华北电力大学学报(自然科学版)


  • 地磁感应电流作用下三相五柱变压器无功功率定量分析

    王泽忠;李宇妍;

    无功功率作为电力系统运行重要指标,其波动影响电力设备的安全稳定运行以及整个系统的电压稳定。为分析三相五柱变压器在地磁感应电流作用下的无功功率分布,根据变压器的实际参数,通过串联电阻及电压补偿的办法,建立三相五柱变压器磁场-电路耦合有限元计算模型,对不同大小地磁感应电流下的变压器无功功率进行定量分析。通过计算三相五柱空载及额定负载下无功功率的分布以及单相自耦变压器无功功率,发现随着地磁感应电流的增大,三相五柱空载及负载无功功率特性曲线均大体呈线性增加,且单相自耦变压器相较于三相五柱变压器无功曲线对于地磁感应电流更为敏感。并结合不同芯柱结构变压器的磁路特点,分析了无功差异变化的原因。研究结果可为地磁感应电流作用下三相五柱变压器稳定运行提供参考依据。

    2024年03期 v.51;No.229 1-9+19页 [查看摘要][在线阅读][下载 2018K]
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  • 基于改进残差网络和InfoGAN的变压器局部放电故障诊断方法研究

    律方成;刘贵林;王强;路修权;欧琦;王胜辉;

    油浸式电力变压器作为电力系统的重要设备,对其绝缘状态进行科学诊断具有重要意义。目前,变压器局部放电故障诊断存在因样本匮乏或不均衡造成分类器泛化能力不足,最终导致识别准确率较低的问题。为此,提出了一种基于改进残差网络(ResNet)和信息生成对抗网络(information maximizing generative adversarial nets, InfoGAN)的变压器局部放电故障诊断方法。首先通过试验平台采集4类典型局放故障的PRPD谱图,然后利用InfoGAN对谱图进行样本增强并评估增强效果;最后,通过在残差块中嵌入注意力机制挤压激励(squeeze and excitation, SE)模块,得到改进残差网络模型,并利用该模型对故障类型进行识别。结果表明,InfoGAN可以有效丰富样本及其多样性;在样本数充足的条件下,改进的残差网络SE-ResNet18识别率可达99%,相比于其他经典CNN网络识别效果更优,且显著优于传统机器学习算法BPNN和SVM。

    2024年03期 v.51;No.229 10-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1555K]
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  • 双芯移相变压器在主动配电网电压和潮流调控中的应用分析

    颜湘武;王阳;贾焦心;

    双芯移相变压器可以有效控制线路电压和潮流,优化潮流分布,提高电网电能质量。针对分布式电源的高比例接入造成的主动配电网电压波动和偏差问题,以及对潮流大小、方向和均衡度的影响,文章研究了双芯移相变压器的拓扑结构和工作原理;然后分析了串联变压器和励磁变压器的具体结构和作用,梳理了移相变压器分别应用于电压调节和潮流控制时的档位控制策略;最后基于MATLAB/Simulink建立了详细的仿真模型,研究了双芯移相变压器的电压调节效果,并对双线路并联、两路电源并联供电、多路电源并联供电三种应用场景下的潮流控制效果作了比较。仿真结果表明,双芯移相变压器可以在有限的档位内将线路电压控制在允许范围;与双线路并联、多路电源并联供电应用场景相比,两路电源并联供电时的潮流均衡效果最好,潮流偏差最小,本研究为双芯移相变压器的广泛应用提供了参考。

    2024年03期 v.51;No.229 20-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1441K]
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  • 直驱风电场并网系统宽频振荡小干扰稳定判据及稳定性分析

    季一宁;王海风;

    并网电力系统中多直驱风电机组(direct-driven permanent magnet synchronous generator, PMSG)风电场可能出现次同步/超同步振荡现象,为深入的研究直驱风电场并网系统的宽频振荡,文章对多PMSG风电场并网系统进行了一系列研究。首先,针对次同步振荡频率场景和超同步振荡频率场景分别建立了单台PMSG的简化数学模型。然后,结合风电场的等效降阶法求解了多PMSG风电场并网系统的特征方程,运用劳斯赫尔维兹判据得出各频率场景下并网系统中风电场的稳定性判据,从解析的角度分析了并网系统中各运行参数对系统稳定性的影响。最后,通过一个可扩展的多PMSG风电场并网系统验证了文中提出的风电场等效降阶模型下的稳定判据是可行有效的,并直观的讨论了并网系统中PMSG风电机组数量以及长线路等效电抗变化对并网系统稳定性的影响。

