电气工程

王庆国，贾锐，程二威

电气工程

混响室连续搅拌工作模式下的辐射抗扰度测试方法

王庆国，贾锐，程二威

为解决目前国内外标准中关于电波混响室连续模式下电子设备辐射抗扰度测试实验方法的缺失，建立一套科学合理、且具有良好重复性的连续搅拌模式下的抗扰度测试方法，利用现有的大型机械搅拌式混响室系统，在混响室快速校准的基础上，以常用电子设备为研究对象，采用光纤传输宽带场强探头，以设备输出波形的变化作为干扰阈值判断依据，在80 MHz～1 GHz频段内进行频率扫描，确定了电子系统的敏感频点，并系统研究了混响室搅拌速度、场强探头采样速率、辐射场频率等参数对电子设备抗扰度阈值的影响规律。实验发现，场强探头的采样时间以及搅拌速率对抗扰度阈值具有显著影响，其抗扰度测试结果可以达到5倍以上的涨落，无法获得测试的重复性。为获得重复性好、反映设备抗干扰能力的干扰度测试结果，解决连续搅拌模式下场强探头的无规则大幅度涨落带来的无法读数的难题，提出了一种统计平均时间的概念，即利用混响室内部电磁环境的统计均匀特点，将场强计设置在 fast-mode模式，并对输出值进行一定时间间隔内的统计平均做为场强样本，这个时间间隔既为统计平均时间。实验中选取了1～10 s共10种统计平均时间参数、并选取1.5～10转/分范围内的5中搅拌速度进行了试验，结果表明，当统计平均时间大于4 s的时候，抗扰度阈值的标准偏差可以达到0.25 dB以下，因此，采用4 s左右的统计平均时间，在5中搅拌速度情况下都可以获得重复性很好的抗扰度测试结果；于此同时，按照IEC61000-4-21标准规定的测试方法，对同样的设备、在混响室的步进搅拌模式下的抗扰度也进行了系统试验测试，结果表明，得到的抗扰度在40～85 V/m的范围内涨落，变异系数可以达到100/100以上，测试结果可信度、可靠度难以保证。因此，采用一定统计平均时间以后，连续搅拌模式下的抗扰度测试会远优于传统标准化测试的步进搅拌模式测试结果，是一种值得推广使用的标准化测试方法；实验结果还表明，随着混响室连续搅拌速率的增加，设备的抗扰度呈现逐步降低的趋势，同时，连续搅拌模式下，设备的抗扰度一般均低于步进搅拌模式下的抗扰度数值，其主要原因在于连续搅拌模式下，设备内部会由于电场和磁场场强环境的连续变化，对电子器件工作点带来变化，并因为回路感应电流的产生而队设备工作稳定性产生了影响。

来源出版物：高电压技术, 2010, 36(12): 2954-2959

入选年份：2015

基于混合整数二阶锥规划的主动配电网有功-无功协调多时段优化运行

刘一兵，吴文传，张伯明，等

摘要：目的：随着配电网中分布式电源渗透率的提高，其功率的波动对于电网的电压安全造成较大影响，并可能引起局部过压从而导致分布式电源连锁脱网。协调调度分布式电源的有功与无功功率以及无功补偿装置，可以达到提高分布式电源利用率、调节电压水平、节能降损的目的。本文考虑配电网负荷和线路参数的三相不对称特性，采用三相配电网模型，建立了主动配电网有功无功多时段协调优化运行的数学模型，然后利用二阶锥松弛技术将原优化模型中的非凸约束松弛为二阶锥约束，将原模型转换为一个混合整数二阶锥规划模型，从而显著提高问题的求解效率。方法：采用Distflow潮流方程描述辐射状配电网的潮流约束，以此为基础构建了主动配电网的三相有功-无功多时段协调优化运行模型。该模型把分布式电源的有功与无功出力、储能装置的出力和无功补偿装置的投退状态作为决策变量，是一个大规模非线性非凸混合整数规划问题。为此，对模型中的非线性等式约束的潮流方程松弛为二阶锥约束；最后得到的混合整数二阶锥规划模型可以采用内点法有效求解。结果：本文利用Matlab-YALMIP平台开发上述有功无功协调优化程序，以修改后的IEEE-33节点系统为测试算例，利用NREL开发的Homer软件输出的光照强度，分别采用MOSEK二次规划算法包和Bonmin非线性混合整数规划算法包对比分析凸松弛技术对于原问题计算效果的改善。1）优化前后网损降低效果明显，在重负荷时本文方法降损效果尤为突出，但在 00：0

0和24：00降损效果不明显，这是因为此时负荷较轻，馈线末端电压并未远离配电根节点的电压限值，且受制于电容器组（capacitor bank，CB）操作次数约束、储能系统（energy storage system，ESS）的电量、充放电功率和效率限制，有功和无功调节设备并没有大幅投入运行。2）给出的则是CB5的三相分时段优化投切策略，可见CB的操作出现在负荷和PV光伏增加时，且严格符合本文设定的操作次数限制。3）优化调度前后的配电网根节点的有功和无功交换功率曲线经过优化调度，在允许的功率交换区间内，本文方法可以明显减少 ADN从输电网获取的有功和无功功率，提高分布式电源的利用率。4）算例证明，在分布式电源装机容量增加超过电网消纳能力时，本文提出的有功-无功协调动态优化方法依然可以协调优化各有功无功调控设备消除过电压，防止支路拥塞、并利用储能削峰填谷，提高系统消纳分布式电源的能力。5）本文凸松弛之后的支路电流幅值平方偏差矢量的最大值非常小，为10-7量级左右，已经小于实际的潮流方程收敛判据等要求，表明本文的松弛是严格而精确的。6）求解效率方面，原始非凸非线性规划问题的求解非常缓慢，24断面问题在上述PC机上由Bonmin运行5 h之后依然未能给出结果，在96断面问题计算时甚至出现了内存溢出问题。反观本文MISOCP，由于潮流方程的凸化，原模型形式大为简化，求解效率令人满意。结论：本文基于Distflow潮流方程构建三相配电网的有功无功设备多时段协调优化运行数学模型，然后利用二阶锥凸松弛技术，将原模型变为一个混合整数二阶锥规划问题。基于IEEE-33节点系统仿真算例表明本文构建的有功-无功协调的动态调度模型，可以被高效求解，获各时段优化运行策略可以显著提高电压分布，降低分布式电源脱网风险。

来源出版物：中国电机工程学报, 2014, 34(16): 2575-2583

入选年份：2014

微电网孤岛运行时的频率控制策略

杨向真，苏建徽，丁明，等

摘要：目的：储能逆变器具有惯量小、输出阻抗小、过载能力小等特点，不利于多逆变器的并联组网，且仅靠逆变器的本地控制无法保证微电网频率的无差调节，而同步发电机具有自平衡能力、下垂特性和大转动惯量等特点，便于多台同步发电机的稳定运行和负荷功率分配，如果能够将储能逆变器的数学模型等效为同步发电机模型，并借鉴调速器和调频器的原理设计逆变器和微电网的频率控制策略，那么电力系统成熟的运行控制策略和理论分析方法也可以应用到微电网中，基于这种思想，本文提出了将储能逆变器等效为虚拟同步发电机的方法和微电网集中频率控制策略。方法：首先提出了一种新型储能逆变器：虚拟同步发电机（VSG），即将同步发电机的机电暂态数学模型应用到逆变器的虚拟同步发电机算法中，有效模拟了同步发电机转子机械特性和定子电气特性；阐述了将电力系统频率调整策略引入到微电网的可行性；然后设计了VSG的一次调频器和电压控制器，对比分析了分散式二次调频和集中式二次调频的优缺点；最后在Matlab/Simulink仿真平台上验证了提出的微电网频率控制策略的有效性。结果：1）初始阶段，3台VSG的基点功率之和与负荷功率不平衡，一次调频器快速调节 VSG输出功率来抑制系统频率跌落，二次调频使频率逐步逼近50 Hz；2）负荷突变，一次调频器快速增加逆变器输出功率，频率稳定在49.86 Hz；3）3 s后，二次调频起作用，调频单元VSG1和VSG2共同承担计划外功率，VSG3输出功率逐步恢复到基点功率，频率也逐步回升到50 Hz。结论：1）VSG既能作为非调频单元又能作为调频单元，且角色可以相互替换，增加系统灵活性；2）一次调频和二次调频实现功能不同，不能相互替代；3）分散式二次调频容易引起微电网振荡，而集中式调频实行统一管理和控制，避免了分散调频的振荡问题，也解决了单主从结构微电网不易扩容问题；4）VSG不能改变逆变器过流能力和抗冲击能力差的缺点。

来源出版物：电网技术, 2010, 34(1): 164-168

入选年份：2015

基于小波变换的双端行波测距新方法

郑州，吕艳萍，王杰，等

摘要：目的：高压输电线路故障的准确定位对电网的安全稳定运行具有重要意义。通常，电力系统故障测距主要有2类方法：阻抗计算法和行波法。行波法与阻抗计算法相比有定位速度快，准确度高且不易受线路参数、系统运行方式、故障类型和故障阻抗等因素影响的优点，但无论是单端测距还是双端测距，它们的测距精度都会受到实际线路长度变化和设定行波波速误差的影响。本文提出一种不受行波波速和线路长度变化影响的双端测距新方法，避免了波速度与实际波速度不同导致的误差。方法：通过对电压、电流突变量进行相模变换，采用二进小波变换求出模极大值；利用两侧的模极大值对应点确定行波到达母线的时刻，并且采用极性对照法很好地解决了故障点和相邻母线反射波的识别问题，用初始行波与故障点反射行波到达两端母线的时间之比计算故障距离与线路全长之比；最后采用杆塔定位的方法确定故障点位置。结果：利用突变量行波有效消除了故障波形中存在的周期性整次谐波的影响，采用小波变换模极大值确定出行波到达测量母线的准确时间，并用极性对照法识别来自故障点或相邻母线的反射波，用时间之比计算故障距离和线路全长之比，然后应用杆塔定位的方法找到故障点位置。在不同故障距离和过渡电阻下的仿真测距结果可以看出：在不同的距离处，经大小不同的过渡电阻发生故障，本文算法都有很高的测距精度。尽管过渡电阻的存在会降低故障点反射波的幅值，但是500 kV线路发生故障的过渡电阻一般≤300 Ω，这时故障点的反射率最小也能达到 2/5，故障初始行波和故障点反射波到达母线的时刻仍能准确得到，所以一般情况下过渡电阻的大小不影响本文算法的测距精度。结论：该方法无需已知行波波速，消除了因波速误差而造成的测距误差，且不受线路实际长度变化的影响，简便易行，测距精度高，具有很高的实用性。

来源出版物：电网技术, 2010, 34(1): 203-207

入选年份：2015

L CL型并网逆变器中重复控制方法研究

王斯然，吕征宇

摘要：目的：作为分布式发电系统中的核心组成部分之一，并网逆变器直接决定着进网电流的质量。进网电流中如果含有过多的谐波分量，就会对电网以及用电设备造成严重的危害。在并网逆变器输出滤波器中，LCL型并网逆变器具有在高频段快速衰减的特性，可以以较小的硬件体积获得足够小的开关频率谐波。但是由于LCL滤波器的特性比较复杂，针对LCL型并网逆变器的控制方法仍不很成熟。传统的基于电网电压定向的PI控制无法获得令人满意的效果。特别是在局部电网电压中存在较多的谐波成分的情况下，电网电压中的谐波分量会对逆变器的输出电流产生非常大的影响。因此，能与并网逆变器硬件相适应的高性能控制方法非常具有研究价值。方法：在LCL型并网逆变器建模基础上，对比讨论两种不同结构的重复控制与 PI控制相结合的复合控制方法，对两种方法的稳定性、谐波抑制特性进行推导计算，并对两种方法的优缺点进行总结和比较。最后以一台3.7 kVA的样机验证文中所做的理论分析。结果：对于LCL型并网逆变器来说，重复控制与PI不同的集合方式在稳定性以及谐波抑制效果上均存在一定的差异。其中一种方案的控制模型更接近零增益零相移的稳定性要求，所以补偿函数的设计和实现均比较简单，但其相对于原有PI系统谐波抑制特性的改善效果受到PI增益参数的制约，所以改善系统谐波抑制特性的能力也是有限的。另一种方案的补偿函数是由一组谐振滤波器组成，控制系统更为复杂，在实际应用中会有更高的实现难度，但其对于系统谐波抑制特性的改善效果并不受PI参数的影响，只要重复控制的补偿函数设计得当，便可以获得较好的谐波抑制特性。样机实验也证实了该理论分析的结果。结论：本文对比了两种不同结构的重复控制与PI控制相结合的复合控制方案，分别从系统稳定性条件、补偿函数设计方法、以及系统谐波抑制特性等方面对两种控制方案进行了比较详细的分析和计算，并对两种控制方案的优缺点进行了总结和比较。最后通过一台3.7 kVA的样机在电网电压存在畸变的条件下对本文的理论分析和结论进行了实验验证。实验结果表明，引入重复控制的复合控制方案可以确实有效地提高 LCL型并网逆变器对工频谐波的抑制能力，获得较好的进网电流波形。而重复控制与PI组成的结构不同，也会造成控制系统复杂程度以及控制效果上的差异，使用时应根据实际需要进行选择。

