聚焦关键 技术攻坚——访国网河南省电力公司电力科学研究院院长姚德贵

《河南电力》:聚焦国网河南省电力公司核心业务保障,国网河南电科院准备在哪些方面重点发力?姚德贵:一是全力以赴保障电力可靠供应。强化“电网气象一张图”功能,以精准气象预测保障公司防灾减灾。提升大电网电磁仿真水平,加强豫西、豫北外送能力分析,优化稳控策略。开展统调燃煤机组顶峰能力动态评价,挖掘电源侧保供能力。深化分布式新能源高比例接入第三道防线适应性分析,建立新能源运行分析与涉网监督平台。二是全力以赴做好设备健康保障。深化技术监督穿透力,紧盯抗短路能力不足等设备隐患治理进度,修订公司“两个原则”。开展重覆冰区段导线、地线融冰技术研究,动态校核重点线路区段塔线承载力。推动配网故障快速处置技术应用,开展配电网电压综合治理。

基于掩码记忆的无人机电力设备分割跟踪方法研究

无人机巡检是保障新型电力系统安全运行的重要手段,视频目标跟踪技术能够有效提高巡检精度。针对实际电力场景中背景复杂、目标形变大等挑战,提出一种基于掩码记忆的无人机电力设备分割跟踪方法。首先,设计了基于掩码记忆的L2匹配分割方法,使用负平方欧几里得距离来计算帧间亲和度,利用构建的历史掩码信息进行目标匹配,提升设备的粗分割精度。其次,为了减少记忆冗余,提出变化感知的记忆更新机制,通过图像和掩码联合评估目标变化程度,设计变化度置信度阈值,以此决策是否进行记忆更新。最后,将分割技术融入判别式相关滤波的跟踪框架中,实现电力设备鲁棒分割跟踪。该方法分别在通用数据集VOT2018、无人机数据集UAV123和实际电力场景数据集中进行测试。实验结果表明所提方法能有效提升无人机巡检精度,并为电力设备安全运行提供技术参考。

电力系统小干扰稳定最短路径法研究

目的电网负荷的随机变化会影响系统的小干扰稳定性。不同负荷功率增长方向下的小干扰稳定功率裕度也不同,因此需要确定最危险功率增长方向及其对应的最小功率裕度。方法基于几何建模分析的最短路径法已成功应用于电力系统静态电压稳定分析中,方便求解最小稳定裕度,但最短路径法尚未用于电力系统的功角小干扰稳定分析。按照预定阻尼比阈值形成小干扰稳定的动态性能边界,分析非零临界特征值下的边界条件;通过虚拟观测向量,推导出适合于小干扰稳定分析的最危险功率增长方向解析表达;形成小干扰稳定最短路径法计算模型,并通过交替迭代方便求解最小稳定裕度。结果将最短路径法引入小干扰稳定分析,在IEEE 68节点算例系统上,分析所述算法的收敛特性,得到标准化后的最危险功率增长方向,该方向提供了每个节点的功率变化参与度,参与程度高的节点在该功率增长方向上起主要作用,因此在进行系统运行方案安排时,需要着重关注这些节点的功率变化情况。将试算结果与随机生成的30组功率增长方向下的稳定裕度进行对比,结果验证了该算法的有效性。结论本文按照预定阻尼比阈值形成小干扰稳定的动态性能边界,推导出最危险功率增长方向的解析表达,形成了小干扰稳定最短路径法计算模型。

电力技术标准规划研究——以国网河南公司为例

本文以国网河南省电力公司为例,通过分析公司特点、公司技术标准化工作、公司技术成果等,以落实国家电网科技战略和支撑河南公司技术成果落地为目标,运用综合标准化方法,编制了公司技术标准规划,以期对省级电力技术标准规划的编制提供一定的参考和借鉴。

