电气工程

智能直流配电网研究综述

宋强，赵彪，刘文华，等

摘要：智能直流配电网研究综述在输配电系统产生时，直流就被作为最主要的配电方式，但是由于当时直流输配电电压等级低、容量小等原因使得直流配电被交流配电所取代。20世纪末，随着功率半导体技术的发展，直流供电技术克服了原有的技术缺陷，线路成本低、输电损耗小、供电可靠性高、具有环保优势等技术和经济优势逐渐显现。另外，分布式电源，变频器、电子设备等广义直流负荷的发展，也加速了直流配电的发展。本文对直流配电的发展历程、研究现状、关键技术等进行了全面的阐述，以促进直流配电网的发展。目前，很多国家已经纷纷开展了直流配电网的研究，提出了各自的直流配电网概念和发展目标。在 2007年，美国弗吉尼亚理工大学 CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative（SBI）”系统，具有直流母线DC 380 V和DC 48 V电压等级，为未来住宅和楼宇提供电力。在2011年，美国北卡罗来纳大学提出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management （FREEDM）”系统结构，包含有DC 400 V直流母线，用于构建未来自动灵活的配电网络。除此之外，日本、韩国、欧洲等国家和地区也提出和建设了各自直流配电系统。自2009年开始，中国的相关单位也逐步对直流配电网展开了相关研究。清华大学在国家自然科学基金项目中提出了基于高频隔离和公共直流母线的电池储能电网接入系统，该项目的侧重点在于研究用于直流配电系统中的新一代功率变换技术，包括新一代功率器件应用以及高频隔离变换技术等。另外，2012年，中国还以深圳供电局为主成立了城市电网先进技术研究中心，计划于2012年至2015年建立柔性直流配电技术实验室，并实施柔性直流配电相关关键技术的研究。直流配电网的系统架构涉及到系统供电质量、安全性和经济性等方面的问题，对直流配电网的标准形成具有重要意义。直流配电网的系统架构主要包括高压配电母线的供电方式、低压直流配电母线的构成形式、分布式电源的组织形式、高压配电母线到低压配电母线的连接方式、分布式电源及负载到低压配电母线的连接方式等。直流配电网中存在着各种电压等级的配电母线、形式多样的分布式电源及负载，而不同电压等级的配电母线需要经过功率变换器实现功率变换，各类分布式电源及负载也需要经过不同的功率变换器接入直流母线，直流配电网在不同工作模式下各微源及变换器的运行状态也不同。因此，为了保证直流配电网正常运行，控制技术起着重要的作用。这里将直流配电网中的控制技术按单元级、微网级到配网级归结为3类，依次为电力电子变换器的基本控制、多源协调控制、多端多电压等级配电网络的运行控制。直流配电网的保护是直流配电网安全运行的关键问题。相比交流配电网，直流配电网的系统架构、工作模式等均有不同，因此传统的交流保护方案并不完全适合直流系统。所以，在直流配电网的保护技术的研究中，应该吸取交流配网保护技术的经验，通过对比研究分析直流配网的保护标准、执行准则以及操作经验等。目前，关于直流配电网保护技术的研究方向主要包括直流配电网的保护设备、直流配电网的接地方式、直流配电网的故障诊断与处理方法等。总之，目前各国对直流配电网的研究都还处于试验探索阶段，研究重点集中在以直流微网为核心的低压直流配电网方面。目前，也还没有见到有较为系统的示范工程的报道。但是可以预见的是，在世界各国对节能减排和能源综合利用的需求增长的今天，直流配电网将以其强大的技术和经济优势而拥有广阔的发展前景，也必将对生活生产产生巨大的影响。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(25): 9-19

