双碳目标下我国配电网形态快速演进的思考

许多国家大力推动能源转型,新能源快速发展,终端用能电气化水平不断提升,促进配电网形态逐渐演进。我国碳达峰到碳中和时间跨度仅为发达国家的1/2,配电网面临补短板、保增长、促转型的多重使命,形态演进的程度更加剧烈。该文提出按照城市、园区、农村3类场景和网络架构、技术管控、商业运营3种形态分析配电网变革演进的分类方法,研判配电网形态演进的驱动力、关键环节和宏观目标,认为:城市配电网将向着“大电网主导、负荷柔性化调控、新型储能灵活配置的配用电系统”演进,园区配电网将向着“大电网支撑、多能互补型的综合能源系统”演进,农村配电网将向着“分布式新能源和储能主导,与大电网互联的新型局域电力系统”演进。政产研用各相关利益主体宜建立系统思维,运用系统方法,协同源网荷储各要素有序友好地推进配电网规划、建设和运营。

基于多通道卷积神经网络的甚低频/低频雷电辐射电场波形分类方法

雷电过程中产生多类雷电辐射电场波形,基于特征值的传统分类方法易误分类。为准确分类雷电辐射电场波形,该文提出了一种基于多通道卷积神经网络的甚低频/低频雷电辐射电场信号分类方法,该方法采用深度网络直接处理电场波形以减少先验知识依赖,设计多通道并行卷积核以有效提取雷电波形多尺度特征,引入shortcut连接以加速模型收敛。基于合肥地区实测雷电数据,该文建立了回击、初始预击穿、窄双极性脉冲以及云闪4分类波形数据集,模型训练结果表明该模型识别准确率达到99.4%,与经典机器学习方法以及主流深度神经网络模型分类性能相比,所提模型在分类准确率及训练收敛速度上均达更优水平。基于该模型,该文采用知识蒸馏方法获得了适用于低算力计算平台的部署模型,部署模型在合肥某雷暴活动中单次分类耗时仅59ms,算力需求降低66%,分类准确率为99.0%,实现了模型在低算力计算平台上的可靠应用。

正极性长空气间隙放电不稳定先导通道温度演化规律研究

先导放电是长空气间隙击穿的主导物理过程,是一种高电导率且以热电离过程为主导机制的热等离子体,获取不稳定先导通道温度分布对于揭示先导起始物理机制以及建立先导放电全过程仿真模型至关重要。该文利用脉冲驱动高功率LED光源,建立一套高时空分辨率定量纹影系统,并开展1.0m棒-板间隙正极性先导放电定量纹影观测实验。实测结果表明,在不稳定先导电流持续注入期间,通道轴向温度分布较为均匀,且通道热直径在径向上呈现持续快速扩张,并最终导致不稳定先导放电停止。此外,获得维持不稳定先导放电发展的通道轴线温度临界值为5000K。通过分析发现热传导过程是先导弛豫阶段的主导能量耗散机制,并导致通道轴线温度始终呈现下降趋势,最终稳定在1600K,较暗区通道中心温度稳定值要高。研究对于揭示先导放电物理机制和支撑建立先导放电发展模型具有重要的科学意义和工程应用价值。

