电气工程

阮文骏，王蓓蓓，李扬，等

电气工程

峰谷分时电价下的用户响应行为研究

阮文骏，王蓓蓓，李扬，等

目的：对峰谷分时电价实施效果的量化分析不应仅局限于量化分析不同定价结构带来的影响，还应反映在用户响应模型参数的辨识上。已有文献基于消费者心理学原理，建立了分段线性的峰谷分时电价的用户响应模型，并基于最小二乘法求取了表征用户响应特性的各时段间的负荷转移率。但文献中并未解决分段线性模型中死区阈值及饱和区阈值的处理方法，并且把求取的转移率值当成是常量，类似于固定的弹性矩阵，未能反映出一段时间内峰谷电价多次变化后用户历史响应规律和特征，也未能充分体现基于消费者心理学原理方法的优越性。峰谷分时电价下的用户响应行为研究的实质是运用数据挖掘技术，辨识用户响应行为模型参数。本文对峰谷分时电价下的用户响应行为进行全面探讨。首先，基于消费者心理学原理，建立峰谷分时电价的用户响应模型；然后基于最小二乘法建立负荷转移率曲线参数的辨识模型，提出基于加权最小二乘法的负荷转移率曲线的校正方法，并解决用户响应死区阈值与饱和区阈值的判断及求取；在此基础上，考虑不同地区峰谷分时电价实施情况不同，制定可通用的峰谷分时电价下的用户响应行为的实时仿真流程。方法：首先，假设负荷转移率与峰平、峰谷、平谷之间的电价差成比例，将基于负荷转移率的用户响应模型近似拟合成分段线性函数，此函数包含死区阈值、线性段斜率和饱和区阈值3个关键参数。然后以峰谷分时电价实施后各时段的用户负荷估计值与实测值之差的平方和最小为目标函数，以拟合负荷在对应时段的最低与最高负荷范围之内为约束条件，致力获得在某一电价差Δh下对应的负荷转移率值λ；为了解决点集（电价差Δh，负荷转移率λ）规模较大时，用户用电特性的变化导致模型的误差项存在异方差的问题，采用加权最小二乘法进行响应度曲线参数拟合，通过不断的动态修正，得到受饱和区拐点、死区拐点限制的响应度曲线。结果：在基于消费者心理学原理建立的峰谷分时电价下用户响应模型的基础上，根据峰谷分时电价制定过程需要，准确把握用户响应特性的需求，基于加权最小二乘法建立了用户响应度曲线的参数辨识模型。以某地区某工业用户经历3次峰谷分时电价调价前后的实际负荷为基础，进行用户响应参数辨识，结合最新的用户响应结果对响应参数进行修正，以反映真实的用户响应行为，并解决了分段线性的响应度曲线的拐点处理问题。以标准差为衡量依据，说明采用本文模型预估的用户响应曲线与实际响应曲线吻合度较高，并且明显比未对响应度曲线作校正拟合出的响应曲线更加接近实测负荷曲线，说明了动态修正的必要性和正确性。最后，将修正的响应度曲线、负荷转移率λ恒定时的拟合负荷曲线与实测负荷曲线对比，体现了本文提出的对响应度曲线修正、动态调整负荷转移率λ来评估用户响应的优越性。结论：本文基于消费者心理学理论及加权最小二乘法建立了峰谷分时电价下的用户响应模型及响应参数识别、校正模型。对基于负荷转移率的用户响应度曲线参数的获取进行全面分析，解决了响应度曲线的斜率、死区拐点及饱和区拐点的获取问题，并基于用户的用电行为具有随机性、意愿性与时变性的特点，提出并验证了用户响应度曲线特征参数的获取是一个不断修正的过程，并给出了修正方法。针对峰谷电价实施情况不同的地区制定了统一的、通用的峰谷电价下的用户响应行为的实时仿真流程，并通过实例仿真研究。仿真结果表明，考虑用户响应度曲线的死区拐点及饱和区拐点的判断处理，对用户响应度曲线进行不断修正，拟合出的负荷曲线更加接近实测负荷曲线，因而在验证该模型及方法有效性的同时，能够为峰谷分时电价的实施机构准确掌握用户响应行为、制定合理的定价结构提供科学的依据。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(7): 86-93

入选年份：2015

粒子群优化算法在光伏阵列多峰最大功率点跟踪中的应用

朱艳伟，石新春，但扬清，等

摘要：目的：如何提高效率一直是光伏系统面临的重大问题。提高光伏系统效率措施之一是最大功率点跟踪（maximumpower point tracking，MPPT）控制，然而在局部阴影情况下，光伏阵列的P-U曲线呈现多个功率峰值点，导致常规的MPPT算法容易陷入局部极值点，而非真正的最大功率点。局部阴影情况多发生在多云、光伏阵列周围的建筑物和树木等形成阴影等情况，会大大降低系统效率。本文提出一种有效的方法，确保阴影情况下保证光伏阵列输出效率，而且跟踪时间满足标准规定。方法：采用粒子群优化算法进行光伏阵列多峰MPPT控制，提出了将粒子初始位置分散定位在可能的峰值点电压处这一新思路。粒子群优化算法目标函数的值为实时采集的阵列输出功率，根据迭代过程中阵列电压信息有针对性地设置了粒子群算法的参数，当粒子之间的最大电压之差小于5‰UOC_array时，停止迭代同时提出了有效的迭代终止策略，能够避免系统趋于稳定时的功率振荡。结果：提出了将粒子初始位置分散定位在可能的峰值点电压处这一新思路，保证了粒子群算法不会陷入局部极值点且不会错过任何极值点。最后通过仿真验证了本文算法在有、无阴影情况下能够快速且准确地跟踪最大功率点，有效提高了光伏阵列输出效率，具有较好的实用价值。结论：本文分析了局部阴影条件下光伏阵列的输出功率特性，结果表明光伏阵列的输出功率峰值点个数最多为阵列并联数＋1，峰值点处的电压具有一定的规律。第n个粒子位置选为0.7×UOC_module＋（n－1）×0.8×UOC_module，第n＋1个粒子位置选为0.8×UOC_array。根据此规律提出的粒子群优化算法能够避免算法陷入局部最优，而且不会丢失任何极值点，同时提高了收敛速度。通过仿真分析可得以下结论：（1）本文提出的算法在无阴影和有阴影下均能有效追踪到最大功率点；（2）仿真结果表明，提出的算法与传统算法对比分析表明，在多峰最大功率点跟踪情况下本文提出的算法更具优势。