入选年份：2017

微电网技术综述

杨新法，苏剑，吕志鹏

摘要：目的：微电网作为分布式电源接入电网的一种有效手段，逐步引起了广泛关注。从运行控制、供电可靠性和电能质量、经济运行与安全机制、仿真平台和示范工程等4个方面介绍国内外微电网研究的最新进展，最后结合中国未来智能电网建设规划，对微电网技术的发展前景进行了展望。方法：从运行控制、供电可靠性和电能质量、经济运行与安全机制、仿真平台和示范工程等4个方面介绍国内外微电网研究的最新进展。对于微电网的运行控制，分别介绍了微电网中电源数学模型及优化配置、电力电子技术在微电网中的应用、微电网多源协调控制与能量管理。从微电网与配电网交互影响及供电可靠性、电能质量治理和评估两个方面介绍了微电网供电可靠性和电能质量。对于微电网经济运营与安全机制，分微电网经济运行、微电网安全机制与保护两个方面进行了阐述。从分析、计算和仿真、工程建设情况等方面介绍了微电网仿真分析和工程建设。最后对微电网技术进行了探讨与展望。结果：文章通过对运行控制、供电可靠性和电能质量等方面的论述，所得结果如下：（1）相比于常规的电力系统，微电网中的可调节变量更加丰富，如分布式电源的有功出力等，通过对这些变量的调节控制，可以在满足系统运行约束的条件下，实现微电网的优化运行与能量的合理分配，最大限度地利用可再生能源。同时，当微电网并网运行时，可通过适当的群控策略对微电网输出进行有效控制。（2）随着微电网渗透率的增加，即使大部分负荷均由微电网承担，由于微电网自身的稳定性和可靠性都要优于分布式电源，因此微电网渗透率的增加可提高系统稳定性。微电网的电能质量治理主要从两个方面着手：一是配置电能质量治理装置，二是从控制策略方面主动提高电能质量。（3）微电网具有发电方式灵活、线路损耗小等优点，但由于目前微电网内部储能装备及控制中心价格水平较高，微电网建设初期投资较大，所以目前微电网的建设主要以保障特殊重要用户供电可靠性需求和满足偏远地区电力供应为主。（4）目前流行的仿真软件与建模方式，不能完整反映分布式供电系统/微电网网架结构与配电网间结构信息的不对称性，在时间尺度上不能确切反映微电网电力电子电磁暂态过程与配电网中长期机电暂态过程的交互，亟需根据接入配电网比例，从控制特性和物理特性两方面着手，建立分布式电源和其他组件仿真程序包。工程建设方面，目前国外建成的微电网工程，大都以微型燃气轮机为主要供电电源，兼有小容量的光伏和风力以及其他形式能源，用于科研的微电网工程主要实现检验微电网各部分动态性能等。国内微电网示范工程由于供电环境复杂、运行模式多样，在保证供能的基础上更多关注能量综合控制等。（5）微电网是未来智能配电网实现自愈、用户侧互动和需求响应的重要途径，随着新能源的发展，微电网将具有一些新的特征：满足多种能源综合利用需求、与配电网实现更高层次的互动以及承载信息和能源双重功能。结论：微电网技术自提出以来，在国内外已有较多的成果积累，本文通过对近年来微电网在运行控制等方面成果的总结，得出如下结论：（1）在微电网规划方面，微电网的网架结构多样、电源特性差异大、应用模式多变等，微电网的定容与选址还应与电网规划相协调；（2）在供电可靠性和电能质量方面，微电网与配电网既相互影响又相互支撑，且微电网具有可利用的储能装置和控制保护装置实现联络功率平抑和网内局部保护的显著优势；（3）在微电网经济运行方面，微电网的经济运行目前上缺乏电力市场运营的大背景，离商业化运营还有一定的距离；（4）在微电网仿真分析与示范工程方面，开发适用于我国微电网及分布式发电的分析、计算和仿真工具仍是目前的重要工作。

