华北电力大学学报(自然科学版)


  • 适用于新型配电网的改进型电流保护

    戴志辉;张艺宏;于礼瑞;邱晓璇;何静远;

    随着新型配电网的发展,分布式电源(distributed generation, DG)广泛接入配电网,由于DG运行状态多样随机,传统基于最大、最小运行方式整定的电流保护难以同时满足保护“四性”。为此,本文首先搭建具有低电压穿越能力的多类型高比例DG接入的新型配电网模型,分析多类型DG接入后配网短路计算方法,研究DG接入对电流保护“四性”的影响;提出的改进方案将配网运行状态聚类为多个运行状态集,集内分别整定,当配网运行状态满足定值切换判据时更新定值,形成适用于新型配电网的“离线整定、在线更新”的改进电流保护,最后利用PSCAD/EMTDC仿真验证所提方法的有效性。

    2024年01期 v.51;No.227 1-9+19+10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1650K]
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  • 基于局部检测信息的电力系统时间同步攻击定位方法

    徐飞阳;孔贺;常乃超;顾雷;马婧;薛安成;

    卫星时间同步攻击可造成电力系统设备时间紊乱,PMU相角量测错误,危及系统安全运行。鉴于基于线路两端PMU数据的攻击检测方法无法判断线路哪端节点受到攻击,提出了一种基于局部攻击检测信息及同步区域搜索聚合的卫星时间同步攻击定位方法。首先,结合同步攻击特性构建了电力系统等效图及邻接矩阵。其次,结合线路两端攻击检测信息,利用广度优先搜索获取报警线路分割形成的各内部同步的区域子系统。再次,根据子系统是否两两相连分为简单情形和复杂情形;针对复杂情形,结合相角差偏差估计与同步子系统聚合将其转化为简单情形。最后,基于正常节点数量占优假设定位受攻击节点。IEEE 39节点系统测试表明,该方法在不同攻击下可有效定位攻击,可区分受不同攻击的节点,对微小攻击的定位能力强。

    2024年01期 v.51;No.227 10-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1383K]
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  • 考虑结构和功能耦合特征的电力信息物理系统 随机加固规划

    张艺伟;刘文霞;黄少锋;马伸铜;

    为提升电力信息物理系统(electric cyber-physical system, ECPS)面对台风等极端灾害的抵抗力,基于两阶段随机优化方法,提出一种考虑双网结构和功能耦合特征的电力/通信网架随机加固规划模型。模型第一阶段计及电力/通信线路的结构耦合特征,以总加固投资和台风灾害损失期望最小为目标,确定加固的电力/通信线路,其中,台风灾害的损失期望由第二阶段计算;第二阶段考虑通信网络故障对电力系统应急调度的级联影响,最小化随机台风场景下ECPS的故障损失期望。为生成具有代表性的台风场景集,确保随机加固方案的适应性,根据台风场景毁伤特征与ECPS故障损失的映射关系,提出一种基于高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)聚类的约简场景集生成方法。最后,基于逐步对冲算法求解随机加固模型,通过对IEEE RTS 79节点信息物理系统的仿真分析,证明了文章提出的电力/通信网架随机加固规划方法对ECPS具有较好的韧性提升效果。

    2024年01期 v.51;No.227 20-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1553K]
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  • 基于贝叶斯优化LightGBM算法的主动式搜索时间调整方法

    刘青;鲁成;马天祥;段昕;

    针对5G配电终端延迟波动较大导致保护闭锁的问题,提出一种基于贝叶斯优化LightGBM算法的主动式搜索时间调整方法。该方法以无线通信终端延迟波动历史数据以及温度、日期时间等特征变量为输入,对延迟进行预测并动态调整设备参数。首先,对原始特征变量进行特征工程预处理,然后同历史延迟数据一并通过LightGBM算法进行数据的拟合,在训练过程中引入贝叶斯优化算法进行参数寻优,并利用最终加权组合,结合终端实时监测延迟进行预测值的调整,最终实现5G终端延迟的高精度预测。以河北南网某5G配网试点的数据进行训练与验证,结果表明所提方法能有效实现延迟预测,较随机森林回归,XGBoost等算法有更高的预测精度。

