考虑氢能需求的甘肃省电力行业低碳转型路径研究

氢能是清洁能源发展的重要方向,在电力、工业、交通、建筑供热等领域有着广泛的应用前景,氢能的综合利用对于电力行业的低碳转型至关重要。基于支持向量回归(SVR)模型对各领域的氢能需求进行预测,利用新能源电制氢能量转换关系等效替代为电负荷;考虑不确定性对供电和氢能设备投资成本进行预测;以预测数据、初始装机情况与减排目标为输入,各类电源发展规模、装机占比、碳排放量等为输出,建立规划模型。以甘肃省为例,分析不同场景下电源结构和碳排放量变化情况,以及氢能在电力行业低碳转型过程中的影响,为电力行业的低碳转型路径规划提供参考。

基于机器学习的可再生能源电力系统检修计划优化

随着可再生能源的不断发展,可再生能源在电网的占比越来越大,为了保证考虑可再生能源接入的电力系统的供电安全,检修工作的最佳协调变得越来越重要。目前检修计划制定工具受运行安全标准约束和电网复杂性的影响,具有可操作性低、模拟意外事故计算量大等问题,为了减轻人工计算负担,提出利用机器学习模型以快速可靠的方式预测应急情况的结果。该方法在兰州某地区设备中进行了测试,涵盖了10 kV和220 kV的电压等级。通过测试和比较朴素贝叶斯分类器、支持向量机和基于决策树的模型,可知基于决策树的随机森林算法在识别可安全检修时间段的准确率高于90%,始终优于其他算法。另外,通过实验表明,可再生能源发电的预期增长将影响未来电力系统的可检修性,部分地区非安全检修时间段将增加20%。

三级型电力电子变压器等效建模及小信号稳定性分析

电力电子变压器(power electronics transformer,PET)作为交直流混合配电网的核心设备,其稳定性是交直流混合电网安全运行的关键指标。该文针对典型三级型电力电子变压器,分别建立了三级型PET整流级、隔离级和逆变级的小信号模型,验证了电磁模型和所建立的小信号模型准确性;基于特征值分析法对三级型PET稳定性进行分析,研究PET控制系统参数变化时特征值轨迹变化规律,结合特征值分析对系统控制参数进行了校正;最后,搭建仿真系统分析了负荷突增以及负荷不平衡两种工况下PET的动态特性,验证了特征值分析结果的正确性。

计及新型限流与断路器协同作用的直流配网故障隔离策略研究

针对直流配电网故障电流上升速度快、峰值高以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,该文提出一种应用于直流配电网的新型故障限流器,并对抑制故障电流峰值的桥式电路、加速故障转移速度的耦合电抗器以及通过斩波抑制故障电流的主限流支路进行理论推导和参数分析。基于电压微分判据和方向性过流保护原理,提出新型限流器与直流断路器的协同作用策略。在仿真系统中验证所提方案的正确性和有效性,并进行限流器的初步实验验证。结果表明,所提限流器能够有效限制故障电流,与已有故障隔离方案相比,采用协同作用策略降低了直流断路器至少90%的分断电流,成功避免了换流站闭锁,确保了系统的供电可靠性。

电网架空输电线路绝缘子缺陷识别算法研究

电网架空输电线路绝缘子长期处于外部暴露环境中,易产生侵蚀、开裂、破碎等问题,导致电网运行的可靠性降低。为此,对电网架空输电线路绝缘子缺陷识别算法进行了研究。通过滤波去除采集的绝缘子图像乘性噪声,利用不同尺度高斯掩膜进行卷积处理,并结合图像梯度方向提取表面缺陷特征。将构建的深度前馈神经网络作为基本架构,设置三层网络结构的自编码器。在前馈网络的优化目标函数中融入惩罚因子,以构建稀疏性限制条件。通过遗传算法优化自编码器初始权值,经网络迭代得到表面缺陷识别结果。试验结果表明,所提算法对绝缘子缺陷的识别准确率始终高于90%、平均识别用时为1.72 s,具有显著的可行性。该研究对监控安防、图像分析等领域具有一定的启示意义。

