Development and Application of Lightning Protection Technologies in Power Grids of China

In recent years,along with the rapid expansion of power grids,the increasing complication of grid structures,and the development of smart grids and energy technologies,the lightning protection of power grids becomes increasingly prominent.Power grids of China have acquired significant achievements on lightning protection technologies,which are reviewed in this paper.A technical route of lightning protection is introduced in detail; it allows us to find problems through detection and measurement of lightning,to analyze problems through evaluation and simulation of lightning,to solve problems through lightning protection measures,and to prevent problems through hazard risk warning of lightning.Following the route,the technical breakthroughs of these four aspects in China are presented,including the chinese lightning detection network(CLDN),natural lightning observations,lightning faults detection at transmission lines,lightning current measurements,progresses in lightning distribution maps,lightning fault replays,lightning hazard risk evaluations,and lightning simulated experiments,as well as novel lightning protection measures.The practical devices and systems corresponding to the technologies mentioned above are also introduced and discussed.Due to the progress of lightning protection technologies in recent years,despite the rapidly growing length of transmission lines in China,the lightning accident rate is controlled at a certain level.

Protection Strategies against Cascading Failure for Power Systems of Ring Network

Power grid vulnerability is a key issue with large blackouts, causing power disruption for millions of people. The complexity of power grid, together with excessive number of components, makes it difficult to be modeled. Currently, researchers use complex networks to model and study the performance of power grids. In fact, power grids can be modeled into a complex network by making use of ring network topology, with substations and transmission lines denoted as nodes and edges, respectively. In this paper, three protection schemes are proposed and their effectiveness in protecting the power network under high and low-load attacks is studied. The proposed schemes, namely, Cascaded Load Cut-off (CLC), Cascaded Load Overflow (CLO) and Adaptive-Cascaded Load Overflow (A-CLO), improve the robustness of the power grids, i.e., decrease the value of critical tolerance. Simulation results show that CLC and CLO protection schemes are more effective in improving the robustness of networks than the A-CLO protection scheme. However, the CLC protection scheme is effective only at the expense that certain percentage of the network will have no power supply. Thus, results show that the CLO protection scheme dominates the other protection schemes, CLC and A-CLO, in terms of the robustness of the network, improved with the precise amount of load cut-off determined.

基于模糊神经网络的电网消防预警算法

针对传统基于阈值判别方法的电网火灾预警系统预测精度低、抗干扰能力弱的问题,提出了一种基于模糊神经网络的电网消防预警算法。该算法利用神经网络学习大规模电网数据,使用模糊逻辑推理算法来提升预测结果的推理能力,并通过结合神经网络对大规模数据的学习能力和模糊逻辑算法的推理能力来分析电网线路参数,从而提升电网消防预警系统的精度和抗干扰能力。实验与仿真结果表明,所提出方法能显著提升电网火灾的预警精度,且使用模糊逻辑推理可以得到更符合实际情况的电网火灾预警结果。

基于注意力机制的CNN-LSTM-XGBoost台风暴雨电力气象混合预测模型

极端台风暴雨灾害具有非线性、极差大以及多峰值等特点。为使电网及时获取预警信息,提出一种基于注意力机制的CNN-LSTM-XGBoost台风暴雨电力气象混合预测模型。首先,利用基于注意力机制的卷积神经网络(CNN)辨识关键台风暴雨灾害特征;然后,利用长短期记忆网络(LSTM)训练时间序列预测模型以挖掘台风暴雨时序特征,使用极限梯度提升算法替换模型输出层以缓解过拟合问题;最后,以2023年台风泰利为例验证所提方法的有效性。算例分析表明,所提模型具有较高的准确性,对预测精度的提升可达40.84%以上。

融合交通态势修正的台风灾害后多维度智能调拨策略

针对台风灾害后交通信息不确定、调拨策略考虑维度不足等问题,提出融合交通态势修正的台风灾害后多维度智能调拨策略。采用历史交通态势数据拟合道路通行时间概率分布,并基于拉丁超立方采样对交通态势进行随机抽样,以计算更准确的道路通行时间。考虑交通、电网、用户等多维度,以抢修队伍、抢修物资、应急发电车等作为调拨主体进行台风灾害后抢修调拨,提出考虑调拨距离、恢复时间、失负荷量最优的多维智能调拨策略,利用模糊隶属度函数求取帕累托前沿最优调拨方案。根据2018年台风“山竹”下的珠海市数据验证调拨策略的有效性。算例结果表明所提多维度智能调拨策略能有效缩短台风灾害后恢复进程,提升电网防灾减灾能力。

