“智能电网+”研究综述

智能电网SG(Smart Grid)是电力系统发展的必然趋势,其核心要义便是"智能",但目前智能水平还很低。而人工智能AI(Artificial Intelligence)技术取得了突破性进展,为SG的发展提供了重大机遇和强大支撑。为此,提出"智能电网+(Smart Grid Plus,SG+)"的概念,涵义是借助AI技术实现SG的升级版,使电网具有更高级、更深层的人工智能,从而进一步提升电网运行的安全性、经济性、可持续性。首先综述AI的研究进展,指出AI并非万能、也非无能;然后综述SG的研究进展,指出SG发展中"三高"(高比例新能源并网、高比例电力电子装置、高比例新负荷接入)和"三多"(多种能源相结合、多种网络相结合、多种主体相结合)的趋势。在回顾AI在电力行业应用的基础上,结合以深度学习为代表的第三代AI技术的发展,对深度学习等AI技术在SG适用的相关领域进行分析和展望。

基于CNN-SVM的配电网故障分类研究

针对CNN在配电网高阻故障时分类准确率低的问题,提出了一种将CNN和SVM相结合的配电网故障分类研究方法。首先将故障数据转换为时频谱灰度图,作为训练集输入到CNN中;然后采用SVM代替CNN中的Softmax分类器构建CNN-SVM模型,并通过网格搜索算法对SVM超参数进行寻优;最后进行多工况算例分析验证所提方法优越性。算例分析结果表明,CNN-SVM模型比传统CNN-Softmax模型在高阻故障时具有更高的分类准确率,且在主变压器中性点接地方式变化、网络结构变化、噪声干扰及单相弧光接地等工况下仍具有良好的适应性。

基于暂态零模电流的配电网故障区段定位

为降低小电流接地系统通信过程中小波扰动(噪声)对暂态电流法的干扰,减小因采样频率增加造成的通信网络负担,解决故障两侧馈线终端不同步的问题,提出了一种小电流接地系统的故障区段定位方法。通过检测故障区段两侧的暂态零模电流,提取其中的极值,并计算其衰减程度,利用其极性进行辅助定位。数值仿真的结果验证了所提方法的有效性,该方法可以大大降低各检测点暂态零模电流上传或者相互交换过程中的数据传输量。

基于集成树和MoE的馈线统计线损率双层估计模型

统计线损率是衡量电力系统经济运行的重要指标。然而,用户用电数据采集异常、数据传输中断等因素会导致统计线损率异常或缺失,这严重阻碍了智能配电网的线损精益化管理与经济高效运行。针对馈线统计线损率合理值的估计问题,该文提出了一种基于集成树和混合专家系统(MoE)的馈线统计线损率双层估计模型。首先,使用最大信息系数以更有效地分析统计线损率与其相关特征间的非线性关系,并采用鲁棒性强的K-Medoids聚类算法对馈线进行精细划分;然后,使用Stacking集成学习框架,基于基估计和元估计双层模型对馈线统计线损率进行两阶段估计,选用决策树和各类集成树模型作为基估计模型对统计线损率进行初步估计,将各基估计模型输出结果输入元估计模型MoE中进行最终估计,使用方均根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)来衡量模型所估计统计线损率的合理性;最后,通过算例分析表明,与其他模型相比,该文所提馈线统计线损率双层估计模型具有更低的RMSE和MAE,对馈线统计线损率的估计效果更好。

基于FPGA的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真研究

对新能源低压直流配电系统开展暂态实时仿真研究对优化其运行控制具有重要作用。由于现场可编程门阵列(FPGA)内部集成了大量具有不同功能的电路,FPGA正成为电力系统暂态实时仿真领域主要的计算载体之一。该文面向新能源低压直流配电系统的暂态实时仿真需求,开发了一种基于FPGA的包含小型分布式风力发电、光伏发电以及蓄电池储能单元的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真器。首先,研究构建了分布式发电单元和典型控制回路的计算模块,利用FPGA的并行计算特性并结合“算法-结构-有效匹配(AAA)”理念建立了底层模块串并联混合求解结构;然后,在节点分析法的框架下,建立了一种结合矩阵LDU分解和有向无环图(DAG)的电气系统节点电导矩阵并行求解方法;最后,在建立电气系统与控制系统并行求解架构的基础上,开发了一种基于FPGA的新能源低压直流配电系统暂态实时仿真器,通过将其仿真结果与PSCAD/EMTDC离线仿真平台的计算结果进行对比,验证了所开发暂态实时仿真器的有效性和准确性。

基于DFT的电力系统频率及谐波精确算法

频率是电力系统运行特性评估中最重要的参数之一。传统频率测量算法存在不同程度的误差,而它所带来的频谱泄露则影响谐波测量的精度。提出基于离散傅里叶变换(DFT)的改进测频算法,该算法利用相隔半个周波的3组信号数据求取2个修正系数,分别对相邻两个周波的相角进行修正,再通过其相角差求得实际频率。在此基础上,通过实时修正采样频率实现同步采样,从而精确进行谐波分析。4种不同情况的仿真实验结果表明算法具有较好的频率跟踪效果和谐波测量精度。