    2024年03期 v.51;No.229 30-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1233K]
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  • 双线圈并联ICPT系统的分布式补偿电流均衡方法

    张子佳;刘君;李岩松;

    针对双线圈并联的高功率感应耦合电能传输(ICPT)系统存在线圈间补偿电流不均衡问题,提出一种分布式补偿电流均衡方法。首先提出了双线圈并联ICPT系统的分布式补偿网络,然后依据等效思想和迭代思想提出补偿电流均衡方法,根据该方法求解得到补偿参数和各线圈补偿电流表达式,再将该方法拓展到n线圈并联结构。在北京超算云计算中心的COMSOL云平台验证了所提出的方法不仅有效均衡了各线圈的补偿电流,而且谐振状态受参数漂移的影响程度并未因补偿网络的复杂程度增加而增加。最后搭建了实验平台,验证了所提方法的有效性。

    2024年03期 v.51;No.229 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1749K]
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  • 通道型核心主网解环方案的评估方法研究

    李硕;张文朝;顾雪平;李少岩;邵冲;赵伯铉;

    随着西北某省中东部核心环网两侧多个千万级能源基地的建设,负荷聚集的核心环网逐步演变为超千万千瓦的功率互济通道,成为核心环网与输电通道耦合的复杂型电磁环网。复杂型电磁环网承担着可靠供电与功率传输的作用,相比于普通环网有更多安全隐患和解环约束,为评估其解环方案,针对主网安全稳定性、供电可靠性、运行经济性,提出短路电流安全、N-1热稳裕度、负荷供电风险、通道传输能力、系统损耗、上下网功率均衡度六个解环评估指标。考虑到主、客观赋权法的优缺点和环网解环场景的实际需求,利用客观CRITIC法改进主观G1法,以主、客观权重差值最小为目标,建立模型求得最优综合权重。以该核心环网2023年的规划方案为例,验证了所提解环指标及评估方法的有效性。

    2024年03期 v.51;No.229 48-55+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1013K]
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  • 无量纲最小二乘有限元法GPU实现及其在变压器绕组流场仿真中的应用研究

    靳立鹏;刘刚;任增强;李浩;武卫革;

    为了提高变压器流体场的计算效率,利用统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)实现流场的并行计算。首先基于C语言实现无量纲最小二乘有限元法的串行计算方法。然后在Visual Studio 2019+CUDA 10.2的环境下实现并行运算,对于串行程序中最耗时的线性方程组求解部分调用了CUDA自带的函数库进行优化;在大规模模型的数值计算中使用了十字链表格式存储整体刚度阵形成时的非零元素,以解决满阵存储时的内存不足问题。为验证所提方法的有效性,针对方腔模型,分析了不同剖分网格数量下的加速比,分析结果表明,数据规模越大并行效果越好,验证了无量纲最小二乘有限元并行程序的准确性和高效性。最后将该方法应用到大型变压器绕组的流体场分析中,取得了18.3倍的加速效果,为产品级变压器的流体场仿真奠定了基础。

    2024年03期 v.51;No.229 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1328K]
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  • 软磁材料磁巴克豪森噪声测量系统与影响因素研究

    侯艳钊;李琳;

    磁巴克豪森噪声信号(MBN)常用来进行材料的无损检测,低频磁场激励下软磁材料的MBN可以用来研究实际工况下此类材料的形变、应力和缺陷等。为此建立了一种可以同时测量软磁材料MBN和磁滞回线的测量系统,包括励磁模块、信号检测模块和信号处理模块。这些模块实现了不同激励信号的生成,且能够对测得的高频MBN信号进行检测和分析处理。利用所研发的实验平台测量了非晶合金、硅钢片等软磁材料的磁场强度、磁感应强度和MBN信号,并对信号进行了放大、滤波和平滑等处理。之后绘制了MBN的包络曲线和MBN能量环,分析了外加磁场强度、激励频率和感应线圈方式对材料MBN包络的影响规律。发现MBN双峰包络随着磁场强度增加而增加,随着激励频率f_(mag)的增加而变大,但到达一定频率后不再变化;而MBN包络受两种感应线圈影响的主要体在第一个峰值上。研究结果为开展软磁材料MBN特性研究奠定了基础。