来源出版物：中国电机工程学报, 2010, 30(27): 69-75

入选年份：2015

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统

鲁文其，胡育文，杜栩杨，等

摘要：目的：基于无传感器技术的永磁同步电机矢量控制调速系统结构简单、易维护、体积小、成本低，能应用于一些特殊场合。无传感器控制的核心是转子位置和转速的估计，调速系统性能的好坏取决于状态估计的精度和动态响应速度。目前，按照电机运行的适用范围，无传感器控制主要分 2种技术：1）利用电动机的空间凸极效应，该方法可应用于较宽速度范围，且低速时也可得到较好的估算结果，但具有高频噪声的问题，只适于内埋式电机；2）状态观测器法，直接或间接地从电机反电动势中提取位置信息，这类方法具有良好动态性能，适于表面式和内埋式电机，但在低速特别是零速时转子位置估算困难，目前只适合于中高速场合。因此，针对表面式电机，研究一种适于较低速场合的无传感器控制算法是关键。目前提出的多种控制策略大多受电机参数的影响。本文为了实现 PMSM 的无传感器矢量控制，基于已有文献提出的新型滑模观测器转子位置估算思想，分析反电势反馈增益系数的自适应律，提出转子位置自适应控制的方法。方法：设计并实现了一种将反电势估算值反馈引入到定子电流观测计算中的新型滑模观测器转子位置估算方法。为了简化调速系统硬件结构，设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器。基于对新型滑模观测器算法稳定性的分析，提出了反电势反馈增益系数的自适应算法，通过该系数的自适应调节可以实现不同速度运行时转子角度估算误差的补偿。引入锁相环控制对永磁同步电机的转速进行估算。建立基于新型滑模观测器算法的无传感器 PMSM矢量控制调速系统并进行实验测试。结果：1）设计并实现了一种新型滑模观测器转子位置估算方法，基于对新型滑模观测器算法稳定性的分析，提出了反馈增益系数的自适应算法。转子位置估算不受到反电势幅值的影响，电机可运行在更低速场合。2）设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器，简化了调速系统硬件结构的同时，达到更好的滤波效果。3）在分析PMSM数学模型和矢量控制方案的基础上，引入锁相环控制对PMSM的转速进行估算，建立基于新型滑模观测器算法的无传感器PMSM矢量控制调速系统。4）试验验证该新型滑模观测器估算方法对估算转子位置具有自适应调节作用，能够在 PMSM 较低速运行时准确的估算出转子位置和速度，基于该新型算法的无传感器矢量控制调速系统，在高速领域变速运行，动态响应较好。在低速领域估算转子位置能够有效的跟踪实际转子位置，在15 r/min以上的速度范围内无传感器控制可以代替传感器控制运行，且该算法具有较强的抗干扰能力。结论：经试验验证，本文提出的该新型滑模观测器估算方法能够在PMSM较低速运行时准确的估算出转子位置和速度，无传感器矢量控制调速系统具有调速范围宽、鲁棒性强的特点，且该无传感矢量控制算法简单、易于实现。

来源出版物：中国电机工程学报, 2010, 30(33): 78-83

入选年份：2015

±800 kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

束洪春，刘可真，朱盛强，等

摘要：目的：特高压直流输电线路所使用的行波保护和直流欠压保护是以电压变化率为动作判据，需要整定，当线路发生高阻接地故障时，保护容易拒动。此外，线路保护的可靠性还受到下列因素的影响：1）雷电干扰和噪声引起采样值波动；2）电压行波传变能力差；3）高阻故障、线路太长以及线路直流电晕使故障行波波头不明显。因此，亟待研究可靠、响应快速、具有绝对选择性的特高压直流线路暂态保护。方法：采用云广±800 kV直流输电工程参数，计及直流控制系统的响应作用和ZnO避雷器非线性伏安特性的影响，建立了包含CIGRE典型直流控制系统的±800 kV特高压直流输电系统电磁暂态仿真模型，进行大量仿真。针对两极线路间存在电磁耦合，对两极线电压进行凯伦鲍尔极模变换。分析了故障极线与非故障极线、区内与区外故障、雷击故障与雷击干扰等情况下保护安装处暂态电压的特征差异，提出了相应的识别判据，进而构成保护方案，最后通过仿真验证。结果：系统正常运行时，正、负极线极波为零；当极线发生故障时正极线极波与负极线的极波差异很大，对于正极线故障，正极线极波在远大于0的范围内变化，负极线极波在0附近变化。故障极行波首波头的小波变换模极大值随着变换尺度的增加而增大。利用暂态电压行波首波头小波变换模极大值构造启动判据。利用故障后 2T时窗内的正、负极线极波积分绝对值之比能识别故障极线。高频信号通过平波电抗器和直流滤波器构成的物理边界后明显衰减：区外故障时，高频信号经过边界后将发生严重衰减，保护安装处获得的小波能量较小；区内故障时，保护安装处获得的线模电压中高频的小波能量不少于低频的小波能量。利用高低频能量比能构成区内、外故障识别判据。雷击干扰时，雷电行波没有入地通路，两极电压波形表现为围绕原直流量值上下变化，并最终趋于原直流量值，且电压波形不会过0。雷击故障时，故障行波有入地通路，故障极电压在原直流量值上变化显著，且多次过 0，非故障极线电压围绕原直流量值变化较小，且不会过 0。利用对正极和负极暂态电压分别与+800和－800 kV的相关系数，构造雷击干扰识别元件，实现短路故障与雷电干扰的辨识。最终构成完整保护方案。结论：本文提出了UHVDC线路单端电气量暂态保护方案，所得结论如下：1）利用故障暂态电压模极大值幅值随小波变换尺度的增加而增大的特性，构成单端电气量暂态保护的启动判据，毋需门槛值，毋需整定，耐高阻能力强，不受噪声或脉冲干扰的影响，可靠性高；2）根据直流线路边界元件对暂态电压高频分量的带阻传变特性，利用暂态电压中高频量小波能量和低频量小波能量的比值，构成区内、外故障识别元件；3）利用两极暂态电压与+800和－800 kV的相关系数构成短路故障与雷未故障的辨识；4）利用两极线极波积分绝对值之比构成单端电气量暂态保护故障选极元件。仿真表明，本文所提方案不受控制系统响应、边界避雷器击穿、雷击干扰、过渡电阻和换流站故障等因素的影响，能够在线路单端实现具有绝对选择性的全线速动。

来源出版物：中国电机工程学报, 2010, 30(31): 108-117

入选年份：2015

微网运行控制的关键技术及其测试平台

裴玮，李澍森，李惠宇，等

摘要：目的：微网的运行控制是维持微网安全稳定运行的关键技术，其可分为局部的分布式电源控制和系统级的综合运行控制两部分，系统级的综合运行控制主要负责提供系统运行的控制和协调，包括完成无缝切换、自动频率控制、自动电压控制、自动稳定控制、黑启动等，需要完善的平台对复杂功能进行测试。本文分析了运行控制关键技术测试的需求，探讨了微网运行控制平台的设计和开发，并通过该平台对电源控制和无缝切换控制等技术进行了实验。方法：本文所研究的运行控制测试平台采用的运行控制结构与体系为集中监视和控制。嵌入式管理接口采用标准 TCP/IP工业以太网协议实现与本地微网监控中心之间的通信，现场设备层的各个 DG控制器、接口测控单元与现场管理层之间的通信方式根据实际硬件情况选择485、CAN等总线方式。联网运行时，频率已基本被外部公共电网锁定，运行控制主要集中于电压控制。联网时的运行状态也包括稳态、动态和暂态3方面。在稳态和动态方面，将DG按无功调节能力划分稳态电压管理集，将同步机并网类型划分为自然支撑点、将异步类型风电设定为被动扰动源、将逆变并网型选择为实时管理电源集。将最优能量流优化结果近似分解为无功优化项和电压支撑项，对优化项根据实时网络无功潮流测量数据更新，电压支撑项则根据其发出的有功波动情况或是运行边界而不停更新，以保证有功波动不影响节点电压。当联网运行发生故障时，为尽量延长DG极限切除时间并避免被切除，采用在可再生能源型DG控制中，附加阻尼控制器替代最大功率跟踪器，由运行控制切换控制器，并下达阻尼控制器限幅值；对稳定型的分布式能源，如微型燃气轮机等，可以直接下达有功指令至原动侧；在一些含储能单元等可采用原动侧恒功率源型控制结构的DG单元则采用调整流侧和逆变侧的控制结构，以维持无功平衡和电压稳定。无缝切换采用外部电网状态和微网运行模式及指令决定 SCR触发控制，并相应需要各个主控的DG切换其控制策略模式，它们之间存在多种不同的组合，根据SCR触发控制不同组合，提出了微网无缝切换技术的控制逻辑策略。结果：在考虑微网结构的基础上，微网运行控制技术测试平台设计采用三母线和多路开关结构，使实验室能够模拟多种结构的微网，各个开关均可在线远程控制，并可实现重构控制。网络模拟采用可变电阻箱模拟线路，分为四档，分别模拟0 m/50 m/100 m/200 m配电线路。DG包括15 kW风力发电模拟装置、30 kVA光伏模拟装置、80 kVA储能装置以及Capstone C30微型燃气轮机；负荷采用电阻、电机和非线性负荷的组合形式。通过该测试平台对主控型分布式电源控制和无缝切换进行了实验。通过主控型DG带非线性和不平衡负载测试，运行控制平台实现了即使在非线性负载下，通过控制DG输出电压波形依然呈现出较好的正弦特性。通过无缝切换，验证了运行控制平台强制关断策略下三相并网电流在2 ms内就全部降到零，分布式电源随后立即转入孤岛运行模式。而三相负载电压在时间上保持了不间断，且其幅值只是在SCR关断的时间内有所降低，但很快又恢复正常，同时其相位与并网时保持一致，确保了重要敏感负荷的正常供电。结论：实时的、灵活的、智能的分布式电源控制和系统级的运行控制是微网安全稳定运行必不可少的要素。本文对微网的电源技术和系统级控制技术进行了详细的分析，提出了适用于即插即用的分布式电源并网接口，选择集中式的运行控制体系，提出了联网运行控制和无缝切换控制策略；设计并开发了微网运行控制平台，并通过该平台对电源控制和无缝切换控制等技术进行了实验，表明该平台能够很好地完成微网运行控制相关技术的研究和测试工作。

来源出版物：电力系统自动化, 2010, 34(1): 94-98，111

入选年份：2015

微网实验系统结构特征及控制模式分析

王成山，杨占刚，王守相，等

摘要：目的与方法：在能源需求和环境保护的双重压力下，分布式发电技术获得了越来越多的重视与应用。将分布式电源以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电系统效益的有效途径。本文对国内外微网实验系统进行了深入分析，通过对各种微网结构特征以及控制模式的比较，为国内微网实验系统的建设提供有价值的参考信息。结果：按照微网实验系统的结构特征，可以从两个角度对其进行分类。首先，按照母线的类型，微网实验系统可以分为直流微网、交流微网和交直流混合微网。交流微网是目前微网的主要形式，但直流微网在系统建设成本、控制难易程度和环流抑制等方面具有一定优势。从整体结构分析，交直流混合微网仍可看作是交流微网，其中的直流微网可看作是一个通过电力电子逆变器接入交流母线的独特电源。此外，按照系统中分布式电源的类型、数量和运行控制的复杂度，微网实验系统可以分为简单结构微网和复杂结构微网。目前实际中应用较多的为简单结构微网。复杂结构微网具有结构上的灵活性，但对控制提出了相对较高的要求。微网实验系统的控制模式主要包括主从控制模式、对等控制模式和分层控制模式。主从控制模式中常见的主控制单元为储能装置或分布式电源，或二者的结合。对等控制模式中的各分布式电源均具有同等地位，根据接入系统点电压和频率的就地信息进行控制，在实际中大多仍停留于实验室研究阶段。分层控制模式一般都设有中央控制器，用于向微网中的分布式电源发出控制信息。结论：1）交流微网为目前微网实验系统建设的主流结构，但直流微网系统以其特有优势在微网实验系统建设中也应得到重视，组建交直流混合微网实验系统不失为发挥二者优势的一种可行选择。2）实际微网建设中不应盲目追求大而全的复杂结构微网，简单结构的微网系统亦应引起重视。中国存在众多的独立供电系统，如热电联产系统，独立光伏、风力发电系统等，对其进行改造以组成简单结构微网，可以在保证能源有效利用的同时，提高用户的供电可靠性。因此应因地制宜地选择合适的微网结构。3）主从控制微网系统可以实现电压和频率的无差控制，但对主控单元有很强的依赖性，主控单元的选择至关重要：若微网中存在燃机等输出稳定且易于控制的分布式电源时，应优选其作为主控单元，而光伏风力等间歇性分布式电源作为从控单元；若微网中不含有可控分布式电源，则选择储能装置为主控单元，但储能装置容量将限制其长时间孤岛运行。对等控制微网具有冗余性，但没有考虑系统电压与频率的恢复问题，属于有差控制，鲁棒性差，并且在控制和应用上尚存在若干关键技术问题亟待攻克，目前仅限于实验研究阶段。多代理分层控制微网目前多集中于协调市场交易、对能量进行管理等方面，可提供较高的供电质量，是目前技术最成熟、同时也是应用最广的一种微网形式，对供电质量要求较高的地区可优先选用。因此，应综合考虑供电质量、系统可靠性、应用领域、微网优化运行等因素，合理选择控制模式。

