突出电气工程专业特色的电力电子仿真系统

《电力电子技术》课程是电气专业重要的必修技术基础课,现有的实验内容均为验证性,制约了学生实践能力的培养。而仿真实验具有不受被研究系统规模和复杂性的限制,也不受场地限制等优点。经过课程组老师多年的努力,在电磁仿真软件PSCAD/EMTDC仿真平台上开发了针对《电力电子技术》课程教学内容中基本电力电子电路的基础上,紧密结合电气工程的发展,开发了3套综合性、研究性的仿真系统,贯通与其他课程的联系,为帮助学生深化理解诸多工程问题提供了有效的手段,对夯实学生的基础理论、提高其理论应用能力具有重要作用,取得了良好的育人效果。

一种时频尺度下的多元短期电力负荷组合预测方法

随机因素的增加导致电力负荷数据成分日渐复杂,使短期负荷预测的难度逐渐增大。针对该问题,提出一种时频尺度下的时间卷积网络与多元线性回归相融合的组合预测模型。利用自适应噪声完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)在时频域上将负荷数据分解为若干个频率特征不同的本征模态分量,在模糊熵准则下聚类为随机项和趋势项。采用皮尔逊系数从诸多影响因素中筛选出与电力负荷高度相关的特征,鉴于小时间尺度分析更易于挖掘局部细节特征,分别构建了随机项与趋势项的细颗粒度特征集。利用具有强非线性处理能力的时间卷积网络(temporal convolutional network,TCN)去预测随机项,利用结构简单及线性拟合效果好的多元线性回归(multiplelinearregression,MLR)去预测趋势项,将二者的预测结果进行叠加重构后获得最终预测值。在新加坡和比利时两组数据集上的实验结果证明:所提模型具有较高的预测精度、较好的泛化性能及鲁棒性。

基于小脑模型-模糊滑模控制的电力系统低频振荡控制策略研究

由于现代电力系统互联规模不断增大,柔性控制系统加入和长距离输电使得电网阻尼不断减小,运行方式的多变性不断改变系统潮流分布,极易引发低频振荡现象。针对此问题,该文提出一种基于小脑模型关节误差修正的模糊滑模附加阻尼控制策略。首先在模糊滑模控制(fuzzy sliding mode control,FSMC)的基础上,引入小脑模型关节控制(cerebellar model articulation control,CMAC)理论,构建CMAC-FSMC算法,提高滑模趋近阶段模糊逻辑对系统的补偿能力,最大程度提高系统稳定性能;其次通过构造CMAC-FSMC的调整指标与总控制率,减小控制误差,提高控制性能;最后通过线性降阶方法建立被控系统模型并确定区间振荡模态,采用几何测度法选择最佳反馈信号和安装位置,基于所提出的CMAC-FSMC方法进行广域阻尼控制器设计。通过对10机39节点系统进行仿真验证,结果表明CMAC-FSMC控制策略能够有效提高系统阻尼,显著抑制低频振荡。

计及恒定减载桨距角控制的风电高占比电力系统频率动态特性分析

在新型电力系统中,风电主动参与电网频率调节已成为必然,如何评估风电参与调频对频率动态特性的影响也成为了研究热点。围绕现有的风电调频措施,提出一种可以在额定风速前减少变桨动作次数的恒定减载桨距角的改进风电机组变桨控制,推导出该控制下风电机组参与一次调频的调差系数表达式。基于此构建了含恒定减载桨距角控制的电力系统频率响应模型。推导出频率动态特性指标的解析表达式,揭示了风速、初始桨距角等对风电机组调差系数及频率动态特性的影响机理。通过改进的IEEE三机九节点系统验证了所构建频率等值模型的准确性以及所提调频方法的有效性和可行性。

电力能源类创新型人才培养模式的探索与实践

在中国教育化2035背景下,以培育和践行社会主义核心价值观为基本导向,以“一中心、二层次、三模块、四开放”实践创新驱动人才培养体系构建为指导,以“社会主义核心价值观、应用创新型电力工匠”为行动指南,依托国家级电气工程实验教学示范中心平台,建立电气工程专业学科实践创新活动体系,实现多专业交叉融合,促进多层次人才培养。在电气工程及其自动化专业中,学生通过“自愿参与、层层选拔、淘汰机制”的方式筛选进入实验教学示范中心,并接受本科授课与中心培养的、为期三年的培养体系,力争培养出思想进步、发展全面、具有高创新能力的应用型或者科研型电力能源类人才。

基于XGboost-DF的电力系统暂态稳定评估方法

针对现代互联电网扰动后失稳模式不再单一,多摆失稳频频发生的现象,文中提出一种基于极限梯度提升-深度森林的暂态稳定评估方法。利用母线电压轨迹簇构建人工特征集,通过极限梯度提升方法对特征集进行监督特征编码;利用深度森林对监督编码后的稀疏矩阵进行三分类,进而建立起大规模数据集和失稳模式的映射关系;在IEEE 39节点和IEEE 140节点系统上进行仿真分析,所提方法具有很高的准确率和抗噪性能,能有效降低多摆失稳的误判率,并且在同步相量测量单元缺失情况下仍有较强的鲁棒性。

