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《电力自动化设备》2016年第7期目次

2023-05-10 14:56:27

《电力自动化设备》2016 年第 36 卷第 7 期已于 2016 年 7 月10 日出版，本期共包含分析与研究、探讨与应用、现场运行 3个主题栏目，及中国电力教育大学院（校）长联席会学术论文专栏、清洁能源、特高压技术论坛 3 个特别专题。

大规模风电并网系统容量效益裕度计算模型研究

李国庆，刘玢，陈厚合

DOI：10.16081／j.issn.1006-047.2016.07.001

摘要：可用输电能力（ATC）是衡量系统安全稳定运行的技术指标，对于电网运行的可靠性和经济性具有重要的意义。容量效益裕度（CBM）作为直接影响ATC计算可信度的一个重要因素，需要构建更加合理、准确的计算模型。针对大规模风电并网后系统的CBM计算模型开展研究：首先，为应对风电间歇性扰动，提出基于可靠性指标（缺电时间期望指标）的区域电网CBM概率性计算模型；然后，对于多区域电网，计算出某时段各区域的缺电量后，以经济性最佳为目标，构建送电区域各机组发电裕度优化分配模型，进而确定区域间各输电断面CBM的大小；最后，以IEEE 30和IEEE 118节点系统为例分析验证了所构建模型的合理性和有效性。

含风电系统的有功和备用协调优化方法

李茜，刘天琪，何川，周宜广，李兴源

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.002

摘要：针对风电的随机性、波动性分析应对风电功率预测误差和风电功率波动所需的备用容量，并根据风电功率预测误差概率分布和风电功率波动概率分布建立风电备用需求与风电出力之间的关系，提出了风电备用需求新模型。在此基础上，构建了含风电系统的有功和备用协调优化调度模型，将系统备用容量需求分解为快速备用和事故备用两部分，在得到机组最优出力计划的同时，实现2类备用容量在机组间的优化分配。通过对修订后的IEEE 6节点和IEEE 118节点系统进行仿真计算，验证了所提模型和方法的合理性和有效性。

PI控制参数对双馈风电机组短路电流特性的影响分析

郑涛，魏旭辉，李娟，李菁，王燕萍，杨国生，王增平，李霞

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.003

摘要：在机端电压跌落程度不深的情况下，双馈风电机组（DFIG）不投入撬棒，而是通过改变转子侧控制策略的方法抑制转子侧过电流，此时定子短路电流中会产生衰减暂态电流分量，而DFIG控制系统的PI参数是影响该衰减暂态电流分量的主要因素。以机端发生对称故障的情况为例，针对机端电压跌落程度不深时撬棒保护未投入的情况，推导了DFIG短路电流的表达式，从理论上分析了PI参数对其短路电流特性的影响，并且辅以PSCAD仿真验证分析了在机端电压跌落轻微的情况下DFIG的短路电流特性。

计及需求响应的风电-电动汽车协同调度多目标优化模型

侯建朝，胡群丰，谭忠富

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.004

摘要：随着大规模风电并网，调度和弃风问题严重，且电动汽车无序、随机性入网也可能增加发电侧资源的负担。针对此问题，建立计及需求响应的风电与电动汽车协同调度的多目标优化模型，通过价格机制引导电动汽车入网，以负荷方差和车主支付费用最小为目标，并协调优化发电侧资源消纳风电。采用NSGA-Ⅱ算法求解模型，基于模糊决策理论求取其Pareto解集的折中解。算例分析表明：通过价格机制引导电动汽车入网能够削减负荷峰谷差和车主的支付费用；同时降低了火电机组的运行费用，尤其是火电机组的启停费用；不同的分时电价浮动比例对电动汽车入网的影响不同。

风电背靠背PWM变流器直流能量平衡新方法

王冕，陈国柱

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.005

摘要：针对基于背靠背PWM变流器的永磁同步发电机（PMSG）风力发电系统，从能量平衡角度出发，分析了引起直流侧能量波动的2个主要因素，即风机能量波动和电网电压波动，并基于小信号模型分析，利用功率平衡关系提出了网侧变流器的输出电流补偿控制策略。仿真和实验结果表明，所提出的电流控制策略不仅能在风机能量波动时保证直流侧电压稳定，还能在电网电压故障时最大限度地利用变流器的容量，协助风电机组实现穿越，同时降低直流电容容量要求。