基于联络馈线负载率松弛约束的中压配电网供电单元划分

当前中压配电网供电单元划分时未能充分考虑相互联络馈线间所供负荷的互补特性,易造成供电单元数量偏多、整体线路利用效率偏低等问题,为此提出了一种基于负载率松弛约束的供电单元划分方法。构建了以供电单元数量最少、各供电单元内N-1校验后转供馈线负载率均衡为目标的中压配电网供电单元划分数学模型;解析了网格中站内供电单元与站间供电单元之间的划分次序问题,并提出了基于馈线负载率松弛约束的站间供电单元划分方法及以此为基础的站内供电单元划分方法。通过实例分析验证所提模型和方法可以对供电单元进行合理划分,节约变电站出线条数与供电单元数量,有效提高配电线路的资产利用效率。

基于RMT-CNN的电网短路故障定位研究

随着我国智能电网的快速发展,电网监测数据呈现多元化、高速化、海量化的趋势.为了充分挖掘电力大数据的潜在价值,实现电网内异常区域的自动识别与定位,本文研究了基于随机矩阵理论(random matrix theory,RMT)和卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)的电网异常事件定位方法.首先根据电网内部联系将电网划分为若干子系统,分区构建监测矩阵;然后采用RMT作为数据挖掘的特征提取方法,提取分区矩阵特征向量作为输入,根据电网监测数据和异常识别需求的特点搭建CNN模型;最后基于分区矩阵特征向量构建数据集,训练获得有效的异常事件自动定位CNN模型.以IEEE39节点电网模型三相短路故障为例,分析表明通过RMT提取特征向量的预处理方法能有效降低数据维度,提高CNN模型的故障定位准确率,分区RMT-CNN模型能有效定位电网内异常事件的发生地点,定位精度可达97.96%,精确率可达98.65%.

信息-物理-社会视角下的电力-交通耦合网络建模与协同优化

近年来,电动汽车(EV)、快速充电设施的高速增长将电力系统和交通系统这两个复杂的基础设施网络紧密耦合。EV具备充电时间和充电位置的灵活性,对于新型电力系统正是理想的移动储能资源,可提供规模巨大的时间、空间灵活调节能力。然而,宏观的电力-交通耦合背后是海量EV用户在各类信息引导下做出的微观社会化决策,构成了复杂的信息-物理-社会系统。从这一视角对电力-交通耦合网络建模分析与协同优化的相关研究进行了梳理。首先,对两网耦合的基本场景和关键挑战进行了介绍;接着,以社会层与物理层为重点归纳了融合微观车主决策与宏观网络动态的EV群体出行-充电行为建模方法;然后,进一步纳入信息层,总结了多类定价主体与EV间的策略交互与协同优化;最后,对电力-交通耦合网络建模分析与协同优化相关方向的研究进行展望。

面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域

燃气机组调峰的灵活性有助于提升可再生能源消纳水平,但所造成的管道压力剧烈波动却为天然气管网引入新的安全风险。该文提出一种面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域,以表征满足动态管流安全的燃气机组有功调整量的集合。首先,分析以时域连续的气负荷质量流率作为注入空间的天然气管网动态安全域难以实用化的原因。为此,提出将燃气机组进气口质量流率转化为有功调整量的函数,定义以初始运行点为基准、以各燃气机组有功调整量为注入空间的天然气管网动态安全域。为兼顾计算精度和效率,基于时空正交配置法对管网连续变量进行近似离散,建立安全域边界搜索优化模型。并进一步揭示天然气管网稳态安全域可通过松弛该优化模型中部分约束条件求解得到,为动态安全域的一种退化形式。算例结果表明,所提方法克服天然气管网稳态安全域对于日内安全分析过于乐观的局限性,有助于增强电力-天然气耦合系统的协同态势感知能力。