    2024年03期 v.51;No.229 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1790K]
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  • 分布式光伏接入的配电网规划综合评价方法

    鲁晓秋;叶影;曹春;孟建辉;汤衡;何军;

    为充分考虑分布式光伏接入对配电网规划评价的影响,基于传统配电网的规划评价体系,提出一种计及光伏输出功率随机性和相关性的有源配电网规划评价方法。首先,为精准刻画光伏出力的随机性与波动性,提出基于改进最优粒子群算法的高斯混合模型,计算多个光伏出力的联合概率密度函数;然后,将潮流方程线性化,推导节点电压和线路潮流线性表达式,分别获取多节点电压和多线路潮流的联合概率分布,并基于此构建考虑光伏接入后的配电网可靠性指标和电压质量指标等。最后,将新构建的电压越限风险指标、电压偏差指标以及潮流断面越限风险指标等新型电网规划评价指标纳入评估体系中,采用层次分析法计算得到组合权重并组合得到最终综合评价结果。仿真结果验证了该评价方法的有效性。

    2024年03期 v.51;No.229 74-82+100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1403K]
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  • 基于谐波效应的变压器绕组材质鉴别方法与实验验证

    尹忠东;王亚伟;韩泽荣;龙江;郑志曜;夏越婷;

    为实现配电变压器绕组材质的快速准确辨识,在已有研究的基础上提出了一种基于谐波效应的变压器绕组材质无损鉴别方法并进行了实验验证。首先研究了谐波效应下的理论机理,根据变压器绕组谐波电阻的计算公式分析了基于谐波效应法进行变压器绕组材质辨识的可行性。之后针对配电变压器常用联结组别的特征给出了对应的测试模型和等效电路,并对实验设备的误差影响进行了分析,最后利用不同绕组材质的配电变压器进行了实验验证并对该方法的工程实用性进行了说明。实验结果表明所述方法测试速度快、辨识准确度高,能够快速有效地进行配电变压器的绕组材质鉴别,具有广阔的工程应用前景。

    2024年03期 v.51;No.229 83-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1744K]
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  • 基于改进YOLOv5s的输电线路螺栓缺销检测方法

    赵文清;贾梦颖;翟永杰;赵振兵;

    针对无人机输电线路巡检图像中螺栓缺销检测精度较低、漏检较多的问题,提出了一种基于改进YOLOv5s的输电线路螺栓缺销检测方法。在Backbone部分嵌入Coordinate Attention注意力模块;在Neck部分原有的“FPN+PAN”结构的基础上,新增一条“自顶向下”的特征信息传递路径,跨越临近的同尺度特征层,与较浅层网络以加权融合的方式进行特征融合;将Head部分设置为解耦检测头,将对螺栓检测的分类任务与定位任务分开进行。改进后的YOLOv5s算法增强了对螺栓特征信息的学习能力。使用本方法在螺栓缺销数据集上实验,精确率提升了2.3%,召回率提升了3.4%,平均精度提升了3.1%,检测速度达到了41.1帧/秒,表明改进后的方法能提升输电线路螺栓缺销的检测能力,在智能巡检中具有一定的应用价值。

    2024年03期 v.51;No.229 92-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K]
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  • 结合风速预测的直驱风电机组减载调频策略

    王印松;袁环环;

    直驱永磁风电机组常用的减载调频控制策略缺乏对风电机组运行经济性和调频能力的考虑,易导致系统出现调频能力不足或备用功率冗余的问题,对此提出了一种基于变减载率的优化减载调频策略。首先划分不同的风速模式,确立不同模式下的超速与变桨距协调控制方案;其次考虑系统调频能力和发电量两因素,设计函数求取不同工况下的最优减载率;由于风速波动频繁,风机控制具有延迟,因此利用风速预测和滑动窗口法对最优减载率做进一步调整;最后搭建系统仿真模型,通过改进的频率控制动态调整减载率参与系统调频。仿真实验表明,所提控制策略与常用的策略相比在实时风速、负荷扰动下系统频率动态偏差减小、达到最低值的时间延长,风机发电量增加,桨距角变化量减小。该策略能满足调频需求,提升调频质量,减小机械磨损,提高风机运行的经济性。