竹纤维增强同源生物油改性酚醛树脂复合材料的创制

纤维增强树脂复合材料具有轻量化、高性能的优点,在航空航天、风电等行业有着广泛的应用。在“以竹代塑”背景下,以竹纤维和竹材衍生物为原料制造绿色复合材料成为竹材加工利用的热点方向。本研究分别采用竹纤维和生物油酚醛树脂来替代玻璃纤维和石化原料酚醛树脂,制备出了竹纤维增强生物油酚醛树脂复合材料,重点研究了不同固化剂对树脂固化性能的影响,并基于正交试验对复合材料的手糊工艺参数进行了优化。结果表明:(1)成功制备了可中低温固化的生物油酚醛树脂,树脂粘度300 mPa·s,固体含量45.15%,pH值10.91;使用的复配固化剂优化质量配比为m(对甲苯磺酸)∶m(盐酸)∶m(磷酸)∶m(无水乙醇)=10∶1∶2∶4,适宜添加量为5%,凝胶时间为26 min,较好地满足手糊法制备复合材料的工艺要求。(2)在纤维/树脂比例40%、固化时间5 h、固化温度70℃的工艺参数下,制备的复合材料弯曲强度达到105.57 MPa,拉伸强度为62.48 MPa,力学性能较优。所创制的新型竹纤维增强同源生物油改性酚醛树脂复合材料具有绿色低碳、轻质高强的特点,有望应用在竹质建筑、家居、板材、汽车/高铁内饰等建筑建材类和工业生产类代塑领域。

“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。

全景信息感知及智慧电网

碳中和的目标和可再生能源的快速发展为电力系统带来新的机遇与挑战。加快电力系统的数字化转型,建设智慧电网成为电力系统未来发展的重要路径。该文基于第265期“双清论坛”,以“全景信息感知赋能电网智慧”为主题,凝练基础科学问题,从电网先进传感理论与技术、电力能源装备智能感知技术、基于全景信息的电网智能分析运行控制3个方面综述了当前研究现状,指出该领域未来研究重点,为我国智慧电网发展提供参考。

环保型绝缘气体电气特性研究进展

为综述近年来环保型绝缘气体的电气特性研究进展,推进新型环保气体研发和应用研究,从放电机理、放电特性、新气体设计3个层面出发,提炼了采用临界约化场强和击穿场强两种方式评估环保气体绝缘性能的方法及适用条件,得到局部不均匀电场、气压、温度和混合气体等因素对气体电气性能的影响,为评估新型气体的电气性能提供了系统的方法。为解决新气体研发效率低下的问题,介绍了基于气体分子微观参数进行性能预测的理论。最后,提出了环保型绝缘气体电气特性研究的两个方向：一是考虑实际设备中多影响因素耦合下已有环保气体的绝缘性能优化;二是基于分子结构参数进行理论预测,探索电气性能更优异的环保气体。

低压直流系统故障电弧特性、检测和定位方法研究进展综述

低压直流系统的应用范围逐步扩大,直流电弧故障成为影响直流系统安全运行日益突出的问题。直流电弧不存在电流过零点,串联型电弧在原有回路中引入非线性电阻,而使回路电流减小。因此,串联型电弧故障较并联型电弧故障更难以检测。该文对直流故障电弧的国内外研究现状进行总结,从伏安特性和高频特性两个方面介绍直流故障电弧的特性,指出直流电弧特性研究中的不足;进而将直流电弧故障的检测和定位方法划分为基于辐射特性、基于电压和电流时频域阈值,以及模式识别的方法,分别阐述各类检测和定位方法的优缺点以及适用条件,指出故障检测和定位的难点,并对未来研究方向进行展望。

淋雨对短空气间隙操作冲击放电影响的实验研究

为研究降雨条件下空气间隙的操作冲击放电特性,通过实验对比研究获得了干燥和淋雨条件下间隙距离为10～60 cm球-板、棒-板间隙正极性操作冲击放电曲线。研究表明淋雨造成球-板间隙正极性操作冲击击穿电压降低幅度大于棒-板间隙;雨量大小对棒-板间隙击穿电压的影响不明显;雨量为0.5～3.9mm/min时,直径10cm球电极间隙距离30cm,操作冲击击穿电压较干燥条件降低15.8%～32.6%;雨水电导率为100～2000μS/cm时,击穿电压随电导率的增加而降低,但随着间隙距离的增加,球-板、棒-板间隙操作冲击击穿电压降低幅度减弱,且雨水电导率对球-板间隙操作冲击击穿电压的影响更为明显;雨水的存在会使放电时延较干燥时有变短趋势,使间隙在波前击穿的几率增大,且雨水通道会影响放电的发展路径。