基于Hampel和XGBoost联合算法的变电站巡检人员室内定位方法研究

变电站内部结构复杂,人员走动频繁,无线信号在传播过程中受到干扰,导致用于巡检定位的数据质量差。针对该问题,文章提出一种基于Hampel和极度梯度提升树(eXtremegradient boosting,XGBoost)联合算法的变电站巡检人员室内定位方法。首先,利用Hampel滤波剔除信号序列异常值,并采用自适应反距离加权插值法补偿信号序列,从而得到新的信号序列;然后,将新序列带入训练好的XGBoost回归模型,得到信号预测值;最后,利用预测值基于路径损耗模型得到人员坐标。将所提方法分别在模拟环境中进行验证。验证结果表明,所提方法在数据预处理阶段对质量差的数据有较好的处理效果,并且对比传统的极限树和多层感知机回归算法模型,在模拟的变电站室内机房中定位精度分别提高21.9%、32%,在模拟的大面积的变电站环境中定位精度显著提高。

计及多元因素新型柔性限流器在多端直流系统中的优化配置方法

已有限流器优化配置方法大多以电阻、电感型限流器为配置对象,且只考虑每条线路均配置限流器的工况,降低系统经济效益,因此提出一种计及新型柔性直流限流器(novel flexible fault current limiter,NFFCL)运行特性、位置、数量等因素的优化配置方法。首先基于换流站和NFFCL简化模型,构建含NFFCL直流系统故障电流计算模型,并在5节点直流系统验证其准确性;其次,以NFFCL成本、限流效果为目标函数,以断路器最大开断电流为约束条件,构建多目标优化配置模型,并对NSGA-Ⅱ算法中的拥挤度计算进行改进,以实现优化配置过程中NFFCL安装数量与容量的解耦;最后,采用改进拥挤度计算的NSGA-Ⅱ算法求解得到11节点直流系统的NFFCL优化配置方案,并通过限流器成本、安装数量、限流效果之间的关系选取最终方案。

数字赋能 助力供电服务提档升级

能源互联网营销服务系统(以下简称营销2.0)是国家电网公司为适应新形势、新要求打造的具有“客户聚合、互动智能、业务融通、数据共享、架构柔性、迭代敏捷”六大特征的新一代企业级电力营销业务应用系统,是推动供电服务提档升级的科技利器。

计及梅花触头回路电阻试验的内嵌式接头设计研究

真空断路器作为电网配电系统中的重要设备,而触头质量直接影响了开关电器的电气性能。真空断路器的回路电阻作为开关设备最重要的电气参数之一,其稳定性测试过程的研究具有重要意义。为了提高真空断路器回路电阻的测试效率,本文研制了一种回路电阻测试装置,从内嵌式接头的动态过程进行分析,考虑了接触板数量和接触板滑动方式。该回路电阻测试装置有效降低了测试过程的用时,提高了回路电阻的测试工作效率。

面向新能源电力系统的容量市场出清模型

随着新型电力系统构建,新能源装机规模快速增长,但同时也出现了系统充裕度不足的问题。容量市场是保障电力系统发电容量充裕度的有效途径,因此本文提出一种面向新能源电力系统的容量市场出清模型,所提模型在考虑传统机组的基础上,增加储能资源参与市场,以解决新型电力系统的容量充裕性问题。同时模型考虑了可靠性约束,求解时在可靠性和经济性之间不断迭代寻优,使系统以最经济的形式满足可靠性要求。本文以甘肃省电力系统数据对所提出的模型进行了算例验证,计算结果表明所提出的模型可以在高比例新能源电力系统中引导出适当类型、适当水平的发电容量。

