新型配电网的低碳性评估与减碳措施研究

构建以新能源为主体的新型配电网是实现碳达峰、碳中和目标的关键途径。随着能源结构和系统形态的改变,配电网碳排放特性也发生显著变化,准确评估低碳性对新型配电网的规划和运行都具有重要意义。揭示了新型配电网低碳性内涵,全面总结了适用于新型配电网低碳性评估理论体系。首先,从电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧4个方面对新型配电网的内涵进行了分析;其次,梳理了描述配电网低碳性的低碳指标体系,并对综合评估方法、碳排放分析法和仿真模拟法3种低碳性评估方法进行研究综述;最后,从源、网、荷、储4个方面归纳总结了新型配电网减碳措施的关键技术,以期为后续新型电力系统建设、运行等提供借鉴。

面向数字孪生应用的变压器温度场有限元降阶建模方法研究

针对油浸式变压器瞬态流固耦合温度场求解存在模型自由度高导致耗时长达小时级的缺陷,构建了变压器数字孪生降阶模型,基于该模型可快速求解瞬态温度场。首先建立基于物联网(internet of things,IoT)的变压器数字孪生实现架构,搭建瞬态流固耦合温度场伽辽金有限元全阶模型。其次,提出将本征正交分解(properorthogonal decomposition,POD)与有限元结合建立瞬态温度场降阶模型,并结合实测数据给出数字孪生建模与降阶计算流程。最后,开展实际变压器温升试验确保全阶模型准确性,并应用不同阶数降阶模型快速计算温度场分布,比较各阶模型的计算误差与时间。结果表明:计算值与实测值的温升误差绝对值满足在1.5℃以内;3阶模型计算结果与全阶模型结果符合POD误差规范要求;降阶模型与全阶模型相比其计算时间由小时级降至秒级。研究结果验证了降阶模型的准确性与时效性,可以在保证数字孪生模型求解精度的同时最大限度提高求解效率。

高压真空断路器电机操动机构转子设计仿真研究

针对126 kV真空断路器电机操动机构在实际操作中出现的驱动电机永磁体松动和脱落等问题,文中提出燕尾槽表贴埋入型、直线内嵌型和外V内嵌型等3种驱动电机转子的改进型方案。在对其结构进行对比分析的基础上,采用有限元法对各种改进型转子在驱动电机操动断路器进行分、合闸操作时的瞬态磁特性和动态机械特性进行仿真分析。结果表明,燕尾槽表贴埋入型转子改进结构能有效避免电机永磁体因机械冲击造成的松动和脱落,提高了操动机构的工作可靠性,是驱动电机转子的理想改进设计方案。

基于分类区分度和相关性的手形特征选择方法

针对手形特征识别中,由于特征间高相关性产生冗余而降低识别性能的问题,提出利用信息增益和相关系数分别对特征的分类区分度和相关性进行评价,并经过综合分析对手形特征进行优化选择。该方法能够保留分类中起关键作用的特征,并同时去除高相关性的冗余特征量。为了证明该方法的有效性和准确性,采用浮动搜索的方法,以识别率为评价函数确定特征优化组合。实验结果表明,优化后6个特征组成向量的识别率达到96.24%,比全部9个特征组成的特征向量提高了0.43%,同时由于特征数目的减少也降低了运算时间。该方法可以避免常用的搜索性选择方法的复杂性,并有效去除手形识别中低区分度和高冗余的特征,有利于简化算法并与其他特征进行融合使用。

LST变换和手部几何特征融合的模糊掌纹识别

为了解决非接触采集时的离焦状况容易导致掌纹图像出现模糊现象,从而造成识别系统的性能降低的问题,在建立模糊模型并分析模糊现象机理的基础上,提出了一种新的解决方案。使用拉普拉斯平滑变换(laplacian smoothing transform,LST)提取模糊掌纹的低频系数作为稳定特征,提取手部几何特征即手指相对长度和宽度作为特征向量,将LST特征和几何特征进行融合,最后利用特征向量之间的欧式距离进行匹配和分类。在自建的SUT-D模糊掌纹图库上的测试结果表明该算法等误率可达7.01%,与融合之前及其他典型识别方法相比,等误率最高可降低13.11%,显示出该算法具备有效性,为解决模糊掌纹的识别问题提供了一条可行途径。