来源出版物：电力系统自动化, 2010, 34(1): 99-105

入选年份：2015

智能电网的本质动因和技术需求

姚建国，赖业宁

摘要：目的：由于能源特点、电网特质以及社会需求的差异，各国对智能电网的定义不尽相同。如何正确认识智能电网，制定符合本国能源经济需要的电网发展路线，并明确具体的技术需求和突破点，是建设智能电网的关键。方法：智能化是电网发展的一个内涵丰富且长远的愿景，是电网发展的目标，是一个过程。因此，智能电网建设是一项长期的系统工程，不仅涉及技术问题，还需要全社会的参与。本文分析了智能电网的概念成因、发展需求及本质动因。剖析了智能电网建设的相关技术需求和关键突破点，从本质动因层面对中国坚强智能电网建设进行有益探索。结果：智能电网概念的提出，以及智能电网建设的不断推进，都有着特殊的推动因素。本文基于社会经济发展的阶段性特征、能源可持续发展的内在要求以及电网发展的客观规律，将智能电网建设的本质动因归纳为 7个方面：1）社会经济发展与全球金融危机；2）能源安全与环保约束；3）高度灵活可靠的电网安全性要求；4）清洁高效的电网经济性要求；5）高度信息化与自动化的调度需求；6）高质量及多元化的用电需求；7）新技术和新设备的广泛应用。智能电网建设的本质动因直接驱动了其技术的需求和发展。1）安全可靠供电是电网运行的第一要义，对于智能电网更应如此，既要求物理结构的可靠性，又要求支撑技术的先进性。因此，应采用新型先进的发输变配电设备，构建坚强可靠的网架；研究灵活交直流输电技术，提高电网输送能力和控制灵活性；开展大电网安全稳定、智能调度、状态检修、全寿命周期管理、智能防灾和应急技术，提高大电网的安全稳定运行水平及综合防御能力。2）需要提高能源资源的利用效率：研究先进的发电和储能技术、多能源联合协调优化技术；提高电网运行和输送效率，降低电网全局损耗，研究电网优化分析与运行技术，安排合理的运行方式；提高用户侧能源资源利用效率，研究需求侧智能化管理技术。3）发展绿色电力能够降低能源消耗和污染物排放，需要研究可再生能源并网、监视、预测、分析、控制等相关技术；研究节能环保的优化调度技术，促进绿色能源发展与利用；研究分布式电源接入技术和微电网技术、微透平技术，促进用户侧可再生能源的利用，提升用电可靠性。4）要实现电网的灵活互动，应促进电源、电网及用户之间的协调互动运行。因此，需要研究机网协调运行控制技术，推进机网信息双向实时交互；推广发电厂辅助服务考核技术，提高发电企业主动参与电网调节的积极性；研究互动营销和智能电表技术，提高电网与用户间的互动水平和用户服务质量。5）信息和通信技术是坚强智能电网建设的支撑技术，是坚强智能电网各环节运行的重要基础，是智能电网实现互动开放的载体。需要深入开展信息采集、传输、存储、处理、集成及安全等多方面技术的研究；研究坚强智能电网的通信体系架构，建立大容量、高速实时、具有时间同步和业务感知能力的下一代光传输网，满足坚强智能电网对信息和通信技术的要求。结论：电网不仅是电能输送的载体，更是实现能源资源优化配置的载体。由于中国能源资源和电力需求的逆向分布，需要在更大范围内实现能源资源的优化配置。具备坚强可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放等性能的坚强智能电网为实现这一目标提供了可行途径。然而智能电网建设是一项长期而复杂的系统工程，需要全社会参与。因此，必须遵循可靠性原则，夯实电网结构，从全局角度实现电网安全性与经济性的高效优化协调。必须以特高压电网为骨干网架，以各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网。

来源出版物：电力系统自动化, 2010, 34(2): 1-4

入选年份：2015

低碳电力调度方式及其决策模型

陈启鑫，康重庆，夏清，等

摘要：目的：随着低碳要素的引入，传统的电力调度方法带来新的问题与挑战。在考虑安全性与经济性之外，如何进一步关注电力系统运行中的CO2排放是一个值得研究的问题。本文深入分析了电力系统调度运行中的CO2排放特性，探索通过优化运行实现低碳调度的模式与方法。方法：本文基于传统电力调度方式，考虑了碳交易与碳价等新的低碳要素，对低碳电力调度的内涵进行深入剖析，定义了科学、高效的低碳电力调度方式；分析各类低碳电源的技术特性，描述了近零碳排放电源、普通化石燃料类电源与碳捕集电厂三类不同电源类别的电碳调度特性，给出了普通化石燃料类电源的典型电碳特征函数关系及碳补集电厂的典型电碳运行空间；在考虑CO2排放的前提下，通过在传统的调度决策模型中扩充模型的决策变量，增加目标函数的组成项以及增加模型的约束条件，将碳排放引入到电力调度决策中，将CO2排放作为一类可调度资源，建立低碳电力调度决策模型，以协调电力调度中的“电平衡”与“碳平衡”；为更好反映低碳电力调度与传统电力调度方式的差异，基于模型定义，简化与“低碳”相关程度较弱的因素，实施“组团式”归并、可用发电容量中扣除检修机组，以机组出力为决策目标，忽略系统的网络约束，进行算例计算。结果：以我国某省电力系统的实际数据构造算例，计算了三种典型场景的结果，分别是：第一，不设碳排放约束目标而应用低碳电力调度的基准场景；第二，在基准场景的基础上，调高碳价至160元/t的高碳价场景；第三，在基准场景的基础上，引入碳排放约束，在原有排放强度基础上下调10%的碳排放约束场景。在第一种场景下，可调节水电将作为主要的调峰电源，碳捕集电厂在发电序位上处于临界位置，也将在调峰上有所贡献，60万 kW燃煤装机则需在负荷低谷时段压负荷运行，其他容量等级火电均运行于最小出力水平，不可调节水电没有出现弃水现象，运行于固定出力点；在第二种场景下，较高的碳价将促使电厂的碳捕集装置运行于其最大水平上，以捕集尽可能多的CO2，并使得调度碳捕集电厂运行比调度 60万 kW燃煤机组更为经济，60万kW机组将参与调峰，而碳捕集电厂只在负荷低谷时段压负荷运行；在第三种场景下，实施CO2捕集将“无利可图”，但为了满足约束条件，碳捕集电厂不得不适度运行，并参与系统调峰。最后，给出了不同场景下碳补集电厂的运行情况分析，发现提高碳价与引入排放约束将对提高电厂的CO2捕集水平将起推动作用。结论：本文在深入剖析低碳电力调度内涵定义的基础上，描述了不同类别电源的电碳调度特性，并建立了初步的低碳电力调度决策模型。以实际系统为背景的算例分析表明，低碳电源的引入将为传统电力系统的调度计划决策带来新的内容与复杂度，而CO2排放将成为低碳电力调度方式下电力系统新的调度对象，也将影响电力系统的整体运行效益。因此，在调度决策中应同时兼顾电能生产与电力CO2排放，考虑两者间的相互关系，实现“电平衡”与“碳平衡”的协调与衔接。

来源出版物：电力系统自动化, 2010, 34(12): 18-23

入选年份：2015

电动汽车电池的现状及发展趋势

宋永华，阳岳希，胡泽春

摘要：目的：电动汽车采用电能取代汽油等化石燃料作为动力，是未来交通的清洁和低碳解决方案。电动汽车动力电池既是发展电动汽车的核心，也是电力工业与汽车行业的关键结合点。但应用在电动汽车上的电池技术主要是电化学储能技术，即铅酸、镍氢、镍镉、锂离子等电池技术，分别在比能量、比功率、充电技术、使用寿命、安全性和成本等几方面存在不足，制约了电动汽车的发展。近年来，电动汽车电池技术的研发受到了各国的重视，电池的多种性能得到了提升，推动了电动汽车的大规模商业化发展。因此，研究电动汽车电池技术的现状和发展趋势，可为电力行业积极应对未来电动汽车充电负荷对电网的影响并采取相应措施提供参考。方法：本文基于国内外电动汽车电池技术相关的大量最新素材，首先结合电动汽车的发展历史概述了车用动力电池的发展情况，随后重点介绍了3类电动汽车动力电池（铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池）在材料、结构和性能方面的研发状况和在电动汽车上的应用实例，并从电池化学性能（比能量、比功率、单体电压、循环寿命、安全性、单位功率价格等）和商业化的电动汽车电池组性能（电池类型、容量、续航里程、质量、充电时间等）两个角度，从技术和经济层面进行了详细的比较分析，同时介绍了几种处于研发阶段的电动汽车最新电池技术。最后根据我国国情，探讨了电动汽车动力电池未来的发展方向和研究重点。结果：通过对铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等 3类主要电动汽车动力电池的比较分析，对电动汽车电池的应用前景、未来发展趋势和研发中的新电池技术进行了展望，认为锂离子电池的性能最好，同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的4～6倍，是镍氢电池的 2～3倍，且锂离子电池技术在安全性方面取得了突破性进展，若进一步克服成本方面的劣势，将在不远将来成为电动汽车的主流动力电池。此外，本文指出中国电力行业应关注电动汽车电池技术的发展，了解电池特性，分析电动汽车充电负荷对电网的影响并积极采取应对措施。结论：电动汽车动力电池作为车载储能装置，既要求有足够的能量来满足一定的驾驶时间和行驶里程，又要提供能达到车辆指定的加速性能所需要的最大功率。当目前市场上电池成本降低或处于实验室研究阶段的电池技术发展成熟后，汽车制造厂商必然会提高电动汽车电池组的容量、功率等以提升电动汽车的行驶里程和性能。电力行业应关注电动汽车电池的容量、功率和其他关键特性，不仅是要能接入可靠的充电设施和网络，还需研究针对大规模电动汽车充电的有序控制，在满足电池充电需求的同时降低其对电网的负面影响；此外，还应研究电动汽车回馈电网技术，利用电动汽车的电池储能系统向电网提供支撑，以提高电网的运行效率和安全性。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(4): 42742

入选年份：2015

风光储联合发电系统储能容量对有功功率的影响及评价指标

李碧辉，申洪，汤涌，等

摘要：目的：近年来，随着风电的大规模开发，其功率波动对系统的冲击越来越突出，严重时威胁到电力系统的安全稳定运行，将储能应用于间歇式电源以平抑功率波动是一种理想的解决方案。而风光储联合系统是一种新型发电单元，利用风力发电和光伏发电的互补性及储能元件平抑功率波动的特性，可使联合发电系统的总输出有功功率保持相对平稳，减小功率波动，提高电能质量，降低对电网的冲击。目前实际应用中，缺乏衡量风光储联合发电系统有功功率波动的指标，同时也较少对风光储联合系统供电可靠性等特性进行评价，本文针对这个问题进行了研究。方法：风力发电、太阳能光伏发电以及储能的技术特性、容量配置及控制策略对联合发电系统总有功功率特性有重要影响。本文分析了风光储联合发电系统的结构特点、数学模型和技术特点，提出了一种储能单元充放电优化模型，该模型以有功功率波动最小为目标函数，其约束条件考虑了每个步长的储能初始容量和储能充放电控制策略。根据该模型，提出了衡量风光储联合发电系统有功功率波动的3个指标，并结合评价风光储联合系统供电可靠性指标，综合评价总输出功率特性，通过Matlab编程进行实例验算，分析有功功率特性随储能容量配置方案的变化趋势及各指标的意义。风力发电和太阳能光伏发电均为不可控元件，其功率的数学模型可以看作是随机分布的时间序列，用PWG（t）和PPV（t）分别表示t时刻风力发电和太阳能光伏发电的有功功率。本文风光储联合发电系统的数学模型以风力发电和太阳能光伏发电有功功率时间序列为基础，为使总有功功率输出保持恒定，对储能元件按照一定的控制策略进行充放电。因此，风光储联合发电系统的数学模型本质上是储能元件的控制模型。结果：本文提出了衡量风光储联合系统总输出有功功率波动的3个指标α、β、γ，引入常用的供电可靠性指标ηLPSP和ηEXC间接衡量总输出有功功率波动。α、β、γ主要针对风光储联合系统的外特性和对并网系统的冲击性，ηLPSP和ηEXC主要针对风光储系统电源，偏向于评价供电可靠性。当衡量系统有功功率特性时，应将5项指标综合考虑。对于某地区的风光储配比，首先对1组风力发电和光伏发电的功率预测值计算不同储能容量下的α、β、γ、ηLPSP和ηEXC，通过综合考虑这5种指标得到最优容量。然后，大量选取n组风力发电和光伏发电的预测值，重复计算，运用统计概念，最后得到有功功率波动最小的最优容量概率分布，这可以为风光储联合系统中储能容量的选取提供指导。结论：本文研究储能容量及其控制策略对有功功率波动的影响，提出衡量风光储联合发电系统有功功率波动的有功功率偏差率 α、部分有功功率偏差率β及峰谷斜率总和3个指标，并结合部分文献常用的评价风光储联合系统供电可靠值ηLPSP、能量浪费率ηEXE，利用5个指标综合衡量总输出功率特性。最后针对实例计算，分析不同指标随容量变化的趋势及优缺点，据此确定储能最优容量的方法。本文主要研究了孤网系统中风光储容量配比对平抑总输出功率波动的影响，今后将重点研究风光储系统并入大电网后，风光储系统储能容量配置对有功功率特性的影响以及5项评价指标的指导作用。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(4): 123-128