来源出版物：中国电机工程学报, 2014, 34(1): 57-70

入选年份：2017

模块组合多电平变换器的研究综述

杨晓峰，林智钦，郑琼林，等

摘要：目的：模块组合多电平变换器（modular multilevel converter，MMC）具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点，尤其适用于中高压大功率系统应用。本文旨在提炼MMC的主要技术特点、总结MMC现阶段的研究进展，在此基础上指出MMC今后亟待研究的关键问题。方法：结合MMC自身的结构特点，将MMC与传统的两电平或者三电平拓扑进行对比分析，提炼出MMC的主要技术特点。此外，采用归纳概括的方法，对已公开发表的文献进行了总结，分别回顾MMC在脉冲调制、直流电压控制、预充电、环流、谐波、数学模型、主电路参数设计、故障保护等关键问题的最新研究进展，以及其在电力传动、电能质量问题治理领域的工程应用现状。结果：MMC具有许多适用于高压大功率应用场合的结构和输出特征：具备高度模块化的结构，便于系统扩容，易于冗余设计；具有公共直流母线，可实现对公共直流母线电压的有源控制；对系统主回路的杂散参数不敏感，便于工程实现；MMC各相桥臂均可独立控制，可在交流不平衡故障下运行；网侧发生故障时，MMC公共直流母线电压仍然连续，具有很强的交流故障穿越和恢复能力；MMC输出电平数高，并且开关器件的开关频率低，开关损耗较小；MMC显著降低了对交流输出滤波电感的要求。本文对MMC关键问题的研究进展进行了总结：（1）MMC的脉冲调制技术，包括传统的脉宽调制技术、空间矢量脉宽调制技术、阶梯波调制技术、最近电平逼近控制等。在实际应用中，应综合考虑开关损耗、谐波特性、可扩展性等指标，选取合适的脉冲调制技术方案。（2）MMC的直流电压控制技术。在预充电阶段，利用三相交流电网或者公共直流母线电压的预充电策略具有一定的成本优势，有助于MMC在高压大容量系统中推广应用。在正常工作阶段，可采用电压闭环控制，但系统复杂性较高，目前多数文献采用更容易实现的基于排序方法的直流电容电压均衡控制方法。（3）MMC的环流分析和抑制技术，MMC的环流叠加在桥臂电流中，会提高器件的电流容量增加损耗和成本，已有文献提出增大桥臂阻抗、添加环流控制器等抑制方法。（4）MMC的谐波分析和抑制技术，MMC功率单元的直流侧电容电压中含有大量基频和二次谐波，会影响交流输出电流特性，可以通过三次谐波注入、改进开关函数等方法进行抑制。（5）MMC的建模，目前对MMC的建模研究主要集中于电磁暂态模型、等效简化模型、开关函数模型、状态空间模型等方面，对研究系统特性、主电路参数设计和控制系统设计具有重要的指导作用。（6）MMC的主电路参数设计，根据功率单元直流电容电压的低频脉动要求，设定其电容值；而桥臂电感参数受MMC输出电流特性、系统故障管理能力等方面制约。（7）MMC的故障保护，MMC的功率单元直流电容闭锁后不会自动放电，因此具备在故障后一定时间内“黑启动”的能力。此外，桥臂电感对冲击电流也具备一定的抑制作用。（8）电力传动应用的低频运行控制，MMC在低频运行下电容电压脉动较大，可以通过注入高频共模电压和相间环流分量，或优化脉冲宽度的方法进行改善。（9）MMC的电能质量问题治理应用，MMC作为STATCOM能实现灵活的无功发生控制及对谐波、负序和无功电流在内的综合补偿，具备良好的动态和稳态控制效果。结论：通过本文的分析看出，MMC在电力系统中有广泛的应用前景，是未来中高压大功率系统，尤其是高压输电技术的重要发展方向。然而，从已公开发表的文献来看，MMC的理论分析和数学模型仍不完善、脉冲调制和电压控制仍需要进一步的简化、MMC交流电压不平衡故障控制方法、故障冗余及保护有待深入研究，此外，MMC在电力系统能量治理、新能源接入输电、大功率电力传动领域中的应用具有重要的意义，需要进一步推广。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(6): 1-14