含有受控源的改进结点电压方程

结点电压法是适合计算机辅助分析的一种电路分析方法。由于该方法仅通过结点支路关联矩阵即可确定电路的拓扑结构,不需要确定树和回路矩阵,使通用程序的编写相对容易。但是结点电压法对电路中含有受控源和无伴电压源时需要另行处理,针对这种特殊情况提出了含受控源电路的改进结点电压方程的矩阵形式。分别给出了正弦稳态下含受控源以及含无伴独立电源电路的结点电压方程推导过程,进而得到统一的以结点电压和无伴电压源中电流为电路变量的混合变量矩阵方程。最后从编程的角度给出了电路信息的规范输入方法。通过算例验证了所得方程适用于含有耦合电感、受控电源、无伴独立电源电路的稳态分析,具有通用性。

非接触采集手形相对特征识别性能分析

因非接触采集方式而产生的成像缩放与倾斜变形现象,使得成像后手形各特征的尺寸发生变化,从而造成绝对特征识别性能的显著下降。针对该问题作出了光学成像分析,证明了因倾斜变形现象产生的影响远小于缩放现象。因此在选用相对特征避免缩放现象的干扰后,利用类内方差均值和Fisher判别率,对变形后相对特征的稳定性和识别性能进行分析。实验结果表明,定义的相对特征可以作为稳定特征用于识别,同时经过小样本实验得到34个相对特征组成的向量,其识别率达到88.93%,说明该特征向量可以在小样本范围达到手形特征的有效识别,并可以作为手部识别的部分有效特征。

手三模态融合识别方法

由于嵌入式身份识别装置数据处理能力有限,提出一种旨在降低数据处理量,提高数据处理速度,能够在低分辨率图像下保持较高识别性能的手三模态融合识别方法。首先根据手形识别速度快,识别率较低的特点,将登录对象划分为三类,即第一类身份确认,第二类身份否决,第三类身份待定。然后,根据掌脉和掌纹识别准确性高、识别速度慢的特点,仅将处于第三类的登录对象进行低分辨率掌纹掌脉图像的数据融合识别,并将此作为第三类对象的最终识别结果。在自主研制的非接触低分辨率三模态图像采集装置上的实验结果表明,融合后的识别率与单模态相比可提高2.9%到7.1%,与其它融合方法相比提高0.66%到1.89%;手形识别后需要进行掌纹掌脉融合识别的数据量占总数据量的21.56%,数据处理时间约为完全进行掌纹掌脉融合识别所需时间的27.89%,约为其它方法处理时间的15.48%到20.43%,速度提升比较明显,应用于嵌入式数据处理系统具有显著优势。

基于LSTM模型的变压器顶层油温预测方法

变压器油温是直接反映变压器散热性能的指标,准确预测变压器顶层油温有利于监测其运行情况。通过分析传统变压器顶层油温数学模型,综合考虑负载率与环境温度对油温的影响,确定以负荷数据峰值与谷值的有功功率、无功功率和环境温度作为特征量,提出了一种基于长短时记忆(Long Short Term Memory Network,LSTM)网络算法的变压器顶层油温预测模型。以变电站真实数据做实例仿真分析,训练所提的LSTM预测模型,并选取5个随机样本进行预测;同时,分别搭建BP神经网络(BPNN)和循环神经网络(RNN)预测模型对相同样本做预测,并截取前30时刻预测数据与LSTM模型的预测值做对比。仿真结果表明,基于LSTM的温度预测模型的计算精度最高,误差率控制在5%以内,预测值与实际值变化趋势基本一致。该模型可有效实现变压器顶层油温的预测。

基于LSTM-FCM聚类的专变私下扩容监测方法研究

专变私下扩容行为不仅侵犯了电力企业的利益,还会影响电网的安全运行。目前专变扩容监测的方法由于需要人为选取多组一二次侧电压电流做数据拟合,不能达到可监督和智能化的要求。该文以数据驱动的方式开展专变扩容监测研究,分析了当变压器负载不变时扩容行为引起多种电气参量的综合变化,并确定以一次电流、二次电压偏离度、功率因数、三相不平衡电流作为特征训练负载率计算模型,将负载率计算值与监测值的误差作为判断扩容的依据。进一步提出基于长短期记忆(long short term memory,LSTM)网络嵌套模糊C均值(fuzzy-C-mean,FCM)聚类的扩容监测方法,应用真实用电采集系统数据进行算例分析,结果表明基于LSTM-FCM聚类的负载率计算模型,负载率计算误差在5%以内,单次计算的时间在0.05s左右,可以达到监测专变扩容的目的。

