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2023年 第43卷 第1期    刊出日期：2023-02-25

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院士寄语

院士寄语

罗安

2023, 43(1):  0-0. 

摘要 ( 137 )   PDF (965KB) ( 113 )  

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研究与试验

基于改进鲸鱼算法的配电网层级模型故障区段定位

张尚德, 张莲, 赵梦琪, 贾浩, 谢文龙, 季鸿宇, 黄伟

2023, 43(1):  1-7.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.001

摘要 ( 198 )   PDF (5596KB) ( 148 )  

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配电网在大量接入分布式电源后,增加了网络结构的维度、发生故障时潮流方向的不确定性。针对采集或上传故障电流信息时会发生信息畸变和区段故障位置的复杂性,提出配网层级模型故障定位方法,根据配电网的网络结构建立数学模型,用分层简化的思想构建层级模型,极大降低了配电网的变量维度,构建开关函数并加入故障辅助判据,再对鲸鱼算法进行种群分布、自适应权重调整和越界处理改进的故障定位求解方法。算例仿真表明,在单故障、多故障、电流信息畸变或者分布式电源的投切状态等多种工况下,所提方法能够准确定位故障区段位置,提高了配电网故障求解的效率及准确度。

基于准Z源模块化多电平换流器的模型预测控制

张阳, 罗超逵, 易文静, 程谆

2023, 43(1):  8-16.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.002

摘要 ( 159 )   PDF (10901KB) ( 63 )  

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针对准Z源模块化多电平换流器在使用传统载波叠层调制时,控制结构复杂、直流链电压的波动较大、交流输出电能质量较差及动态响应速度缓慢的问题,提出一种适用于准Z 源模块化多电平换流器的模型预测控制策略。根据直流链电压构建输出电压电平的控制集合,预测输出电流,无需每个子模块设置一个脉宽调制发生器;同时,分析了准Z源网络电感电流、电容电压的数学模型,设计了电感电流、电容电压与交流输出电流的代价函数,以此抑制直流链电压的波动、改善输出电压的电能质量。在MATLAB/SIMULINK仿真平台上验证了所提控制方式的有效性和可行性。

基于改进虚拟直流电机的混合储能控制研究

白鹏辉, 秦斌, 王欣

2023, 43(1):  17-22.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.003

摘要 ( 137 )   PDF (6205KB) ( 70 )  

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针对直流微电网中负荷和分布式电源功率波动导致母线电压波动的问题,将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)引入对虚拟直流电机(virtual direct current motor,VDM)的控制中,提出一种基于改进虚拟直流电机混合储能分频控制(ESO-VDM)方法。对VDM进行小信号建模,分析其惯性时间常数H和阻尼系数D对控制系统的影响并确定两个参数的值。在功率分频的情况下对锂电池采用电流闭环控制,对超级电容采用ESO-VDM控制,增强其惯性和阻尼特性。在Matlab/Simulink环境中进行仿真研究,仿真结果证明了所提控制算法充分利用了混合储能装置的优势,平滑了电池的输出功率,提高了直流母线电压的稳定性。

基于有限元电磁仿真的电缆短路电动力计算

徐斌兵, 陈梓尧, 刘宇彬, 雷佳成, 秦睿, 杨鑫

2023, 43(1):  23-29.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.004

摘要 ( 169 )   PDF (6715KB) ( 279 )  

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当电缆线路发生短路故障时,在短路电动力的作用下,会对电缆支架及金具的机械性能造成威胁。传统计算电缆短路电动力的方法为公式法,公式法只能计算最大短路电动力,存在求解对象单一、无法体现力随时间变化等局限性。采用基于电磁耦合的有限元计算方法,建立电缆短路电动力有限元计算模型;基于麦克斯韦电磁理论和高斯散度定理,对电缆进行瞬态电磁场分析,得到电缆上的短路电动力随时间变化情况。与公式法计算结果进行对比,仅有2.11%的误差。研究结果表明,基于有限元电磁仿真的短路电动力计算方法,能直观得到短路期间各个时刻电动力的分布情况和振动频率。可将有限元电磁仿真的电动力计算方法运用至其他故障类型的短路分析中。

计及可再生能源不确定性的实时需求响应策略研究

胡真, 汪盼

2023, 43(1):  30-34.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.005

摘要 ( 127 )   PDF (4807KB) ( 53 )  