计及灵活运行碳捕集电厂捕获能耗的电力系统低碳经济调度

针对碳捕集设备会产生较大捕获能耗成本的问题,采用灵活捕获运行模式调节碳捕集设备的捕获水平以降低捕获能耗成本,同时利用储液罐实现捕获能耗时移。通过需求响应削峰填谷增加负荷峰值时碳捕集设备捕获能力并提高风电利用率,从而降低捕获能耗成本和碳排放。以降低捕获能耗、提高碳捕集设备灵活性为目标,建立碳捕集电厂灵活捕获和溶剂存储模型。以系统总调度成本最小为目标,构建采用灵活运行模式的碳捕集电厂并计及需求响应的电力系统低碳经济调度模型。最后基于改进的IEEE 30节点系统对所建立的模型进行仿真,算例分析结果表明,所建模型可有效减少系统总调度成本,降低系统碳排放,提高系统风电消纳能力。

工业互联网中抗APT窃密的主动式零信任模型

新一代信息技术与工业系统的全方位深度融合,诱发高级持续性威胁(APT)窃密成为工业互联网环境下泄露敏感数据的杀手级内部威胁。工业互联网环境下的关键基础设施产生和维护着大量具有“所有权”特征的敏感数据,一旦泄露会给企业带来不可估量的经济损失。针对当前工业互联网中敏感数据保护的滞后性,提出了一种抗APT窃密的主动式零信任模型。引入长短期记忆神经网络,利用其在处理时序性数据的优势构建特征提取器,从行为数据中训练得到抽象序列特征,提取出规则化信任因素。分别对工业互联网终端进行区块生成,设计前向按序冗余区块消除算法,演化出伸缩式区块链(ZTE_chain),实现防篡改和低负载的信任因素安全存储。为及时反映失陷终端的行为变化,引入卷积神经网络预测突变因子,用于动态调节信任值,给出快速识别失陷终端的认证算法,从而主动阻断失陷终端的APT窃密威胁。实验结果表明,提出的模型具有较好的失陷终端识别效果,有助于抗击工业互联网环境下失陷终端产生的APT窃密威胁。

基于信任过滤的轻量级加密流量异常检测方案

针对智能电网边缘设备计算能力有限导致的加密流量检测瓶颈问题,提出一种基于信任过滤的轻量级加密流量异常检测方案TrauFilter。该方案以终端认证历史和符合智能电网流量统计特征的基本信任因素为依据,对终端进行受信度评估。根据受信度评估结果,过滤失陷终端的显式攻击流量,并引入双重突变因子改善突变失陷终端的信任迟滞问题。将剩余可疑加密流量与非加密流量进行流预处理,得到流灰度图特征空间,并通过优化ShuffleNet_v2单元结构,嵌入轻量级坐标注意力(Coordinate Attention,CA)模块,设计ShuffleNet-CA模型进行分类预测。仿真实验表明,TrauFilter能够在保障检测精度的条件下,有效降低边缘设备处理负载和提升加密流量的异常检测速度,适用于智能电网边缘设备的部署。

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。

考虑倍率特性的调频用储能电池优化配置

提出一种考虑储能电池倍率特性的容量配置方法,以各类储能电池充/放电时间与倍率的关系为约束,以储能电池容量/功率最小为目标进行优化配置。以某实际电网典型工况为算例,结合不同倍率下作用时间的等效折算方法,对考虑与不考虑倍率特性的磷酸铁锂电池进行容量配置,验证该方法的优势,并从不同电池类型角度对磷酸铁锂、钛酸锂、铅酸电池的容量配置进行对比分析,最后结合3种常用的一次调频控制策略对考虑倍率特性的钛酸锂电池进行容量配置。结果验证了该方法的可行性和有效性。

