考虑次生故障差异化影响下韧性主动提升的输电系统网架重构策略

近年来,我国能源电力加速转型,极端自然灾害频发,国际形势不稳定,使得常规安全风险与非常规安全风险交织,大停电风险有增加的趋势。稳健可靠的网架重构方案对防止恢复中再次发生系统崩溃具有重要意义,针对当前研究中未有效计及恢复中次生故障的不足,该文提出一种考虑次生故障差异化影响下系统韧性主动提升的网架重构策略。首先,讨论在网架重构恢复方案中考虑次生故障影响的必要性;然后,基于分割多目标风险分析方法提出一种系统韧性指标,旨在差异化处理次生故障并突出高风险故障对恢复过程的影响;进一步建立考虑韧性主动提升的网架重构全局优化模型,以增强系统对高风险故障的抵御能力。为提高模型的求解效率,提出一种基于窗口滚动机制的求解策略,可给出兼顾快速性与稳健性的网架重构方案。最后,采用新英格兰10机39节点系统和IEEE 118节点系统验证所提出方法的有效性。

迪拜城市形象构建研究

迪拜是海湾乃至西亚北非地区一个较为独特、活跃的“明星城市”,长期以来一直注重构建自身优良的城市形象。本文依托相关理论与史实,深入不同层次、不同角度找寻案例,而后展开分析。力图从文化底蕴、历史沿革到当下策略、创新手段等,对迪拜的实践理清完整逻辑,构建综合分析。迪拜的城市形象构建,于内而言,历史基调深厚,机构职能合理,硬件设施完备,央地关系特殊;于外而言,乐于分享经验,注重软实力提升,两重形象配合,探索小众议题。众多因素共同促成了迪拜当下在城市形象构建方面所取得的成效。迪拜的经验也给人以诸多可资借鉴之处。

风光互补独立供电系统的多目标优化设计

在风光互补独立供电系统的设计中,如何配置风力发电机、太阳能电池板和蓄电池,在满足负荷需求的前提下,使风能和太阳能资源得到充分利用,负荷的供电可靠性较高,而系统成本最小,这是一个多目标优化设计问题。本文首先建立了风力发电和光伏发电的天气模型,提出了衡量供电可靠性的失负荷概率LOLP、衡量清洁能源浪费的失能量概率LOEP和系统成本等指标,并采用蒙特卡罗仿真进行计算。为了求解这一多目标优化问题,本文提出了一种混沌自适应进化算法(CSEA),新算法的混沌初始种群算子提高了初代种群的多样性,分组选择策略保证了各代中一定数量的劣势个体能参与进化,自适应遗传算子增加了劣势个体的交叉和变异概率,从而避免算法早熟,增强了算法的全局搜索能力。算例表明,CSEA算法比传统单目标遗传算法的结果更加接近实际运行的Pareto优化前端,综合效果更优。另外,与纯光伏、纯风力发电方式比较发现,风光互补供电方式更为合理。可见,采用CSEA算法进行风光互补独立供电系统的优化设计,对于提高供电可靠性,降低成本,减少能源浪费具有非常重要的意义。

基于WAMS受扰电压轨迹簇特征的电力系统暂态稳定性预测

为了能够实现快速实时的暂态稳定性预测,提出了一种基于故障后发电机端电压受扰轨迹簇特征的电力系统暂态稳定性预测方法。首先通过WAMS系统获取故障后发电机端电压受扰轨迹簇信息,利用电压轨迹簇的几何属性定义了29个特征指标,然后利用Relief算法从中筛选出与系统暂态稳定性密切相关的广域故障特征指标子集,并利用支持向量机(SVM)构造电力系统暂态稳定性预测器。以新英格兰10机39节点系统为例,对所提出的暂稳预测器的性能进行了大量测试。结果表明,相较于已有研究应用故障后发电机电压数据进行的暂态稳定性预测,所提出的基于广域故障特征的暂稳预测器能有效提高电力系统暂态稳定性预测的准确性(预测准确率由94%提高到96%以上)。另外,特别是对于不完全WAMS信息的暂稳预测、对未知运行方式和未知拓扑结构的电力系统暂稳预测具有独特的优势,显著提高了暂稳预测系统的鲁棒性(预测准确率均能达到94%以上)。