雷电冲击电压下环氧树脂基频率选择超材料沿面放电特性

频率选择超材料是隐身雷达罩的理想罩体材料,内部存在大量周期性金属超结构单元,常规雷电屏蔽方法无法对其形成有效保护。该文利用环氧树脂基材制备一种频率选择超材料,研究雷电冲击电压下这种超材料表面的放电通道形貌特征,提出夹角因子参数并测量了50%沿面放电电压。在此基础上,利用夹角因子对超材料表面绝缘特性进行评估,得出沿面放电电压随偏离角变化的规律。结果表明,超材料表面放电通道呈折线型,由两类放电路径组成:第一类路径与超结构周期方向平行,第二类路径与超结构周期方向夹角45°。进一步分析发现,超材料沿面放电的主通道发生在沿绝缘间隙总长度最短的路径上。随着双电极连线偏离超结构周期方向角度的增大,沿面放电电压先增后减,当偏离角为0°或45°时,放电电压较低;当偏离角为22.5°时,放电电压较高。研究结果可为超材料隐身雷达罩的雷电防护提供参考。

含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性实验研究

为研究交流电压下含有电位悬浮导体的组合空气间隙放电特性,文中以棒—板组合空气间隙模型为研究对象,实验研究了悬浮导体的空间位置对组合间隙放电过程的影响。研究表明,悬浮导体位于高压电极或接地电极附近,短间隙在较低电压下首先被电弧短接,随着电压继续增加,整个间隙完成击穿;悬浮导体位于间隙中部,电压达到临界值时,多个间隙几乎同时击穿。电场仿真表明,悬浮导体引起的空间电场畸变是影响组合间隙放电过程的主要原因。在此基础上,通过实验进一步研究了悬浮导体长度、位置,高压电极和接地电极形状对击穿电压的影响。研究结果对深入理解含有电位悬浮导体的空气间隙放电机理以及击穿特性具有一定的参考价值。

直流升压条件下频率选择超材料流注放电特性

频率选择超材料是一种理想的雷达罩材料,但其雷电屏蔽失效率较高,制约了这种材料的工程化应用。本文制备两种典型结构频率选择超材料,基于雷击放电过程中目标物附近的电场变化,设计直流升压条件下的超材料流注放电试验方法,从放电形貌、击穿电压和电荷沉积三个方面,对比研究两种超材料的放电特性,分析两种超材料的电场分布情况。结果表明,谐振环型超材料的击穿电压最高,细丝状放电较暗且密集,靠近接地位置的细丝状放电较多;耶路撒冷型超材料的击穿电压最低,细丝状放电较亮且稀疏。进一步分析发现,细丝状放电导致带电粒子积累到蒙皮表面形成表面电荷,表面电荷密度达上百μC/m2,在蒙皮内部产生与外加电场同向的电场,数值达几十kV/cm,显著提高了蒙皮内部电场强度,蒙皮在外加电场和表面电荷的双重作用下发生击穿。希望研究结果能够为超材料的雷电防护提供参考。

电容器组用SF6断路器弧触头关合磨损特性

电容器组用SF6断路器存在关合涌流,其预击穿电弧烧蚀使动、静弧触头间机械磨损加剧,研究弧触头机械磨损,提出改善磨损措施,对提高断路器电寿命具有重要意义。通过弧触头碰撞接触应力与电弧烧蚀温度场仿真计算,分析高温下弧触头物性参数,结合试验后弧触头的检测分析揭示了弧触头在常温和高温情况下的磨损机理的类型,提出减少磨损措施的建议。常温下弧触头磨损符合磨粒磨损的特点,电弧烧蚀的高温下,烧蚀中心区域,以粘着磨损为主;距离电弧烧蚀中心较近处,CuW与CuW滑动接触区域同时具有磨粒磨损与粘着磨损的特点;距离电弧烧蚀中心较远处为磨粒磨损。提出的解决措施为弧触头间尽可能为面与面的平行接触,增大接触面积,适当提高断路器关合速度,以减轻弧触头磨损。