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为解决可再生能源供电不确定性的问题,提出由电力管理公司(power management company,PMC)管理的电力用户建立最优实时需求响应机制的方法。首先,探讨由PMC管理的一组大型电力用户的购用电模型,搭建成本模型和社会福利模型。接着,以最大化社会福利为目标,提出一种基于实时需求响应的分布式优化算法,确定PMC的日前电能和平衡电能采购决策,以及电力用户的实时电能消费决策。最后,对提出的分布式优化算法进行仿真验证,仿真结果表明该算法在解决可再生能源不确定供电的同时,也能大大提高系统的社会福利。

工业负荷参与电网互动的调控性能综合评价方法

刘汗清, 沈阳武, 廖思阳, 雷肖, 乐绪鑫, 孙杰懿, 陈雅玲, 徐箭

2023, 43(1):  35-40.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.006

摘要 ( 188 )   PDF (4505KB) ( 209 )  

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为了全方位评价工业负荷参与电网调控的性能,构建工业负荷参与电网调控的综合评价指标体系,包含潜力评估、经济效果评估与控制效果评估三方面;提出主客观相结合的评价指标计算方法,可以合理地计算指标组合权重;将评价体系应用于三类典型工业负荷中,并验证评价指标与所提分析方法的有效性。

新技术及应用

基于多点温度的变压器绕组无损识别方法

丁晓飞, 郭劲, 唐浩龙

2023, 43(1):  41-45.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.007

摘要 ( 133 )   PDF (4292KB) ( 192 )  

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为保障公平的市场竞争机制,杜绝铝绕组变压器冒充铜绕组变压器而影响电力系统运行安全稳定性,进行变压器绕组材质识别具有重要意义。为避免变压器结构损坏,准确有效地识别绕组材质,提出一种基于多点温度的变压器铜铝绕组材质无损识别方法,根据电阻系数法结合多个测试点结果对绕组材质进行判别。实际铜绕组变压器和铝绕组变压器的实验结果表明所提方法准确、有效,可进一步推广至大规模工程实践。

电动汽车电池组绝缘监测方法研究

邓元望, 尹会春, 鄂加强, 刘帅, 朱浩

2023, 43(1):  46-49.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.008

摘要 ( 177 )   PDF (3081KB) ( 243 )  

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随着电池组储能需求的持续增加,电压平台也随之升高,对高压系统绝缘性能的实时监测显得越发重要。对几种常用的绝缘电阻检测方法进行深入地研究分析,提出平衡-非平衡电桥的绝缘电阻检测方法,利用Multisim搭建整车绝缘仿真模型,对平衡-非平衡电桥的绝缘电阻检测方法进行可行性分析。结果表明该方法检测绝缘电阻的模型是可以实现的,能满足电动汽车的要求,为电池管理系统设计提供支持。

基于馈线功率的配电网对地参数测量与接地故障灵敏感知新方法

贺世庚, 杨理斌, 喻锟, 曾祥君, 欧阳帆

2023, 43(1):  50-57.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.009

摘要 ( 134 )   PDF (7395KB) ( 55 )  

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针对传统对地参数测量方法在建模和原理上存在的误差,提出了基于馈线功率的中性点不接地配电网对地参数精确测量方法,在中性点外加可控电压源调控零序电压,求取各馈线上有功与无功功率,并结合馈线功率与对地参数间关系,实现各馈线及系统对地电导和电容参数精确测量;进一步提出了基于馈线功率的单相接地故障灵敏感知方法,根据故障与正常时各馈线功率因数角特征差异,精准判别配电网母线及馈线是否故障。该方法依据馈线功率与对地参数、功率因数角间的数学联系,能有效解决系统对地参数测量难题,实现单相接地故障灵敏感知,并准确区分母线与馈线故障。在PSCAD/EMTDC仿真环境及10 kV真型配电网实验室中对所提方法进行了仿真与实验验证。分析结果表明,该方法测量精度高,故障感知能力强,具备一定的工程应用价值。

基于5G通信方式的变电站远方备自投原理及实现方法

尹超勇, 李刚, 李辉, 徐彪, 刘伟良, 熊尚峰

2023, 43(1):  58-62.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.010

摘要 ( 152 )   PDF (4241KB) ( 74 )  

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为解决中低压电网光纤敷设成本高、远方备自投应用困难的问题,提出一种基于5G通信方式的变电站远方备自投原理及实现方法,通过在每个远方备自投中设置一台5G路由器,由路由器实现采用GRE TAP模式完成远方备自投的点对点通信,从而实现变电站远方备自投的信息交互。在RTDS中搭建仿真模型验证基于5G通信技术的远方备自投方案的可行性,该方法无需改变原有远方备自投的软硬件,避免了现有技术方案易受到地域限制而需要增加光纤通道的问题,使远方备自投装置更加方便、可靠,且结构简单、抗干扰能力强,极大地增加了在中低压电网应用的可能性。