入选年份：2015

风电并网时基于需求侧响应的输电规划模型

曾鸣，吕春泉，邱柳青，等

摘要：目的：作为传统化石能源的重要补充，风能已成为当今能源可持续发展的重要方向，受到我国的高度关注。我国风能资源丰富地区普遍距离负荷中心较远，大规模的风电容量无法就地消纳，需要通过输电网远距离输送到负荷中心。此时，坚强电网对风电的安全稳定输送起着重要作用，为了接纳风力发电，需要重新规划电网结构，进行必要的输电线路扩容。从供应侧看，大规模风能的并网发电给传统的输电规划带来新的挑战和问题；从需求侧看，不断发展和成熟的需求侧响应机制能促使用户根据实时供用电情况改变电量消费行为，有利于提高电网运行的灵活性，是应对风电并网不确定性问题的有效手段。为此，本文主要分析如何在输电规划中考虑需求侧响应机制，解决风电大规模并网问题。方法：首先，综合考虑了风电机组出力的不确定性，假设风电机组的发电功率服从正态分布，建立风电机组发电功率的估算模型；其次，在输电规划一般模型中，引入需求侧响应机制，主要分析直接削减负荷的需求侧响应策略，即在与电力用户签订合同的前提下，在发生供电紧缺、输电阻塞等情况时削减用户负荷的策略，分别针对不同负荷等级制定提供相应的削减电量补偿费用，建立了基于需求侧响应机制的输电规划模型；然后，利用贪婪随机自适应搜索过程（greedy randomized adaptive search procedure，GRASP）求解所建立的输电规划模型；最后，根据IEEE Garver 6节点和24节点系统计算得出规划方案，对比分析有无引入需求侧响应机制的输电规划结果，验证基于需求侧响应机制的输电规划模型对提高规划经济性和改善风电并网输电规划效率的可行性。结果：Garver 6节点和IEEE 24节点系统引入需求侧响应机制前后的输电规划对比结果如下：Garver 6节点系统考虑需求侧响应机制的输电规划线路投资费用为0.1992亿美元，较不可考虑需求侧响应机制的规划方案节约投资552万美元；由于采取了负荷控制管理的需求侧响应机制，较之多支出成本79.6万美元，总体来看，节约了462.4万美元。在引入需求侧响应机制的IEEE-24节点系统输电规划方案中，线路3-24、4-9、9-11、10-12、11-13和15-16明显节约了输电容量的扩容需求，减少了投资成本；但线路10-11、14-16、15-24和16-17的规划容量却大于没有需求侧响应机制的规划方案，这主要是由于风电并网和需求侧响应机制可避免容量约束性的影响。为保证系统的可靠性，需要在这些线路上增投容量。总体看来，引入需求侧响应机制增加的费用和部分线路增投的成本总和依然低于不考虑需求侧响应机制的规划方案，其中考虑需求侧响应机制的输电规划线路投资费用为4.41亿美元，较不可考虑需求侧响应机制的规划方案节约投资7900万美元；实施需求侧响应机制的费用较之多支出成本230万美元，总体上节约了5600万美元。可见，引入需求侧响应机制的规划总成本低于没有考虑需求侧响应机制的规划成本。因此，在输电规划中引入需求侧响应机制，既可克服风电出力间歇性和波动性的问题，又能替代部分输电线路容量，降低投资成本，提高输电规划的整体经济效益和社会效益。结论：随着风电大规模并网，输电规划面临着更大的不确定性。需求侧响应机制能够促使用户根据实时供用电情况改变电量消费行为，如在风电供应过量时增加电力消费，在风电供应紧张时减少用电量等，这有利于提高电网运行的灵活性，是应对风电并网问题的有力手段，在输电规划中应充分考虑。此外，与一般的不考虑需求侧响应机制的规划模型相比，基于需求侧响应机制的输电规划模型能够全面权衡线路投资成本与需求侧响应成本，在保证供电可靠性的前提下，消纳风电容量，优化输电线路投资方案，提高输电投资的经济性和可靠性。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(4): 129-134

入选年份：2015

交流电网强度对模块化多电平换流器HVDC运行特性的影响

王姗姗，周孝信，汤广福，等

摘要：目的：提供一种直观方法反映交流系统的强弱对电压源型直流换流站运行特性的影响，扩展功率圆法在电压源型换流器直流输电技术的应用场景。揭示交流系统的相对强度影响电压源型换流器运行特性的本质原因，为电压源换流站功率运行区间和联结变阀侧电压的设计提供理论依据和工程实用方法。方法：在已有研究成果的基础上，增加等值交流系统向换流站注入功率的数学模型，用图示法（功率圆法）分析交流电网强度对模块化多电平换流器直流输电系统稳态特性的影响，及采用不同控制方式控制对象设定值改变时系统的暂态特性。最后，通过PSCAD电磁暂态模型仿真验证所得结论的正确性。结果：本文将交流系统与换流站交换功率的数学关系纳入换流站的功率圆图中，应用图解法分析了交流电网强度对 MMC-HVDC系统稳态特性的影响，同时分析了接入强、弱交流电网的直流系统在不同控制方式下控制对象设定值改变时的暂态特性。深入地揭示了MMC换流器运行的本质原理，为联接变压器阀侧电压的选取提供了理论基础：1）功率圆的大小及其相对位置可以直观地反映交流电网的强弱，以及控制方式对MMC-HVDC系统运行特性的影响。2）MMC-HVDC接入交流系统的等值短路阻抗XS与本系统的等值电抗X的相对大小反映了交流系统相对于直流系统的强弱。3）换流器达到满调制前，功率圆3能覆盖整个功率圆2，换流器的电压电流实现最佳配置，以此设计的联接变阀侧电压是最优的。结论：提出功率圆法可以用来直观地分析电压源换流器接入不同强度的交流系统的运行特性。交流系统的强弱直接反映在交流系统的等值短路阻抗XS与换流器的等值电抗X的相对大小中。交流系统的强弱只影响到换流器的无功输出能力，接入的交流系统越弱换流器的无功输出能力越强，更能发挥其对交流系统的电压支撑作用。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(2): 17-24

入选年份：2015

风电功率波动的时空分布特性

崔杨，穆钢，刘玉，等

摘要：目的：电网调度、规划部门更关心数台风电机组集聚后的风电场乃至风电场群输出功率的波动特性对电网稳定运行的影响，尤其关注风电功率分钟级、小时级甚至更长时间尺度的波动特性，以及数百甚至上千km2巨型风电场群输出功率的波动特性给电网的规划、运行带来多大程度的影响，这就需要对风电功率波动的时空分布特性进行定量分析。本文旨在基于较长历史时期内、较广地理空间分布的风电场群实测数据，对单台风电机组、单个风电场及风电场群输出功率在不同时间、空间尺度下波动特性的分布特征进行量化分析，细致地量化评估风电接入点局部地区电压水平、全网旋转备用容量安排、系统调频等方面影响，能够最大限度地把握风电功率波动给电网带来的影响，进一步提高电网对风电的接纳能力。方法：风电功率波动随时间分布的特性指风电功率在不同时间尺度下的变化速率及幅度。风电功率波动的空间分布特性指由于受风电场（群）所占区域的地形地势、风电机组排列方式以及接入相同并网点风电场数目、容量等因素影响，风电功率波动在不同空间尺度上形成的差异。本文基于较长历史时期内、较广地理空间分布的风电场群实测数据，研究了风电功率波动的时空分布特性及其内在趋势性特征，以期最大限度的评估风电波动对电网造成的影响。结果：随着时间尺度的增大，风电功率的相对可变性呈现上升的趋势，风电输出功率的时间分布具有一定的趋势性。在较短时间尺度内（数秒、数分钟）风电功率的变化量通常较小，而较长时间尺度（数小时）内的变化会较大。受空间分布各种因素的影响，单台风电机组与单个风电场乃至与整个风电场群输出功率的波动特性存在较大差异。风电功率的波动随空间分布尺度的增大而趋于缓和，最大可能出力与装机容量关系曲线呈现一定的“平缓效应”。结论：基于较长历史时期内、较广地理空间分布的风电场群实测数据，对单台风电机组、单个风电场及风电场群输出功率的波动特性在不同时间、空间尺度下进行了量化分析对比，结论如下：1）随着时间尺度的增大，风电功率的波动性呈现上升的趋势。按12 s、15 min、1 h、6 h等不同时间尺度分析，单机、单场、风电场群输出功率的平均值分别为0.0891 pu、0.0916 pu和0.1512 pu；功率标准差分别为0.0968、0.0797和0.0659 pu。2）随着空间尺度的增大，风电场（群）最大输出功率呈现下降的趋势。实测数据分析表明，当风电装机容量分别为30、120和770 MW时，风电场最大出力为0.99、0.89、0.71 pu。3）随着风电场群空间分布广度的增加，风电功率的波动随风电规模的增大趋于缓和，出现“平缓效应”。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(2): 110-114

入选年份：2015

智能变电站中采样值传输延时的处理

黄灿，肖驰夫，方毅，等

摘要：目的：智能变电站网络通信的成功取决于收发报文的准确性和传输报文的实时性。为将模拟量采样值（sampled analogue value，SAV）报文准确、实时地传输至智能电子设备，本文通过建立 SAV 报文传输的时序模型，提出一种延时补偿和延时测算相结合的方法改进报文通信的准确性与实时性，并通过仿真验证方法的正确性。方法：在建立SAV报文传输时序模型的基础上，提出一种采用合并单元相位校准补偿传输延时以提高模拟采样值时标的准确性，并通过测算以太网的最大传输延时验证 SAV 报文的实时性的方法。利用公式推导和算例计算对方法进行了理论分析，并通过 OPNET modeler仿真验证了理论分析的正确性。结果：GOOSE报文流量远小于SAV报文流量，对网络带宽的影响基本可以忽略。模拟采样值延时能够为降低采样值相位误差、同步多路采样值时序、测量报文传输实时性、实现过程层网络配置提供重要依据。通过合理配置以太网交换机，将交换机的负荷控制在一定水平，网络节点之间通过交换机实现逻辑上的点对点通信，一定程度上可避免信道冲突，提高t通信时延的确定性。结论：目前一般采用 VLAN组播技术或多个百兆甚至千兆的以太网交换机分担数据流量的方法来解决变电站间隔层设备需处理大流量报文的问题，此时要求IED具有高速度的数据处理能力以实现SAV报文和GOOSE报文的编码、解码计算。另外，从报文的自身角度考虑，可借鉴帧聚合机制实现报文的压缩，减少帧头负载，有助于避免数据网络阻塞、缩减数据传输延时，降低网络数据吞吐量和提高网络传输效率。工程中一般根据具体制造商的物理装置和现场实际设备需求情况，通过计算IED端口的最大数据流量和报文的最大传输延时来设计以太网交换机的组网方式。研究采样值的传输延时，有助于实现智能变电站网络通信的准确性、实时性，亦可为工程中过程层网络的可靠、经济配置提供参考。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(1): 42865

入选年份：2015

基于实测信号的电力系统低频振荡模态辨识

蔡国伟，杨德友，张俊丰，等

摘要：目的：现有基于量测信息的低频振荡分析相关文献所用数学方法及信号分析工具只能对某一局部发电机功角、发电机有功功率及联络线有功率等单一信号进行处理和分析，无法从全局角度对扰动后的振荡现象进行分析，只能得到扰动后系统低频振荡的频率及阻尼比，很难根据实测信号获得系统的振型（即振荡模态），无法分析发电机间的振荡关系，难以应用于抑制低频振荡的实时控制中。而且上述方法还存在受噪声信号影响较大，系统阶数确定困难，容易出现伪模态和计算过程复杂、耗时长等缺点。本文结合经验模态分解（EMD）和随机子空间辨识（SSI）算法，开展电力系统低频振荡问题的研究，能够有效克服随机子空间辨识算法在处理非线性非平稳信号的局限性及其难以解决的定阶问题。方法：首先利用经验模态分解对 WAMS量测数据中故障后发电机有功功率进行分解，然后将各发电机有功功率EMD结果中振荡频率相近的IMF分量作为随机子空间辨识算法的输入进行计算，既可得到系统状态矩阵及观测矩阵，进而根据状态矩阵特征值计算结果及模态振型计算方法即可得到系统的振荡模式及其相关振荡参数。控制中心根据系统的振荡模式及其相关振荡参数采取有效的控制措施（如调整发电机出力、直流调制等）即可实现对低频振荡的控制。结果：以随机产生2组数据作为输入所得到的输出采样数据作为随机子空间辨识算法的输入即可计算得到系统状态矩阵及观测矩阵。辨识所得系统与原系统的幅频特性及相频特性对比结果可以看出，仅以系统响应数据（即输出数据）作为输入，利用随机子空间算法所得系统与实际系统具有十分相近的幅频特性及相频特性。辨识结果与实际系统特征值计算对比结果中，辨识所得系统与实际系统的振荡频率及阻尼比计算结果十分接近，证明了辨识所得系统基本保持了原系统的动态特性。对于辨识得到的振荡模式，小干扰稳定分析结果中同样存在，且所表现出的振荡模式与小干扰稳定分析所得到的振荡模式相同，但振荡频率和阻尼与小干扰稳定分析结果略有不同。可以看出，系统实际运行过程中，在受到某一扰动后可能激发出的振荡模态参数与理论值存在一定的差异，因此，相对于静态离线分析，实施在线监测更有利于电力系统低频振荡的有效控制。不同的扰动所激发出的振荡模式有所不同，且单一扰动很难激发出小干扰稳定分析所得到的所有模式，但所得模式多包含在小干扰稳定分析结果中。同时观察扰动激发出的各振荡模式所对应的阻尼比与小干扰稳定分析所得到相应模式的阻尼比，不难发现对于相同的振荡模式，不同扰动所导致的阻尼也不尽相同，且不同于小干扰稳定分析所得到的阻尼比。由此可见对电力系统低频振荡阻尼比进行在线实时监测对于电力系统安全稳定控制尤为重要。结论：对低频振荡过程中发电机有功功率采样信号进行 EMD分解，既解决了随机子空间定阶困难的问题，又可以避免随机子空间算法在处理非线性、非平稳信号过程中所产生的虚假模态。与传统算法相比，本文提出的算法具有抗噪能力强、定阶简单等优势。多机系统仿真分析结果表明，系统受扰后的振荡表现为多种模式共同作用的复合振荡模式，利用随机子空间算法对 WAMS监测数据进行实时分析可以为电力系统低频振荡在线辨识与控制提供有力的依据。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(1): 59-65