入选年份：2017

特高压直流分层接入方式在多馈入直流电网的应用研究

刘振亚，秦晓辉，赵良，等

摘要：目的：基于 LCC（电网换相换流器）的高压直流输电技术，需要受端交流电网提供足够的换相电压，且在换相失败后的功率恢复过程中还需吸收大量的无功功率，多馈入直流将给受端交流电网带来严重的安全稳定问题。多馈入直流集中落入东中部电网将是未来我国电网发展面临的突出问题之一。为了综合解决这一问题，结合当前特高压直流直接接入特高压交流技术取得的突破，本文提出了一种特高压直流分层接入交流电网的新方式，并理论证明和仿真验证了其系统技术特性和技术优势。方法：首先结合当前特高压直流直接接入特高压交流技术取得的突破，提出了分层接入的新方式；然后研究了分层接入方式下多馈入短路比计算方法及CIGRE多馈入短路比指标的适用性；并从理论上对比了特高压直流不同接入方式的系统特性，证明了特高压分层接入方式在提高受端系统电压支撑能力、引导潮流合理分布方面的技术特性和技术优势；最后结合电网规划，对特高压直流分层接入方式进行仿真分析，进一步验证了理论分析的结论。结果：本文创新性地提出了特高压直流分层接入交流电网的新方式，从理论上证明了其系统技术特性和优势，并结合电网规划，对特高压直流分层接入方式进行仿真分析，进一步验证了理论分析的结论。具体包括：（1）特高压直流分层接入交流电网的新方式，即：特高压直流高端换流变、低端换流变分别接入500 kV和1000 kV电网，交流滤波器和无功补偿装置也分别接入500 kV和1000 kV交流母线。（2）对于分层接入的特高压直流，多馈入短路比计算公式仍可适用，但须注意：需要对接入的两个母线i和j都分别计算多馈入短路比。（3）从电压支撑的角度来看，采用多馈入直流分层接入方式，一般情况下既能够发挥1000 kV电网系统等值阻抗zi小的优势，又有利于在一定程度上增大换流母线之间的联系阻抗zij，从而使系统从整体上获得较大的多馈入短路比和电压支撑能力。（4）从功率分配的角度来看，特高压直流分层接入方式通过改变两级电压注入功率，可以更加灵活主动地引导潮流在不同电压层级间合理分布，有助于兼顾当地负荷用电与剩余功率通过1000 kV电网转移输送。（5）在长三角地区的多馈入直流系统中，分别从多馈入短路比、潮流分布等方面，对±800 kV锡林浩特—泰州、±1100 kV呼伦贝尔—皖南两回直流不同接入交流电网方式进行了仿真计算比较，结果表明特高压直流分层接入方式的多馈入短路比高，可以提高电网的安全稳定运行水平；且能够减轻500 kV通道潮流，发挥特高压线路输电能力强、损耗小的优势。结论：本文提出的特高压直流分层接入方式是提高多馈入直流系统的电压支撑能力、引导电网潮流合理分布的重要技术手段，对解决多馈入直流系统电压稳定问题、促进交直流电网协调发展具有重要意义，有广阔的应用前景，结论如下：（1）CIGRE提出的多馈入短路比计算方法对于特高压直流分层接入方式仍基本适用。（2）分层接入方式的1000 kV和500 kV母线短路比相应均高于单层接入方式的1000 kV和500 kV母线短路比。通常情况下，对于单层接入方式和分层接入方式，1000 kV母线短路比均高于500 kV母线短路比。分层接入方式有利于发挥1000 kV电网系统等值阻抗小的优势，并在一定程度上增大1000 kV和500 kV换流母线之间的联系阻抗，可使系统从整体上具有较大的多馈入短路比和电压支撑能力。（3）特高压直流分层接入方式可通过引导直流功率在1000 kV与500 kV间合理分布，充分发挥两级电网的输电能力，具有较好的经济和社会效益。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(10): 1-7

入选年份：2017

C-MMC直流故障穿越机理及改进拓扑方案

薛英林，徐政

摘要：目的：难以有效处理直流故障是目前基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的柔性直流输电系统面临的主要挑战之一，也是在架空线领域必须得到解决的关键问题。本文提出一种改进的MMC拓扑，无需交流断路器动作即可实现直流侧故障的自清除和系统快速恢复。所提出的MMC拓扑每个桥臂由不同子模块混合级联构成，兼具半桥子模块（half bridge sub-module，HBSM）的经济性和从箝位双子模块（clamping double sub-module，CDSM）的直流闭锁特性。在箝位二极管处串联动态阻尼电阻，用于耗散故障期间系统储存能量加快熄弧过程。方法：首先，研究了箝位双子模块正常和闭锁工作模式，根据模块电流方向和输出电压不同，分为4种正常工作模式和两种闭锁模式，绘制了不同模式下子模块的等值电路。然后，分析闭锁前后换流器故障等值电路和故障电流特性，将故障发生到清除分为两个阶段：故障检测阶段，故障发生后直流电流上升，模块电容放电导致电压下降；故障穿越阶段，换流器闭锁后，直流侧故障电流下降直至零，直流网络储存的能量回馈到模块电容里，导致电容电压上升。无论故障电流方向如何，电容器总是被充电。此时，交流系统馈入直流网络的潜在故障通路有两条：（1）经换流器内部两相上桥臂（或下桥臂）构成的路径；（2）经换流器两相上下桥臂和直流侧故障弧道构成的路径。上述两个回路内级联模块电容提供的反电势大于交流线电压幅值，这样迫使故障电流在数个毫秒内就下降至零。期间直流线路和电抗器内储存的能量会馈入交流系统和模块电容内。最后，提出两点改进措施：（1）桥臂由半桥子模块和箝位双子模块混合而成，降低了稳态运行损耗和半导体器件数量；（2）在子模块内部箝位二极管处串联阻尼电阻，以加快闭锁期间能量耗散和降低电容电压增高幅。与传统基于CDSM的MMC相比，本拓扑可以节省nT个IGBT和nD个二极管。结果：算例分析可知，在目前已知的几个故障穿越能力的换流器拓扑中，本文所提改进拓扑所需半导体器件和损耗最少。本文所提拓扑的二极管、IGBT和损耗，比传统采用CDSM的MMC分别减少6%、12.9%、8.1%；比采用全桥子模块的MMC分别减少41.3%、23.8%、27%。PSCAD/EMTDC仿真结果表明，直流故障发生后，系统可在17 ms内即完成换流器闭锁；由于吸纳了直流网络能量，箝位双子模块的电容电压有所上升；而半桥子模块由于电容电压被旁路掉，保持原有电压不变。故障期间，阻尼电阻耗散了部分直流网络储存能量，减少了电容电压上升幅值，缩短故障电弧熄灭时间；阻尼电阻越大，电容电压平均增幅越小，系统进入完全闭锁状态时间越短。结论：本文分析了采用CDSM的MMC直流故障穿越机理，指出其本质在于：模块电容在故障回路提供的反电势足够大，利用二极管单向导通特性完成故障电弧切断。提出了两点的改进措施：（1）桥臂由箝位双子模块和半桥子模块混合构成；（2）在箝位双子模块箝位二极管处增加阻尼电阻。该拓扑有两点显著特点：（1）同传统采用CDSM的MMC相比，IGBT和二极管数量减少，特别是高定值的T0/D0数量减少；（2）正常运行时动态阻尼电阻不在电流通路中，不会引入通态损耗，直流故障发生时，它会通过耗散直流网络能量加速故障弧道清楚。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(21): 63-70