    2024年01期 v.51;No.227 30-38+48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1150K]
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  • 考虑时变因素的高速公路新能源微网可靠性评估

    安孟林;肖仕武;刘博昊;

    在“碳中和”和“碳达峰”背景下,高速公路新能源微网逐渐步入大众视野,对该系统可靠性进行评估是开展其可靠性设计的必要前提,对于保障微网安全稳定运行也具有重要意义。首先,对系统中元件进行可靠性建模,基于热损得到换流器的实时故障率模型从而对分布式电源元件的故障概率进行修正,再对系统引入气象因子来量化气象条件的影响,从而得到整体的时变故障概率;其次,根据系统中可再生能源高分散度的特点采用馈线分区的方法对系统可靠性建模进行简化,也便于进行孤岛划分;然后,在时变故障概率的基础上采用时序蒙特卡洛法构建系统可靠性评估模型,并根据时变负荷用能特性引入负荷削减策略,通过仿真分析得到系统的三种可靠性指标,并为识别高速公路新能源微网的薄弱环节提供依据,从而有效提升运维效率与水平。

    2024年01期 v.51;No.227 39-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1741K]
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  • 考虑负荷供电连续性的孤岛配电网负荷恢复策略

    李硕;顾雪平;

    上级输电网发生故障停运后,配电网可依靠分布式电源维持运行,当分布式电源出力波动难以平抑时,需要通过投切负荷来平抑波动,这会造成非重要负荷频繁投入或切出电网,产生大量单时段或双时段的短时供电场景,进一步降低了非重要负荷供电的可靠性。针对此问题提出一种考虑负荷供电连续性的配电网负荷恢复优化方法,从单个负荷角度出发,引入单负荷供电连续性指标构建目标函数,并计及潮流、网络拓扑、连通性等约束构建模型,使得非重要负荷也尽量连续供电,提高供电的连续可靠性。采用PG&E69节点配电系统作为算例进行验证,模型结果与传统恢复相比供电连续性显著提高。供电连续性参数的引入使得负荷恢复更加趋向于连续,大大减小了因为分布式电源波动而产生的短时供电问题。

    2024年01期 v.51;No.227 49-55+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1138K]
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  • 基于改进蝙蝠算法的多目标移动储能调度

    李永刚;林卉;

    在大规模电动汽车的随机充电等因素的影响下,电网峰谷差等问题突出。首先,计算所需多类型移动储能(电动汽车、移动储能车、氢燃料发电车)调度功率,考虑交通能耗,建立各类移动储能模型。其中,针对电动汽车交通能耗,根据电价对用户参与意愿的影响,建立相应的补贴体系。其余类型则只计及交通能耗成本。然后,建立以的配电网负荷峰谷差、新能源利用率、配电网运行成本为目标,利用超平面的概念自适应地确定不同目标函数的权重,将多目标归一化,建立三类移动储能协调调度模型。而后,使用改进蝙蝠算法求解,得到多类型移动储能协同调度的方案。其中,基本蝙蝠算法引入柯西变异逆累积分布函数等改进,得到改进蝙蝠算法,该算法有效提升优化速度、全局搜索能力。最后,在IEEE33节点系统中,进行仿真验证,结果证明了该调度方案的有效性。

    2024年01期 v.51;No.227 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1325K]
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  • 基于车网互动的区域电网优化调度研究

    张林茹;吕丽霞;刘长良;李静;刘卫亮;

    电动汽车(Electric Vehicles, EV)充电行为具有随机性的特点,大规模电动汽车接入电网进行无序充电严重影响电力系统的稳定性、安全性。建立了EV充放电行为模型,分析了其调度潜力;并以EV充放电功率等作为决策变量、以充放电电价作为激励参量,建立了一种以区域电网经济性最高、新能源消纳效果最佳、需求侧功率曲线最平缓为目标的优化调度模型。通过NSGA-Ⅱ算法求解调度模型,得到帕累托解集,最后基于AHP决策方法决定最佳调度方案,实现电力系统削峰填谷、新能源消纳,降低大规模EV接入电力系统带来的消极影响。通过蒙特卡洛抽样方法模拟用户侧充电需求,仿真验证结果表明该方法可提高区域电网的经济性,增强新能源消纳能力,平抑负荷,有助于提高区域电网的安全稳定性。