新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战

“双碳”背景下,新能源开始大规模并网发电,但新能源发电的随机性与波动性对电网造成一定冲击,亟需构建新型电力系统。在这一过程中,作为电力系统的基石,传统火电将向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础保障性和系统调节性电源转型,火电机组的灵活性改造成为必然选择。分析了构建新型电力系统的阶段性目标及面临的困难与挑战,探讨了现阶段火电机组灵活性改造遇到的问题,结合火电运行数据,分析火电机组配置储能设备的技术途径。研究认为:构建新型电力系统过程中存在着电力系统不稳定、传统火电转型困难、能耗大、环保压力大等问题;火电机组本体的灵活性改造面临调峰能力不足、运行成本较高、负荷响应慢、运行能耗大及安全性不高等问题;通过火电加储能的运行模式会带来较好的经济效益和环境效益。

含复杂电源结构省级电力系统电力电量平衡方法

随着风电、光伏大规模接入电力系统,为计及其出力的不确定性,需要以年为尺度、小时为颗粒度进行电力电量平衡分析。以含复杂电源结构、内部断面限制、外部交直流受电的省级电力系统为对象,提出了一种新的电力电量平衡分析方法。该方法以日周期进行滚动平衡分析,针对特定日:通过对各分区同类电源进行聚合以简化问题、降低求解规模;通过构建火电开机优化模型以在考虑断面限制下以均衡开机为原则确定各分区火电开机容量;通过合理设计优化调度模型以在满足不同分区同类电源均衡调度、同一分区不同种类电源顺序调用原则下实现电力平衡计算。算例以实际省级电力系统数据为基础,验证了该方法的有效性、合理性、快速性。

考虑频率安全约束的高比例风电电力系统储能优化配置策略

近年来,具有强不确定性、弱支撑能力的风电机组大规模并网,给电力系统的频率安全造成严重冲击。为提升高比例风电的电力系统稳定运行的能力,提出一种考虑频率安全约束的储能优化配置策略。首先,推导了高比例风电电力系统多主体频率响应表达式,建立全系统动态频率响应模型;其次,以电力系统年总成本值最小化为目标,建立上层储能容量优化配置模型,以系统日前调度成本最小化为目标,构建考虑频率安全约束的下层典型日优化调度模型,并采用改进粒子群算法对该双层模型进行求解;最后,基于改进IEEE 39节点系统进行算例分析。研究结果表明:该策略可以保证电力系统稳定而充裕的调频资源,在满足频率安全约束的同时,有效改善电力系统运行的经济性。

基于双塔Transformer的电力系统暂态稳定评估

基于数据驱动的方法在电力系统暂态稳定评估的效率和精度提升上已经取得了一些研究成果。然而电力系统暂态过程中涉及多维度时序特征的变化,常规算法对特征的提取能力不足且缺乏可解释性,难以反映系统暂态过程中的动态行为。因此,构建了一个具有双塔结构的Transformer模型,以Transformer编码器作为特征提取器,考虑同一时刻不同维度的特征以及每一维度特征在不同时间步对系统暂态稳定的影响,并将其分别作为双塔结构Transformer模型的输入,训练和学习各特征通道和时间步对系统暂态稳定性的影响。通过融合机制,建立了由系统特征到系统稳定性的端到端的映射模型,实现了暂态稳定高精度的评估,并通过注意力热图可视化解释模型的决策过程。最后,在IEEE-39节点系统验证了所提方法的有效性。

1961—2020年河南省夏季极端降水异常分布特征及其与大气环流和海温的关系

利用河南省125个气象台站逐日降水量资料和ERA5再分析资料以及HadISST海表温度资料,分析了1961—2020年河南省夏季极端降水的气候特征和主模态,及其与大气环流和海温的关系。结果表明:河南省极端降水的气候态频次和强度均呈由西北向东南递增的分布,东南部地区极端降水最多,东部和北部地区次之,西部山脉地区最少。标准差分布与气候态类似,降水较多的区域也具有较大的年际差异。河南省夏季极端降水年际变化显著,但线性趋势较弱。河南省夏季极端降水EOF第1模态呈全省一致偏多的空间分布特征,欧亚型遥相关模态有利于高纬度冷空气南下,副热带高压西伸偏北有利于充沛的水汽向河南地区输送,同期海温场呈现出显著的黑潮延伸体正异常海温、La Niña模态、南印度洋海温偶极子负位相和北大西洋海温三极子正位相模态,反之亦然;第2模态为河南省北部地区偏多和南部地区偏少的反位相分布特征,乌拉尔山地区的阻塞高压和东西伯利亚地区的长波槽有利于高纬冷空气南下,副热带高压西伸偏北有利于水汽向河南地区输送,同期海温场呈现出典型的La Niña模态,但降水的极端性越强,海温异常信号也越复杂,反之亦然。