入选年份：2017

中国火力发电能耗状况及展望

杨勇平，杨志平，徐钢，等

摘要：目的：针对中国燃煤火力发电在相当长时期占据发电主体地位这一特点，通过横向、纵向对比分析，总体上把握中国火力发电的能耗状况，以明确中国燃煤火力发电能耗所处的水平，给出中国燃煤火力发电能耗的客观评价，让社会各界正确理性看待中国燃煤火力发电。结合 2010年电力统计数据，通过理论分析验证分析方法的可行性，对2015年和2020年中国火力发电能耗进行预测，并提出中国进一步降低火力发电能耗的方法和途径。方法：根据2010年中国火力发电统计数据，应用火力发电机组热经济性评价方法计算分析得到中国火力发电能耗与统计能耗数据基本相符，在此基础上对比世界发达国家的火力发电能耗，按照同样火力发电装机构成进行煤耗折算，以明确中国燃煤火力发电所处的水平。同样参考2010年中国电力企业联合会指标竞赛统计数据及其负荷率，结合不同类型燃煤发电机组变工况热力计算，得到75%负荷工况下机组的设计能耗，进而从纵向对比不同类型燃煤火力发电机组实际运行能耗与设计能耗大小，以判断机组的实际能耗水平。结合2011年之前火力发电能耗变化趋势，预测到2015年和2020年时中国火力发电的总体能耗，并结合理论分析提出进一步降低大型燃煤火力发电机组能耗的思路和途径。结果：（1）按2010年中国6000 kW及以上电厂燃煤发电、燃气发电、燃油发电的标准煤耗率计算，中国的煤电、油电和气电比重分别与日本、德国、韩国2009年的比重相当，可得到的供电煤耗率分别为 283、300和299 g/(kWh)，比日本供电煤耗率低10 g/(kWh)，与德国、韩国水平相当，可见中国的火力发电煤耗率已处于世界先进水平；（2）1000 MW超超临界湿冷机组、660 MW超超临界湿冷机组、600 MW超临界湿冷机组、600 MW亚临界空冷机组的实际运行水平达到甚至超过设计水平，其他类型机组实际运行煤耗稍高于设计水平，但在10 g/(kWh)之内，可见在现行技术条件下现役大型燃煤机组本身的节能空间有限，火力发电节能进入深层次节能降耗阶段，需要在理论上、技术上寻求突破；（3）根据中国电力企业联合会对电力工业发展预测数据，考虑新增发电量多为600 MW级以上湿冷机组、空冷机组和300 MW级以上热电联产机组，不考虑脱除二氧化碳，初略估算2015年新增燃煤发电机组煤耗率290 g/(kWh)，新增燃气联合循环机组发电煤耗率236 g/(kWh)；到2020年新增燃煤机组的发电煤耗率 280 g/(kWh)，燃气联合循环机组发电煤耗率224 g/(kWh)，考虑到技术改造及老机组退役后的大机组代替使得燃煤电站的发电煤耗率较 2010年分别下降 2 g/(kWh)和 4 g/(kWh)，预测 2015年的火电机组的供电煤耗率分别是323.5 g/(kWh)、322 g/(kWh)和319.6 g/(kWh)。预测2020年的火电机组的供电煤耗率分别是 314 g/(kWh)、313 g/(kWh)和 310 g/(kWh)；（4）可通过进一步优化燃煤火电结构（增加 1000 MW 级机组、300 MW级以上联合循环机组、300 MW级以上热电联产机组等）、深度利用火电机组余热（锅炉排烟、汽轮机排汽等）、全工况优化、原煤干燥、合理利用外部资源实现多能互补等途径降低燃煤火力发电的能耗。结论：采用详实的数据对中国火力发电机组的能耗状况进行深入、细致的分析，并与国内外火力发电进行对比分析，摸清了当前中国火力发电机组的能耗水平，指出火电机组构成差异是导致我国火电机组整体效率水平偏低的主要原因；并以 2010年的数据为基础，预测了2015年和2020年中国火力发电的能耗水平，并对今后火力发电的节能降耗技术进行展望，为今后火力发电装备的节能对策研究和节能政策的制定奠定基础。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(23): 1-11

