SF_(6)/N_(2)介质条件下GIS隔离开关操作动态击穿特性研究及其操作过电压的计算

从工程应用角度来看,SF_(6)/N_(2)混合气体仍是替代纯SF_(6)气体最有效的方案。为给SF_(6)/N_(2)混合气体作为介质的电气设备绝缘配合提供参考,该文针对SF_(6)/N_(2)混合气体不同混合比和不同气压条件下的隔离开关操作过电压开展了研究。SF_(6)/N_(2)混合气体的击穿特性是过电压计算的基础。研究表明:SF_(6)/N_(2)混合气体临界击穿电压与其气体密度分布呈线性关系。为此,该文建立多物理场耦合模型,采用场计算的方法分析SF_(6)/N_(2)混合气体在隔离开关操作过程中的动态击穿特性。同时为模拟隔离开关的动态操作过程,采用了动网格划分技术。随后对不同条件下混合气体的击穿电压进行了数据拟合工作,并采用拟合优度和显著性检验对拟合函数进行评价,最终采用二次多项式函数进行了拟合。在上述研究基础上,利用混合气体动态击穿特性和重燃判据建立了SF_(6)/N_(2)混合气体放电模型,并根据混合气体动态击穿特性解决了混合气体单次放电模型中上升时间常数的计算问题。最后以典型的550kVGIS间隔回路为例对SF_(6)/N_(2)混合气体介质气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)隔离开关操作过电压进行了计算。计算结果表明:绝缘强度相同的SF_(6)/N_(2)混合气体与纯SF_(6)在隔离开关操作过程中重复击穿产生的特快速暂态过电压VFTO(very fast transient overvoltage,VFTO)波形及幅值相似且击穿次数相同;0.6MPa气室压强条件下,SF_(6)/N_(2)混合气体中SF_(6)体积占比从20%增加至40%时,隔离开关击穿次数及开关过程中VFTO_(SF6)/N_(2)全过程持续时间均可减少50%左右;30%SF_(6)体积占比条件下,气室压强从0.6MPa增加到0.8MPa时,隔离开关击穿次数减少一半、开关过程中VFTO_(SF6)/N_(2)全过程持续时间缩短30%左右。

考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度

为有效应对海上风电固有的间歇及波动性给港口多能微网带来的不确定性风险,提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。首先,结合Wasserstein距离实现风电出力概率分布模糊集的精确刻画,并通过非参数核密度估计拟合海上风电预测误差概率分布,获得不同置信水平下风电出力区间及场景。其次,分析氢能船舶、汽车等移动氢能存储资源对间歇性风电出力的能源存储潜力,并结合用能心理、交通属性差异,将两者分别建模为激励型、价格型需求响应,实现港口移动氢能存储灵活性资源的高效聚合。再次,针对含移动氢能存储的港口多能微网,构建基于概率分布模糊集的日前-日内两阶段分布鲁棒优化调度模型,并运用线性决策规则与强对偶理论将其转换为混合整数线性规划模型求解。最后,基于海上风电实测数据进行仿真验证。结果证明,移动氢能存储可显著提升港口多能微网的低碳灵活性,所提模型在兼顾港口多能微网经济性的同时,可进一步保证风电不确定性风险下的鲁棒性。

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流、高次谐波、零序分量以及频率分布等故障特征。研究结果表明:改进后Cassie-Mayr联合模型不但解决了电弧电流从大电流到小电流的转换突变问题,且不同模型权重占比的分配更能准确地表征实际燃弧弧道阻抗变化的随机性;通过设置电弧燃弧时间长短,准确地描述间歇性重燃的随机性;电弧断续时刻为非整数周期下的过电压、过电流幅值高于整数周期;电缆线路增大了故障线路电流,过电流可达3.81~7.20pu,不利于熄弧;大电流系统故障相零序电流主频在0~400Hz,小电流系统故障相零序电流主频在1200~1600Hz。