一种新型的风电功率预测综合模型

引入信息论中的最大信息熵原理,在各种单一预测模型的基础上,提出了一种新的基于最大信息熵原理的综合预测模型。该模型将各种单一模型的预测结果以及它们的历史预测误差作为约束信息,利用最大信息熵原理得到各种单一模型预测结果的权重,进而得到综合模型的风速预测结果。再根据每一台风机的历史风速和功率的数据拟合得到的风速-功率特性,最终得到风电功率预测结果。通过对一个实际风电场的不同风机在不同时间段进行风电功率预测,结果表明,综合模型预测优于单一模型和组合模型预测,风速综合预测模型的误差为15%～20%,风电功率预测误差为25%～30%,模型具有一定的实用价值。

基于WAMS和改进拉普拉斯特征映射的同调机群在线识别

当系统发生严重级联故障导致失步运行时,需要快速准确地识别出系统中的同调机群,为下一步的自主解列控制提供基础。针对WAMS测量到的发电机动态轨迹信息往往具有非线性和非平稳性等特点,提出了一种在线识别同调机群的新方法,能充分考虑各种故障场景的动态特性和非线性系统的时变特征。首先根据WAMS量测可得到故障后发电机组的实时响应功角轨迹信息,利用基于类别信息和核空间的改进拉普拉斯特征映射算法提取特征信息,进而识别出各发电机的运行特性;再利用k-way余弦相似度因子分群算法对发电机组进行自主识别分群。最后通过新英格兰39节点系统仿真,验证了所提方法的有效性,并且适用于系统不同运行方式,能在线准确识别同调机群。

电力系统谐波与不平衡分布的计算方法与实现

建立了含牵引变电站的电力系统主要设备的三相基波与谐波模型,提出了电力系统谐波和不平衡度分布的通用潮流解耦计算方法,开发了一套电力系统谐波和不平衡渗透计算软件PSHP(Power System Harmonic Penetration)。以河南电网为研究对象,对两个牵引变电站高压侧的电能质量数据进行了现场实测,根据实测数据计算了河南电网中的谐波和不平衡度分布,并对高速电气化铁路对电力系统的谐波和不平衡分布影响的规律进行了分析和总结。实际系统的计算结果、测试结果和理论分析结果都表明了该方法的正确性和有效性。

基于慢同调理论和希尔伯特-黄变换的发电机在线同调识别

提出一种在线同调机群识别方法。根据慢同调分群算法确定线性化系统的最优慢同调聚合分群数,根据分群矩阵的相关系数、振荡模式的参与因子,以及广域测量系统提供的功角信息,利用希尔伯特-黄变换提取发电机的振荡模式能量谱,实现扰动后的发电机群的同调识别。通过WSCC系统和新英格兰10机39节点系统的仿真实验验证所提方法的适用性和有效性,该方法能全面反映系统在受扰后的动态特性和系统的非线性时变特性。

中国原子能科学研究院回旋加速器束流动力学与多物理场模拟技术发展与应用

经过60年的发展,中国原子能科学研究院(CIAE)独立自主地开展了基于PIC技术的强流回旋加速器束流动力学的大规模并行计算的核心算法研究,开发了CYCPIC2D、CYCPIC3D和OPAL-CYCL等强流回旋加速器束流动力学模拟程序,搭建了专用的高性能并行化计算机群PANDA。本文以CIAE已建成及在研的不同类型的回旋加速器为例,总结了回旋加速器基本束流动力学的分析方法和主要计算结果,并介绍了CIAE在回旋加速器束流动力学与多物理场模拟技术方面的发展与应用。