入选年份：2017

关于短期及超短期风电功率预测的评述

薛禹胜，郁琛，赵俊华，等

摘要：目的：随着风电并网规模的快速扩大，风电的不确定性对电力系统与电力市场的稳定性、充裕性及经济性的影响也日益彰显，故精确而及时地预测风电功率的动态、建立反映风电预测结果对电力系统实际影响的误差评估体系具有重大意义。方法：首先讨论了风电功率预测的误差特性及其误差对电力系统的影响。然后从信息流观点解读风电功率预测过程，包括信息源、各种风电预测方法的信息流向、输出量的转换与评估等；接着归纳了影响风电功率预测精度的因素，包括数据采集与处理、预测策略、预测方法、数值天气预报、风电场的地形地貌、预测时效等；并对风电功率预测的研究现状归类与梳理，包括基于 NWP的物理模型计算、基于统计观点的外推模型、组合预测方法、概率性预测方法等。在此基础上，讨论了对风电功率预测结果评价指标的要求，提出误差评估指标应该反映整个时间窗口内的预报质量，并展望风电功率预测可能的突破。结果：（1）当前基于绝对值及平均值准则的风电预测误差评估指标既不能正确反映误差正、负符号的影响，也不能正确反映误差影响的非线性。（2）基于NWP的物理模型预测方法除了能够充分考虑风电场的物理和环境因素，最大的优势在于不需要积累大量的历史数据，因此特别适合新建风电场的 WPP。但由于NWP的更新频率较低，难以满足超短期预测的要求，仅适合短期及中长期预测。NWP本身的预测精度也常常制约着最终的预测效果。（3）组合预测方法的核心思想是分摊单独预测方法的误差风险，以消除大偏差。第1类组合预测方法是将基于不同统计方法的预测值加权平均。第2类组合预测针对的是中尺度NWP，各模型可由相同NWP模式的不同变量构成，也可以由不同的NWP模式构成。第3类将物理模型和统计模型相结合。（4）单一的预测模型及固定的参数难以满足对风电预测有效性及强壮性的要求。对于不同规律的风电动态，若能分别采用适用的预测模型及参数，就可以改进预测效果。但如何选择并综合不同的预测模型，并确保所聚合的是各自的优点，而非缺点，从而进一步使其对风电动态过程自适应是研究的难点。（5）基于概率区间的WPP能够同时量化预测误差和相关概率，提供重要的概率分布信息，进而降低预测误差所引入的风险。结论：精确、可靠的WPP是降低风电并网风险的最有效手段之一，但风速的高度不确定性使WPP的误差，特别是最大误差很难有效地控制。既然不可能用同一外推公式及同样的参数值来反映WP的各种时变形态，那么除了提高气象预报的精度与时空分辨率外，如何提高预测模型及参数的自适应能力，及采用概率区间技术应对不确定性是可能的突破口。为此，还需要建立物理意义明确的评估指标，来引导预测模型及其参数的协调优化，而该指标应该反映整个时间窗口内的预报质量。