基于能源区块链的设施农业负荷时移与光伏就地消纳控制策略

随着设施农业的发展,设置合适的控制策略以及利用新型农业负荷可以有效消纳农网的分布式发电功率。区块链因具有安全、共识、激励的特性逐渐受到能源领域的关注。利用设施农业负荷的可时移特性,在农业园区微能网层和温室层分别构建优化目标,提出了基于区块链技术的园区微能网控制策略。各温室以促进光伏就地消纳最大化为目标,基于区块链中共享的用能数据、设备参数、运行数据等信息,针对园区微能网中光伏出力波动、负荷时移、储能配置等提出了下一时段的运行策略。设定光伏消纳占比评价指标,评估各温室的消纳情况,在区块链中始终记录最优的负荷运行方案。算例结果表明,所提控制策略可有效提高园区分布式光伏的就地消纳程度,降低微能网的购电费用和网损,提高电网的电压质量。

基于区块链的分布式光伏就地消纳交易模式研究

目前配电网中分布式光伏发电渗透率越来越高,利用区块链技术的去中心化、难篡改等特点,有助于分布式发电就地或就近消纳,提高配电网运行的经济性。提出了一种基于区块链的光伏就地消纳交易模式,建立了光伏发电用户和分布式光伏聚合商的效益函数,运用Stackelberg博弈模型确定内部电价,通过边缘计算制定最优用电计划,设计了基于信誉值的就地消纳交易机制,对就地消纳程度低的用户进行惩罚,鼓励用户通过可时移负荷消纳光伏出力。配电网仿真结果表明,在采用区块链的交易模式下,配电网的就地消纳情况得到改善,用户的综合效益得到提升。

基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法

针对现有特高压直流闭锁引起交流系统换流母线暂态过电压计算方法在极低短路比情况下可能无实解的问题,基于直流闭锁后的谐振电路,推导建立了暂态过电压与谐振频率的关系式。参照短路比的定义,提出无功功率短路比的概念,在此基础上,提出适用范围更广的直流闭锁暂态过电压计算方法。研究发现,换流母线暂态过电压随着无功功率短路比的减小呈非线性加速上升的趋势。以DIgSILENT为平台搭建国际大电网会议(CIGRE)直流输电标准测试系统与±800 kV天中直流送端系统,仿真分析验证了所提出的暂态过电压计算方法的有效性,在极低短路比系统中仍然适用。

基于损耗和谐波分析的多工况双馈风力发电机定子匝间短路故障研究

为了准确及时地识别并排除多工况下双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障,通过ANSYS软件建立了新疆某风电场1. 5 MW双馈风力发电机的电磁场模型,对风机正常运行、风速突变、电网电压三相不平衡和机组低电压穿越工况进行仿真,处理后得到发电机的气隙磁密曲线。从损耗和谐波分析两个方面,以正常运行工况为标准对比研究发电机定子绕组匝间短路前后多工况特征量的变化。结果表明:发电机匝间短路后,基于损耗分析,不同的工况下电机的铁耗相较于故障前都有所增大;基于谐波分析,电网三相电压不平衡和低电压穿越工况的特定次谐波会导致更为严重的故障。

VR技术在变电站仿真培训系统中的应用研究

为研究虚拟现实(VR)技术在变电站仿真培训系统中的优势,并分析应用前景,创新性地设计一种结合多种技术的330 kV变电站沉浸式仿真培训系统。该系统包括三维VR引擎技术、多通道视频输出技术、虚拟人驱动技术、Kinect体感交互和漫游技术。在分析系统总体架构的基础上,重点介绍多通道视频输出技术和Kinect体感的交互虚拟技术。330 kV变电站沉浸式仿真培训系统能够显示三维立体逼真效果图,同时能模拟人物的转向和漫游。330 kV变电站沉浸式仿真培训系统引入VR技术后,互动性和真实性更强。Kinect体态识别技术的最佳捕捉范围为2.0~3.5 mm。200次抽样数据中,识别准确率最高和最低的动作分别为左手朝胸部挥动作和手握拳动作,相应的样本数为32和18,识别准确率分别为97%和80%。试验收集到的真实数据能够为今后虚拟式仿真培训系统的完善提供支持。