双馈风电机组孤岛机理与防孤岛保护试验

李少林，秦世耀，王瑞明，王文卓

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.006

摘要：通过风电机组孤岛运行特性分析，揭示了风电机组孤岛运行功率不匹配度与公共连接点（PCC）处电压与频率的关系，进行了功率扰动灵敏度定量分析；提出了无功功率-频率反馈和有功功率-电压反馈控制相结合的综合功率扰动孤岛检测法，并进行了双馈风电机组综合功率扰动孤岛检测控制环设计。所提方法具有无检测盲区、检测速度快、可靠性高等特点。通过 MATLAB／Simulink 仿真实现了双馈风电机组综合功率扰动孤岛检测全过程仿真；并利用RLC负荷模拟设备在2.5 MW大容量双馈风电机组上进行了防孤岛保护现场试验，结果证明了利用所提方法可有效检测风电机组孤岛运行。

基于近邻传播聚类和回声状态网络的光伏预测

李乐，刘天琪

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.007

摘要：分析了天气因素对光伏出力的影响，选择预报技术较为成熟的气象信息和能反映光伏变化趋势的波动分量作为分类特征。针对传统预测算法在突变天气条件下预测精度较低的问题，提出基于近邻传播聚类和回声状态网络的组合算法，通过近邻传播算法对光伏出力进行分类，并根据预测日所属的类别建立回声网络状态方程进行光伏出力预测。仿真表明所提算法不仅能满足非突变型天气下的光伏预测要求，还能较好地跟踪突变型天气下光伏出力变化，具有更高的准确度和通用性。

铁塔横担侧向避雷针对特高压交流线路的绕击保护效果分析

于竞哲，周浩

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.008

摘要：为评估铁塔横担侧向避雷针对特高压交流输电线路的防绕击效果，分别计算了其对3种特高压交流典型杆塔在不同条件下的保护距离。结果表明，为了实现较好的防绕击保护效果，ZBS2型杆塔可考虑使用6 m或更长的侧向针；在地面倾角为0°、风偏角小于25° 的条件下，ZMP2型杆塔可考虑使用 4 ~5 m长的侧向针，鼓形塔可考虑在杆塔中相横担处安装4 ~5 m长的侧向针。

基于多目标粒子群优化算法的连锁跳闸预防控制

任建文，魏俊姣，谷雨峰

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.009

摘要：为了克服传统优化算法存在的计算量大以及参与调整的设备过多等不足，首先识别对节点增加的注入功率敏感的脆弱线路，并将其与重新定义的重载线路共同构成敏感线路集作为控制算法的约束条件；然后根据线路负载率以及灵敏度得到各节点的综合灵敏度，剔除作用微小的控制变量，以实现优选参与调整的设备，进一步减少计算量；最后，为了实现在满足尽可能少切负荷的同时做到参与调整的设备较少，建立基于多目标粒子群优化算法的连锁跳闸预防控制方法。IEEE 9节点和IEEE 39节点标准系统算例结果说明所提方法有效可行。

考虑智能配电网谐波谐振模式不确定性的抑制措施

余光正，林涛，陈汝斯，徐遐龄

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.010

摘要：智能配电网的操作运行，如智能配电网中分布式电源的分期接入等，可能导致电网节点导纳矩阵的特征值发生变化，使电网谐波谐振模式发生变化，谐振频率发生偏移，采用模态分析法及常规的抑制措施难以有效应对。针对这一问题，提出了一种无源滤波器优化策略。以目标模式模态阻抗幅值最小化为优化目标建立优化模型，并利用改进模拟植物生长算法（PGSA）对优化模型进行求解。利用IEEE 14节点标准系统构造测试算例，对所提方法进行验证并与传统方法进行对比，结果表明了所提方法的有效性和优越性。