数字孪生技术在新型电力系统中的发展综述

随着新能源入网比例的增加,电力系统正经历向新型电力系统转型的深刻改变,面临很多新问题,尤其是新能源并网带来的不确定性,给电力系统建模带来了巨大挑战。基于新一代信息技术发展起来的数字孪生技术在应对转变上具有独到优势,是解决和发展新型电力系统的重要手段。为此,该文梳理近年来数字孪生在电力系统最新的应用情况,首先通过文献计量分析了解数字孪生发展趋势和研究热点,在此基础上明确数字孪生在电力领域的定义,辨析其与传统仿真的区别。根据不同学者的研究成果对比总结数字孪生的共性特征、实现框架、实现方法及关键使能技术。然后,总结现有数字孪生在电力系统中的应用现状,通过Pareto曲线和时间趋势分析对数字孪生的具体应用展开讨论,分析数字孪生应用的评价标准,并通过数字孪生建模案例初步探讨了数字孪生在电力系统中的实际应用和评价体系。最后,理清数字孪生目前待解决的关键问题,展望数字孪生在电力系统应用的未来发展趋势。

特快速空间辐射暂态电磁场测量装置研究

为研究隔离开关操作条件下GIS的瞬态辐射电磁场特性,该文开展特快速高频辐射电磁场测量装置的研制。开关操作辐射电磁场具有上升陡度大、幅值高、频带宽等特点,因此该文选择双锥天线和电小环天线进行电场和磁场的测量,设计特快速辐射电场、磁场与VFTO联合测量方案。通过特快速高频辐射电磁场测量装置对550 kV GIS试验平台隔离开关操作产生的特快速辐射电场、磁场进行测量。结果表明:开关操作时GIS变电站电磁环境极其恶劣,分闸时电场强度可达3.5 kV/m,磁场强度可达220 A/m;合闸时电场强度为2.5 kV/m,磁场强度为150 A/m。单次脉冲持续时间约5μs,主要频率成分为8 MHz,46 MHz,58 MHz。

GIS母线潜伏性故障电场劣化特性与故障概率预测研究

气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)故障统计分析表明:GIS故障以内绝缘为主且具有潜伏性特征。为分析潜伏性故障对GIS造成的危害,选取电场劣化率为衡量指标,建立GIS内绝缘电场劣化计算模型,分析了金属尖端、金属颗粒、绝缘子气隙几种典型潜伏性故障的电场劣化特性。在此基础上,采用相关分析法定量分析了潜伏性故障对内绝缘的危害程度,结果表明金属尖端对内绝缘危害最大,绝缘子气隙次之,金属颗粒最小。对工程应用而言更关心故障潜在发生的概率,为此采用中心极限定理对危害最大的金属尖端进行了故障概率估算,结果表明尖端故障概率高达20.33%,潜在危害巨大,必须采取措施对其进行严格限制。为此给出了限制潜伏性故障的措施。综上,论文的研究为揭示潜伏者故障特征与危害,限制其发展提供有益参考。

基于深度强化学习区间多目标优化的智能建筑低碳优化调度

为充分挖掘并有效利用建筑的节能减排潜力,提出基于深度强化学习区间多目标优化的智能建筑低碳优化调度方法。首先,采取区间数等方法对系统中机组参数、建筑温度及源荷多重不确定性等进行建模。其次,计及系统碳排放与碳交易机制,以综合运行成本最低及用户舒适度最优为目标,优化系统运行。为解决区间多目标优化问题,提出一种将深度强化学习的深度Q网络与区间多目标粒子群优化算法耦合,进行“离线训练”与“在线指导”的新型多目标优化算法,高效求解多重不确定性因素下的智能建筑低碳优化调度问题。算例结果表明,所提深度强化学习区间多目标优化算法及调度模型能兼顾系统低碳性、经济性与用户舒适性等,同时有效提高系统应对多重不确定性因素的能力。

长时间尺度下计及里程焦虑心理效应的电动汽车充放电调度策略

电动汽车在需求侧能够发挥出优秀的灵活响应潜力。以往研究多侧重电动汽车的短时间尺度调度,但短时间尺度调度未从宏观时间尺度优化而易陷入短时局部最优。为此,提出了一种长时间尺度下计及里程焦虑心理效应的电动汽车充放电调度策略。首先,构建了长时间尺度电动汽车最优充放电调度策略框架;其次,考虑了电动汽车充放电操作的电池损耗成本以及电动汽车用户出行里程焦虑心理效应,以完善对电动汽车用户效益的量化;在此基础上,建立了考虑电动汽车调度成本及里程焦虑心理效应的长时间尺度电动汽车日前-实时双层多目标调度模型;最后,基于滚动时域优化方法对实时优化问题进行处理,利用非支配排序遗传算法对多目标问题进行求解。算例表明:所提策略可使电动汽车用户的里程焦虑心理效应在调度周期内长期维持低于0.25;维持较高水平(如0.75~0.9)的荷电状态可降低调度成本及里程焦虑,提升用户满意度,进而提升其接受调度的积极性与参与度。