    2024年01期 v.51;No.227 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1721K]
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  • 考虑氢储能和需求响应的综合能源系统双层优化配置

    栗然;彭湘泽;吕慧敏;王炳乾;

    在双碳目标下,为改善综合能源系统功率不平衡,提高能源运营商收益,降低用户购能成本,首先,结合氢储能可作为源-荷-储的优点以及电制热的能源转换特性,设计了考虑氢储能的综合能源系统双层框架。其次,根据两种不同时间尺度,提出了一种考虑负荷侧需求响应和含电制热设备用户群的综合能源系统氢储能双层优化配置模型,上层模型结合氢储能特性进行长时间尺度优化配置;下层模型利用需求响应和电制热设备对用户群负荷进行优化,以求解短时间尺度含氢储能综合能源系统优化运行问题。再次,采用KKT条件和Big-M法将模型转为单层线性问题。最后,结果显示,通过配置氢储能以及采用电制热设备和需求响应,可提高运营商收入和新能源消纳,降低用户群成本,减少功率失衡风险。

    2024年01期 v.51;No.227 74-82+111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K]
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  • 构网型并网逆变器状态空间建模及稳定性分析

    刘淇玉;李永刚;王月;吴滨源;黄齐林;张梦琪;

    随着“双碳”目标的提出与逐步实施,作为新能源发电单元接入电力网络的重要接口元件的并网逆变器稳定性问题凸显。目前,电网大部分采用跟网型并网逆变器,然而弱电网中跟网型并网逆变器与锁相环、电网间存在耦合,严重影响系统稳定性。构网型并网逆变器在弱电网中较跟网型并网逆变器表现出更强的适应性,但现阶段构网型并网逆变器状态空间模型的相关论述较少,基于状态空间模型的构网型并网逆变器稳定性分析也不够深入。针对这一空缺,首先详细呈现构网型并网逆变器状态空间建模的相关细节,包括功率控制环、电压控制环、时滞环节和LCL滤波环节;然后,复现构网型并网逆变器失稳现象,并基于所提模型开展参与因子分析,验证模型有效性;其次,基于模型对构网型并网逆变器主要环节参数变化引起的失稳问题进行分析;最后,在Matlab/Simulink中搭建改进的IEEE 4节点三相平衡电网系统进行仿真,进一步验证模型有效性和实用性。

    2024年01期 v.51;No.227 83-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1499K]
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  • 可再生能源富集区域计及条件风险价值的储能优化规划

    朱瑾;程瑜;

    新型电力系统双碳目标建设背景下,可再生能源富集区域与负荷中心在时空分布上的不均衡加剧了电网侧储能配置需求。针对可再生能源富集且规模化外送地区的储能优化配置问题,计及可再生能源出力、负荷不确定性导致的可再生能源外送通道利用率不足以及储能投资风险,建立储能选址定容优化规划模型。模型采用K-MILP场景聚类的条件风险价值度量上述不确定性导致的风险成本,表征系统净投资成本超过某一置信水平条件的尾部风险,并计及网架约束对可再生能源就地消纳及外送的影响;最后,将该模型转化为混合整数线性规划模型。算例结果表明,在储能优化规划中计及对储能投资风险的合理度量,有利于减少可再生能源出力极端场景导致的储能投资尾部风险,经济提升可再生能源本地和外送消纳能力。

    2024年01期 v.51;No.227 94-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1200K]
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  • 宽电压增益CLLLC谐振变换器的改进型电流解析方法

    颜湘武;曹先强;郭晨阳;

    对谐振电流的精确解析是计算CLLLC谐振变换器损耗的重要环节。针对宽电压增益CLLLC谐振变换器励磁电感与谐振电感比值较小的特点,基于电流拟合近似法提出了一种改进型谐振电流解析方法。首先通过分析变换器在三元谐振期间的等效拓扑,列写出谐振电流的阶段解析式,其次在考虑到三角函数未知量求解计算复杂的情况下,提出了修正系数的概念以简化计算,最终根据谐振电流的波形特点得出谐振电流初始解,并进一步通过分段迭代的方法逐步逼近谐振电流真实值。仿真结果表明,所提出的改进型电流解析式相比于传统方法,在三元谐振期间能够更加准确地描述谐振电流的变化过程,验证了所提方法的正确性。