来源出版物：中国电机工程学报, 2012, 32(4): 42-48

入选年份：2015

一种微电网多逆变器并联运行控制策略

张庆海，彭楚武，陈燕东，等

摘要：目的：微电网中大多数分布式电源需通过逆变器并入微电网，因此，逆变器的稳定并联运行将极大提高微电网系统的整体容量和可靠性。下垂控制法是一种无联络信号线独立控制技术，通过借鉴同步发电机的自同步和电压下垂特性，实现单元间无信号线的并联技术。然而，在微电网多逆变器并联系统中，由于逆变器的输出阻抗以及与公共连接点的线路阻抗存在差异，应用传统下垂控制法会导致逆变器间的环流较大及功率均分精度较低。故而应用传统下垂控制法于微电网多逆变器并联运行控制时，需要对其做进一步改进。方法：通过引入感性虚拟阻抗，提出了一种适合微网多逆变器并联的电压电流双环控制策略，工频条件下逆变器输出阻抗仅由滤波电感值决定；考虑到线路阻抗的影响，对传统下垂控制法进行改进，确定下垂系数与线路电阻的关系，提出了一种新型改进下垂控制算法，通过修正下垂系数，减小线路阻抗差异对并联均流的影响。结果：本文提出的一种适合微网多逆变器并联的电压电流双环下垂控制策略，在Matlab/Simulink仿真平台搭建的两逆变器并联仿真模型进行验证。将利用传统下垂控制法时的仿真波形图与利用提出的改进型下垂控制法仿真波形图进行对比可见：提出的改进型下垂控制法环流较小，两逆变器稳态输出电流的幅值、相位基本一致。另外，本文还给出了以负载两端电压作参考、感性虚拟阻抗分别取不同值时，逆变器输出电压幅值及相位变化仿真结果：负载电压保持不变，感性虚拟阻抗取值逐渐增大时，逆变器输出电压幅值也逐渐增大；又因引入的虚拟阻抗呈感性，所以逆变器输出电压相位超前偏差随之增大。在实验室搭建的两台额定功率为2 kW的光伏逆变器并联系统平台上进行实验，提出的控制方法在各逆变器的线路电阻相对线路感抗较大且线路电气参数存在较大的差异时，相对传统控制方法提高了逆变器并联性能，减小了系统环流，可实现高精度的微电网多逆变器并联均流控制。结论：仿真分析和实验结果表明，本文所提控制方法改善了多逆变器并联性能，提高了微电网中并联运行各逆变器在线路参数不同、线路电阻相对线路感抗较大条件下的可靠性，可实现高精度的微电网多逆变器并联均流控制。

来源出版物：中国电机工程学报, 2012, 32(25): 126-132

入选年份：2015

独立风光柴储微网系统容量优化配置

丁明，王波，赵波，等

摘要：目的：由于脱离大电网的支撑，独立微网系统仅能依靠内部各个电源对负荷进行供电，如何根据其气候、资源条件以及负荷需求进行各个电源容量的优化配置，从而最大限度地维持系统功率的平衡，不仅关系到整个系统的供电可靠性，而且在很大程度上决定了系统的经济性和合理性。系统容量配置足够大时，能够充分地保证负荷的功率需求，但由于各分布式发电机组和储能系统的价格成本较高，这样会增大系统的初始投资和其他相关运行维护费用，同时容量配置的冗余也会造成能量的浪费。如果容量配置过小，在长期运行过程中会出现微网系统发电功率难以满足负荷要求，从而会因为电力不足导致停电现象的发生，降低系统的可靠性。因此，在进行独立微网系统容量规划时，需要综合考虑建设成本投入和供电可靠性要求，寻求最佳的容量配置组合，从而提高系统的经济性。基于此，本文重点研究了独立微网系统电源容量的优化配置算法，在满足相应负荷需求的情况下，最大限度地降低投入成本。方法：基于理论分析，本文研究的独立微网系统主要包括四个组成部分：风力发电机、太阳能光伏电池、柴油发电机以及蓄电池储能单元。风力发电机和光伏电池的输出功率具有随机性、不可调度性；电池储能系统既可以充电也可以放电，它在整个系统中起着能量缓冲的作用；而柴油发电机在系统出现功率缺额而电池不能完全提供时，作为储能电池的能量补充和系统备用。本文首先建立起个发电单元的数学模型，重点考虑其发电功率输出的影响因素和约束条件；其次，建立了系统的经济性分析模型，主要包括初始投资成本和运行管理费用，惩罚和治污费用，以及发电补贴；最后，通过给定调度策略，利用遗传算法对目标函数进行求解，得出相应的最佳容量配置，结合实例分析验证了优化算法的有效性。结果：通过对典型独立微网系统最佳容量组合的分析我们可以发现，风机容量明显高于光伏电池容量，这主要是因为微网所在地区风力资源较为丰富，风电出力曲线与负荷需求变化的匹配性强。光伏电池由于出力的间歇性且只能在辐射强度达到一定阈值才能发电，不能全天与负荷需求匹配，为保持微网能量平衡，增大了储能电池和柴油发电机的配置容量。相比于可再生能源发电，柴油发电机发电在综合发电成本上存在优势，并且柴油发电机可控性和灵活性强；但是柴油发电机运行过程中释放了对环境有害的气体，治污费用较高；由于污染物排放总量的约束，其配置容量也得到了一定限制。独立微网系统的供电可靠性与其经济性有密切的关系：分布式电源总装机容量越大，可靠性越高，但一次投资和运维成本越大；系统可靠性的提高是以增大投资为代价的，在微网规划是应该综合权衡系统的可靠性和经济性。结论：独立风光柴储微网系统，对于解决许多可再生能源丰富但是传统电网供电困难地区的用电问题起着非常重要的作用。未来在能源可持续利用领域，随着新能源技术的日益成熟和发电成本的逐步降低，通过对合理的容量规划，独立微网发电系统将产生更高的经济性和社会效益，利用规模和范围也将不断扩大。