长江中下游杂交油菜主推品种株型特性与产量性状相关分析

针对特定油菜品种进行多区域多年份的数据分析,以期更好地揭示油菜株型特性与产量性状相关关系。选择近10年间长江中下游广为应用的5个优质杂交油菜代表性品种,以长江中下游国家新品种区域试验数据为依据,分析各品种在特定区域、不同年份的主要株型特点及产量相关因子的相关关系。5个品种的株型均符合高产品种特点,其分枝高度占比平均为0.34~0.39,主花序长占比0.34~0.37,且品种间不存在差异,表现出角果层密度与单株产量和小区产量均呈极显著正相关(相关系数分别为0.64和0.22)。另一方面,虽然长江中、下游两个种植区产量及株型等其他性状普遍存在显著差异,尤其是随着种植密度的提高,株高、分枝起点和角果层密度均发生极显著改变,但年度间小区产量差异并不显著。跟踪并分析多年多环境下高产品种的株型性状变化及产量表现,可为优质高产品种培育提供更有效的试验依据与理论参考。

冲击电压下方形谐振环频率选择超材料蒙皮的沿面放电长度影响因素研究

频率选择超材料是极具前景的先进雷达罩材料,然而其雷电屏蔽失效率较高,工程化应用受到限制。选择最优的分流条间距是保障超材料电磁传输效率和雷电屏蔽成功率的关键,冲击电压下超材料蒙皮的沿面放电长度是决定分流条最优间距的因素之一。基于实际雷达罩结构,设计并搭建了针对方形谐振环频率选择超材料进行蒙皮沿面放电的试验模型,研究超材料接地水平间距、蒙皮放电次数、蒙皮材质对蒙皮沿面放电长度的影响,观察了放电后蒙皮表面的损伤部位微观形貌,测量了蒙皮表面电阻率以及蒙皮表面电荷分布情况,并基于上述观察和测量结果,对蒙皮表面放电的试验结果进行了分析。结果表明:超材料接地水平间距的变化对玻纤/环氧树脂蒙皮沿面放电长度影响较小;随着蒙皮放电次数的增加,玻纤/环氧树脂蒙皮沿面放电长度逐渐增加;蒙皮表面电阻率对沿面放电长度有显著影响,表面电阻率与介电常数乘积较小的蒙皮显示较大的沿面放电长度。研究结果可以为超材料雷达罩的雷电防护提供参考。

交流GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动和局部放电特性

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)绝缘子沿面闪络严重威胁供电安全,故障诱因通常归结为GIS绝缘子表面存在的金属颗粒。GIS内金属颗粒尺寸主要是亚毫米级,认识和了解GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性是分析GIS绝缘子沿面闪络诱因无法回避的问题,但因为研究难度较大,一直以来GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的局部放电特性和运动特性尚不被掌握。为此,在前期研究的基础上,建立灵敏度可达0.02pC的综合局放测量系统和运动观测系统,观测获得了GIS绝缘子表面单个、2个、多个亚毫米级金属颗粒的运动特性和局部放电特性,采用有限元法和电磁场理论分析GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的运动机制和局部放电机制,并揭示了两者的关联关系,最后讨论特高频法现场检测技术对GIS绝缘子表面亚毫米级金属颗粒的检测失效问题。