    2024年03期 v.51;No.229 101-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1876K]
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  • 基于改进CNN-SVM的光伏组件红外图像故障诊断方法

    王艳;申宗旺;赵洪山;李伟;

    为识别光伏组件故障类型,提高光伏系统发电效率,提出了一种基于改进CNN-SVM模型的光伏组件红外图像故障诊断方法。首先以光伏组件红外图像为输入样本构建改进CNN模型,采用全局平均池化层代替传统CNN模型的全连接层,在进行图像特征提取的同时降低模型参数量;利用数据增强和批归一化技术提高模型泛化能力,降低模型过拟合。其次采用非线性支持向量机SVM代替传统CNN模型中的Softmax分类器,以提高光伏组件红外图像故障识别准确率。最后采用Infrared Solar Modules数据集对所提模型进行了实例验证。结果表明:与传统CNN模型相比,改进CNN-SVM模型故障诊断准确率高,对各故障类型的识别能力强。

    2024年03期 v.51;No.229 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1557K]
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  • 考虑需求响应的小型堆热电综合能源系统日前调度

    朱晨;田亮;

    核供热具有清洁低碳、高效可靠等优点,特别是一体化小型堆供热-发电综合能源系统具有热电逆向耦合特性,合理利用这一特性有助于提高系统经济性,促进风电消纳。考虑需求响应是实现综合能源系统经济高效运行的重要途径。基于SMR控制回路阐述其运行过程中存在的热电逆向耦合特性,根据电力负荷价格弹性响应模型推导建立需求响应模型。以系统运行成本最小为目标,建立SMR热电综合能源系统日前优化调度模型,实现能源供给侧和需求侧的协调优化。最后划分不同供能场景进行仿真,计算结果表明,需求响应模型可以准确描述电价对多能用户的影响,为系统运营商提供更为合理的调度方案,考虑需求响应的SMR热电综合能源系统日前调度模型在提高系统的经济效益和综合能效方面优势显著。

    2024年03期 v.51;No.229 118-125+142+126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K]
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  • 切缸运行工况下低压缸次末级温度增益分类识别

    姚珺;刘鑫屏;

    供热机组低压缸切缸运行下,低压缸次末级温度对低压缸进汽流量实际对象存在强非线性问题,其增益随进汽流量大小及正负变化。根据低压缸次末级温度对进汽流量增益进行分类,把研究可解决对象强非线性问题的方法转换为已经研究成熟的多模型控制方法。提出一种低压缸次末级温度对进汽流量增益进行分类识别的方法:将次末级温度及进汽流量作为特征变量,使用模糊C均值聚类算法将实际对象增益分为4类,通过D-S证据理论对待判别数据的两个特征变量进行数据融合,最大隶属度对应类别即为判别结果。以某电厂实际对象为例,利用D-S证据理论能将各待判别的数据依据聚类中心进行判别,判别结果相较于普通欧氏距离判别更加准确可靠。

    2024年03期 v.51;No.229 126-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1654K]
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  • 基于近邻元分析的风电机组状态监测特征选择方法

    罗志宏;刘长良;刘帅;

    针对现有特征选择方法难以从大量的SCADA参量中挑选出重要变量的问题,基于近邻元分析算法提出一种专门适用于风电机组状态监测的特征变量选择方法。所提方法根据每个待选变量对回归精度的贡献率为各变量赋予相应的重要度权值,从而挑选出最重要的特征变量。通过分析SCADA数据中冗余变量的特点,针对性地提出了基于相关系数矩阵的去除冗余方法。采用Pearson相关系数、互信息和随机森林三种方法作为对比,以门控循环神经网络作为模型预测齿轮箱油池温度,用预测精度指标和残差控制图对各特征选择方法的选择结果进行评价和对比,结果表明所提方法的特征选择结果更加直观、冗余变量更少、预测精度更高。

    2024年03期 v.51;No.229 134-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1362K]
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