含DAB型直流变换器的中低压直流配电系统极间短路故障穿越方法

极间短路故障是直流配电系统中最为严重的故障类型,当含双有源桥(DAB)型直流变换器的直流配电系统中压侧发生极间短路故障时,DAB闭锁,低压侧电压大幅下跌,故障清除后恢复速度较慢。为解决上述问题,提出了一种新型故障穿越方法。通过对传统DAB结构进行改进,增设故障电流阻断模块和补偿电容支路,能在故障发生后迅速识别、切断故障并投入补偿电容。故障持续期间,DAB无需闭锁,依靠模块电容以及补偿电容向低压侧负荷进行供电,有效改善了低压侧电压跌落。故障清除后电容能够快速充电至正常运行状态。PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果验证了所提方法能够有效减小中压侧极间短路故障对于负荷的影响,并且具有良好的故障恢复特性。

直流配电系统极间短路故障特性分析

直流配电系统故障后换流阀不闭锁运行有助于提高直流供电的可靠性,限流技术的发展及未来绝缘栅双极型晶体管等电力电子器件过电流能力的增强使得换流阀不闭锁情况下的故障机理研究具有意义。本文针对基于两电平电压源型换流器的双端直流配电系统,假设换流阀中的绝缘栅双极型晶体管具有足够的过电流能力,分析了极间短路故障后换流阀不闭锁条件下的故障机理,对比了定电压控制和定功率控制方式下极间短路的故障特征,并在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,为直流配电系统保护提供了理论依据。

基于FPGA考虑控制特性的光伏直流发电系统暂态实时仿真

现场可编程门阵列因具有高度硬件并行性及流水线架构,在实时仿真技术领域中越来越受到重视,本文研究了一种基于现场可编程门阵列平台的光伏直流发电系统暂态实时仿真器。首先,构建一系列电气和控制系统典型元件模块,搭建全局控制层级架构,并设计了光伏系统的时序交互求解方法。然后,提出神经网络与恒压控制法、功率扰动法相结合的自适应最大功率点跟踪技术,提高了光伏跟踪的响应速度和精度。最后,在不同环境条件下,分别利用三种光伏控制策略,将现场可编程门阵列仿真结果与PSCAD、Simulink软件作对比,验证了现场可编程门阵列实时仿真器的可靠性和自适应跟踪技术的有效性。

带恒功率负载的航空双向Buck-Boost三阶滑模控制

为平抗航空电力系统中的恒功率负载的负阻抗特性影响,回收再利用恒功率负载的刹车制动能量,将机载单向DC/DC变换器改进为双向Buck-Boost结构。并针对双向Buck-Boost在传统的二阶滑模控制的基础上,提出其三阶滑模优化模型。在MATLAB中进行仿真实验,分析结果表明改进后的双向Buck-Boost变换器采用三阶滑模控制方式,在大扰动发生时有效限制了负载电压、电流响应峰值,系统具有良好的鲁棒性和优异的抗扰动性能。此设计方案为飞机电力系统中带恒功率负载的DC/DC变换器实施新的改进优化控制提供了理论依据。

考虑DG渗透率的交直流混合配电网运行优化方法

为适应分布式电源大规模并网和直流负荷不断增长的发展趋势,发展交直流混合配电网已成为当前配电网研究的重要方向。首先对电压源型换流器的稳态潮流模型和控制策略进行了分析,提出了一种基于交替求解法的交直流配电系统潮流计算方法;然后,考虑分布式电源不同渗透比例,以系统的网损最小为目标,提出了基于遗传算法的交直流混合配电网运行优化调度方法;最后,结合交直流混合配电网算例系统进行仿真分析,仿真结果验证了所提方法的有效性。

新型配电系统灵活性及其评价指标综述

随着“双碳”政策的驱动和新型电力系统建设的推进,新能源发电在配电系统中的占比进一步提高。配电系统由传统的单纯接受、分配电能转变为源网荷储灵活互动的新型配电系统,其复杂程度的提升使得系统对灵活性的需要日益增加。在此背景下,首先从源网荷储等方面介绍了新型配电系统的特征变化和所面临的灵活性挑战;其次,从物理、技术和市场3个层面论述了新型配电系统中灵活性资源参与灵活性提升的机理;然后,从运行灵活性和网架灵活性2个方面,对现阶段新型配电系统灵活性指标进行归纳;最后,对新型配电系统灵活性的发展方向提出展望。

直流配电系统拓扑结构及其在工程示范中的应用

随着电动汽车充电桩、数据中心等直流型负荷和光伏等直流分布式电源的大量接入,传统交流配电系统暴露出不足。直流配电系统是实现直流负荷及直流型分布式电源的灵活接入,提高区域内高比例可再生能源并网和消纳的重要手段,因此,直流配电系统研究成为当前国内外研究热点之一。而拓扑结构研究是直流配电系统研究的基础和关键内容,拓扑结构也是直流配电系统应用示范工程需要优先考虑的问题,因而具有重要的研究价值。总结了国内外直流配电系统应用示范工程中采用的拓扑结构类型,归纳为单端辐射状、双端"手拉手"状、环状、多端网状4种基本的直流配电系统拓扑结构,分析了不同结构类型对系统运行具有的实际意义,并讨论了国内外主要直流配电系统示范工程中不同拓扑结构的应用场景、设备配置、保护方案等情况,同时进一步归纳总结了目前直流配电系统应用示范的建设情况,并对未来直流配电系统示范应用进行了研究展望。