用于硼中子俘获治疗的强流质子回旋加速器中心区结构优化设计

中国原子能科学研究院目前正在研制用于硼中子俘获治疗(BNCT)的强流质子回旋加速器,该加速器设计引出能量14 MeV、质子束流强大于1 mA。相比引出流强为400μA的PET回旋加速器,BNCT强流质子回旋加速器对中心区相位接收度和轴向聚焦的要求更高。为实现mA量级的束流的加速和引出,BNCT强流质子回旋加速器采取了增加负氢束流注入能量、增大磁铁镶条孔径、使用用于增大Dee盒头部张角的阶梯状结构及调整加速间隙的入口和出口高度等一系列中心区结构优化设计,有效地提高了中心区的相位接收度,改善了轴向电聚焦。在新的离子源注入能量下通过数值计算得到实测场下的轴向电聚焦和间隙高度的关系,选取合适的间隙高度获得最佳的轴向聚焦,从而确定了mA量级束流的注入和加速的中心区结构。同时在设计中考虑空间电荷效应的影响,计算了不同流强下的束流尺寸变化。中心区结构在实测磁场下的优化设计计算结果表明,BNCT强流质子回旋加速器中心区的束流对中好于0.5 mm,相位接收度大于40°,中心区最高可接收流强3 mA。目前,新的中心区结构已进入机械加工阶段。

中国原子能科学研究院紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术研究

中国原子能科学研究院(CIAE)在20世纪90年代建造了一台30 MeV紧凑型强流质子回旋加速器后,经过近30年的发展,先后自主研发成功了基于剥离引出技术的能量为10 MeV、14 MeV、100 MeV、硼中子俘获治疗用14 MeV/1 mA等系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器。建成的100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器(CYCIAE-100),是目前国际上能量较高的一台紧凑型强流质子回旋加速器,最高流强达到520μA,束流功率达到52 kW。建成的硼中子俘获治疗用的质子回旋加速器,也是我国首次自主研发成功的引出质子束流强达到mA量级的强流质子回旋加速器。在系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器研发过程中,CIAE对剥离引出后的束流色散效应、剥离膜与束流夹角对引出后的束流品质的影响、单圈剥离引出技术等紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术等方面展开了研究,且自主开发出了剥离引出计算程序,为紧凑型强流质子回旋加速器的应用作出了贡献。

230MeV超导回旋加速器束流测量装置的设计研究

在230Me V超导回旋加速器调束的过程中,需要对束流的大小形状和对中情况进行测量分析,束流测量装置可以满足上述要求。本装置利用径向靶和包络靶可以测量半径150mm到850mm范围内的束流,采用了双X型圈密封结构,大大缩短了径向空间,密封性能好。直线驱动装置运动平稳可靠,靶杆带动靶头运动精度高,可为后续的束流测量装置的设计提供参考依据。

基于转子角轨迹簇特征的电力系统暂态稳定评估

机器学习技术已被广泛应用于暂态稳定分析领域。在基于机器学习的暂稳评估中,如何兼顾输入特征信息量的多少和整体计算效率,一直是需要解决的问题。为此提出一种基于转子角轨迹簇特征、由线性支持向量机(linear support vector machine,LSVM)和决策树(decision tree,DT)构成的组合式暂稳评估方法。首先,构建转子角轨迹簇整体特征的时间序列作为暂稳评估的输入向量,考虑到输入特征的时间维度,先通过LSVM对每个时序特征进行降维映射,再将降维后的结果输入至DT中,形成暂稳预测和稳定程度评估模型,并采用boosting技术进一步提高评估模型的准确性。对新英格兰10机39节点系统进行算例分析验证了方法的有效性,所提出的轨迹簇特征和组合算法具有较高的精度和计算效率,能较准确地指示系统的稳定程度,且对未知运行工况具有一定的泛化能力。

基于两阶段支持向量机的电力系统暂态稳定预测及预防控制

针对数据驱动的电力系统暂稳分析，考虑到安全域概念下的暂稳预测和预防控制对输入特征的不同要求，以及充分兼顾数据挖掘模型的直观性与准确性，该文提出两阶段支持向量机用于暂稳预测及预防控制。在第一阶段，采用可控特征和直观模型挖掘运行方式与暂态稳定的内在联系，并用于制定预防控制策略；第二阶段，采用复杂模型构建准确率高的暂稳预测模型；此外，第一阶段模型能够为第二阶段的暂稳预测模型的训练提供样本筛选的依据，从而缩短了预测模型的训练时间。仿真分析表明，经过数据缩减后，预测模型的训练时间大大缩短，所得模型仍具有较高的准确率；当系统被判断为不安全时，可提供发电机有功调整的预防控制措施，以保证电力系统安全稳定运行。