来源出版物：电网技术, 2013, 37(3): 575-581

入选年份：2015

智能电网大数据处理技术现状与挑战

宋亚奇，周国亮，朱永利

摘要：目的：智能电网的最终目标是建设成为覆盖电力系统整个生产过程，包括发电、输电、变电、配电、用电及调度等多个环节的全景实时系统。而支撑智能电网安全、自愈、绿色、坚强及可靠运行的基础是电网全景实时数据采集、传输和存储，以及累积的海量多源数据快速分析。因而随着智能电网建设的不断深入和推进，电网运行和设备检/监测产生的数据量呈指数级增长，逐渐构成了当今信息学界所关注的大数据，这需要相应的大数据存储和处理技术作为支撑。针对此问题，本文分析了智能电网大数据的特点、综述了现有各类大数据技术的特点以及智能电网大数据处理所面临的技术挑战。方法：文章首先分析了发电、输变电以及用电各个环节中大数据的产生来源和特点；其后，从数据存储和传输、批量计算、实时计算、异构数据整合等多种数据计算场景角度，综述了目前在商业、互联网和工业监测领域已有的大数据处理技术，并详细分析这些技术在应对智能电网建设和大数据处理方面的优势和不足，提出了智能电网中的大数据构建多级存储系统。最后，从大数据存储、实时数据处理、异构多数据源融合以及大数据可视化4个方面论述了智能电网大数据带来的机遇和挑战。结果：（1）在智能电网中，大数据产生于发电侧、输变电侧、用电侧等电力系统各个环节；智能电网中的大数据具备即规模大（volume）、类型多（variety）、价值密度低（value）和变化快（velocity）的“4V”特征。（2）智能电网大数据的存储和处理能力已远落后于数据的增长幅度。目前流行的大数据处理技术在应对智能电网大数据存储和处理问题时，既有优势，又存在各自的局限性。关系型数据库无法满足存储容量和扩展性方面的要求；现有云计算平台可以满足智能电网监控软件运行的可靠性和可扩展性，但实时性、一致性、数据隐私和安全等方面的要求尚不能满足，有待进一步研究。可以综合运用各类大数据技术，构建智能电网大数据存储与处理系统。（3）处理智能电网大数据所面临的挑战包括数据存储、实时处理、异构多数据源融合以及大数据等方面。结论：未来的智能电网将是依托大数据处理分析技术的全景实时电网。云计算为这种异构且多样化的数据提供了存储和分析的平台。平台运行一段后必然产生大数据，云平台和大数据分析将会为电力设备的状态检修、电网自愈、孤立信息系统的互通提供支持，并成为重要的候选方案，具有低成本、好的系统扩展性（存储容量无限）、高可靠性、并行分析等优势，在国际上已有几例系统投入实际运行，但在实时性、数据一致性、隐私性和安全性方面仍有不少的挑战，需要找出相应的解决方法。大数据的处理技术还很欠缺，有待人们去探索。

来源出版物：电网技术, 2013, 37(4): 927-935

入选年份：2015

基于储能的微网并网和孤岛运行模式平滑切换综合控制策略

赵冬梅，张楠，刘燕华，等

摘要：目的：微网技术是解决分布式发电系统并网问题的有效途径之一，基于风光储互补的微网系统具有充分利用清洁能源和运行可靠的特点。微网的并网和孤岛运行模式之间的平滑切换是安全稳定运行的重要保障。为此，本文采用新型的主从和对等控制相结合的综合控制策略，对微网的并网/孤岛运行模式的过渡进行控制。在DigSILENT/PowerFactory平台上搭建风光储互补的微网模型，仿真结果验证了该控制策略的可行性。方法：首先介绍了微网并网/孤岛运行模式的定义，指出微网的并网/孤岛2种运行模式平滑切换的重要意义，以及实现平滑切换控制的关键点和难点。同时，介绍了目前含多种分布式电源的微网系统接入电网普遍采用的几种控制策略，并深入分析了各种控制策略的优缺点。在此基础上，提出了改进的综合控制策略，可以减少储能装置控制方式切换的次数，降低了切换失败的可能性，从而提高了微网运行的可靠性。提出改进的综合控制策略后，在DigSILENT/PowerFactory平台上搭建风光储互补微网模型，通过仿真对比分析综合控制策略的有效性。结果：仿真结果表明，本文提出的综合控制策略能够保证运行模式切换前后，微网的功率平衡、电压和频率保持在允许范围内，可以实现微网运行模式的平滑切换。结论：微网的并网和孤岛运行模式之间的平滑切换是安全稳定运行的重要保障。鉴于传统的主从、对等控制存在一定的缺陷，本文采用综合控制策略对微网的并网/孤岛运行模式的过渡进行控制。在Dig SILENT/Power Factory平台上搭建风光储互补的微网模型，实现本文控制策略。仿真结果表明，本文提出的综合控制策略能够保证运行模式切换前后，微网的功率平衡、电压和频率保持在允许范围内，可以实现微网运行模式的平滑切换。但本文没有研究采用该控制策略的风光储发电系统由孤网再并网以及负荷投切时的响应特性，下一步将展开该方面的研究。