GIS绝缘子局部放电高灵敏测量方法及应用

局部放电脉冲电流法是检测和研究气体绝缘开关设备(gasinsulatedswitchgear,GIS)绝缘子绝缘缺陷必不可少的试验方法,但近年来研究和实践发现,常规脉冲电流法对GIS绝缘子表面局部放电存在识别灵敏度不足的问题,亟需进一步提升脉冲电流法的局部放电识别灵敏度。为此,首先分析常规脉冲电流法局放识别灵敏度难以提升的原因,并针对其不足,提出脉冲电流分布测量法;其次,在实验室建立了灵敏度达0.02pC的126kV GIS绝缘子局部放电高灵敏综合测量系统,通过对比脉冲电流分布测量法、特高频法、光测法的测量结果,验证了脉冲电流分布测量法的局放识别灵敏度,并解释了GIS绝缘子表面微金属颗粒局部放电呈现偶发特性的原因;最后,将脉冲电流分布测量法应用在252kV绝缘子局放出厂试验中,局放识别灵敏度可达0.05pC。

正极性冲击流注—先导转化放电通道温度测量研究

正极性长空气间隙放电是输变电系统外绝缘和雷电放电物理的研究基础,而流注—先导转化过程一直是长间隙放电机理以及雷电上行先导放电研究所关注的重点。为了获得流注—先导放电转化过程中电学、热力学参数演化规律及其关联关系,以1.0m棒–板空气间隙为研究对象,通过构建适用于流注—先导转化放电过程热特性试验观测系统,实现电压、高电位放电电流、放电通道光学形态、纹影图像的同步观测。获得从流注放电起始到先导通道形成过程的高速纹影图片,并通过Abel逆变换反演获得初始先导放电通道气体密度、温度的径向分布及其时间演化规律,发现因首次流注放电注入电荷量的增加,暗区时间内放电通道中心温度随时间的变化趋势由上升变为下降的两类现象。基于Gallimberti流注—先导转化零维模型,分析不同流注茎初始半径和能量分配系数对暗区内温度变化规律的影响,得出模型只适用于暗区温度上升的放电情况。该文的研究工作可为正极性先导起始判据修正和物理模型的完善提供参考。

风力发电机叶片叶尖段外覆导体接闪系统的雷击防护性能研究

风力发电机叶片的雷击防护问题一直是风电系统安全运行关注的焦点。随着风电机组单机容量的增加,塔筒的高度、叶片的长度也随之增长,叶片接闪系统的雷击防护失效问题愈加严重。为了解决GFRP叶片复合材料的雷击击穿问题,提出一种在叶片前缘/尾缘外覆条形导体的接闪系统设计方案,可降低叶片内部接地引线表面电场强度,减小接地引线产生放电并引起叶片外部放电接闪的概率。建立风力发电机三维雷击先导发展模型,计算分析不同外覆导体长度、不同运行工况条件下叶片接闪系统的防护效果,结合现场运行数据,确定外覆导体的最优设计长度为叶片总长度的12%,此时可减少92%的雷击事故。开展雷电/操作冲击下模拟叶片放电击穿试验,对比敷设和不敷设外覆导体时叶片的放电击穿概率,结果表明叶片前缘/尾缘外覆的条形导体对其敷设范围内的下行先导可全部有效接闪,防止叶片击穿,而对其敷设范围以外的下行先导外覆导体的防护效果大幅下降,验证了外覆导体接闪系统防护的有效性和局限性。

风力发电机组下行雷击风险计算方法

风力发电机组年雷击事故次数是评估机组雷击防护水平、指导机组雷击防护系统设计和优化的重要指标。机组年雷击事故次数与机组年雷击次数有关。目前,广泛应用IEC标准中推荐的经验公式进行机组下行雷击风险评估。IEC推荐方法脱离雷击物理过程,无法反映雷电流幅值、机组几何形状等因素对机组雷击截收区域面积的影响。该文提出了一种基于自洽先导起始发展模型的风力发电机组下行雷击风险计算方法,该方法可以体现雷击接闪物理过程。验证计算表明方法计算所得机组年负极性下行雷击次数相比IEC推荐方法的计算结果更接近观测获得的机组实际年负极性下行雷击次数。利用该方法,进一步计算获得了机组容量与机组下行雷击风险之间的定量关系,并讨论了叶片旋转对机组下行雷击风险的影响。