入选年份：2015

双馈感应风电机组异常脱网及其无功需求分析

崔杨，严干贵，孟磊，等

摘要：目的：巨型风电场群屡有发生的风电机群连锁脱网事故，不仅给风电企业造成很大的困扰，也给电网的安全运行带来威胁。双馈感应风电机组是目前主流机组，其转子侧配置的电力电子四象限功率变流器对外部运行条件的变化极为敏感，一旦发生风电功率波动、电网电压跌落等扰动，很容易诱发风电机组中电力电子装置的保护动作，导致机组异常停机，极大影响了风电机组的持续联网运行能力。本文目的在于阐明双馈风电机组异常脱网过程的特征，从机组运行特性出发，分析双馈机组切入异步运行状态吸收大量无功功率进而引起电压下降是导致机组脱网的主要诱因，以便进一步深入研究风电机群连锁脱网事故的抑制策略。方法：本文通过构建相应模型分析了双馈感应风电机组因撬棒保护动作导致的异常脱网过程，以及不同运行初始点脱网时机组对电网的无功需求、机组对电网的影响。首先研究了双馈感应风电机组撬棒保护动作后机组脱网过程中定、转子回路的开关动作特性。在此基础上，以Gamesa-G58-850 kW双馈风电机组为例，对撬棒保护动作前不同初始机端电压及运行转速时的脱网过程中机组的转差-无功特性（s-Q特性）进行了定量分析。最后，基于我国东北某风电场的脱网事件实测数据，对本文建立模型以及脱网过程中机组的s-Q特性进行验证，提出了风电场无功补偿措施，如配置无功补偿设备等。结果：不同转差率对应不同的等值电路阻抗，当机组阻抗参数及脱网前机端电压一定时，其吸收的最大无功与转差率有关。由理论分析可知，只有当脱网前转速为同步速时，双馈感应风电机组不从电网吸收无功，在其他各转速下停机均会吸收无功，且转差率绝对值越大吸收的无功越多。实测脱网事故分析也证明，双馈机组脱网存在瞬时大量的无功缺额，导致局部电压降低，进而引起相邻机组保护动作停机，且该过程将雪崩式发展，最终导致全场所有机组因电压跌落而脱网。结论：由于定、转子回路开关动作特性的差异，不论何种原因诱发的双馈感应风电机组因 DFIG撬棒保护动作导致的异常脱网事故中，机组脱网前存在短时鼠笼异步运行状态而吸收大量无功，导致局部电压降低，进而引起相邻机组低电压保护动作停机，该过程可能为雪崩式发展，即使停机前电网电压可能处于较高水平，最终仍会导致全场所有机组因电压瞬时跌落而脱网。风电场无功补偿配置应能快速响应电压跌落，同时应改善已有风电机组无功控制策略，使非主动停机机组能够在机端电压跌落时持续联网运行，对于无法更改控制策略的机组，应增加辅助设备使其在脱网过程中向电网吸收的无功功率达到最小。本文研究结论对改善风场无功控制、减小风电对电网电压影响、提高风电机组联网运行能力具有重要的理论价值和现实意义。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(1): 158-163

入选年份：2015

不同类型电动汽车充电机接入后电力系统的谐波分析

李娜，黄梅

摘要：目的：电动汽车的发展和普及离不开充电站的建设，而充电站中的充电机为非线性负荷，会对电网产生谐波污染，随着国内对电动汽车的大力推广，电动汽车及其充电设备规模化接入，有可能使得电动汽车充电设施成为未来电网中比重较大的负荷之一。在电动汽车还未广泛应用前，积极开展充电站的谐波特性研究，定量评估分析电动汽车充电站给电网带来的谐波影响，从而提出消除谐波的防护措施显得尤为重要。电动汽车充电站接入电力系统产生的谐波主要来自充电机的整流装置，因此有必要对由不同整流装置构成的充电机接入系统产生的谐波进行对比分析，为充电站的谐波治理和充电机选择提供依据。本文针对集中式、采用常规充电方式的大型充电站，利用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC搭建3种充电机的仿真模型，分别对充电机接入电力系统所产生的谐波进行仿真分析和比较，并对多台充电机不同时投入电力系统情况下的谐波进行仿真分析。方法：首先分析了充电机谐波的主要来源以及国内对于电动汽车充电站谐波问题的主要研究进展。提出国内对于电动汽车充电站谐波问题的研究主要集中在不控整流充电机的研究上，缺少多台充电机不同时投入电力系统情况下的谐波分析。在此基础上使用PSCAD软件设计了充电机谐波测量模型，建立了三相桥式不控整流充电机、十二脉波整流充电机、PWM 整流充电机的仿真模型，使用快速傅里叶变换法测量了谐波，并对数据进行了对比分析。该模型能够为充电站选择充电机提供依据。该方法可用于集中式、采用常规充电方式的大型充电站接入系统的谐波分析。结果：本文利用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC搭建不控整流、十二脉波和PWM整流充电机的仿真模型，改进了非线性连续变化电阻的仿真方法，使之能够在一个充电周期内连续仿真。该模型及谐波测量方法同样也适用于多台充电机组成充电站的谐波分析。研究发现不可控整流充电机产生的 5、7次谐波数值较高，十二脉波整流充电机能够很好地抑制低次谐波，PWM 整流充电机各次谐波含量数值都很小，功率因数为1，但是控制系统复杂。3种充电机产生的谐波变化趋势相同，都在充电机输出功率最大的时刻达到谐波最大值。而对于集中式、采用常规充电方式的大型充电站接入系统产生的谐波污染，除了考虑加装谐波治理装置以外，还可以通过控制充电机的投入间隔对谐波起到一定的抑制作用。另外适当降低起始充电机台数，加大充电时间间隔，能够降低充电站峰值功率，因此可以通过控制充电机投入间隔释放供电变压器容量。结论：电动汽车是一种无污染、节约石油资源的新型汽车，可实现零排放，加大非石油资源的利用率。为满足电动汽车电池充电或更换的需要必须建立电动车充电站，而充电站含有大量的非线性负荷－充电机，因此在建设充电站之前需要对充电站的谐波问题进行评估。如果能够在充电站投入使用前测试，分析、计算充电站的谐波问题，那么对于电动汽车的推广是有重要影响的。因此，研究电动汽车充电机（站）谐波等相关问题，为充电站的设计和建设提供理论与实践的支持，是一项对于促进电动汽车产业化进一步发展有重要意义的工作，在技术、经济和社会效益等多方面都具有重大的意义。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(1): 170-174

入选年份：2015

采用回复电压法分析油纸绝缘老化特征量

廖瑞金，孙会刚，袁泉，等

摘要：目的：回复电压法是以介质响应理论为基础的电气诊断方法，为将该方法用于电力变压器绝缘老化状态的无损诊断，提供介电特征参量支持，研究不同老化程度油纸绝缘回复电压各参数的变化规律，以及水分对参数变化的影响。方法：首先进行油纸绝缘材料预处理，将厚度为 1.0 mm，直径 120 mm的牛皮绝缘纸置于90℃、真空度 50 Pa的真空箱中干燥 48 h；然后在40℃，50 Pa条件下真空浸油24 h；然后将预处理后的油纸试品置于烧杯中密封，放入 110℃老化箱中进行加速热老化实验，按一定时间间隔进行取样，测量绝缘纸聚合度，作为其老化程度的标准，对不同老化程度的绝缘纸试品进行回复电压测量。RVM测量所用装置为内径Φ150 mm，高11 mm，采用聚四氟乙烯密封的容器，选取充电电压为500 V，充放电时间比tc/td为2。为排除水分对回复电压曲线的影响，实验分析了干燥前后聚合度与回复电压各参数的关系。并提出新的可反映回复电压曲线后期所包含信息的参数。结果：从回复电压曲线可以看出，回复电压先迅速上升到最大值后再下降，下降到一定程度后趋于稳定，各参数的变化规律为：1）随着绝缘纸聚合度的下降，回复电压最大值Umax增大，中心时间常数tdom下降，初始斜率Si增大；2）相同充电时间下，干燥后的试品 Umax，tdom均比干燥前的大，另外充电时间越长，初始斜率 Si越小；3）回复电压各参数与绝缘纸聚合度均具有较好的线性关系，可分别用关系式Umax=aDp+b，tdom=mDp+n，Si=cDp+d对实验数据点进行线性拟合，而且干燥后拟合线性优度比干燥前更好；4）以上 3个参数通常在较快的时间内就出现，不能反映回复电压曲线后期所包含的信息。进入较长测量时间时，回复电压变化很慢，基本趋于稳定，故可提取此趋于稳定的值—“电压相对稳定值”来反应曲线末端的变化规律。在本实验中选取测量时间为600 s时的回复电压值电压相对稳定值Ur。Ur随着绝缘纸聚合度的下降而增加。充电时间越短，Ur越小。可用Ur=eDp+f对实验数据点进行拟合，干燥后比干燥前拟合线性优度更好。在相同的充电时间下，干燥后试品Ur比干燥前更大，拟合方程斜率更大，在老化后期该特性更为显著。结论：通过110℃下加速热老化实验，得到不同老化程度的试品，对进行回复电压测量与分析，结果表明：回复电压最大值、中心时间常数和初始斜率与老化有很好的相关性，初步研究表明可作为反应油纸绝缘老化的特征参量；提出一个新的参数电压相对稳定值，以反映回复电压曲线后期所反映的老化信息，实验表明其与绝缘纸聚合度有较好相关性，并与纸中水分含量有密切关系；水分对回复电压曲线及其特征参量影响很大，将回复电压特征参量用于老化诊断时必须考虑水分的权重影响。

来源出版物：高电压技术, 2011, 37(1): 136-142

入选年份：2015

输电线路综合防雷措施技术经济性评估

赵淳，阮江军，李晓岚，等

摘要：目的：在实际工程中仍在采用粗放式的防雷改造管理方式，无差别地选择单一防雷措施进行治理，而治理效果不显著，大大浪费了人力、物力。防雷措施的技术经济性评估是提高输电线路防雷改造投入产出比的基础，本文根据初选—精选—优化的评估流程，提出综合考虑技术经济性指标的输电线路防雷措施评估方法并应用至 220 kV典型线路改造。方法：利用改进层次分析（Improved Analytic Hierarchy Process，IAHP）理论，采用初选—精选—优化的流程，评估各种防雷措施的技术经济性并最终确定输电线路防雷改造方案。首先，依据杆塔地形地貌、结构特征、绝缘配置、已安装防雷措施，计算杆塔绕击防雷性能及绕击入射点分布特征和反击防雷性能，综合考虑上述因素及计算结果初步筛选防雷改造措施的备选方案。然后，应用IAHP理论将最优防雷措施作为目标层，将跳闸率降低效果、工程费用、改造目标、改造难易度、维护难易度、运行寿命作为准则层，将备选防雷措施作为措施层，包括降低杆塔接地电阻、减小保护角、架设耦合地线、加强绝缘水平、加装保护间隙、安装可控针、安装防绕击侧针和安装线路避雷器；确定准则层各元素对于目标层的权重向量、比较矩阵、防雷措施对工程费用的判断矩阵、防雷措施对工程费用的判断矩阵的拟优一致矩阵及相应的特征向量，计算得到备选防雷措施对于目标层的权重向量，选出最佳措施。最后，对计算得出的防雷改造措施再次进行雷击闪络风险评估，得到防雷改造预期治理效果，采用迭代方法更新治理效果更佳的措施直至评估结果满足要求。结果：以某典型 220 kV单回线路的#61～#70杆塔段为例进行防雷措施评估，雷击计算得出#61、#64～#66、#68～#70共7基杆塔需要进行防雷改造，减小保护角需要改变塔头尺寸因而不宜采用，而本线路雷击跳闸率很高且过往的雷击重合成功率仅在70%左右，因此加装保护间隙也不采用，再结合杆塔绝缘配置情况和地形为这7基杆塔分别筛选出备选措施。应用IAHP理论对7基杆塔的备选措施进行评估，得到各基杆塔备选措施对于目标层的权重向量并确定最优措施。其中，降低杆塔接地电阻为降低3 Ω接地电阻，加强绝缘水平为每串绝缘子增加两片绝缘子，安装线路避雷器为直线塔安装两边相，转角塔安装上相和边坡外侧的边相。对上述最优措施进行预期治理效果评估，#68杆塔的反击跳闸率仍未达标，原措施为安装2支线路避雷器，现优化为三相全部安装避雷器。经优化后，#61～#70杆塔段满足运行要求。结论：根据杆塔地形地貌特征、结构特征、绝缘配置、已安装防雷措施、跳闸率、绕击入射点位置分布初选部分防雷措施作为备选方案；基于 IAHP理论，综合考虑跳闸率降低效果、工程费用、改造目标、改造难易度、维护难易度、运行寿命建立了综合防雷措施技术经济性评估模型；将此模型应用至典型 220 kV线路防雷改造，经迭代优化后预期治理效果满足运行要求。

来源出版物：高电压技术, 2011, 37(2): 290-297

入选年份：2015

新型模块化多电平换流器空间矢量脉宽调制的通用算法

李强，贺之渊，汤广福，等

摘要：目的：模块化多电平换流器是柔性直流输电技术的新技术路线。自 2010年第一条模块化多电平柔性直流输电工程投运以来，凭借系统损耗低、无需配置滤波器和高度模块化等技术优势，受到业界广泛关注与认可，并已成为技术发展的主流技术路线。空间矢量脉宽调制策略具有直流电压利用率高、输出谐波小和易于数字化实现的特点，采用空间矢量脉宽调制策略可有效改善换流器性能和效率。本文分析了空间矢量脉宽调制策略应用于模块化多电平换流器的可行性，重点研究了多电平空间矢量脉宽调制的通用算法和详细计算流程。方法：针对模块化多电平换流器自身高度模块化的特点，首先分析了其运行原理和空间电压矢量状态图。通过定义正、负三角形，计算了合成参考电压所处的三角形及最近三矢量合成方式（nearest three vector，NTC）的作用时间。在确定了电压矢量的作用时间以后，如何合理选择冗余矢量是决定SVPWM算法好坏的另一个关键问题。通过定义奇、偶冗余矢量，确定了正向三角形采用逆时针、反向三角形采用顺时针的最优矢量合成顺序。在此基础上，重点分析了参考电压矢量的轨迹曲线，提出了广义零矢量作用时间的最佳切换点。最后，在PSCAD/EMTDC仿真环境中对5、7和9电平MMC系统进行了仿真，验证了所提出的SVPWM通用算法的正确性和性能。结果：模块化多电平换流器的每个桥臂均由一系列功能和结构相同的子模块级联而成。每个子模块都具有一个独立的直流源，控制其内部两个开关器件开通或关断可以输出不同的电平。将换流器桥臂上所有的子模块按照一定的“规则”独立投切，即可合成期望的交流输出电压。对于桥臂串联数为n的换流器来说，三相六个桥臂共有（2n+1）3种电平输出状态，而每种电平输出状态对应1个电压矢量。本文分析了模块化多电平换流器的空间矢量状态，确定了冗余电压矢量的选择方法、最优合成顺序和广义零矢量作用时间的最佳切换点，推导了多电平和2电平电压矢量之间的作用时间转换矩阵，最终提出了多电平空间矢量脉宽调制的通用算法，从而生成换流器调控指令。结论：模块化多电平换流器性能优异，在中高压电能变换和高压直流输电领域已取得广泛应用。本文所提出的电压矢量最有合成顺序不仅使得 MMC换流器运行过程中开关次数低，也使得MMC换流器输出电压波形畸变率小，多电平SVPWM是MMC换流器适用的一种调制方案。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(5): 59-64