自动需求响应背景下考虑用户满意度的分时电价最优制定策略

董军，张晓虎，李春雪，顾文琦，曾鸣

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.011

摘要：基于博弈论研究分时电价最优制定策略。首先，综合考虑电力需求波动的成本、用户对电价变动的负荷响应及用户满意度等因素，建立电网公司与单用户博弈的分时电价定价模型；其次，分析不同用户的用电特性，将所建模型扩展为多类型用户情形；最后，结合实际算例，运用逆向归纳法获取博弈模型的纳什均衡解，并对比分析不同电价策略下的最优电价与最优用电量。算例结果表明，应用所建模型得到的分时电价最优定价策略，能够有效减小峰谷差，降低各类电力用户的平均电价，从而保证电网公司与用户利益；其中不同类型用户获益效果受其对电价响应能力的影响而有所差异。

基于校准导航的广域电力系统负荷模型校准

郝丽丽，岳浩永，王昊昊

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.012

摘要：基于系统主导模式下功角稳定裕度关于各节点负荷参数的灵敏度分析，提出广域电力系统负荷模型的校准导航，以区分系统负荷模型的主导校准区域和主导校准参数，并分析节点的稳定群属特征。基于静态、动态负荷比例参数和负荷功率初值，讨论电力系统负荷模型主导校准区域的分布规律及其影响因素，结果表明该类参数的主导校准区域分布主要取决于扰动的位置和各节点负荷有功功率的大小，仿真和实际算例验证了其正确性。提出先选择主导校准区域，再对其中负荷节点进行分类，并对同类负荷节点采用相同的模型参数进行统一校准的方案，以提高广域电力系统负荷模型校准的效率和精度。

基于深度回收机制的专用用户接入费和使用费研究

江岳文，钱佳琦

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.013

摘要：为了合理评估专用工程对配电网的成本影响，需要分析深度回收机制下的接入费和使用费。专用供电工程的接入费主要是针对因用户接入造成的网络扩容时间提前而产生的成本；使用费主要是针对因用户接入造成网络网损增加而产生的成本。提出利用雅可比矩阵推导得到含有环网的配电网节点边际容量成本矩阵，并利用该矩阵计算分析深度回收机制下的用户接入费；利用配电网节点网损灵敏度，研究在深度回收机制下的专用工程使用费。算例分析验证了所提方法的有效性。

异步起动永磁电机最大去磁工作点计算新方法及抗退磁新结构

卢伟甫，赵海森，朴润浩，刘明基

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.014

摘要：异步起动永磁同步电机（LSPMSM）最大去磁工作点发生在起动过程中，采用传统磁路分析法未考虑电机内瞬态磁场分布情况。提出最大去磁工作点计算新方法，可准确计及饱和、集肤效应等多种非线性因素。该方法一方面基于场-路-运动耦合时步有限元模型仿真实际起动状况，确定起动过程中最容易发生去磁的永磁体局部单元位置，并将该单元作为考核单元，揭示瞬态退磁磁场与转速之间的关系；另一方面通过给定转子转速的时步有限元模型计算堵转到同步速一系列转速下稳态运行时的退磁磁场，最终得到同步速退磁磁场作用下永磁体考核单元位置的工作点，即为LSPMSM设计校核用的最大去磁工作点。在此基础上，针对一台22 kW样机进行抗退磁能力分析，并提出一种有效提高电机抗退磁能力的复合材料转子新结构。最后通过设计磁场实时测量系统得到某台实验电机起动过程中永磁体工作点，验证了所提方法的有效性。

水轮机水门、励磁与电气制动系统非线性综合控制

李啸骢，郑涛，梁志坚，徐俊华

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.015

摘要：针对混流式水轮机水门、励磁及电阻制动控制系统非线性时变、非最小相位的特性，建立了动态扩展的综合控制系统微分代数模型，采用微分代数多指标非线性控制方法求取反馈解耦控制律。通过哈特曼-格鲁勃曼定理，适当选择输出函数参数矩阵配置闭环控制系统特征根来使非线性系统渐近稳定，将扰动解耦，从而使系统得到优良控制性能。仿真结果表明该控制模型能很好地协调水轮机系统的动、静态性能，增强其抗强干扰的能力，有效地提高水电站输电系统的静态和暂态稳定性。