直驱风力发电机组故障电压穿越模型二次侧实测建模方法

石吉银

2023, 43(1):  63-69.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.011

摘要 ( 118 )   PDF (6098KB) ( 87 )  

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直驱风力发电机组穿越模型普遍缺乏实测验证,难以准确计算系统稳定裕度和精确分析故障响应。针对此问题,在分析二次侧故障穿越模拟原理的基础上,进行二次侧电压穿越模拟系统设计,利用最小二乘算法对波形数据进行辨识,并对模型进行验证。结果表明,相较于常规一次侧电压穿越试验,二次侧实测建模方法提高了试验效率,具有较高的仿真精度。

低气压正极性1 m空气间隙冲击流注放电起始特性研究

胡锦洋, 徐晓贇, 车俊儒, 张宛霞, 程晨, 贺恒鑫

2023, 43(1):  70-78.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.012

摘要 ( 112 )   PDF (8774KB) ( 28 )  

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流注放电是正极性长空气间隙放电过程中首个完整放电阶段,获取低气压流注放电特性对于理解高海拔地区空气间隙击穿机制和雷击接闪过程具有重要意义。基于冲击电压下流注放电临界体积模型,同时考虑气压对临界体积内负离子脱附速率的影响,建立了综合考虑气压、电极曲率半径及电压上升率等多种因素的流注放电起始模型,实现了不同工况下流注放电起始场强和起始时延等特征参数的计算。设计构建了基于低气压1 m空气间隙放电腔体的流注放电实验观测系统,实验获取了0.06 MPa、0.08 MPa及0.1 MPa三种气压条件下的流注放电起始时延分布特性,并进一步对模型计算准确性进行了验证。利用该流注起始模型,在约化电场E/N恒定条件下,计算分析了气压、端部电极尺寸及电压上升率对流注放电起始平均电场和起始时延分散性的影响规律。该研究可为高海拔输变电工程设备绝缘配合和雷电屏蔽性能评估提供指导和参考。

就地化保护装置的结构强度设计

张元, 朱利娟

2023, 43(1):  79-83.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.013

摘要 ( 94 )   PDF (5033KB) ( 107 )  

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根据就地化保护装置的安装环境和结构强度需求,提出分单元的结构设计方法,使用仿真软件对结构强度设计进行分析,并通过试验验证该装置达到结构强度需求,对于后续类似工况的装置设计有一定的参考价值。

经验与探讨

一种电压暂降改进求导变换检测算法

彭清文, 李雨佳, 陈柏沅, 孙姜玥烨, 吕灿, 胡湘伟

2023, 43(1):  84-89.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.014

摘要 ( 132 )   PDF (9922KB) ( 43 )  

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电压暂降问题往往会给高端制造业用户带来巨大损失,对电压暂降的典型特征量实现快速准确检测,是补偿和治理电压暂降的关键。治理电压暂降的关键就在于在利用少量的采样数据快速、准确地检测到电压暂降。为此在dq变换法的基础上,提出一种新型的改进求导变换法,采取不同的方法构造d、q轴电压,这种方法可以显著缩短电压暂降的检测延时,只需要2个采样点,就能够准确检测到电压相位和幅值,在工程中具有良好的使用价值。

全厂AGC调度模式负荷经济分配方法研究

王朝盛, 邵峰, 谭锐, 王忠熬

2023, 43(1):  90-94.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.015

摘要 ( 134 )   PDF (4551KB) ( 31 )  

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将厂级AGC系统应用到现代调度系统中,提高能量管理系统运算速度,但由于缺少科学的厂级负荷优化分配手段,现阶段只是对AGC负荷在多台机组间平均分配。为解决该项技术难题,开展运行数据挖掘方法研究,建立负荷在线优化分配模型,结合试验方法实现机组能耗的在线准确计算。试验结果表明节能效果明显,为火电机组负荷实时优化分配奠定理论及应用基础。

电网企业标准数字化发展现状及趋势分析

张兰

2023, 43(1):  95-98.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.016

摘要 ( 254 )   PDF (3656KB) ( 146 )  