来源出版物：电力系统自动化, 2015, 39(6): 141-151

入选年份：2017

广域相量测量技术发展现状与展望

段刚，严亚勤，谢晓冬，等

摘要：目的：电力系统广域测量系统在国家电网公司的电网调度控制系统（D5000）的集成，标志着中国的WAMS建设重点从专用独立系统向一体化应用系统的转换。与国外相比，国内在PMU/WAMS应用上具有以下优势和特点：（1）PMU布点数量多、监测范围广；（2）WAMS主站数目多、规模大；（3）将 PMU扩展应用于发电机转速和内电势角的测量；（4）将 PMU/WAMS应用于发电机控制系统性能评估，并大规模应用；（5）首先工程实现了WAMS主站系统的互联，实现了协同低频振荡分析和故障分析；（6）首先工程实施了基于WAMS的广域阻尼控制。现阶段PMU/WAMS的发展进入了一个相对平稳的发展阶段，本文对目前PMU/WAMS在工程实际应用中存在的问题进行了总结和简要分析，并对今后的研发方向给出了建议。现状：智能电网调度控制系统D5000中WAMS、数据采集与监控（SCADA）系统以及保护与故障信息系统已经实现图模库一体化整合，多调度中心WAMS数据实现了按需共享。迄今在电网中得到普遍应用的主要应用依次为动态过程监视、对仿真分析计算的验证、低频振荡监视、机组并网特性评估、扰动识别等。其他应用如暂态稳定监视、电压稳定监视、设备参数识别等功能的效果还没有达到期望。遇到的问题：（1）目前大多数实际发生的低频振荡归结为强迫振荡，现有的文献偏重于对强迫振荡及振荡源的识别，而对于强迫振荡发生的系统条件和系统层次的预防控制方法还没有明确阐述。（2）由于相量的定义以及PMU对工频以外成分的滤波，PMU不适于电磁暂态现象的分析，这包括发电机次暂态过程分析和参数辨识以及次同步振荡分析。（3）现有PMU和WAMS主要是侧重于对电网动态过程的在线监视，由于在通信协议、缓存处理、CT选择等方面的原因，其实时性和扰动期间的测量精度，以及可靠性方面还无法达到快速实时广域控制的要求。（4）受时间同步精度、性价比以及对暂态过程监测能力的影响，PMU/WAMS应用还不能在地调及以下电网推广。（5）海量PMU数据对对通信和存储资源的占用大，并且目前也未找到好的数据挖掘算法对其进行有效利用。未来发展建议：（1）利用PMU的时间同步以及WAMS对广域高速高密度数据的集中处理能力，将PMU/WAMS应用于高压直流的动态监测，实现交直流系统的联合分析。（2）为解决PMU大规模应用对通信和存储资源的消耗问题，需研究PMU的变帧率传输。（3）对PMU问题数据的原因进行统计分析，找到影响现有PMU数据质量问题的主要因素，有针对性地提出解决方案。（4）研究利用PMU量测同时性好、具有相角量测、基波提取准确、高传输帧率的特点，提高非稳态、有谐波和暂态污染电网的状态估计精度；基于PMU的高传输帧率相量数据，研究线性状态估计和动态状态估计在实际电网中的应用。（5）研究基于PMU子站就地分析的WAMS主站高级应用的分布式实现技术。（6）研究多WAMS主站联合事件分析和决策技术。（7）研究基于事件时序特征的故障识别和稳定问题分析技术，弥补 PMU在快速暂态波形监测上的不足。（8）PMU适合于辨识与长时间常数密切相关的动态过程参数和等值参数，研究相关的辨识应用。（9）研究强迫振荡的系统控制机理，从而实现对强迫振荡的预防性控制。（10）拓展PMU/WAMS在风电、新能源和储能在线动态监测中的应用。（11）研究测量PMU和控制PMU的专有算法，以及相应的检测平台和校准方法。（12）基于IEC 61850研究智能站PMU与过程层设备的信息交互方法，以及相关的PMU功能和性能的检测方法。结论：基于PMU的广域测量技术已经深入到大电网运行人员的日常工作中，这使得对电网安全稳定的监控，由基于准稳态断面或局部的非同步暂态数据，进步到基于同步实测的全网动态过程。但需克服PMU/WAMS在电磁暂态分析、实时广域控制、海量数据处理方面存在的缺点，以促进PMU/WAMS的进一步发展。建议的研发方向可以分成以下几个类别：（1）扩展PMU应用领域；（2）解决海量数据处理的相关问题；（3）基于分布式计算和时序特征分析提高 WAMS的问题分析能力；（4）提高PMU本身的动态量测性能。