来源出版物：电网技术, 2013, 37(2): 301-306

入选年份：2015

国家风光储输示范工程介绍及其典型运行模式分析

高明杰，惠东，高宗和，等

摘要：目的：依托国家风光储输示范工程，通过理论分析与实际工程运行来来验证风光储输联合发电模式的可行性，并积极研究解决新能源大规模集中并网的技术难题，实现新能源发电的平滑输出、计划跟踪、削峰填谷和调频等控制目标，提高中国电网对大规模新能源的接纳能力。方法：首先介绍了风光储示范工程的总架构：98.5 MW风电系统、40 MW光伏系统以及20 MW储能系统分别经过升压变压器接到35 kV母线，再经过220 kV智能变电站接入智能电网；然后对风光储多组态运行模式进行分类，分别包括：风电系统单独出力，光伏系统单独出力，风电、光伏系统联合出力，风电、储能系统联合出力，光伏、储能系统联合出力以及风电、光伏、储能系统联合出力6种运行模式，并设定了各运行模式与光伏、风电以及储能运行状态间的对应关系，最终实现风光储系统6种组态运行模式的无缝切换；其次，针对可再生能源并网问题，提出了平滑风光功率输出、削峰填谷、跟踪计划发电和参与系统调频这4种风光储系统联合运行控制策略，详细画出了各控制策略的控制框图并对其控制流程进行了说明；最后在上述4种控制策略条件下，分别对风光储输示范工程的实际运行效果进行定量的分析。结果：通过工程实际运行结果可以看出，在平滑新能源发电波动控制策略条件下，15 min尺度内风光储联合发电功率波动率为3.79%，满足15 min发电波动率小于17%的控制目标；在跟踪调度计划出力控制策略条件下，可有效弥补风光发电出力与发电计划值的偏差，满足跟踪发电计划误差小于3%的应用需求；在削峰填谷控制策略条件下，储能电站可在0 ：00～06 ：00电网负荷低谷时满功率充电，并于晚间用电高峰时根据实际需要将储存的电能放出，从而缓解电网调峰压力；在参与系统调频控制策略条件下，储能电站总功率可实时跟随上层调度下发的目标指令，并保证功率值偏差小于0.5%，满足储能调频应用需求。结论：国家风光储输示范工程通过风、光、储的6种组合发电方式与平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷4种功能的结合，实现多组态、多功能、可调节、可调度的联合发电运行方式。为大规模储能系统在新能源并网领域的深入推广提供了一定借鉴。示范工程运行平稳，通过几个月的运行实践，初步认为风光储联合发电模式是可行的，其符合新能源并网的实际要求，是新能源未来发展方向之一，对新能源大规模并网起到一定的示范作用。

来源出版物：电力系统自动化, 2013, 37(1): 59-64

入选年份：2015

智能电网下计及用户侧互动的发电日前调度计划模型

刘小聪，王蓓蓓，李扬，等

摘要：目的：在生态文明发展需求不断提升、电力系统规模日趋扩大、电力市场改革逐步深化的背景下，传统的仅通过优化调度发电侧资源实现电力平衡的模式已不能满足发展要求，亟需积极寻求不同于传统的方式满足电力供需平衡。需求响应（demand response，DR）作为智能电网框架下的重要互动资源，推动了供需两侧的互动，研究需求侧资源作为虚拟资源参与电网调度运行对提升电网运行效率具有重要意义。方法：本文建立了一种智能电网框架下计及用户侧互动的发电调度计划模型，综合考虑供应侧和需求侧的作用机理，将分时电价对负荷曲线的优化作用和可中断负荷参与备用对系统安全性和经济性的提高融入同一模型，体现二者的互补性。以基于消费者心理学的峰谷电价用户响应原理为基础确定用户响应曲线，根据用户申报的可中断容量和价格，协调优化可中断备用与发电侧备用。模型基于设定的计及用户侧互动的运营规则，通过两种类型需求响应实现与用户的互动。在综合衡量各方利益的基础上选取最优分时电价和最优可中断备用容量，并以此制定发电成本最低的发电调度计划方案，进而分析考虑用户侧互动对系统运行的影响。结果：本文选取IEEE 24节点26机系统，计算了计及用户侧互动模式下融入分时电价和可中断负荷备用的日前和日内运行调度方案，具体包括：（1）对比讨论了四种模式下日前调度结果，包括系统成本、不同时段的在运机组台数、机组出力计划。四种模式为只考虑发电侧的传统模式、融入分时电价的调度模式、融入可中断负荷的调度模式和同时考虑两种需求响应的调度模式（本文模式），侧重分析用户对电价的响应和申报可中断方案对系统调度方案和经济性的影响。（2）为说明可中断负荷对系统备用成本的影响，模拟日内运行故障时调用备用的情况，计算有无可中断负荷备用两种情况下，发电机事故停运产生备用需求时的备用成本。两种情况下机组备用功率分配，根据备用成本的不同，按照等微增率原则计算。结论：本文在综合考虑供应侧和需求侧作用机理的基础上，建立智能电网下计及用户侧互动的发电调度计划模型，模型同时融入了分时电价对负荷的优化和可中断负荷对系统备用的影响。所得结论如下：（1）分时电价有利于降低电网峰荷时段的重载水平，改变负荷曲线形状，减少了发电机的频繁启停，从而可以减少发电成本和启停成本；（2）根据用户申报的可中断负荷容量和补偿价格确定取代发电机备用的可中断负荷容量，可以减少因满足备用要求而开启的发电机台数，有利于功率在发电机组间的经济分配；（3）本文模型综合了两类需求响应的效用，通过算例分析验证了该模型的有效性，证明了考虑用户侧互动下将发电侧和需求侧的资源进行综合规划有利于电力系统的安全经济运行。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(1): 30-38