用于电力系统暂态稳定预测的支持向量机组合分类器及其可信度评价

目前,利用数据挖掘方法进行电力系统暂态稳定分析的研究,所用数据集普遍存在失稳样本少的样本不均衡问题,且挖掘模型的参数选择困难,缺乏对预测结果可信度进行评价。针对以上问题,文章提出用于暂稳预测的支持向量机(support vector machine,SVM)组合分类器及其可信度评价方法。首先采用改进bootstrap抽样得到多个类别均衡的数据集,利用随机特征子空间技术进一步压缩数据集;然后用压缩后的数据训练得到多个SVM分类器,各SVM的参数在经验范围内随机选取;最后,通过综合多个SVM的概率输出,得到组合分类器的预测结果,并对结果可信度进行评价。通过算例分析表明,改进Bootstrap算法能够明显减少对失稳样本的漏判,所提出的SVM组合分类器具有较高的预测准确度和可信度。

美国得州“2.15”停电事件分析及启示

2021年2月15日,美国得州电网发生停电事件。事件造成得州大部分区域停电,影响用户数超过480万。该文首先介绍得州电力系统概况。然后根据官方发布的报告梳理停电事件的过程,指出电力负荷激增、电源出力骤降、外部支援能力弱造成的电力供需不平衡是事件的直接原因,能源供应基础设施抵御极寒天气能力弱、市场机制下基础设施投资改造意愿不强是事件的深层次原因。最后结合我国电力系统实际,提出能源基础设施建设、电力设备耐受能力、电网互济能力、宏观调控与市场化、重要用户保障、极端天气应对能力和新技术研究等方面的启示。

美国加州“8·14”、“8·15”停电事件初步分析及启示

2020年8月14日、8月15日,美国加州电力系统独立运营商(CAISO)连续两天宣布进入三级紧急状态,一度中断超过40多万企业和家庭的供电。首先介绍了加州电力系统概况,然后描述了此次停电事件过程,并从高温影响、新能源出力波动、区域间电力互济、山火灾害、电力市场等方面初步分析了事件发生的原因,最后结合我国电力系统实际,提出了此次加州停电事件对我国电力系统发展的启示。

230MeV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制

在230 MeV超导回旋加速器中,磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。为满足束流对中和束流引出所需的磁场,设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。机械执行机构采用美国Thomson公司的精密直线执行器,其重复定位精度为±0.01 mm,位置传感器采用德国Novotechnik公司的直线位移电子尺,其重复精度为0.002 mm。此外,运动控制采用PLC加直线位移传感器负反馈闭环的方案。在实际工况下,系统定位精度达到0.05 mm,重复精度达到±0.02 mm,优于设计要求。此外,对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试,结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 60601-1-2:2004的要求。该驱动系统的研制,克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点,对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。

巴基斯坦“1·9”大停电事故初步分析及启示

2021年1月9日,巴基斯坦古杜电厂故障导致国家电力系统连锁反应,引发巴基斯坦自建国以来最大规模停电事故。事故导致巴境内所有主要城市陷入黑暗,包括首都伊斯兰堡、经济中心卡拉奇及第二大城市拉合尔。文中介绍了巴基斯坦电网概况,叙述了事故前电网运行状况及事故的发展过程、恢复等情况,从网架结构、保护机制、管理流程等方面初步分析了事故发生的主要原因。对比分析了巴基斯坦三次大停电事故,并结合我国电力系统实际,提出了此次巴基斯坦大停电事故对我国电力系统的启示。

GeV/mA量级高功率圆形加速器中整数共振的抑制与利用

固定场交变梯度加速器(FFAG)是下一代GeV/mA量级高功率加速器的可能性方案,有潜力产生平均功率高达数个兆瓦的质子束。GeV量级等时性FFAG属于圆形加速器,目前主要面临整数共振穿越和高功率束流的高效率引出两个瓶颈问题。为了解决这两项瓶颈问题,本文提出了整数共振抑制器(IRS)的概念。IRS不仅对整数共振有显著的抑制作用,还可以利用整数共振激发可控的径向振荡,扩大引出圈间距,提高引出效率。以中国原子能科学研究院提出的等时性FFAG(CYCIAE-FFAG)方案为例,IRS不仅可有效抑制整数共振引起的束流包络增长(小于5%),还可以用作引出圈间距优化(扩大至3 cm以上)。理论分析与数值模拟表明,基于IRS的设计方案有潜力成为下一代GeV/mA量级高功率圆形加速器的解决方案。