适合直流配电的有源前端控制器

刘闯，崔剑锋，刘海洋，蔡国伟

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.016

摘要：为使用户侧大量新能源能够充分地发挥作用并可对其有效管理，提出一种基于有源前端控制器的直流供电系统结构，在该结构中结合电力电子技术与高频隔离技术将配电降压变压器与低压AC-DC变换器一体化设计为有源前端控制器，以完成中压交流配电网与低压直流网之间功率相互变换的过程。给出了有源前端控制器的基本类型及不同类型的实际应用。详细探讨了基于输入串联输出并联的级联型有源前端控制器的系统拓扑结构及其各自模块功能特点。通过基于双升压／降压全桥式变换器与CLLC谐振型直流变换器模块的级联型有源前端控制器小型实验系统验证了整体系统结构的可行性和控制策略的有效性。

基于单周期控制的三相三电平PFC整流器中点电压平衡方法

高铁峰，仲宙宇，张森，赵剑锋

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.017

摘要：基于扩展状态空间平均法，建立了三相三电平功率因数校正（PFC）整流器的动态模型，详细分析了直流侧中点电压不平衡的原因，推导了影响中点电压的零序占空比表达式。在此基础上，提出一种改进单周期控制方法，该方法在单个积分周期内引入零序占空比前馈补偿和中点电压反馈控制，具有较强的中点电压平衡能力，以及较好的稳态和动态特性。仿真及硬件平台实验验证了理论分析的正确性和有效性。

桥臂轮流导通换流器谐波特性

冯亚东，汪　涛，汪楠楠，陈永奎，李汉杰

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.018

摘要：分析了桥臂轮流导通换流器（AAMC）的交流谐波特性和直流谐波特性，并提出了谐波控制的方法。子模块电容电压的波动导致换流器输出交流电压、电流包含高次谐波，通过采用带有三角形绕组的换流变压器，AAMC输出的交流电压、电流将只含有6k ± 1次的谐波，其中最低次为5次谐波，更高次谐波将显著降低，通过优化选择子模块电容和换流电抗器可以将谐波控制在相关标准的范围内。采用提出的将2个交流侧电压相位相差30° 的AAMC阀组在直流侧进行串联的方案，直流侧电压、电流将只含有12k次谐波，谐波幅值将只有非串联方案的1／4，直流侧平波电抗器的取值降低为非串联方案的1／8。PSCAD／EMTDC仿真验证了谐波特性分析和谐波抑制措施的有效性。

基于变分模态分解和1.5维谱的轴承早期故障诊断方法

王晓龙，唐贵基

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.019

摘要：提出了基于变分模态分解（VMD）和1.5维谱的滚动轴承早期故障诊断方法。利用VMD方法处理故障信号时，需要预先设置分解所得本征模态函数（IMF）分量的个数，且为了便于后续分析，需要从所得结果中筛选出最佳信号分量，为此提出一种分量峭度图方法来同时解决这2个问题。首先，设置IMF分量个数最大值，计算相应的分量峭度图；接着，根据分量峭度图对原故障信号进行VMD处理，并选定最佳IMF 分量；然后，对最佳IMF分量做进一步包络解调运算，并计算包络信号的1.5维谱；最后，通过分析1.5维谱中幅值突出的频率成分可实现故障类型的准确判定。模拟信号及实测信号分析结果表明，所提的基于VMD和1.5维谱的诊断方法能够有效提取出轴承早期故障信号中的微弱特征信息，实现轴承早期故障的准确判别。

电解锰新型综合节能可断流6脉波整流系统

李世军，罗隆福，佘双翔，刘路路，施晓蓉

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.020

摘要：针对传统直流电解锰高耗能问题，提出了一种新型综合节能大功率可断流的6脉波整流系统。此系统在传统6脉波整流系统基础之上，对晶闸管触发信号进行一段时间的封锁来实现断流，达到频率、占空比以及电流3个参数可变；重点针对3个可变参数对网侧谐波畸变的影响进行分析与研究，并利用基于谐波磁通抑制机理的感应滤波变压器，从阀侧处谐波源就近抑制和补偿无功，在一定程度上减少了谐波污染和无功损耗。仿真和中试试验结果表明，该系统节能效果显著，验证了脉流电解锰的高效节能优势。