基于交叉熵理论的电力变压器全周期故障诊断模型

在变压器全寿命运行周期内,为准确定义变电故障事件的行为等级,尽可能避免电力击穿现象,提出了基于交叉熵理论的电力变压器全周期故障诊断模型。根据交叉熵理论算法原则,求解交叉评估指标与回归熵向量,联合全周期运行参数,实现对电力变压器全周期可靠性的评估。以故障率为基础指标,确定故障率分布参数的取值范围,联合相关故障行为参量,准确计算临界风险值,继而完成对电力变压器全周期故障诊断模型的设计。实验结果表明,基于交叉熵理论诊断模型的应用,能够精准定义变电故障事件的行为等级,在变压器全寿命运行周期内,在解决电力击穿问题方面具有突出作用。

1981-2020年河南省近地面风速时空分布特征

利用1981-2020年河南省日平均10 m风速观测资料,对河南省风速的时空分布特征进行了分析评估。结果表明,河南省风速的气候态具有明显的季节循环特征,在冬、春季节地表风速较大,夏、秋季节风速较小,并且呈现出东强西弱的空间分布特征。在年循环中2月到3月风速增幅最大,其余月份间的风速演变较为平缓。在风速变化趋势方面,空间分布主要表现为西升东降的特征,豫西从过去风速最弱的地区一跃成为近10年风速最大的地区,这也与其他地区风速整体变弱有关。风速EOF的第二模态表明,河南省风速同时也具有一定的年代际变化特征。此外,风速2-9年的年际变率弱于年代际的,即风速的短期变化具有平稳性;但在气候变化的大背景下,出现了系统性的变化趋势,且具有明显的区域性差异。

储能技术在电力系统中的应用分析

目前,我国正处于电力系统改革的关键期,电力系统供需矛盾愈加凸显。如今我国已经全面形成了“西电东送”“南北互供”“全国联网”的电力格局,这也进一步突出了储能技术在电力系统中应用的重要性。合理应用储能技术,不仅能够极大地提升电力系统储能规模,同时对保障电力系统运行稳定性、安全有着重要意义。基于此,分析了目前主流的储能技术,探究储能技术的选择方式,并提出储能技术在电力系统中的应用方案。

电力网技术线损及降损对策解析

新时期,社会生产、生活对电能需求量不断增加,电力网损耗问题也愈加明显,这也让供电企业进一步提升了对节能降损问题的关注度。线损率会直接影响供电企业经济效益,也有效反映了供电企业管理水平,因此做好线损管理、采取有效降损措施有着重要意义。但目前部分地区普遍存在高线损情况,如何有效降低电力网线损一直都是电力企业管理的重点与难点。基于此,分析了电力网线损的概念与构成,从电力网结构、经济运行、电力设备等方面探究造成电力网技术线损的原因,并有针对性地提出几点降损对策,旨在降低电力网的线损量,提升供电企业的经营管理效益。

基于模糊层次分析法的电力基坑气体环境安全风险评估

基于模糊层次分析法创建电力基坑施工作业前、作业中的风险评估模型,作业后进行风险评估反馈,结合某工程实例进行工程项目作业风险评估,实施结果表明,基坑内的危险气体体积分数是作业风险的主要影响因素,控制基坑内的危险气体体积分数是保障电力基坑内部作业安全的一项关键措施。

新型电力系统背景下铅酸蓄电池监测系统的发展情况探究

在“双碳”背景下,因新能源发电日益增加,传统电力系统结构发生改变,逐渐向着新型电力系统转型。然而新能源本身的波动性会影响新型电力系统的稳定运行,因此需要提高系统的灵活运行能力。在新型电力系统中,铅酸蓄电池作为储备能源而广泛使用,是整个系统安全稳定运行的重要保障。铅酸蓄电池在使用过程中可能会面临热失控、极板硫酸盐化、腐蚀以及失水等问题,通过在线监测铅酸蓄电池的电压、温度、内阻及电流等性能参数,可以准确反映电池内部情况,确保电池的安全使用,为新型电力系统的稳定运行奠定基础。文章主要分析铅酸蓄电池的工作原理,并总结其失效的影响因素,结合铅酸蓄电池的性能参数分析铅酸蓄电池监测系统的现状与发展趋势。