考虑不良杠杆量测的电力系统抗差状态估计方法

针对电力系统状态估计中,不良杠杆量测会造成坏数据辨识失败,进而导致状态估计结果精度低的问题,基于广义潜能指标和中国科学院大地测量与地球物理研究所提出的IGGⅢ函数,提出了一种考虑不良杠杆量测的电力系统抗差状态估计方法。首先利用基于凝聚聚类改进后的广义潜能指标快速准确辨识杠杆量测;然后将IGGⅢ函数平滑处理后与最小二乘估计结合,实现抗差状态估计;最后在华北地区某实际风电场系统验证所提方法能准确识别杠杆量测。结果表明,所提方法有较好的抗差性能和计算精度,有利于工程实际应用。

新型电力系统居民分布式资源管理综述

随着新型电力系统建设加快推进,能源供需平衡模式正在经历由“源随荷动”向“源荷互动”的深刻变革。靠近电力需求侧的居民分布式资源以其庞大规模和灵活调节能力,具备支撑新型电力系统清洁低碳、安全高效发展的潜力。为此,在全面梳理国内外居民分布式资源管理具体进展的基础上,阐述其对新型电力系统建设的推动作用。首先,介绍了户用光伏、户用储能、电动汽车、柔性负荷4类居民分布式资源,并阐述了居民分布式资源管理概念及发展。其次,围绕新型电力系统四大关键特征,讨论了分布式资源在促进电网安全高效运行、推动能源清洁低碳转型、实现电力柔性灵活调控、助力智慧融合系统建设4个方面发挥的重要作用。同时,从政策制度与管理机制、硬件设备与软件平台、管理技术与优化方法 3个方面综述了居民分布式资源管理的核心要素,并分析了居民分布式资源管理内外部重要影响因素。最后,提出了对新型电力系统居民分布式资源管理的未来展望,包括完善政策机制、升级基础设施、优化市场交易、强化技术方法 4个方向。

基于环境激励的电力系统静态电压稳定在线评估

随着电网结构的日益复杂,传统的静态电压稳定分析难以满足速度和准确度的要求。为此,本文提出一种基于随机响应数据的静态电压稳定在线评估方法。首先,推导基于节点电压和线路无功功率的灵敏度指标,在深入分析环境激励下灵敏度指标特性的基础上,提出对灵敏度进行分类;然后,引入K均值异常检测算法处理异常的灵敏度数值,有效地改善了灵敏度估计的准确性;其次,采用加权平均值计算一段时间内的灵敏度,实时判断系统的静态电压稳定性。最后,在IEEE10机39节点系统上进行验证,结果表明所提方法能够准确监测电力系统静态电压的稳定性。

面向东北电网调峰辅助服务市场交易主体的分摊上限动态机制设计

东北电网现行的调峰辅助服务市场机制难以应对市场结构变化带来的交易主体实际调峰收益低于预期、积极性降低等问题,且难以满足未来我国以新能源为主体的新型电力系统发展需求。在介绍东北电网现行调峰辅助服务市场费用分摊机制的基础上,分析其局限性,提出面向市场参与主体的分摊上限动态调整机制,以保障调峰供应方的调峰收益;构建以市场交易主体综合收益最高为目标的动态分摊上限数学模型,并提出用于评估调峰辅助服务市场的指标体系。基于辽宁省电网实际运营数据的算例结果验证了所提机制的合理性与有效性。

考虑电力系统灵活性供需平衡的混合储能联合规划

风电、光伏等可再生能源出力具有强波动性和随机性,增加了电力系统的灵活性需求。文章提出了兼顾经济性和灵活性的电力系统混合储能联合规划方法。首先,针对源荷两端灵活性需求,从电力电量平衡角度对系统灵活性进行了评估;其次,以火电机组灵活性改造、全钒液流电池、抽水蓄能3类灵活性资源为规划对象,构建火电机组灵活性改造和混合储能协调的双层规划模型;利用上、下层模型对方案不断进行迭代优化,得到兼顾经济性和灵活性的最优混合储能配置方案;再次,采用基于反向学习的改进型白鲸算法对规划模型进行优化,并通过仿真验证了模型的正确性;最后,以蒙东某地区历史数据进行算例分析,验证所提方法的有效性。

电力系统运行中的电气工程自动化技术研究

本文简述了电力系统运行存在的不足、电气工程自动化技术的应用价值、电气工程自动化技术应用特点,分析了电气工程自动化技术在电力系统运行中的应用,探究了电气工程自动化技术发展,希望可以为电力系统建设提供一份参考。

基于飞蛾扑火算法的电力系统无功优化控制

电力系统的合理无功优化有利于电力系统的稳定、优质、经济运行,飞蛾扑火算法以其收敛速度快速的优势可以适用于电力系统的无功优化控制。基于飞蛾扑火算法研究了电力系统无功优化方法,研究了飞蛾扑火的原理,建立了目标函数和约束条件。通过10机39节点系统验证了该方法的有效性。结果表明,MFO可以有效对系统进行无功优化,减少了系统的网损,且MFO收敛速度较快。