来源出版物：电力系统自动化, 2015, 39(1): 73-80

入选年份：2017

基于SNOP的配电网运行优化及分析

王成山，孙充勃，李鹏，等

摘要：目的：对SNOP的功能和原理进行详细介绍，并提出含SNOP的配电网运行优化模型，将其和网络重构进行详细对比分析，从降损能力、电压改善能力、应对分布式电源突变能力等方面验证了SNOP的有效性和可行性。方法：含SNOP的配电网运行优化模型为非线性优化问题，本文采用锥优化算法进行求解。锥优化是线性优化的一种推广，因凸锥所具有的优美的几何结构和特殊的处理方式，使其不仅能在有效的时间内实现问题的求解，还能保证所求解的最优性。结果：网络重构和SNOP均能有效降低系统有功损耗，网络重构通过改变系统拓扑结构来达到降损，无法进行实时调整，降损能力有限。而SNOP可以跟系统状态的改变而动态调节，降损效果随着接入个数的增多而愈加鲜明，实现系统的经济、高效运行。在电压水平改善方面，SNOP优化效果也要比网络重构明显。在SNOP接入的配电网中，分段开关和其他联络开关基本上不用参与配电网运行优化，只需要进行故障下的自愈控制，降低了开关变位带来的风险，提高了系统安全性和可靠性。SNOP的实时调节可以减小分布式电源对配电网的冲击，及时消除电压越限，保证系统安全运行。在缓解电压抬升和提高分布式电源渗透率等问题上，SNOP的实时调整和连续调节能力均表现出比网络重构更好的效果。随着SNOP接入个数的增多，系统损耗越来越小，电压改善越来越明显，当所有的联络开关都被SNOP替换时，整个网络成为了一个多环网，系统损耗降到最小。但是，新接入SNOP的优化效果却在逐渐下降，考虑到经济成本问题，对接入SNOP的个数以及位置还需要进一步分析。结论：SNOP的合理控制不仅可以降低系统损耗、改善电压水平，还可以保证负荷的不间断供电，提高配电网消纳分布式电源的能力，给配电网的运行调节带来诸多益处。将SNOP应用到配电网具有很大的潜力，甚至有可能形成一种全新的配电网供电模式。此外，直流型分布式电源、电动汽车、直流负载等设备的接入使得直流配电网成为了研究的热点。SNOP亦可以作为直流配电网发展的一个过渡阶段，通过发展多端 SNOP，并在直流侧配以储能、分布式电源以及其他智能终端，形成一个直流配电网，进而形成未来交直流混合配电网的运行模式。

来源出版物：电力系统自动化, 2015, 39(9): 82-87

入选年份：2017

大能源思维与大数据思维的融合（一）大数据与电力大数据

薛禹胜，赖业宁

摘要：目的：大能源思维将电力视为能源生产与消费全流程中的枢纽环节，藉此推动上游一次能源的清洁替代与下游终端能源的电能替代，支撑能源的可持续发展。大数据思维将各种数据资源从简单的处理对象转变为生产的基础要素。本文强调两种思维的融合，促使电力大数据成为大能源系统广泛互联、开放互动及高度智能的支撑，包括：广域多时间尺度的能源数据及相关领域数据的采集、传输和存储，以及从这些大量多源异构数据中快速提炼出深层知识并发挥其应用价值。方法：在演绎大数据基本概念、结构类型及本质特征的基础上，归纳电力大数据的特点，阐述了大数据的采集、集成、存储、分析、应用及安全性等方面的技术挑战。从信息创新必须与能源革命在更高层次上深度融合的需求出发，将电力大数据的思维应用到电力的广义可靠性、大能源安全及环境安全。将单一维度转向多维度统筹融合，开发知识处理的新方法，从更深刻的视角，以更高的时效发掘多源异构数据，从而发现新知识和新规律。最后，从电力大数据对电力可靠性的支撑探究电力大数据未来的发展方向。结果：大数据研究应该遵循问题导向、需求牵引及数据共享的原则。必须结合具体的目标问题，将采集到的低价值的大数据加工成高价值的思想或知识，大数据技术才有生命力。虽然当前关于大数据的应用案例大多发生在互联网企业中，但传统的电力及能源企业也在思考如何从关于大数据的空泛介绍走向实际应用。特别是除了直接依赖互联网的电力金融业务及面向消费的个性化服务以外，在基于传统数据的系统分析与控制领域中，如何融合电力及能源的统计关系数据、因果关系数据及博弈行为数据，发挥大数据的价值。例如：间歇性能源及负荷预测，引导需求响应及节能减排，降低停电风险，反窃电，堵塞经营漏洞，优化资产全寿命周期管理等方面。特别是，如何使企业决策从当前基于常规数据及主观经验的模式，发展为基于数学模型、参与者及多代理模型的混合仿真的沙盘推演模式。其中的多代理模型就需要大数据技术的支撑。这关系到电力大数据技术能否进入到通常由因果关系数据一统天下的物理系统分析领域。为此，思维方式需要重大变革。结论：已有信息系统与物理系统研究中存在藩篱和孤岛，必须遵循以电力系统为核心环节的大能源系统在大数据时代下的发展理念，顺应管理体制及技术路线的变革。针对综合能源，建议通过基于数学模型的因果型数据、无因果关系的统计型数据以及参与者博弈型数据的融合，构建信息能源系统的知识挖掘平台。

来源出版物：电力系统自动化, 2016, 1(1): 1-8

入选年份：2017