城市中压配电网雪花格式网架结构初探

为适应新型电力系统建设需求,提出一种适合国情的雪花格式网架结构。首先,总结国内外典型城市中压配电网结构的特征与优缺点;然后,结合天津已有网架结构,提出雪花格式网架结构及其构建方法;其次,分析测算雪花网结构的负荷转移能力、可靠性与效率效益水平;最后,从结构形式、适合场景等方面给出雪花网结构与花瓣结构等的综合对比情况。结果表明,雪花格式网架结构具有一定综合比较优势,可为中压配电网远景目标网架规划提供指导。

计及光伏波动性的主动配电网双层有功无功协调优化

针对含有高比例分布式电源的配电网在源荷不确定性和协调多种无功补偿设备等方面存在的问题,提出一种主动配电网双层有功无功协调优化策略。该策略首先针对离散型出力的有载调压变压器和电容器组,以网损和电压偏差为目标,建立上层优化模型;其次,下层优化模型通过储能出力平抑光伏的有功波动,同时通过调整静止无功补偿装置、光伏逆变器弥补光伏并网点的无功缺额,以配电网的有功波动和光伏并网点的电压偏差为目标,并采用改进的多目标粒子群优化算法求解该模型;最后,通过IEEE 33节点算例验证所提策略的有效性。该优化策略不仅提高了有功与无功的协调性,且实时性强,不依赖精准的设备控制,使配电网的经济性和可靠性得到提升。

基于CNN和LSTM混合网络的直流充电桩功率模块优化

直流充电桩内部功率变化动态性过强,不易捕捉及计算误差过大,提出基于CNN和LSTM混合网络的功率模块优化方法。根据充电桩电路工作原理,得到电路内部各项参数间存在的直接关联,根据该点采用三相电网平衡原理设计电力稳定控制函数,计算满足电压、电流以及功率最稳的调节比例系数,并作为调节点,建立CNN和LSTM混合网络多层次模型,计算有序、无序充放电过程的电力负荷变化,利用调节比例系数按照充电、放电所需功率需求完成优化。实验结果表明,所提方法的充电桩功率稳定,对充电桩的电压偏移量实现有效改善。

交通网络和电力网络融合承载力的研究综述

电动汽车作为交通电气化的核心,对减少温室气体排放和提高能源效率起到了积极的作用。显著增长的电动汽车保有量和市场占比对充电基础设施产生了一定的影响,如充电设施不足和电网负荷波动等问题凸显。本文深入梳理了交通网络承载力和电力网络承载力的基本概念、计算方法和评估指标,分析了交通与能源网络两网评估方法与两网融合韧性,并探讨了交通-电力融合系统潜在的挑战与策略;揭示出目前亟待开展的研究领域并指出了未来的研究方向,以期提高充电设施效率,缓解交通拥堵,保障电网稳定运行。

电力电子组网系统中构网型换流器间的协同限流研究

新能源快速发展下带来的100%电力电子设备组网独立运行的场景逐渐增多,由于缺乏传统同步发电机的惯性和阻尼,当基于不同控制类型的构网型换流器为系统提供电压和频率支撑时,其对外部干扰较敏感,负荷大扰动情况下,系统存在明显的过流问题。针对该问题,首先对单端构网型换流器设计了一种基于电流饱和算法的过电流抑制方法,以限制端口换流器的暂态过电流。其次,在多端口换流器协同限流方面,提出了一种基于不同控制类型的构网型换流器间协同限流控制方法,解决了不同构网型换流器组网时由于扰动造成的输出过电流问题,并实现限流控制与正常工作模式间的平滑切换。同时,建立系统的小信号模型,利用根轨迹分析主要控制参数对系统稳定性的影响。最后,搭建了控制器级硬件在环测试平台,对理论分析和所提方法进行了硬件在环测试,验证了所提方法的有效性和优越性。