入选年份：2015

国家电网发展模式研究

刘振亚，张启平

摘要：目的：我国一次能源资源主要分布在西部、北部边远地区，当地人口密度低、用能需求小；用电负荷主要集中在中东部地区，当地经济发展程度高，但环境污染严重，主要的送电地区与受电地区相距1000～3000 km。研究并提出未来国家电网的发展模式，是为更好满足远距离、大规模电力输送需求，解决受端电网接受大量区外来电的安全性和经济性问题，实现我国节能减排目标和清洁发展要求，为经济社会长期可持续发展提供安全可靠、经济高效的能源电力供应。方法：本文对多馈入直流电网电压失稳机理进行了分析，应用多馈入直流短路比等计算方法，对受端电网电压支撑能力进行了研究。从短路电流长效控制、预防大面积停电、防止因交直流相互作用引发电压不稳定问题等方面，综合考虑社会经济效益，实现了对电网安全性、经济性的全面评估。结果：经过技术经济综合比较，本文提出未来国家电网构建推荐方案。（1）根据我国大型能源基地电力外送容量和距离要求，综合考虑运行可靠性、工程造价和输电效益，对直流输电各电压等级经济性进行研究。（2）在吸取国外研究成果基础上，对交流特高压与超高压输电的经济性和应用范围进行深化研究。（3）按照不同电压等级和不同的联网方式，筛选提出未来国家电网构建方案，从短路电流超标情况、“N-1”暂态安全计算、直流系统故障及同一输电走廊两个特高压直流同时发生故障情况等，对方案安全稳定性进行对比研究。（4）从投资规模、运行费用和输电价格等方面，对不同电网构建方案进行经济性比较研究。结论：本文优选提出能够满足我国经济社会健康可持续发展要求的国家电网发展模式。（1）±800 kV和±1100 kV特高压直流用于大型能源基地远距离、跨区域端对端输电，根据电网结构和负荷分布，送端和受端采用分层接入或直接接入交流电网。1000 kV交流用于构建电网主网架和大型能源基地发电厂直接接入1000 kV主网架，实现电力大范围优化配置和消纳。（2）仅补充拓展华北、华中和华东电网500kV主网架，华北与华中电网维持同步弱联方式，华东与华中和华北电网保持异步联网方式，所需区外来电全部通过特高压直流输入，电网抵御事故的能力低下，发生大面积停电风险极高，安全水平达不到可靠供电要求。（3）分别构建华北—华中和华东两个1000 kV交流主网架，之间通过直流异步相联，华北—华中电网区外来电通过特高压直流和交流输入，华东电网区外来电全部通过特高压直流输入，可以解决500千伏电网短路电流大面积超标问题和直流单、双极故障后交流系统功率转移能力不足问题，但馈入华东电网的直流规模超过交流电网承受能力，电网抵御事故能力不强，发生大面积停电风险仍然较高。（4）构建华北—华东—华中1000 kV交流主网架，所需的区外来电分别通过特高压直流和特高压交流输入，可以从根本上解决制约电网自身发展的短路电流增长问题，电网安全稳定性、运行可靠性和抵御各种事故的能力大幅提高，具有明显的经济优势和更好的社会综合效益。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(7): 1-10

入选年份：2015

基于在线监测系统的输电线路覆冰数据统计与分析

王敩青，戴栋，郝艳捧，等

摘要：目的：覆冰在线监测系统可实时在线监测架空输电线路覆冰状况。本文基于在线监测数据的特征统计分析，研究环境参数对导线覆冰的影响，探索实际气象条件下输电线路覆冰发展规律。方法：通过对数据的观察分析，总结覆冰监测数据的数据特征、有效数据聚集类型及原因。针对完整覆冰过程，在风速和风向等气象参量缺失的情况下，划分覆冰发展的不同阶段，并依次分析覆冰及气温湿度的发展趋势；研究整个过程单位时间覆冰增长质量的数据分布特点及统计特征；对初期覆冰稳定增长阶段的覆冰发展及温湿度变化进行关联性分析，并采用不同函数模型拟合分析覆冰增长趋势。结果：（1）通过覆冰数据特征分析，发现覆冰期间无法测得风速及风向，即风速记录为零的时间与覆冰出现时间以及覆冰强度具有很强的相关性。（2）通过数据聚集类型分析，发现有效覆冰数据主要以短期振荡、中短期（＜24 h）维持、较长期（24～48 h）维持以及完整覆冰过程（＞48 h）4种方式聚集；其中具有明显增长和消融阶段的完整覆冰过程出现较少，但因该过程在长期低温高湿天气下形成，可导致重度覆冰，给线路正常运行带来极大威胁，而其他情况虽然出现较频繁，但无法形成明显覆冰，通常不会对线路安全运行造成影响。（3）通过对完整覆冰过程中覆冰及气象发展趋势进行整体分析，发现完整覆冰周期至少有一个覆冰稳定增加及快速减少阶段，中间可能还有多个不稳定的增长或减少过程以及动态平衡过程；统计特征方面，整个覆冰过程的单位时间覆冰增长质量基本满足均值为0、过峰度、正偏离的类正态分布。（4）完整覆冰过程中，初始阶段的覆冰稳定增长过程基本决定了本次覆冰可能达到的覆冰最大值；对稳定增长阶段进行局部分析，发现覆冰质量发展与相对湿度发展趋势无明显关联，单位时间覆冰增长质量既可能随温度下降而增加，也可能在某中间温度下达到最大值；进一步研究发现，在满足覆冰的气象条件下，覆冰发展与时间有很强的相关性，且覆冰的增长与时间的相关性要强于与各气象参量的相关性，覆冰质量呈近似的线性增长趋势，且一次函数模型拟合效果较指数函数模型更好。结论：（1）传统测风仪器因冰层覆盖导致覆冰期间无法测得风力数据，建议采用超声波测风仪等新型测风仪。（2）强度较弱的冷空气不能形成持续增长的覆冰，只有持续时间较长的低温雨雪冰冻天气环境下形成的覆冰才可能对线路安全运行造成威胁。（3）完整覆冰过程中，单位时间覆冰增长质量近似服从正态分布。（4）稳定增长时期，覆冰质量与时间序列呈相关度很高的一次线性函数关系，可考虑建立简单的线性增长模型应用于线路覆冰预警。