入选年份：2015

微网的能量管理及其控制策略

张建华，苏玲，陈勇，等

摘要：目的：将分布式电源以微网形式接入大电网，能够系统、高效管理分布式电源，提升能源利用效率，提高供电可靠性，改善电能质量等。为实现这些优势，微网必须具有良好的能量管理系统和灵活的控制策略。分布式电源与传统电源有很大不同，如受气候影响光伏和风力发电的间断性，微型燃气轮机发电受冷、热负荷的影响，部分分布式电源通过逆变器接入电网，较小的惯量可能对电压和频率造成不利影响等。随着分布式电源渗透率增加，微网能量管理系统除具备传统电网能量管理系统基本功能外，还需要包括可再生能源发电预测、实时功率平衡以及对重要负荷可靠供电。微网的动态特性和能量管理问题，使传统控制策略已经不适用于微网运行控制。微网能量管理系统良好运行，必须有完善的控制策略支持。当微网运行方式变化时，通过其控制策略实现无缝切换。当负荷或网络结构发生变化时，对微网中各分布式电源、储能装置及负荷实现协调控制，保持电压频率稳定。方法：首先介绍实验室微网的构成，提出微网能量管理系统的主要功能、任务和工作流程。在满足负荷功率需求和保证电能质量的前提下，能量管理系统还考虑了微网在各种状况和约束下的经济调度和优化运行。针对实验室微网运行控制，采取中央控制器和局部控制器（分布式电源控制器和负荷控制器）相结合的控制策略。主配网正常运行时，微网并网运行各分布式电源采取有功无功控制（PQ控制）；配网发生故障时，微网快速与主配网断开，主分布式电源切换为有功电压控制（VF控制），其余分布式电源仍采用PQ控制；主配网恢复正常运行后，微网重新与主配网并网，主分布式电源转换为PQ控制。结果：对实验室微网进行建模仿真，并网运行时，所有分布式电源可按能量管理系统指定的有功和无功功率进行输出；主配网发生故障时，通过检测公共连接点电压或频率越限，微网断开与主配网连接孤网运行，主控分布式电源切换为VF控制，可跟踪负荷变化，保证微网电压频率稳定性。主配网恢复正常运行后微网并网运行，主控分布式电源由VF控制切换为PQ控制，主配网恢复对微网供电，各电气量恢复至孤网前水平。结论：为建设实验室微网监控平台，本文提出了微网能量管理系统的构成、任务和工作流程，其中的经济调度和优化运行功能在综合考虑各分布式电源的技术性能、负荷需求大小、环保、电价等因素基础上，协调控制微网内各发电单元、储能单元出力以及微网与上级电网之间的功率交换，管理负荷需求，实现了微网运行总的经济成本最小。为实验室微网协调控制提出的中央控制与局部控制相结合的运行控制策略，经仿真验证表明：既能实现微网运行的灵活、无缝切换，又能在孤网运行时跟踪负荷变化，保持系统稳定性。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(7): 24-28

入选年份：2015

包含电动汽车的风/光/储微电网经济性分析

茆美琴，孙树娟，苏建徽

摘要：目的：电动汽车（Electric Vehicles，EVs）在接入微电网时具有双重角色：充电时可看做负载；同时在电动汽车电池有足够电量的情况下，可以作为储能电源对微电网负载进行供电。本文针对电动汽车“源”与“荷”的双重特性，即其能量的双向流动性，提出了包含风、光、储、电动汽车等的微电网经济调度策略和模型，定量地分析电动汽车的加入对微电网经济性的影响。方法：在重点分析电动汽车能量需求特点的基础上，建立了包含EVs的多能源微电网各分布式单元模型。EVs参与微电网运行时，为了保障微电网运行者与汽车所有者之间所得利益的合理分配，需制定主要含EVs接入与断开时间、接入费用和能量交易价格等内容的协议。在所建立的微电网分布式单元模型以及 EVs参与微电网能量调度的协议基础上，本文提出了微网经济性分析模型。该模型以全年微网运行费用最小为目标函数，以功率供给亏欠率（Loss of Power Supply Probability，LPSP）作为系统供电可靠性评估指标，以系统电功率和热能平衡，发电单元输出功率上、下限，蓄电池和EV蓄电池充放电上、下限为约束。微网运行费用中主要考虑系统设备初始购买费用、设备维护费用、全年机组燃料消耗费用以及能量交易费用。采用粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法对所提出的优化模型进行求解。最后以风/光/储微电网向某地区办公楼提供电、热、冷为例，借助于所建立的微电网经济性分析模型，对微电网在未加入EVs和加入EVs条件下的经济性、发电与用电的动态匹配性以及微电网运行者和EVs车主之间的利益分配进行了具体分析。结果：1）经济性分析方面。该系统设备固定投资费用为 90061.38美元。（1）不加入EVs时，系统全年运行费用由燃料费用和电网交易费用构成，为61677.7美元；（2）加入EVs时，系统全年运行费用为 58611.7美元。相比于没有EVs加入的情况，在系统设备固定投资不变的条件下，系统全年的运行费用降低了 5.02%。2）发电与用电动态匹配性方面。系统负荷主要分为电和热两种类型负荷：电能需求包括普通用电和制冷用电；热能需求包括室内取暖和热水。在没有EVs参与时，若优先满足热平衡，则系统供 电可靠性下降；若优先满足电平衡，则系统产热有剩余；在加入EVs后，系统供电可靠性提高且没有多余能量浪费。3）微电网运行者与EVs车主之间利益分配方面。本算例中，微电网运行者和EVs共同创造的利润为4113.6美元。相比于直接从电网购电，在保证微电网运行者不亏损条件下的接入费用取值范围为[0，34.28美元/（kW·h）]。当能量交易价格为0.06美元/（kW·h）且没有接入费用时，微电网运行者得到全部利润；当没有接入费用且能量交易价格与电网电价一致时，车主得到全部利润。当接入费用为 6.49美元/（kW·h），能量交易价格为0.09美元/（kW·h）时，合同双方平分共同创造的利润。结论：微电网中加入EVs对微电网经济性的影响主要涉及两方面：接入费用和交易电价。接入费用增加了系统部分固定投资费用，但是合理的交易电价可以减少系统全年的运行费用，双方通过签订合同进行利益分配。在研究案例中，利用PSO算法优化分析 EVs加入前后对微电网全年总费用的影响以及车主全年的收入情况。微电网在高电价时使用EVs的电能来减小系统运行费用，车主通过从微电网运行者得到接入费用和向微电网卖电来补充部分购车费用。最终结果显示 EVs的加入不仅减少了微电网中静态储能设备的投资和微电网系统全年运行费用，而且提高了系统供电、供热可靠性，使车主在使用EVs的同时得到一定的补偿。

来源出版物：电力系统自动化, 2011, 35(14): 30-35

入选年份：2015

光伏发电系统模型综述

刘东冉，陈树勇，马敏，等

摘要：目的：当前研究光伏发电系统模型的文章众多。对于开发新的光伏发电系统模型的研究者，需要了解目前光伏发电模型的发展现状、发展方向及研究难点；对于将光伏发电系统进行仿真分析的研究者，要选择适合自己仿真内容的模型。本文对整个光伏发电系统模型研究的现状进行了综述，为相关的研究提供了参考。方法：本文综述并分析了光伏阵列、光伏发电系统逆变器及MPPT控制部分的模型，并给出了光伏发电系统潮流计算、暂态稳定计算的模型，最后针对系统中的孤岛保护模型进行了综述。其中光伏阵列给出了基本U-I特性模型、简化工程用模型及考虑雪崩效应的模型；对光伏发电系统逆变器及MPPT控制部分，分析了逆变器的结构，按控制的方式介绍了多种逆变器控制模型，并按MPPT的追踪方法不同，介绍了两类MPPT模型。之后，对于光伏发电系统孤岛保护的研究，根据保护原理的不同，介绍了两类保护模型。结果：通过对光伏发电系统各部分模型的对比，得到了以下结果。单个光伏电池的建模已基本成熟，新的研究集中在光照不均匀情况下各个光伏电池出力不平均甚至出现雪崩击穿时的光伏电池模型。MPPT控制以程序的形式存在于控制模块中，逆变器控制方式通常是以控制框图的形式给出，而二者在结构上都是对电力电子元件的PWM发生器进行控制，因此，MPPT和逆变器的控制既可以分开进行，也可以结合在一起给出一个控制信号。对整个光伏发电系统的建模基本上是首先建立系统各个部分的状态方程或者MATLAB的仿真模型，再将其组合起来得到整个系统的模型。对于孤岛保护的建模研究更偏向于对于保护策略的验证，其建模关键在于提出具体的保护策略。结论：随着新能源不断的开发利用，光伏产业的快速发展，未来对于光伏发电系统的模型研究可能会出现新的发展方向。在光伏电池方面，当多个光伏电池组成光伏阵列时，在考虑到可能出现的光照不均的情况下，如何对整个光伏阵列建立等值模型可能成为研究的方向。由于MPPT、逆变器和孤岛保护的建模都是为了研究其控制或保护策略，因此其模型的发展方向决定于控制或保护新方法的研究。逆变器的能量损耗和谐波也是光伏发电系统不可忽视的问题，但这两个量随运行状况的变化很大，难以找到合适的模型，因此这也是建模中的难点。对于整个光伏发电系统的建模，为了适应未来大规模光伏电站和分布式光伏电源接入系统的趋势，对光伏发电系统建立适合并网分析，能够准确模拟不同类型的光伏发电系统，能够正确反映其对天气、电网动态的响应的模型，从而推进光伏发电系统并网后对电力系统影响的研究，必将成为光伏发电系统模型研究的趋势。

来源出版物：电网技术, 2011, 35(8): 47-52

入选年份：2015

大气压氩气等离子体射流长度的影响因素

张冠军，詹江杨，邵先军，等

摘要：目的：大气压下射流等离子体（APPJs）因其较强的电化学活性和低温特性在生物医学、环境治理以及材料表面处理等领域具有广泛的应用前景，近年来一直是低温等离子体研究领域的一个热点。而在实际应用中，射流长度在很大程度上影响和制约了APPJs的应用。因此，研究影响大气压下射流等离子体放电长度的不同因素，并系统地分析其作用机理，对于提高射流放电的可控性、增强适用性具有重要的意义。方法：采用氩气作为射流等离子体的工作气体，以中频正弦高压电源提供驱动电压，系统研究了外表面双电极、外表面单电极和中心电极等3种不同结构射流等离子体的放电特性，以及气流速率、外施电压和电极结构等对射流长度的影响，并结合气体动力学和静电场仿真对实验结果进行了分析与讨论。结果：实验结果表明：1）双电极和中心电极结构的射流较为平直，放电较为稳定；单电极结构的射流受周围物体的影响较大，当外施电压增大到一定程度时会发生回流放电现象。2）随着气流速率的增加，射流长度随气流速率的增加先增大后减小，并在雷诺数为2000～3000时达到最大值。3）对于双电极结构，随着放电电压的升高，射流长度略有增加；单电极射流结构下电压对射流长度的影响不大，没有明显的规律；中心电极结构下射流长度随着放电电压的增加而明显增加。4）同一气流速率下，单电极结构的射流长度稍大于双电极结构，而中心电极结构的射流长度较短；随着射流管内径的增大，不同气流速率下，双电极和单电极结构的射流长度最大值呈现先增加而后趋于饱和的现象，而中心电极结构的射流长度最大值则略有减小。5）三种电极结构中，中心电极结构的放电最为稳定，双电极次之，单电极最差。结论：APPJs射流长度受气流速率、外施电压和电极结构的影响。随着气体速率的增加，APPJs射流长度呈现出先增加后减小的趋势，并在气流速率处于临界流动状态时达到最大；双电极和单电极结构的电场以轴向分量为主，放电类似于流注放电，射流长度较长，且随电压的增加而增加；中心电极结构的电场集中于中心电极尖端，放电起始于电晕放电，射流长度较短，且受电压影响不大。通过合理选择气流速率、外施电压、电极结构和电极尺寸可有效提高APPJs的射流长度。