非预测机制下计及碳交易的家庭能量低碳优化实时管理

传统家庭能量管理系统模型多基于预测或场景生成,并通过优化算法进行日前离线优化,但难以解决光伏、负荷等不确定性等问题。基于此,提出了一种非预测机制下计及碳交易的家庭能量低碳优化实时管理模型。首先,利用深度Q网络算法对不同类型负荷的动作状态空间进行定义,通过建立智能体避免使用历史数据及概率分布模型等预测机制。其次,在考虑系统碳排放等基础上,以用户电费–碳交易成本及满意度惩罚为目标,构建能量管理模型,并利用智能体与实时环境进行交互,在不确定性环境中进行实时求解。最后,在算例分析中通过与传统粒子群优化算法对比及不同模型参数分析,证明了所提模型具有较好的实时优化性能及鲁棒性。

数据与模型驱动在输电杆塔风致灾损预测中的应用对比分析

应对气候变化带来的电网灾损是保障新型电力系统安全运行的关键之一。该文以输电杆塔风致灾损预测为出发点,对现有两类主流方法——数据驱动与模型驱动进行对比分析。在数据驱动方面,基于多源异构数据构建样本集,利用随机森林算法对输电杆塔风致灾损概率进行预测。在模型驱动方面,将输电线路与杆塔构成的塔线系统进行建模分析,利用设备应力强度与风荷载相关关系求取杆塔损毁概率。最后,通过台风“彩虹”下我国沿海某地区案例,对两类方法的预测结果进行对比,结果表明,模型驱动方法的预测精度较高,但建模复杂度较高,难以大范围广域应用;而数据驱动方法建模复杂度较低,计算效率高,同时具有较高预测精度,可为生产实际提供指导。随着数字化、信息化及智能化等技术普及,数据驱动方法因其建模复杂度低等特点,将会在未来科学应对电网灾害中发挥关键作用。

基于网格化多源异构数据的台风灾害下杆塔受损数量预测

台风灾害下受灾区域杆塔受损数量预测对提高电网公司防灾减灾能力具有重要意义。为此从全新的统计学习角度出发,基于气象数据、电网数据、地理数据等多源异构数据原始样本,对数据进行分类变量处理、特征筛选、标准化等预处理,并以网格内的杆塔受损数量为响应变量,基于梯度提升决策树算法构建台风灾害下杆塔受损数量预测模型,对台风灾害下配网10 kV杆塔受损数量进行预测。利用广东省徐闻县的数据样本对模型进行训练测试与验证,仿真结果表明所提方法可较为准确地预测台风灾害下配网杆塔受损数量,为电网公司的灾前风险量化评估、制定应急方案等提供辅助决策参考。

暂态冲击作用下GIS套管电磁辐射特性研究

GIS变电站在开关操作暂态条件下,套管是GIS壳体内部骚扰源主要的释放出口,是重要的电磁场辐射源。为研究GIS套管在暂态冲击作用下的电磁辐射特性,分析了套管结构特征,参照某一GIS试验平台搭建了套管的天线辐射模型,通过时域有限积分法计算套管天线的辐射电阻、驻波比、方向性系数、增益、极化等特征参数,并分析了这些参数的特征意义。研究结果表明:GIS套管具有很强的电磁辐射能力,在10、108、180 MHz等频点附近尤其突出;从方向特性看,套管在水平方向上表现为全向天线,在垂直剖面上不同频率呈现不同的方向性;在极化特性上,套管的极化方式为垂直极化。

电流电弧作用下触头表面热过程的数值计算

在电弧热源正态分布于触头表面的情况下 ,根据正态分布的数学特征确定了电弧能量与电弧形状关系 ,并建立了触头传热模型 ;阐明了如何利用焓法处理相变过程 ,如何运用无量纲化的焓H和温度θ的关系简化求解温度的过程 ,同时运用传热模型对电流下的触头熔化过程进行了仿真 .仿真结果显示