来源出版物：高电压技术, 2012, 38(11): 3000-3007

入选年份：2015

双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究

顾卓远，汤涌，刘文焯，等

摘要：目的：随着全球化石能源逐渐枯竭，可再生能源在各国能源战略中占据着越来越重要的地位。在众多新能源中，风能以其清洁、蕴藏量大、技术相对成熟等优势成为世界各国开发绿色能源的首选，其中双馈风力发电机（doubly-fed induction generator，DFIG）得到了广泛应用。风能具有间歇性和随机性的特点，大规模双馈机组接入系统，对电网的安全稳定运行有诸多影响。因此有必要开发风电机组的动态模型，研究其与电力系统之间的相互影响。本文从双馈风机建模仿真的现状和实际需求出发，借助PSD-PS Model电磁暂态-机电暂态混合仿真平台，对风力发电机组开展电磁暂态-机电暂态混合仿真研究，为今后深化研究风电机组对电网影响提供有力的技术支持。方法：本文基于双馈风机的运行原理，建立了双馈风机的电磁暂态模型，并进行了电磁暂态-机电暂态混合仿真研究。在自主开发的大型电力系统分析软件包混合仿真平台（Power System Department-Power System Model，PSD-PS Model）中实现双馈风机的混合仿真功能，建立了双馈风机的基本模型框架，采用单台机等值模拟风电场，最后利用IEEE14节点算例进行详细的仿真研究，分析其控制策略和暂态过程中的动态响应。方便今后与风机制造厂家合作建立实际风机的详细电磁暂态模型。结果：双馈风机的电磁暂态-机电暂态混合仿真，首先对双馈风机进行电磁暂态建模、控制系统通过自定义的方式实现，根据研究目的对空气动力学部分和机械部分的动态过程进行不同程度的简化，能够完全满足大电网机电暂态稳定计算对风力发电系统精确仿真研究的需求。由于DFIG属于交流励磁的同步发电机，对于电网暂态稳定性的影响直接取决于其控制系统的结构，响应速度和内部的限幅环节。随着风电接入系统比例的逐渐扩大，其对电力系统运行带来的影响值得深入分析。在此平台上，可以清楚的得到风机内部的动态响应，深入开展风力发电系统不同程度的简化对系统暂态稳定性影响的研究，对于开展风力发电机组仿真的深化研究具有重要的意义和应用价值。结论：本文主要研究了双馈风力发电机的电磁暂态模型，并利用自主研发程序PSD-PS Model进行了双馈风机的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究。利用外网的戴维南等值电路进行DFIG的电磁暂态计算，并得到对系统的注入电流，同时外网利用DFIG的注入电流进行全网的机电暂态计算。采用单台机等值模拟风电场的方法实现了双馈风力发电机群的电磁暂态-机电暂态混合仿真，最后利用IEEE14节点系统进行了混合仿真研究。双馈风机的机电暂态简化模型与电磁暂态模型有不同的响应，目前还没有量化研究来分析两种模型对电力系统影响的差异性，将是下一步研究工作的重点。

来源出版物：电网技术, 2015, 39(3): 615-620

入选年份：2015

国际防雷研究进展及前沿述评

曾嵘，周旋，王泽众，等

摘要：目的：作为联合国公布的十大自然灾害之一，雷电及其电磁效应对人类生产生活诸多方面影响显著。雷电时空分布范围广、随机性强，放电物理过程机制复杂，研究难度大。本文通过全面总结国际雷电观测、雷电物理、雷电电磁暂态效应、雷害风险评估与防护等领域的最新研究热点与进展，指出了下一步重点研究方向。方法：结合第32届国际雷电防护会议与近年雷电物理领域的最新研究动态，从雷电观测、雷电物理、雷电电磁暂态效应、雷害风险评估与防护4个方面，对前沿进展进行了总结与分析。结果：（1）雷电定位系统、高速摄像、光电阵列观测、人工引雷试验是研究雷电活动的最主要手段。雷电定位系统在雷电参数与特性分析、雷电物理研究、雷电预警、风险评估与雷电防护等诸多领域有重要应用。当前，雷电定位技术的研发和改进、雷电定位系统的评估、基于雷电定位系统的雷电活动与特性观测是研究热点。（2）ALPS和LAPOS是光电阵列观测技术的典型系统，观测时间分辨率最高可达几十ns，远高于高速摄像技术，可对雷电过程特别是雷电连接过程进行精细观测。凭借日益进步的雷电定位系统、光电阵列观测等先进手段，科学家对雷电起始、发展、连接与回击过程进行了持续观测，获取了雷云场强、先导长度与发展速度、雷电流等特征参数，并对物理模型进行了广泛深入的探索。雷电先导发展过程，尤其是负极性雷电梯级先导的发展过程，仍是雷电物理领域观测和理论研究的热点问题。雷云电化、雷云预击穿、高能射线与逃逸电子等课题仍悬而未决，成为当前雷电物理研究的前沿。（3）除雷电物理本身外，雷电的电磁暂态效应和雷害风险评估与防护亦备受关注。考虑电磁全波过程的计算方法是当前分析雷电电磁暂态效应的主流方法；电力行业研究者努力综合考虑土壤的非线性时变和频变特性，建立合理的雷电电磁暂态计算模型。除电力系统雷击风险评估模型及传统雷电保护措施的应用研究外，对风机、光伏发电等新能源系统的雷电防护试验与仿真研究蓬勃发展，成为防雷领域的热点问题。相关雷害防护研究亦拓展至了建筑物、电子通信、交通运输系统等领域。结论：未来，雷电观测技术将进一步提高对弱信号的检测能力、定位精度和时空分辨率，为揭示雷电机理和雷电预警等提供基础数据；雷电起始、发展与连接过程的参数观测、机理分析和理论建模仍有大量工作需要开展，上行雷研究逐步升温并得到持续关注；新能源、智能电网等新领域的雷电防护问题正成为国际防雷领域新热点。