来源出版物：高电压技术, 2011, 37(6): 1432-1438

入选年份：2015

输电线路覆冰关键影响因素分析

黄新波，欧阳丽莎，王娅娜，等

摘要：目的：输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行，开展输电线路覆冰机理的研究对于提高覆冰区线路运行的可靠性具有重要意义。本文首次提出覆冰影响深度分析法，定义了公式和分析步骤，利用该方法基于贵州电网 220 kV铜黎线现场监测数据分析了覆冰与环境温度、环境湿度、风速以及导线温度之间的关系。并采用灰关联分析法计算覆冰和环境参数、导线温度之间的关联系数。方法：通过输电线路覆冰在线监测系统获取2009-01-01—2009-01-27期间220 kV 铜黎线微气象信息、导线温度以及导线拉力（导线拉力通过理论计算公式换算为覆冰厚度）等覆冰数据，分析该线路覆冰与环境温度、环境湿度、风速以及导线温度之间的关系；基于现场覆冰数据采用灰关联分析法计算覆冰和环境参数、导线温度之间的关联系数，分析影响导线覆冰的主要因素，并提出覆冰影响深度分析法，定义覆冰影响深度系数公式，计算覆冰影响深度系数，从而得出覆冰的关键影响因素。结果：1）根据覆冰影响深度分析法步骤计算得知，220 kV铜黎线在选取的覆冰数据中，即最关键的影响因素为风速，其次为导线温度和环境温度，影响最小的为环境湿度。2）通过灰关联分析法得出覆冰与环境温度、环境湿度、环境风速以及导线温度的关联系数，发现在2009-01-01—2009-01-27期间贵州电网220 kV铜黎线路的覆冰关联度最大的是环境风速，而环境温度、导线温度与覆冰厚度的关联度值非常相近，关联度最小的为相对湿度。3）覆冰影响深度分析法的计算结果相对于灰关联分析法而言误差较大。虽然两种分析方法都存在误差，并且不能绝对消除误差，但可从误差根源入手，来减小误差。4）研究得出覆冰的关键影响因素是风速。即当具备了形成覆冰的温度和水汽条件后，风速的大小和风向是决定覆冰大小最重要的参数。结论：1）本文提出覆冰影响深度分析法，定义了公式、建立了分析步骤，确定了输电线路覆冰与微气象条件（环境温度、环境湿度、环境风速）和导线温度等因素之间的关系，可作为覆冰分析的一个参考方法。2）覆冰在线监测系统监测到的历史数据有限且由于传感器本身精度问题等不确定性原因导致覆冰数据不够完整准确，数据灰度较大，因此文中采用以小样本、贫信息下不确定性系统为研究对象的灰关联分析方法来计算覆冰与微气象条件、导线温度之间的关联度，与覆冰影响深度分析法对比研究。3）在进一步对贵州电网线路覆冰进行全面和系统的状态评估和处置决策等应用方面时，应着重考虑环境风速的影响，适当考虑温度的影响（环境温度与导线温度）。

来源出版物：高电压技术, 2011, 37(7): 1677-1682

入选年份：2015

永磁同步电机伺服系统抗扰动自适应控制

鲁文其，胡育文，梁骄雁，等

摘要：目的：永磁同步电机具有体积小、效率高、电磁转矩大、控制方便等优点，故其成为伺服系统中执行机构的最佳选择之一。在电机实际运行时，电机所带的负载转矩或者转动惯量变化（视为扰动）都会对系统期望的伺服性能造成不良的影响。高性能的伺服系统要求伺服电机的输出无超调又快速地跟踪输入指令，且稳态无静差，对系统参数的变化具有强鲁棒性。因此，对于某些变惯量、变负荷场合应用的永磁同步电机伺服系统来说，抗扰性是衡量其伺服性能的重要指标之一。目前国内外研究学者在抗扰动方面提出了多种方法，但现有方法都存在一些问题，本文为使永磁同步电机伺服系统能够满足某些驱动场合时变惯量、时变负荷的工作特性，寻找一种简单的抗干扰性能强的控制方法，使电机在系统转动惯量和负载转矩改变时仍能保持良好的控制性能。方法：针对时变负荷，本文基于现有全维观测器以及控制领域的降维观测器思想，提出采用一个降维观测器对负载力矩进行辨识，通过实验对辨识的响应速度和精度进行分析。针对时变惯量，本文基于离散模型参考自适应理论，采用朗道离散时间递推算法（以下简称朗道）对惯量进行实时辨识，对速度控制器的 PI 参数引入日本学者北森氏提出的部分模型匹配设计法进行调整。最后，用辨识得到的惯量值和负载力矩值分别进行控制器参数的调整和扰动补偿，并对伺服系统的动态响应性能及抗扰动性能进行测试。结果：针对时变负荷本文提出采用一种简单的降维观测器对负载力矩进行辨识，并采用辨识得到的结果对交轴电流进行前馈补偿。试验结果显示，该观测器能够准确的辨识负载力矩，反映负载力矩的动态变化，提出的负载力矩自适应控制方法改善了速度环的动态响应性能并提高了系统的鲁棒性。针对时变惯量本文设计了基于朗道算法的惯量辨识方法，并用辨识值调整控制器参数。试验结果显示，基于朗道算法的惯量辨识方法在惯量突变过程辨识收敛时间最快可控制在 5 s左右，稳态时辨识精度最好为0.2%。基于朗道辨识的自适应算法，具有控制器参数自调整功能，相比无参数自调整的系统，速度响应性能得到改善。结论：为了抑制负载力矩和惯量变化对PMSM伺服系统性能的影响，着眼于速度伺服系统，提出了一种具有抗扰动作用的自适应转矩控制方法，可应用在惯量变化较缓慢、负载阻力随机变化的场合。

来源出版物：中国电机工程学报, 2011, 31(3): 75-81

入选年份：2015

模块化多电平电压源换流器的数学模型

王姗姗，周孝信，汤广福，等

摘要：目的：解析数学模型能够直观反映装置运行规律，为装置性能的研究、主电路参数设计及控制系统设计等提供研究基础，本文的工作就是建立模块化多电平换流器（modular multi-level converter，MMC）的时域解析数学模型，用于正确反映MMC各电气量与主回路参数的关系。方法：本文将开关函数和瞬时功率理论结合，建立模块化多电平换流器（modular multi-level converter，MMC）的时域解析数学模型。最后应用PSCAD电磁暂态仿真模型，对理论分析的结论和过电流的计算方法进行验证。结果：MMC通过内部电磁能量的实时交换实现能量的传递，MMC桥臂的充电功率中包含有功功率和无功功率两部分。正常运行时输入换流器的有功功率等于输出换流器的有功功率，桥臂子模块电容的直流电压保持恒定，无功功率部分在一个工频周期内对桥臂电容充电的能量等于对桥臂电容放电的能量，这部分能量会引起子模块直流电压的波动。由于桥臂中串联有电抗器，为了维持直流电压，桥臂电抗器中会感生出与桥臂交流谐波电压方向相反、大小相等的电压，将桥臂电压中的谐波电压抵消，因而稳态时换流器交流电压及直流电压中几乎不含谐波。一个周期内，桥臂上的所有子模块都有机会投入，子模块电容电压除直流分量外，还含有基频和二倍频的波动分量；子模块电容电压的交流分量与电容值成反比，与输电功率成正比；子模块电容电流不含直流分量，只有基频和二倍频的交流量；子模块电容电流与子模块电容值无关，只取决于换流器的运行状态。桥臂电压中除直流偏置和基波分量外，还会有调制引起的与子模块电容值成反比的基波、二次谐波、三次谐波和直流偏置。其中基波在三相间呈正序，二次谐波呈负序，三次谐波呈零序。当系统只传输有功功率时，直流偏置为零，这种由调制引起的直流偏置通常很小，不超过直流电压的 5%，可以忽略。结论：本文建立了MMC的时域解析数学模型，给出了换流器交直流输出电压、桥臂电流电压、桥臂子模块电容电压总和以及单个子模块电容器电压电流的时域解析表达式。该模型具有以下特点：1）直流分量、基频分量及二倍频分量的计算结果具有较高的模拟精度；2）显函数的表达式可以直观地反映电气量的波形特征和影响因素；3）分析该模型很容易理解MMC的物理本质；4）可以方便地用于系统特性的研究、主电路参数的计算及控制系统的设计。

来源出版物：中国电机工程学报, 2011, 31(24): 42743

入选年份：2015

基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用

张国驹，唐西胜，周龙，等

摘要：目的：超级电容器具有功率密度大、循环寿命长、充放电速度快等优点，在制动能量回收、电动汽车、分布式发电系统等领域具有广阔的应用前景。在微型电网中，作为快速储能设备，超级电容器储能可以对系统进行瞬时功率平衡控制，提高系统稳定性。超级电容器通过Buck/Boost双向变换器与PWM逆变器的母线相连，超级电容器位于Buck/Boost双向变换器的低压侧，可以提高超级电容器的容量利用率。研究Buck/Boost双向变换器应用于超级电容器储能时的控制技术，以充分发挥超级电容器的快速响应的能力，满足微网需求，是超级电容器储能的关键技术之一。方法：Buck/Boost双向变换器体积小，器件数量少，工作效率较高。该变换器有两种PWM控制方法：1）独立PWM控制方法；2）互补PWM控制方法。在独立PWM控制中，两个开关管s1/d1和s2/d2不同时动作，可以等效为单向Buck电路和单向Boost电路的反并联组合，为了保证双向功率流动的平滑稳定，避免瞬时冲击，需要一个状态逻辑单元来实现Buck和Boost状态的平稳切换，这种状态逻辑单元一般采用滞环的形式来实现。互补PWM控制的方法中两个开关管 s1/d1和 s2/d2同时动作，该法使 Buck/Boost双向变换器获得软开关环境，不需要状态逻辑单元就可以获得双向状态切换，系统响应更快。在微型电网中，超级电容器作为快速储能，需要迅速且频繁的吸收/发出有功功率，其双向状态切换频繁，更适合采用互补PWM方法。此外，Buck/Boost双向变换器以控制直流母线电压为目标，采用功率前馈+双闭环控制技术，可以消除负载电流和电源电压对直流母线电压波动的影响。当PWM 逆变器接在直流母线上时，负载电流是与开关频率相关的脉冲波，不易直接测量，可以采用基于最小拍观测器对负载电流进行虚拟测量。最后，通过PSIM仿真模型和10 kW，0.05 kWh的超级电容器组储能实验平台来验证所述控制方法有效性。结果：本文针对Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用，提出了一种新型的控制方法。具体如下：1）提出超级电容器通过 Buck/Boost双向变换器与脉宽调制逆变器相连的储能主电路结构，以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。2）为解决直流母线电压易受PWM逆变器工作状态切换而波动的问题，采用互补PWM控制技术，分析其特点及其在提高系统运行稳定性与动态响应的优势；3）建立互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器的小信号模型，应用电压电流双闭环与功率前馈相结合的方法以抑制直流母线电压波动；4）针对直流母线负载电流不易测量的问题，提出采用最小拍观测器的方法对负载电流进行虚拟测量。5）仿真和实验证实了该方法的有效性。结论：本文提出了基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器，并将其应用于超级电容器储能中，所得主要结论如下：1）在超级电容器储能中，采用互补PWM控制技术，可以加快系统响应速度；2）提出了功率前馈+双闭环控制技术，实现了对直流母线电压波动的抑制；3）经过仿真和实验验证，采用最小拍观测器对不易直接测量的负载电流进行虚拟测量的方法简单有效，易于实现。

来源出版物：中国电机工程学报, 2011, 31(6): 15-21

入选年份：2015

介质阻挡放电对橙汁灭菌及其品质的影响

李娅西，邵先军，彭兆裕，等

摘要：目的：在食品加工中，灭菌技术是非常重要的关键技术之一，它与食品的保鲜、营养、品质及风味密切相关。为了消除加热杀菌的不利影响，开发和研究冷灭菌技术日益受到人们的重视。近年来，低温等离子体技术已被用于对固态和液态食品的消毒灭菌，灭菌效果良好。由于不同方法产生的低温等离子体的性质完全不同，因而对微生物的杀灭效果就会有差异。橙汁是目前世界上消费量最大的果汁，占世界果汁消费量的50%。因此，研究低温等离子体对橙汁的灭菌效果、营养和理化性质以及货架期微生物的影响具有重要意义。方法：本文利用介质阻挡放电（DBD）方法在空气中产生低温等离子体，选取3种具有代表作用的微生物（革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性的大肠杆菌和典型真菌的代表白色念球菌）作为研究对象。利用低温等离子体对橙汁中微生物灭活实验时，将鲜榨橙汁在 115℃下高压灭菌20 min，然后将金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念球菌接种到橙汁中，采用活菌培养计数法研究了不同处理时间下低温等离子体对掺入橙汁中微生物的灭活效果。此外，还研究了低温等离子对橙汁货架期的影响，并且利用一系列生物医学检测手段和仪器（2，4二硝基苯肼比色法、氢氧化钠滴定法、数字阿贝折射仪、pH计和分光光度计）对经低温等离子体的处理前后的橙汁维生素C的含量、总酸、oBrix、pH值和浊度进行了测量，考察了 pH值对微生物的灭活效果。结果：随着等离子体处理时间的延长，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念球菌的存活个数都显著的下降。金黄色葡萄球菌的个数在12 s内，大肠杆菌的个数在10 s内，白色念球菌的个数在25 s内，几乎被全部杀灭。无菌瓶中鲜榨橙汁在经等离子体处理不同时间以后，将其放入冰箱4℃冷藏后，每隔 4天取出一定量来计算其中微生物存活个数，发现其存活个数及增殖率与未经等离子体处理相比显著降低。随着低温等离子体处理时间的延长，橙汁中维生素 C含量略微逐渐降低但降低的含量并不显著。等离子体处理时间为最长的20 s时，橙汁维生素C保留率仍然达到了91.88%。由此可知，采用低温等离子体杀菌的橙汁中维生素C的损失量很小。随着低温等离子体处理时间的延长，橙汁的总酸和浊度逐渐增大，而pH值和oBrix则逐渐减小。但无论是总酸、oBrix、pH值还是浊度，它们增加或降低的幅度都很小。也就是说，低温等离子体的处理对橙汁中总酸、oBrix、pH值和浊度的含量几乎没有影响。结论：1）平行平板电极 DBD产生的低温等离子体可以快速并且有效地杀灭掺入橙汁中的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念球菌。2）平行平板电极DBD产生的低温等离子体可以有效地延长橙汁的货架期。3）平行平板电极 DBD产生的低温等离子体对橙汁的营养及理化性质影响甚微。4）pH值在等离子体菌类灭活中不起主要作用，本文认为等离子体中的带电粒子和氧自由基（ROS）才可能是导致菌类灭活的主要因素。