基于SF_6气体介质击穿判据的气体绝缘变电站母线优化设计

针对现有气体绝缘变电站(GIS)母线设计只考虑主导体温升,不考虑GIS内绝缘水平的现状,提出了基于GIS内SF_6气体介质击穿判据的GIS母线设计方法,较之传统的GIS母线设计方法,该方法对GIS运行可靠性的考虑更全面。在SF_6气体击穿判据的基础上,提出击穿裕度Em的概念。并建立求解Em的电磁场-温度场-流场等多场耦合模型,讨论了影响Em的因素。在此基础上提出按照使最小击穿裕度Emmin最大化原则对GIS母线进行优化设计不但能确保主导温升符合设计要求,还从绝缘角度保证了GIS设备运行的可靠性和安全性。最后,论文讨论了GIS出现特快速暂态现象(VFT)时GIS内的绝缘情况。研究发现,尽管母线尺寸按照在稳态运行条件进行了优化,但在VFT条件下GIS气室仍有被击穿的危险。因此在进行母线设计时需特别考虑VFT条件下气室内的绝缘水平,这点在今后的母线设计中应引起高度重视。

电器电极材料喷溅侵蚀的理论计算

文章分析了喷溅侵蚀产生的机理,指出力的作用、熔池气泡的逸出、液池瀑沸是导致喷溅产生的直接原因。进一步研究发现:熔池大小、熔池几何尺寸和熔池温度是表征熔池特征的3个基本参数;熔池的喷溅概率由熔池基本参数决定。在此结论的基础上,运用统计概率的方法建立了能预测交流大电流情况下的喷溅侵蚀的理论模型。该模型的仿真结果与试验吻合。仿真结果表明热导率、比热和其他材料参数对喷溅侵蚀产生重要影响。这种能衡量金属喷溅量相对大小的数学模型为触头材料的选材提供了理论依据。

GIS隔离开关操作条件下SF_6气体高频放电模型的研究

GIS隔离开关操作时,触头间SF_6气体放电具有快速性、高频性和重复性特征。上述特性会对VFTO的陡度、幅值等暂态特性产生重要影响。因此,建立隔离开关操作条件SF_6气体高频放电模型对VFTO的精确仿真而言十分重要。在已有试验研究结果基础上,论文分析了SF_6气体放电不同阶段的阻抗变化规律,对比了火花放电和开关操作条件下SF_6气体放电之间的差异,发现Toepler模型、Barannik模型和Vlastos模型所描述的阻抗变化规律与SF_6气体放阻抗变化规律十分相似。为此,论文借鉴了火花放电模型的数学表达式。在此基础上,根据采用SF6气体放阻抗变化规律,采用分段思想对火花放电模型的数学表达式进行改进,从而建立了3种不同的SF_6气体高频放电模型。为验证模型的正确性,将其应用于VFTO的仿真。结果表明仿真计算值与VFTO的实测波形基本重合、幅值几乎相等,证明了模型的正确性。

电极材料喷溅侵蚀模型评述

总结分析了电极材料喷溅侵蚀的机理,归纳了加热电极表面的电弧热源计算方法,综述了考虑二次相变条件下的移动边界温度场计算方法,分析了建立喷溅侵蚀模型的影响因素。

电容器过电压阻尼装置参数的设计研究

论文分析了电容器过电压阻尼装置的工作原理,详细讨论了最佳阻尼电阻和间隙击穿电压的计算过程。首先论文分析了并联电容器组过电压的产生原因及其影响因素,获得电容器上可能出现最大过电压的条件。在此基础上,阐述了阻尼装置投入运行的条件以及最佳阻尼电阻的确定方法。在获得最佳阻尼电阻值后,建立加装过电压阻尼装置的电路仿真模型,讨论电容器过电压倍数与间隙击穿电压值之间的关系,确定间隙击穿电压范围。依据该设计思想,论文作者设计了一套110k V三相过电压阻尼装置,该装置已运行在吉尔吉斯坦某变电站,现场运行结果表明该三相阻尼装置的确能抑制投切电容器产生的过电压,从而验证了本文设计思想的正确性。

电触头侵蚀研究概述

介绍了材料转移分类及其机理 ,总结了电弧热力作用和熔池能量涨落对喷溅的影响 ,分析了机械因素、材料因素对电侵蚀的影响规律 。

直流继电器电弧电磁辐射模型初探

研究了直流电磁继电器触头分断时的电流变化规律,分析了直流电磁继电器分断电弧在电流呈线性衰减时所具有的特性,即电弧电导率保持相对稳定。根据该特性可将直流继电器分断电弧辐射等效为直导线天线辐射,并在该基础上建立了直流继电器电弧电磁辐射的数学模型。最后,对电弧电磁辐射模型进行了仿真。仿真结果表明,电路参数、触头材料、观测距离以及辐射波长等均会对电弧电磁辐射产生影响。其中,观测距离对电弧电磁辐射影响最大。