来源出版物：高电压技术, 2015, 41(1): 42748

入选年份：2015

高电压环境工程应用研究关键技术问题分析及展望

闫克平，李树然，冯卫强，等

摘要：目的：高压放电技术（以下简称高压放电）能够通过施加高压电场产生大量自由电子和活性物质，进而控制和去除环境污染物。但其工程应用多为设备简单放大和功率盲目增加，缺乏高效率低能耗的设计依据。本文通过分别归纳高压放电在脱硫、除尘等环境保护方面的工程应用，提炼其在各领域应用的关键技术问题。方法：通过爬梳高压放电应用的发展过程、应用现状和技术关键点，说明其在各环境工程应用领域的具体研究方向。将环境工程的应用分解为脱硫脱硝、除尘、有机污染物去除、臭氧发生、水处理和微生物灭活收集等6个领域。基于该技术在各领域的发展和现状，分别说明其在高压电源、装备结构或工艺流程等方面的瓶颈。结果：从利用静默放电产生臭氧到静电除尘、空气污染物氧化控制，高压放电的环境工程应用由来已久。目前高压放电脱硫脱硝已有处理烟气流量大于50000 m3/h、能耗低于3 W·h/m3的工业实例；美国和西欧则分别有80%和85%的燃煤电厂采用电除尘捕集颗粒物。高压放电处理废气废水和微生物研究也比比皆是。尽管工程体量不断提高，应用方向持续增加，高压放电在环境工程领域应用仍存在诸多瓶颈亟待解决：（1）高压放电脱硫脱硝氧化能耗逐年降低，但近年来单位极线长度对应的能量密度却反而下降至0.01 W·h/m3以下。放电能量有效注入负载的能力并未随工程烟气量的增长而提高，研发脉冲和交流叠加直流（AC/DC）电源以提高能量密度是进一步提高脱除能力的关键。此外，氧化二氧化硫和氮氧化物存在同相和异相氧化2条反应路线，利用流光电晕放电在液相中氧化硫和氮的氧化物已经被证明效率高于气相氧化，且能耗仅为后者的1/7，因此气相放电结合吸收剂添加和异相氧化将成为该工艺发展的趋势。（2）经历长期发展的电除尘面临的主要问题是本体设计依据多依奇及其修正公式，难以进行分区设计；多数高压电源与电除尘器不匹配，运行电压低、波纹系数大；除尘区电晕放电难以控制，无法应对煤种变化；细颗粒物的收尘机理也同样缺乏研究。本文提出采用电除尘指数作为计算分级除尘效率的依据，用比收尘面积、峰值和平均二次电压的乘积来预测收尘能力、指导电除尘器本体、电源的选型、设计和运行控制。此外，通过电除尘器内气流分布优化和离子风研究可以有效控制二次飞扬进而提高细颗粒物捕集能力。（3）臭氧发生器是高压放电最早的应用之一，大功率臭氧的产生经历了工频、中频和高频3个发展阶段，高频供电臭氧合成可在不改变臭氧产率情况下减小装备尺寸、降低工作电压和提高可靠性。脉冲电源能够在无需冷却的条件下为装备提供较强电场，从而提高处理效率和产率。在此基础上，双极性脉冲电源进一步为解决单极性电源电荷积累导致的放电不均和能量注入问题提供了方向。（4）电晕和介质阻挡两种放电形式都能够降解挥发性有机气体（VOCs），各放电形式能效较为接近，臭氧产生量都在40～250 g/kWh范围内。但单独放电存在着能耗高、反应器压降大、产物复杂和脉冲电源火花开关寿命短等缺点。因此为适应大流量的含VOCs工业气体，需将能够产生大面积均匀放电的流光电晕与催化剂联合进行一段或两段式降解。（5）高压放电废水处理主要针对难降解有机和含菌废水，通过在水体内的水下高压放电、在水体表层的沿面放电或脉冲电场都能够实现灭活菌落2～4个对数、染料脱色80%以上的效果。但各放电形式都无法同时满足高活性物质产生效率和高传质效率，高压放电在连续水处理能效更差，目前高压放电水处理仍缺乏高效的反应结构。（6）高压放电灭活速度快、所需装置简单，可在0.06 s内灭活室外空气中87%的真菌，但处理大流量对象时无法保持高效。此外还能利用静电捕集微生物以保持样品形态和活性，目前尚无法完全保持微生物活性。结论：由于高电压、电流和大量高能活性粒子的存在，高压放电技术可以用与污染物氧化、荷电和收集。其在环境工程领域的关键问题分别是：（1）脱硫脱硝过程中如何提高注入功率密度和优化联合工艺流程。（2）电除尘中如何摆脱传统单纯增加收尘面积的设计方法和改善电源控制方法。（3）臭氧发生过程中如何提高稳定性和产率并降低发热量。（4）VOCs和水处理中如何降低能耗，提高效率。（5）微生物灭活中如何提高处理量以及静电采样如何消除放电带来的不利影响。与之相对应的是高压放电在环境工程领域的发展方向：（1）脱硫脱硝以脉冲或AC/DC电源产生稳定流光放电，并采取气相放电联合异相氧化的工艺流程。（2）以电除尘指数代替多依奇公式，配合离子风研究指导电除尘器选型设计和运行控制。（3）臭氧发生则在双极性短脉冲电源基础上利用深冷技术来提高产率，降低损耗。（4）VOCs和水处理技术方向各异，前者应采用等离子体结合催化剂形式，后者则除需要提高反应接触面积外，还应与生化法等技术联用。（5）微生物灭活可通过高效滤网进一步提高处理量，而静电收集则应改善收集结构，提高其中微生物存活率。