基于双层网络频率控制的分布式风电并网研究

为研究含通信控制层的双层电网中分布式风电入网位置的选择,电网层采用二阶类Kuramoto模型进行建模,通信控制层收集发电机及其邻居节点信息形成控制信号并调整发电机的频率。根据负荷到原电网发电机节点的平均距离定义了3种并网方式,研究比较了含功率波动的分布式风电并网时最佳的入网位置。研究表明,加入双层网络频率控制可有效提高电网的同步性能和抗扰能力;分布式风电选择离原电网发电机节点平均距离小的负荷并网可提高电网稳定性。

基于网络交互与智能规则的调度操作指挥模块

针对传统的手打拟票、手工记录以及电话下令的业务开展方式已成为操作效率提升的瓶颈,提出在调度指挥控制系统(dispatch command control system,DCCS)上设计调度操作指挥模块。将电话下令转变为网络交互;构建多种基于智能规则的自动成票手段,取代传统的手打出票方式;操作完成后系统可自动记录设备状态信息并通知相关单位,实现调度操作全流程的网络化、信息化与智能化。模块上线运行结果表明,数据显示对调度操作效率的提升作用显著。

考虑转供与重构协同的多端柔性互联配电网供电恢复策略

柔性互联装置(FID)实现配电网不同馈线之间的柔性互联,可实现故障后配电网的快速恢复供电。该文以含直流网络的四端柔性互联配电网为研究对象,提出基于FID和网络重构的多端柔性互联配电网两阶段供电恢复策略。首先,在分析FID运行模式工作原理的基础上,提出了故障快速转供的FID平滑控制结构和考虑开关同期并网控制虚拟同步发电机(VSG)控制策略,支撑故障后第一阶段FID的快速供电恢复;然后,通过建立和求解考虑联络开关和FID容量限制的全局优化模型得出FID与网络重构相结合的第二阶段供电恢复策略,更大限度地恢复失电负荷;最后,利用PSCAD/MTDC仿真软件搭建了一个58节点四端含直流网络的柔性配电系统进行仿真验证。结果表明,所述供电恢复策略不仅能实现部分负荷的不停电转供,还能够通过网络重构大幅提高负荷恢复水平。

城市应急微网群管控关键技术综述

当城市供电系统发生较大范围的停电事故时,电动汽车、分布式电源等可构建应急微网群保证关键负荷的持续供电。高比例新能源和高度电力电子化使得应急微网群运行中面临暂态电压和频率安全稳定挑战。在微网群能量管理过程中,需要考虑暂态安全稳定约束。而微网群的暂态安全稳定域具有强非线性,且离散和连续设备的差异化调节特性以及能量管理终端的计算能力和通信方式差异化使得考虑安全稳定的调控困难。依据“动态建模-稳定分析-协同调控”的内在逻辑,围绕考虑暂态安全稳定约束的城市应急微网群协同调控开展以下综述:1)考虑变流器宽频域和非光滑控制特性的微电网动态建模方法;2)研究微网群电压和频率暂态安全稳定机理与判据;3)考虑暂态安全稳定约束、信息交互延时和离散-连续混杂特征的微网群分布式优化调控方法。基于以上三个方面,阐述城市应急微网群安全稳定与低碳经济运行当前研究的不足和发展方向。

新型电力系统下配电网规划问题探究与展望

新型电力系统建设是响应国家“双碳”目标的重要举措,是能源转型背景下的必然趋势。作为电网与用户的桥梁,配电网在新型电力系统中扮演着重要的角色。随着当前新型电力系统建设的进一步推进与实施,新型配电网系统不仅需要满足日益增长的电力需求,还要同时兼顾电力质量和供电可靠性,需要具备灵活的调度和控制能力,以应对能源波动和电力负荷的变化,因此对配电网系统的科学规划提出了更高要求。立足于新型电力系统稳定性不足、规划复杂、投资效率亟需优化等现实问题与发展要求,依托新型电力系统发展现状,系统挖掘了新型电力系统建设发展下配电网的演变过程与方向,提出了当前配电网规划客观存在的问题,明确了配电网规划目标,并结合当前发展形势与发展需求,从不同维度提出了配电网规划展望。研究能够为提升配电网规划科学性提供支撑与抓手,为保证配电网安全稳定运行、加快以新能源为主体的新型电力系统建设提供参考与借鉴。