调频式串联谐振试验电源数字控制器设计

黄新波，刘斌，张周熊，乔卫中，姬林垚

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.021

摘要：基于状态反馈的观点，引入极点配置算法，设计了基于负载电流前馈的滤波电感电流内环、滤波电容电压外环的双环控制器，同时为了避免电感电流的直接测量，设计了状态观测器对电感电流进行观测。仿真与实验结果表明所设计的控制器可以较好地保证调频式串联谐振试验电源输出电压波形的正弦化与稳定性，有利于在扫频时准确地锁定高压回路的谐振频率，同时可以保证交流耐压试验时为高压回路提供良好的正弦输入电压。

无插值仿真平台中抑制数值振荡的阻尼电路设计方法

姬煜轲，许建中，徐延明，赵成勇

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.022

摘要：阐述及复现了普遍存在于电磁暂态仿真中的数值振荡问题，罗列了现有电磁暂态仿真程序应对此问题的解决方法，并从应用场合、计算代价、编程复杂度等多个方面分析了局限性。在此基础上提出了一种适用于无插值功能的仿真平台中的用于抑制数值振荡的RC阻尼电路设计方法。从数值振荡的机理入手分析其有效性，提出了描述数值振荡剧烈程度的量化函数，并将其与Simplex算法相结合对RC电路的配置进行优化，大幅提高了阻尼电路对数值振荡的抑制效果。结合不同仿真步长下的多次测试，对仿真步长、数值振荡和阻尼电路三者之间的关系进行了进一步分析。

基于广域响应的大电网暂态稳定判别技术仿真软件的开发与应用

赵晋泉，章玉杰，张盼，金小明，付超，李鸿鑫

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.023

摘要：基于广域响应的暂态稳定实时判别与紧急控制技术是当前电力系统稳定领域的研究热点。开发了一种基于广域响应的大电网暂态稳定判别技术仿真软件。给出了软件框架结构、功能模块和工程应用情况。该软件以电网实际受扰量测数据或离线时域仿真软件结果作为输入，实现了多种基于响应的暂态稳定判别技术的评估与可视化展示，具有方便的文件管理、可扩展暂态稳定判别以及算例批量计算等功能。工程应用表明所开发软件具有较好的工程实用价值。

设计模式在调度主站监控系统兼容性处理中的应用

屈志坚，徐振清，林宏平，陈秋琳

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.024

摘要：针对客户／服务器架构的调度监控系统升级时造成信息集成困难，导致设备难兼容的问题，利用公共信息及其消息交互技术，提出了一种信息集成处理的新方法。设计了量测类与控制类实时交互信息流，建立监控信息的主题队列模型和轮询队列模型，并结合适配器和观察者集成设计模式研究了实时应用信息的消息交互。在西陇海线分布式调度监控系统中进行了工程应用，结果表明调度监控系统实时信息兼容处理的能力得到了提高，主题队列信息流等待时间比轮询队列短。

智能变电站继电保护在线运维系统关键技术的研究及实现

笃峻，叶翔，葛立青，杨贵，周奕帆

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.025

摘要：随着智能变电站的快速推广，对站内继电保护设备的运维要求越来越高。传统的定期检修的运维模式已经无法满足供电高可靠性的要求，基于在线运维系统实现状态监测与检修是提高运维水平的关键。在此背景下，重点介绍了如何在智能变电站技术条件下构建和实现继电保护在线运维系统，并对与继电保护密切相关的保护设备状态监测、二次回路状态监测、辅助检修操作等关键技术进行了深入的介绍和探讨。工程应用实例结果说明了所提在线运维系统的实现方法是可行的。

舟山多端柔性直流输电控制保护系统

董云龙，凌卫家，田杰，胡兆庆，李钢，卢宇

DOI：10.16081／j.issn.1006-6047.2016.07.026

摘要：对多端柔性直流输电控制及保护系统的分层设计及其功能配置进行了描述。介绍了多端柔性直流输电系统中多站之间的协调控制功能，即当直流电压控制站失去直流电压控制功能后，通过设计的基于站间通信和直流电压偏差检测的自适应策略，可以实现其余功率站的直流电压无偏差接管。介绍了工程采用的快速负序控制、直流侧主动充电以及在线联网转孤岛运行等控制功能设计。最后给出的部分现场试验结果证明了多端柔性直流输电控制保护系统可以很好地满足舟山五端柔性直流输电工程的需求。

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