来源出版物：高电压技术, 2015, 41(8): 2528-2544

入选年份：2015

智能电网大数据技术发展研究

张东霞，苗新，刘丽平，等

摘要：目的：智能电网被看作是大数据应用的重要技术领域之一。2012年以来，电力界对大数据应用给予了高度关注，做了一些尝试，但总的来看，这些工作尚处于探索起步阶段。为了推进智能电网大数据应用研究走向深入，开展战略研究和顶层设计非常重要。本文的主要目的是阐述智能电网大数据的理论基础，总结智能电网的技术体系，提出智能电网大数据研究框架和技术发展路线建议。方法：通过查阅文献，总结国内外智能电网大数据发展现状和面临挑战；对各主要技术领域开展了大数据技术应用的需求分析和场景设计；分析战略目标和现状间差距，提出研究框架和技术发展路线图。结果：随着电网智能化水平的提高，电网部署了众多的监测控制系统，每时每刻都在产生着数据量巨大、结构复杂、异构的数据，这些数据与影响电网发展和运行的外部数据如天气、用户特征、社会经济等数据相结合，构成了智能电网大数据。智能电网大数据有潜在的应用价值，在新能源发电预测、负荷预测、用户行为分析、大电网安全稳定分析、设备监测、停电管理等众多领域都能形成有效的技术解决方案。当前，智能电网大数据应用面临诸多挑战，如：缺乏共识，技术储备不足，数据获取和融合困难，技术复杂度高技术实施难度大等。智能电网中的大数据关键技术包括数据的获取、集成和融合、数据质量控制、存储、处理和分析等，数据的集成和融合是智能电网大数据应用的最大难点。在数据融合基础上，需要结合不同的应用进行数据的管理、处理，并选择适宜的数据分析方法。在应用层面，需要针对智能电网相关技术领域，深入开展大数据技术应用需求分析、场景设计、分析模型、专业方法的研究。结论：建议我国智能电网大数据的发展路线如下：第一阶段，完成需求分析、场景设计、应用价值分析和智能电网大数据平台研发；第二阶段，重点开展智能电网大数据的数据接入和融合相关关键技术研究，在配用电数据融合基础上开展以用户用电信息采集数据为核心的大数据应用研究；第三阶段，在在智能电网其他技术领域全面开展大数据应用研究。

来源出版物：中国电机工程学报, 2015, 35(1): 42778

入选年份：2015

基于大数据分析的输变电设备状态数据异常检测方法

严英杰，盛戈皞，陈玉峰，等

摘要：目的：输变电设备在实际运行过程中会受到过负荷、过电压、内部绝缘老化、自然环境等异常事件影响，这些异常运行状态会导致设备缺陷、故障的发生，因此对设备状态进行异常检测具有很强的必要性。在设备的实际运维中，大都是基于单一系统的部分设备信息，采用简单阈值判定方法来检测异常，这种传统的阈值判定具有局限性，一方面设备信息利用率和状态评价正确率都偏低，另一方面难以检测出设备的潜伏性故障及故障类别。大数据分析技术通过寻找设备信息间的关联关系，为提供设备异常检测准确性提供了全新的解决方法和思路。方法：针对设备单状态量数据，运用了时间序列自回归模型拟合，与设备运行过程中的低动态性相符，通过SOM神经网络将时间序列量化，量化后的时间序列可看作在拓补结构中一个神经元到另一个神经元的转移，从而计算出设备单状态量数据基于时间轴的转移概率序列，挖掘出数据随时间的变化规律。针对多维状态量数据，通过基于密度的聚类算法对多维的在线监测数据进行聚类，既能充分利用在线监测数据量大的特点，又能将各参量间的复杂相关关系简化。在单维和多维时间序列分析的基础上，建立异常快速检测模型，对设备状态数据进行异常检测，以识别出设备的异常状态和发生时间。本文提出一种基于大数据分析的设备状态数据的异常快速检测方法，具体如下：（1）分析了输变电设备在正常运行过程中状态量低动态性和日周期性的特点，从而建立了状态量数据的时间序列的AR模型；（2）利用SOM算法计算出设备单状态量数据基于时间轴的转移概率序列，通过转移概率识别时间序列的异常变化规律，以解决传统的阈值法难以检测出设备的潜伏性故障的问题。（3）建立了异常快速检测模型，运用无监督聚类方法简化各参量之间的相关关系，从而避免了参量间相关性难以确定的问题。最终结合运行实例验证了本方法的有效性，表明该方法适用于输变电设备状态监测数据流，可实现数据流中异常的快速检出。结论：通过时间序列模型和自适应神经网络对历史数据潜在的特征进行挖掘，将数据对时间的动态变化规律用转移概率序列表示，建立异常检测体系，并使之适用于输变电设备状态监测数据流，实现数据流中异常的快速检出。（1）优点在于能结合多元状态量的历史数据与当前数据，从数据演化过程、数据关联的全新角度实现动态数据的异常检测，相对于传统的阈值判定方法准确率较高。（2）针对多维的监测数据，运用无监督聚类方法简化各参量之间的相关关系，从而避免了参量间相关性难以确定的问题。（3）检测出设备运行状态的异常的同时，本文方法也存在不足之处，当设备受外界环境异常的影响较大时，可能会出现异常状态的误报，算法还有改进空间以消除外界环境异常带来的影响。

来源出版物：中国电机工程学报, 2015, 35(1): 52-59

入选年份：2015