高压断路器电机操动机构控制方法研究

针对高压断路器电机操动机构控制系统的分散、时变等控制特点,提出一种基于非线性预测自校正智能控制方法。针对时变惯量、时变负荷,分析新型断路器的结构特点,采用机械结构动力学模型建模方法,并用递推公式建立动触头的运动方程。针对伺服电机操动机构,采用智能控制方法,建立电机操动机构自适应调节断路器分合闸速度控制模型,可以提高控制系统的可控性。仿真结果表明:电机操动机构应用智能控制方法,能够完成断路器分合闸速度调节的智能化;该方法可以实现触头速度根据电力系统工况自适应调节分合闸速度。

特高压交直流系统的稳定控制仿真研究

随着电力系统的发展,纯机电暂态仿真和电磁暂态仿真在分析大规模特高压交直流混合电网时已呈现明显不足.为了准确地分析特高压交直流输电系统的动态特性,基于电力系统全数字实时仿真平台(ADPSS)搭建了特高压交直流输电系统的机电—电磁暂态混合仿真模型,并对整流侧和逆变侧交流母线故障进行了仿真分析.结果表明,所设计的仿真模型可以有效地掌握直流系统内部器件的详细动态过程,并且为特高压交直流系统的稳定控制提供技术支持和理论指导.

特高压交直流输电系统暂态混合仿真研究

随着电力系统发展,纯机电暂态和电磁暂态仿真在分析大规模特高压交直流混合电网时已呈现明显不足。为了准确分析特高压交直流输电系统的动态特性,文中基于电力系统全数字实时仿真平台(ADPSS)搭建了特高压交直流输电系统的机电—电磁暂态混合仿真模型,并对整流侧和逆变侧交流母线故障进行了仿真分析。结果表明通过机电—电磁暂态混合模型仿真结果输出,能够有效体现直流系统整体以及局部的各个元器件的详细动态过程,为特高压交直流系统的稳定控制提供技术理论支撑。

高压断路器电机机构智能控制系统研制

为满足智能电网建设对智能化设备的需求,提高高压断路器的操控性能及运行可靠性,应用现代智能控制技术的电机操动机构得到越来越多关注。针对真空断路器电机操动机构控制特点,提出一种永磁电机机构模糊免疫PID速度随动跟踪智能控制方法。为实现操动机构智能控制,研制基于DSP28335+FPGA+单片机多CPU结构全数字化伺服电机操动机构控制系统,并对断路器不同的运行状态:分/合闸操作、自动重合闸、分阶段速度调控及速度跟踪等操作分别进行测试,验证研究的控制方法及控制系统有效性。实验结果表明:该控制系统参数在PWM为10 kHz,占空比为80%时,126 kV真空断路器机械参数为:合闸时间为38 ms,分闸时间为21 ms;平均合闸速度为2.24 m/s,平均分闸速度为3.63 m/s。满足了真空灭弧室分合闸时间以及分合闸速度等参数要求,所研究的电机操动机构控制技术能够对高压真空断路器的运行状态进行有效控制。

变电站接地阻抗降阻措施评估方法

针对高土壤电阻率地区变电站接地阻抗难以达标以及雷电冲击导致的变电站二次系统受到暂态干扰等问题,以某220kV典型变电站为例,现场测试了土壤分层数据、接地网接地阻抗和暂态地电位差分布状况,对其接地网工频和冲击特性多个维度开展了安全评估分析.通过进一步搭建接地网仿真模型,开展仿真计算,得出了初步降阻改造方案.研究结果表明,针对高土壤电阻率地区变电站接地网要通过多个维度去评估其地网安全性,不能盲目追求降低接地阻抗这一单一指标,要通过综合降阻措施使其满足安全设计要求.

550 kV GIS内隔离开关机械故障仿真研究

针对550 kV GIS内隔离开关在实际操作中出现的传动链失效以及传动机构堵塞等问题,文中搭建了隔离开关等效模型,计算了等效负载转矩以及等效转动惯量,分析了隔离开关与电机操动机构的运动配合关系。在对其结构进行对比分析的基础上,采用Ansoft软件对2种不同故障下GIS内隔离开关分合闸驱动电机的转矩、电流以及加速度进行仿真分析。结果表明,驱动电机在超过正常换相时刻范围后仍然没有检测到电流换相且电流基本稳定,则说明发生卡塞堵转故障;若第一次换相时刻较正常情况有较大差异,说明负载发生较大变化,时刻提前则有可能发生传动部件松脱而导致负载下降,时刻延迟则有可能发生部件卡涩致使摩擦加剧,负载上升。