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标准数字化不仅能促进电网企业标准化工作本身的高效、透明、协同、智能,还在推进电网企业数字化转型健康有序发展中发挥指导、规范和保障的积极作用。基于标准数字化的背景,介绍了电网企业的标准特点和标准数字化现状,梳理了电网企业标准数字化面临的问题,分析了电网企业标准数字化的发展趋势,提出了当前电网企业标准数字化工作建议。

电容型电流互感器末屏介损测量分析

曹文彬, 陈瑞珍, 罗威

2023, 43(1):  99-102.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.017

摘要 ( 152 )   PDF (3585KB) ( 156 )  

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末屏介损试验对电容型电流互感器受潮缺陷的检测具有重要意义。DL/T 393—2021《输变电设备状态检修试验规程》规定电流互感器末屏绝缘电阻不能满足要求(小于1 000 MΩ)时,应测量末屏对地介损,以进一步判断其绝缘状况。从电容型电流互感器结构原理、介损测试原理的角度出发,借助等值电路,结合实际试验案例,进行了电流互感器在一次绕组悬空、一次绕组接地、一次绕组短接接高压屏蔽三种方式下的末屏介损测量分析,结果表明一次绕组短接接高压屏蔽方式下的测量结果最准确。

基于改进背包算法的人工换相台区三相负荷不平衡治理方法

赵若澜, 姜飞, 何振武, 姚鹏, 郭祺, 裴翔宇

2023, 43(1):  103-109.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.018

摘要 ( 193 )   PDF (5847KB) ( 138 )  

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针对配电台区三相不平衡度较高及传统人工换相效率较低的问题,提出基于改进背包算法的人工换相台区三相负荷不平衡治理方法。综合考虑三相不平衡度和换相次数,构建多目标换相优化模型。将换相问题抽象转化为多背包模型,引入分层分区并行搜索(layered partitioned parallel search,LPPS)思想对算法进行改进。采用某居民配电台区实际数据开展算例分析,运用改进背包算法计算获得配电台区换相方案,结果表明换相前后三相不平衡度得到了明显改善。相较于传统背包算法,在保证治理效果的同时降低了换相次数,有利于提高配电台区经济运行效率。

抽水蓄能发电机定子线棒端部电磁屏蔽研究

聂靓靓, 陶诗迪, 厉天威, 刘磊, 李斌, 王琪

2023, 43(1):  110-115.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.019

摘要 ( 120 )   PDF (6109KB) ( 85 )  

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针对发电机定子线棒电磁屏蔽问题的瞬态电磁场分析,从理论上选择能够同时兼顾计算速度和计算精度的模型边界,分别建立同槽两根线棒、不同槽多根线棒计算模型,计算相邻线棒对电场分布的影响。同时建立单根线棒三维计算模型,计算分析线棒在轴向和法向上的场强分布特性。研究表明线棒在离开槽口后端部表面电位接近相电位,最大场强出现在高低阻带的搭接处。为改善场强和电位分布,提出改进表面场强分布的措施,在原高低阻搭接层增加敷设高阻材料和原设计方案保持一致,而原线棒高阻层涂敷低阻材料,可以大大抑制线棒端部的场强和电位。

故障与分析

风力发电机组叶片扫塔原因分析及预防措施

罗雁飞, 肖长远, 孙茂文, 罗胜曦, 张华炼

2023, 43(1):  116-120.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.020

摘要 ( 335 )   PDF (4564KB) ( 249 )  

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近年来,国内发生了多起风力发电机叶片扫塔故障,严重影响风电机组安全运行,同时也造成了大量的经济损失。从净空设计、吊装维护、叶片质量、机组运行控制、场址适应性、仿真还原等方面对某风场叶片扫塔故障原因进行分析,确定风场叶片扫塔由湍流超限、负切变、叶片安装角错位共同导致,并针对不同扫塔原因给出预防措施,为新机型净空设计提供一些建议。

110 kV电缆中间接头铜壳爆裂的原因分析

李绍斌, 谢仕林, 彭勇, 唐文博, 周海, 范芳坤

2023, 43(1):  121-126.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.01.021

摘要 ( 614 )   PDF (7716KB) ( 93 )  

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中间接头短路击穿导致的铜壳爆裂易在电缆隧道中引发火灾危害。对一起典型110 kV电缆中间接头铜壳爆裂事故进行分析,指出中间接头铜壳爆裂是由铜壳内物质的高温和高压两类状态复合作用导致,且短路击穿过程中可能伴随着绝缘物质裂解电离;开展中间接头的短路大电流模拟试验进行验证,对目前市场主流采用中间接头防爆方式的有效性进行分析,提出中间接头防火防爆的设计要素。