来源出版物：高电压技术, 2012, 38(1): 211-216

入选年份：2015

大气压介质阻挡放电对多壁碳纳米管表面改性及其气敏特性

王晓静，张晓星，孙才新，等

摘要：目的：六氟化硫气体（SF6）由于具有优异的绝缘性能和灭弧性能而被广泛地应用于气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear，GIS）中。在长期运行过程中，GIS内部绝缘缺陷处会发生局部放电（partial discharge，PD），导致 SF6发生分解反应，生成多种气体组分。检测和分析SF6分解特征组分的种类和浓度对GIS的状态评估及故障诊断具有重要意义。本文的研究基于SF6分解组分检测的气体传感器法。碳纳米管的气敏传感器由于具有灵敏度高、工作温度低及尺寸小等优点而适合用于SF6分解组分的在线监测，但本征碳纳米管自身结构受到限制，只对少数几种气体（NO2）NH3等）具有较好的气敏响应特性，因此通常需要对碳纳米管进行化学修饰来提高其对SF6分解组分的气敏特性。方法：本文利用等离子体表面改性的方法对碳纳米管进行修饰，搭建了介质阻挡放电等离子体发生装置，并利用该装置产生的空气等离子体对本征碳纳米管进行表面改性。等离子体中存在的大量高活性粒子能与材料表面进行各种相互作用，打破原来的化学键并枝接新的官能团实现材料表面改性。文中通过控制处理时间实现不同的改性效果，制备了基于本征及改性碳纳米管的气敏传感器。在改性试验条件下测得相应的电压电流波形、电压瞬时功率波形和Lissajous图形，并通过电子扫描显微镜和傅里叶红外光谱分析观察不同处理条件下的表面处理效果。此外，试验研究了这几种传感器对SF6在局放下的重要特征分解组分H2S的气敏响应特性，测定了传感器诸如电阻变化率、响应时间等性能指标，并比较分析了这几种传感器的性能及气敏响应机理。结果：利用介质阻挡放电等离子体改性装置分别对预处理完的碳纳米管样品处理30、60和120 s，得到改性时间不同的3种改性碳纳米管，继而制备了不同种类的碳纳米管传感器。1）气敏特性实验表明，未经处理和经DBD等离子体改性30、60、120 s后的碳纳米管传感器对体积分数为50×10-6的H2S气体的阻值变化率分别约为3.2%、3.6%、8.8%和5.6%，这说明经DBD等离子体改性后MWNTs对H2S的灵敏度都有提高。其中经30 s处理的MWNTs对H2S的灵敏度略有提高，而经60 s和120 s处理的MWNTs对H2S的灵敏度有大幅度提高，分别是改性前MWNTs的2.75倍和1.75倍，处理时间为60 s的MWNTs对H2S的灵敏度比处理120 s的还要高。此外改性后的MWNTs比未处理的MWNTs对H2S的响应时间也有大幅度的提高，响应速度明显变快。未经处理的MWNTs的响应时间约为500 s，而改性的MWNTs的响应时间都在50 s。2）电子扫描显微镜和傅里叶红外光谱分析表明，改性后的MWNTs表面引入了一定数量的含氧基团C—O和—COO—，经DBD处理60 s的MWNTs还引入了OH，这些基团可以与气体发生作用，从而成为气体的吸附中心。结论：1）与未改性的MWNTs相比，改性后的MWNTs对H2S气体的灵敏度提高，而响应时间大幅度减少。2）DBD等离子体对MWNTs的改性效果与处理的时间有密切的联系。3）DBD等离子体改性能够在MWNTs表面加入含氧基团，改善MWNTs的气敏性能。

来源出版物：高电压技术, 2012, 38(1): 223-228

入选年份：2015

基于机会约束规划的混合储能优化配置方法

谢石骁，杨莉，李丽娜

摘要：目的：风力和光伏发电的输出功率具有不稳定性和不可预测性，配置储能装置能够有效提高不稳定可再生能源发电的可控性及可调度性。不同种类的储能装置特性以及适用范围相差甚远，近年来，微网中混合储能系统的配置和控制策略引起了人们的关注。混合储能系统通过采用小容量、长寿命、高功率比的储能环节辅助大容量、相对循环次数受限、高相对能量比、低功率比的储能环节（前者典型如飞轮、超级电容，后者典型如化学电池储能），对微网功率波动按时间特性进行分类补偿，以取得大幅度优于单一储能环节的系统性能和经济性。方法：风速的随机性和间歇性使风力发电机的输出功率具有不确定性，不可避免会突然出现大幅度的功率波动，希望通过储能装置使风电输出完全可控，既不经济也不现实。机会约束规划的实质是在一定程度上考虑不确定因素，将传统优化中完全满足的约束条件软化为满足约束条件的概率高于某一置信水平。考虑到机会约束规划和风力发电输出特性，本文将机会约束规划引入混合储能系统优化配置问题，以使容量配置更具实用性。结果：本文针对含风电、储能电池系统、超级电容器的孤岛系统，提出基于机会约束规划的混合储能配置模型，将混合储能装置与风力发电输出进行协调控制，使系统输出以某一置信水平处于一定范围内，实现了系统性能和经济性之间的合理折中，并设计了按时间特性分类补偿的控制策略，以延长储能设备寿命。结论：本文将机会约束规划方法用于混合储能系统容量配置问题，建立了相应的机会约束模型，并利用遗传算法完成寻优计算。与传统规划方法相比，本文方法可以适当处理风力发电出力随机变化等不确定因素，对约束条件的处理更加灵活，从而将传统刚性约束进行柔化，得到的置信区间与风电平滑效果关系曲线对实际容量配置更具实用性。本文按时间特性进行功率分配及模糊控制策略，能够有效发挥储能设备优点，延长使用寿命，但文中未考虑其他发电单元及模糊控制策略的优化，该方面内容有待于进一步研究。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(5): 79-84

入选年份：2015

高温下110 kV交联聚乙烯电缆电树枝生长及局部放电特性

陈向荣，徐阳，王猛，等

摘要：随着我国城镇化的迅速发展，高压及超高压XLPE电缆在城市电网中得到越来越广泛的应用。但在电力电缆的实际运行中，由于电缆中杂质或缺陷等局部电场强度集中区域的存在有引发电树的可能，而电树枝化已成为电缆绝缘失效的重要因素。此外，对于电力电缆而言，其设计运行温度为 90℃，但实际运行温度一般为 50～60℃，因此从电缆实际运行的角度来看，研究高温（≥50℃）条件下XLPE电缆绝缘中电树枝的引发、生长机理及其局部放电特性对于电缆设计、运行可靠性评估等方面更具实际价值。本文利用实时显微数字摄像与局部放电连续测量系统，采用典型针-板电极结构，研究了高温下不同外施工频电压作用时110 kV级XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态特征、引发、生长规律及其局部放电特性。实验结果表明，温度对XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态、引发与生长时间具有非常重要的影响。在高温下，不同外施工频电压作用时电树枝的形态呈现出多样性的特点，50°C下电树枝生长统计结果如表1所示，9 kV下电树枝为枝状和枝-松枝状，11 kV和13 kV下为枝状，15 kV下为枝状和丛状；70°C下电树枝生长统计结果如表2所示，不同外施电压下的电树枝均为枝状，电树枝分形维数介于1.44～1.49之间；90°C下电树枝生长统计结果如表3所示，9 kV下电树枝为滞长型和枝状，分形维数较高，分别为 1.53和 1.58，11，13和15 kV下为枝状，电树枝分形维数介于1.4～1.49之间。研究发现高温下电树枝引发时间随外施电压升高而减小，而且在同一外施电压下，电树枝引发时间随温度升高而减小，这是由于在高温下XLPE电缆绝缘中片晶熔化，无定形相增加，介质中自由体积扩大，从而更有利于电树枝引发；在低电压（9 kV）下，电树枝生长过程中由于通道电导率增加，抑制了通道内局部放电的发展，局部放电作用减小，电树枝生长速度减慢，分形维数较高，而11 kV以上电压作用时，电树枝在局部放电的连续作用下呈枝状向对面电极快速生长，同时高温下XLPE弹性模量下降，击穿场强降低，局部放电作用加剧，电树枝生长明显加速，电树枝分形维数较低。

来源出版物：高电压技术, 2012, 38(3): 645-654

入选年份：2015

结合矩量法和边界元法的综合接地算法研究

陈凡，饶红，李岩，等

摘要：作为电力系统重要组成部分的接地系统，在进行其设计时需采用数值接地算法以校核其性能参数能否满足要求。传统的数值接地算法基于均匀和分层土壤模型，尚无法解决工程实际中遇到的土壤中存在分块媒质时的接地分析问题，因此需展开对实际既分层又分块土壤模型中接地导体参数数值分析方法的研究。本文结合矩量法和边界元法提供了一种综合接地数值算法。该算法同时采用矩量法对接地导体泄露电流进行分析，同时采用边界元法对土壤中不同电阻率媒质表面电荷分布情况进行计算，从而得到地下电场分布，进一步可推导出接地系统各电气参数。该算法弥补了现有接地理论的缺陷，可对既分层又分块的多媒质土壤计算 b。该方法通过以下两个模型对接地系统和土壤进行仿真。首先，将接地系统视为一个由多根接地导体首尾连接成的整体，当导体数量足够多时，可对每根接地导体的模型进行仿真。其中导体中心泄露电流值为所需求解的一组未知量。其次，对于土壤不同电阻率媒质，在泄露电流作用下会产生电荷积累。其分界面可视为多个边界元小块的组合。每块边界元上的电荷值即为另一组未知量。在建立了未知量表达式后，根据接地导体之间的连接关系，可建立单根导体之间的等效电路，同时每根导体以及每块边界元对不同媒质分界面上的电场作用也可以用数学表达式解析。通过以上约束条件，建立方程组求解，即可得到接地导体泄露电流值和边界单元电荷分布值，从而进一步推导出地下电场分布和接地系统参数。该算法的计算结果采用了与有限元法计算结果以及与文献中算例计算结果同时进行比较的方法进行校核。首先计算了一根包裹于不同电阻率焦炭层并埋设与均匀土壤中的水平直线型直流接地极，在同样条件下，两者接地电阻计算结果差距为1.9%，轴向电流分布对比如图4。其次计算了经典文献中包裹有焦炭层并埋设于分层土壤中的圆环形直流接地极模型。文献中计算得到的接地电阻为 0.104 Ω。用矩量法—边界元法在同样土壤模型下计算得到接地电阻为0.1024 Ω。文献中还提供了该接地极的实际测量接地电阻为 0.105 Ω。3个值非常接近。以上验证结果显示本文的接地算法可对既分层又分块的多媒质土壤模型进行分析。分析结果准确可靠，对于接地系统的设计具有极大的支撑和辅助作用。

来源出版物：高电压技术, 2012, 38(3): 729-736

入选年份：2015

电动汽车充电站的最优选址和定容

刘志鹏，文福拴，薛禹胜，等

摘要：目的：随着化石能源的日趋枯竭和公众对环境保护关注程度的不断提高，电动汽车的发展逐步受到重视。然而，电动汽车充电站的选址和定容不当，就有可能影响城市交通网络的规划布局、电动汽车用户的出行便利进而电动汽车的广泛应用，也可能导致电能损耗显著增加、某些节点电压明显下降。这样，电动汽车充电站的选址和定容就非常重要。方法：从城市规划角度来讲，充电站选址时需要充分考虑城市交通网络布局约束。从电力网络规划的角度来看，作为中低压配电系统的重要组成部分，充电站的选址应与配电系统的现状、近远期规划、建设与改造等相融合，应尽可能接近负荷中心并满足负荷平衡、电能质量和供电可靠性等方面的要求。从电动汽车用户的角度来讲，充电站站址应选择在充电需求比较集中和方便的场所。此外，在选择充电站候选站址时，还必须考虑地段的适应性和地价成本等因素。另外，根据相邻两个充电站之间的实际距离和每个充电站的服务半径，对给定的初选站址进行筛选，从而确定合理的充电站站址规划方案。最后，根据地理信息系统中广泛应用的伏罗诺伊（Voronoi）图，也称为泰森（Thiessen）多边形，对充电站的充电服务区域进行划分，从而指导车主根据电池状态选择适当的充电站进行充电。因此，文中首先提出了能够计及地理因素和服务半径的两步筛选法来确定充电站的候选站址。其次，以规划期内充电站的总成本（包括投资、运行和维护成本）和网损费用之和最小为目标，考虑了相关的约束条件，构造了电动汽车充电站最优规划的数学模型，并采用改进的原对偶内点法来求解。最后，用修改的 IEEE 123节点配电系统来说明所发展的模型与算法的基本特征。结果：以IEEE 123节点配电系统为例来说明所提出的模型与方法的可行性与有效性。在迭代求解过程中，改进的原对偶内点法在不断寻找充电站的优化规划方案期间，并未导致电能损耗大量增加，反而使得网损率小幅下降。在接入如此规划的充电站后，该配电系统中各节点的电压质量有所改善，电压波动幅度下降。结论：针对电动汽车充电站规划问题，本文提出了一种将两步筛选法和原对偶内点法相结合的算法。首先采用了计及地理因素和充电站服务半径的两步筛选法来确定充电站候选站址；然后针对所研究问题的特点，对传统原对偶内点法做了改进，通过充分利用该问题的稀疏结构来明显提高求解速度。算例结果表明，所提出的方法可以得到合理的充电站规划方案，电压质量和负荷曲线均得到优化，从而提高了系统运行的安全性和可靠性。

来源出版物：电力系统自动化, 2012, 36(3): 54-59

入选年份：2015

编辑：张宁宁