考虑时空完整性的新型电力系统运行断面图生成与特征提取

针对新型电力系统运行场景复杂多变、调度目标繁多导致调度方案应变能力不足的问题,提出了一种考虑时空完整性的新型电力系统运行断面图生成与特征提取方法。首先,以系统历史运行断面为数据依托,从时间和空间2个维度出发,定义了考虑时空完整性的时序运行断面数学化表征形式;然后,围绕运行断面数据高维且非线性的特点,设计基于格拉姆角求和场的运行断面高维空间转换算法,将高维时序运行数据编码为运行断面图;最后,以VGG16为基模型,保留其前13层卷积层,并引入全局最大池化层(GMP)替代其末端的全连接层,构建了系统运行断面图的VGG13_GMP特征提取模型。通过算例分析验证了所提方法的有效性及鲁棒性。

电力系统混沌振荡的分数阶自适应滑模控制

在受系统内部参数变动和外部扰动时,电力系统可能出现混沌振荡现象。对三母线电力系统进行混沌特性分析并设计一种分数阶自适应滑模控制方法;利用分数阶算子特性设计分数阶渐近律抑制控制输入的高频抖振现象;针对系统中的不确定参数设计自适应控制律进行估计;利用Lyapunov理论证明了所设计控制器作用下的稳定性。仿真结果表明,所提方法能够抑制系统中出现的混沌振荡,减轻输入信号的抖振现象,对系统的不确定参数具有较好的适应能力。

基于SSL协议的电气自动化控制数据传输保护方法

采用常规的电气自动化控制数据传输保护方法传输数据的隐匿率过低,因此,该文基于SSL协议设计了一套全新的电气自动化控制数据传输保护方法,优化了电气自动化控制数据传输保护算法,以此加强电气自动化控制数据传输保护。实验结果表明,在不同数据传输量情况下,此方法的数据传输隐匿率较高,保护效果较好,可靠性高,具有一定的应用价值。

含新能源发电的电力系统一次频率响应最低点在线预测

在低惯量电力系统中,一次频率响应是一个非常重要的问题。基于频率最低点,可以快速分析频率响应,判断其是否会影响电网的稳定运行,因此提出了一种预测频率最低点的方法。首先,建立了包含基于变频器产生的频率支持的详细频率响应模型,并根据复杂控制回路的共同特点对模型结构进行了简化。简化后的模型可以很容易地得到频率最低点的解析表达式,从而通过参数计算进行频率最低点的预测。在推导的频率最低点表达式中,保留了惯性等频率依赖性很强的系统参数和简化的频率调节参数。为了增强频率最低点预测与实际系统的拟合,这些参数通过在线信息获得,其中系统参数基于在线估计,通过参数辨识得到简化的频率调节参数。实例测试证明了该方法的有效性,且易于实现。

基于网络能量的新能源并网电力系统失步振荡中心影响因素及迁移特性

随着新能源的接入,由于新能源出力随机性强,且其通过变流器并网对电力系统惯量贡献很小,新能源接入电网后系统惯量降低,使得系统失稳模式复杂多变,振荡中心发生迁移,传统基于继电保护思维的固定解列方案因此失效,极易引起失步振荡问题,将可能导致大停电事故和系统崩溃。因此,由新能源接入引起的电网振荡中心迁移问题变得尤为突出。首先,考虑新能源特性,研究新能源并网对失步振荡特征影响规律;其次,确定新能源参与失步振荡形式,分析新能源并网失稳模式变化规律和特点;最后,基于新能源电网失步振荡能量解析结果,研究新能源电网能量与振荡中心间的相关性,研究影响新能源电网振荡中心迁移的不同因素,揭示新能源电网振荡中心迁移的内在机理。

电气工程实验教学示范中心改革思路及方案

"中心"结合电气工程领域高素质应用型人才培养定位,遵循"科学主导工程"的教育理念,在实践教学中突出工程的中心地位,强化"工程-理论-实践-工程"的实验教学理念,确立了"突出一个目标、建设一支队伍、构建两个平台、服务二维面向、覆盖五个层次、坚持六个结合"的建设思路,以"一实两创"特色人才培养为目标,积极推进实验实践教学管理、内容、方法、手段的改革,探索了"全程设计、平台支撑"的理论教学与实践教学相结合的新模式,着力培养具有突出实践能力、创新意识和创业精神的高素质应用型人才。

基于电气介数的电力系统脆弱性分析

复杂系统脆弱性分析是现代社会的重要研究议题。近来,复杂网络理论也开始应用于电力系统的结构脆弱性分析。但是,一个纯粹的拓扑方法不能深刻表达电力系统的特性。因此,本文从复杂网络的概念出发,定义了表征网络电气特征的电气介数,该参数考虑了功率的分布和极限等电力系统的具体特征。通过比较IEEE39节点系统在遭受攻击后的传统介数和电气介数的网络效能分析,表明基于电气介数的网络效能分析在表现攻击脆弱性的同时又能体现系统的运行特性。