    2024年01期 v.51;No.227 103-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1483K]
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  • 电力电子组网系统中构网型换流器间的协同限流研究

    刘宝;孟建辉;王毅;赵鹏飞;郭锋;周靖皓;

    新能源快速发展下带来的100%电力电子设备组网独立运行的场景逐渐增多,由于缺乏传统同步发电机的惯性和阻尼,当基于不同控制类型的构网型换流器为系统提供电压和频率支撑时,其对外部干扰较敏感,负荷大扰动情况下,系统存在明显的过流问题。针对该问题,首先对单端构网型换流器设计了一种基于电流饱和算法的过电流抑制方法,以限制端口换流器的暂态过电流。其次,在多端口换流器协同限流方面,提出了一种基于不同控制类型的构网型换流器间协同限流控制方法,解决了不同构网型换流器组网时由于扰动造成的输出过电流问题,并实现限流控制与正常工作模式间的平滑切换。同时,建立系统的小信号模型,利用根轨迹分析主要控制参数对系统稳定性的影响。最后,搭建了控制器级硬件在环测试平台,对理论分析和所提方法进行了硬件在环测试,验证了所提方法的有效性和优越性。

    2024年01期 v.51;No.227 112-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K]
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  • 直流断路器全工况串联型合成等效试验方法

    陈其来;齐磊;刘珂鑫;张翔宇;张闻闻;王靖飞;徐党国;彭兆伟;宋鹏;

    混合式高压直流断路器作为直流电网的关键设备之一,完备的型式试验是保证其挂网运行时快速、可靠清除故障电流和故障恢复的重要手段。为了更好地等效混合式直流断路器分断及故障恢复过程中的高电压与大电流工况,研究了混合式直流断路器开断大电流和故障清除失败情况下的重合闸全过程等效性评价指标,提出了一种新型串联式的全压全流合成等效试验方法,通过适当的控制方式,方案可以在不过多增加控制复杂度,实现试验全工况等效,并通过对电容器组的高效复用,降低了试验的成本。在该方案中,试验回路由大电流回路和高电压回路串联,通过大电流回路单独提供开断电流,在断路器开断结束后投入高压试验回路,两个回路共同作用提供开断后稳态电压和重合闸的二次电流。通过对4 kV/8 kA断路器进行开断及重合闸实验,验证了该试验回路的可行性,并针对500 kV/25 kA工况下的断路器对比了该试验回路与现有并联合成试验回路,结果表明串联式的全压全流合成试验方法在等效性、二次控制简易性和经济性方面存在优势,为直流断路器全工况等效试验提供另一种可选择方案。

    2024年01期 v.51;No.227 124-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1292K]
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  • 基于Hammerstein模型的执行机构非线性参数辨识

    陈艺文;刘鑫屏;董子健;

    针对火电机组中流过执行机构的介质流量难以测量,导致执行机构的非线性特性无法直接求取这一问题,提出用构建Hammerstein模型代替直接测量介质流量的间接测量法,进而求取执行机构的非线性特性,然后分别使用粒子群算法(PSO)和樽海鞘群算法(SSA),辨识所构建的Hammerstein模型的参数。另外,针对PSO算法和SSA算法辨识Hammerstein模型参数精度不高以及收敛速度慢的问题,提出了一种改进的粒子群-樽海鞘群的混合算法(IPS)。最后基于烟道挡板的指令数据与再热器出口温度数据对模型进行了仿真。仿真结果表明,提出的IPS算法能改善PSO算法的过早收敛问题,提高SSA算法的辨识速度。因此通过建立Hammerstein模型能够解决介质流量难以测量的执行机构非线性参数辨识问题,并且提出的IPS算法能准确且快速的辨识Hammerstein模型的各项参数。

    2024年01期 v.51;No.227 135-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1364K]
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