测量技术对比研究

肖辉, 刘志春, 王苏豪, 张显均, 兰治科, 卓文彬, 王盛

2023, 43(5): 134-143. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.020

摘要 ( 36 )

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流场分布会影响能源系统关键设备内的流量、温度、氧浓度及应力分布,获取准确流场分布可提升结构设计能力及系统运行的可靠性。为选择先进核能系统金属冷却反应堆内合适的液态金属流场测量方式,分析适用于液态金属的局部流速测量技术,对比不同测量技术的研究进展及优劣。结果表明,当前尚未有适用于工程的成熟商业化金属流场测量仪器,介入式方法中,皮托管、电磁探针及电涡流探针的技术成熟度较高;非介入式方法中,超声多普勒技术成熟度最高,电磁感应成像应用前景较好。在此基础上,针对典型反应堆内运行环境推荐测量技术,其中电磁感应法因无需添加粒子、时间分辨率高而具有更广适用性。

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采用改进共生生物搜索算法的大规模电动汽车接入微电网协调优化研究

康童, 朱吉然, 唐海国, 周恒逸, 周可慧

2023, 43(5): 144-150. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.21

摘要 ( 46 )

PDF (6636KB) ( 39 )

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针对大规模电动汽车接入微电网运行问题,首先分析包含电动汽车的微电网架构、运行模式、输出特性和数学模型等,并利用蒙特卡罗方法建立电动汽车无序充电负荷模型,建立以微电网综合成本和峰谷差最小的目标函数。其次,为了求解该复杂、高维、非线性模型,且为提高标准共生生物搜索算法的寻优性能,提出改进型共生生物的搜索算法。该算法在标准SOS算法的生物种群初始化阶段采用准反射学习机制;在互利共生搜索阶段采用改进受益因子策略;在偏利共生搜索阶段采用收缩随机数产生因子区间策略。最后,通过电动汽车无序充电和协同优化运行场景实验,对微电网综合运行成本和峰谷差进行对比验证,结果表明,本文所提方法的科学性和有效性。

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基于jieba中文分词的电力客户精准分类方法

高攀, 李飞, 彭远豪, 张璨辉, 彭海君

2023, 43(5): 151-154. doi:10.3969/j.issn.1008- 0198.2023.05.022

摘要 ( 51 )

PDF (3356KB) ( 52 )

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针对电力营销中基础数据中的客户细分,提出一种基于jieba中文分词实现大客户精准分类的方法。首先构建包含客户基本类别的自定义字典,利用jieba分词对文本数据完成分词;其次,基于分词结果中的高频词和关键词,分析统计部分分类规律、构建分类特征库,将分类特征库作为神经网络预训练模型的输入,训练客户分类的神经网络模型,最终输出电力客户的精准分类结果。该方法解决电力系统数据库中用户类别不清晰或分类方法过于复杂的问题,为电力公司制定客户差异化服务提供基础。

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