关于新型电力系统部分特点的思考

新型电力系统建设是我国电力行业的重大转型,其需求来源于经济社会发展,其实现依赖于电力系统运行机理的改进。从近10年电力系统的发展历程和阶段性目标分析出发,基于“双碳”目标,对新型电力系统的电源构成、特点及运行模式进行逆向推理和分析,进而分析新运行模式下的部分关键技术需求。指出:为了实现“双碳”目标,电力系统电源构成必须进行巨大调整,特别是在2030年之后;在新型电力系统中,发电侧将以新能源为主体,用户侧将出现大量产销者并呈现大量分布自治的形态,能源互联网将成为新型电力系统的基础支撑,电网调度将主要基于市场化机制实现;新型电力系统的建设在电力电量平衡、系统安全、有源配用电网管控、新能源发电和并网、电力交易和调度等方面迫切需要相关创新技术的支撑。

河南电力气象系统研究与应用

随着电网规模的不断扩大和延伸,灾害性天气对电网安全运行的影响越来越大,加强对电网生产造成严重影响的灾害性天气过程的预测预警,能够有效提升电网应对灾害性天气的效率和能力。河南电力气象系统将分散的电力、气象数据资源进行集中整合,实现一体化应用,针对夏季和冬季多发的大风、雷电、冰雹、覆冰和舞动等对电网生产造成影响的气象现象进行预测预警,为运维检修、电网调度、应急抢修等电网生产过程提供必要的气象预测预警信息支撑。

电力变压器谐波损耗仿真计算与实验研究

首先分析了国内外现有变压器谐波模型发展情况及其适用范围的局限性,进而提出利用Jiles-Atherton磁滞模型表征铁心的非线性,通过Jiles-Atherton磁滞模型拟合函数计算励磁电流。在此基础上,综合考虑谐波情况下集肤效应、邻近效应对绕组的影响,考虑三相变压器相与相之间、原边与副边之间的互感,提出了一种新型的时频域结合的三相变压器谐波模型,该模型具有良好的收敛速度。最后,利用该模型对电力变压器的谐波损耗进行仿真和实验研究,证明了模型的有效性和实用性。

高压XLPE绝缘电力电缆短时过载电流极限研究

电力电缆在运行中出现检修或故障时,需要短时转移负荷,致使某些电缆短时过载。然而电缆允许过载电流极限与过载电流持续时间之间的关系缺乏相应算法及成熟标准支持,使得现场紧急转移负荷时没有可靠依据。文中根据集中热常数模型和IEC 60853模型2种暂态热路模型,研究了相应的短时过载电流极限及其持续时间的计算原理,并针对64/110 k V YJLW02单芯高压电缆进行了具体敷设的分析和比较,结果表明:基于2种模型的关系曲线变化趋势相近,但IEC 60853模型法更接近实际情况。计算方法可为电缆短时转移负荷的决策提供参考和指导。

Stackelberg博弈在电力市场中的应用研究综述

可再生能源并网常态化、储能投资商业化、需求侧管理多样化、多能互补成熟化等在电力系统源、网、荷侧引入的利益主体不断增多,而受自身规模、所处市场地位不同造成了决策次序的差异性。针对电力市场环境下电力系统投资、交易等环节中普遍存在的次序决策问题,该文以具有主从递阶结构的Stackelberg博弈理论为切入点,综述了其在电力市场中的应用情况。首先,阐述了Stackelberg博弈理论的数学结构,并根据主/从问题中博弈者的数量进行了分类;然后,梳理了Stackelberg博弈在电力市场中的典型应用,总结了模型对等转换技巧,归纳了各类求解方法及其优缺点;最后,提炼了Stackelberg博弈理论在电力市场应用中仍然存在的关键问题。该文为处于不同决策位置的利益主体参与电力市场竞争提供了参考。