基于CRS-LMD和SVD的MMC-HVDC线路故障测距方法

直流输电线路故障行波波速不确定、波头提取困难以及噪声干扰等因素制约了直流电网中故障测距技术的应用。为了降低上述因素对定位准确性的影响,提出一种基于局部特征有理样条插值均值分解(LMD based on characteristic rational spline,CRS-LMD)和奇异值分解(singular value decomposition,SVD)的故障测距方法。首先,利用特征尺度选取最优极点系数,结合有理样条插值调节拟合曲线的松紧程度,实现对故障电压行波的局部均值分解。其次,采用奇异值分解对故障行波波头进行准确提取。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了张北±500 kV柔性直流电网的仿真模型,模拟各种故障情况并输出故障数据,利用Matlab对故障数据进行处理并验证定位算法。最后,仿真结果表明,所提故障测距算法在不同故障距离和故障类型下均能实现故障测距,且在叠加噪声和过渡电阻的情况下也能保障较高的精确性。

一种城市配电网自适应全线电流保护方法

针对现有电流速断保护无法保护线路全长且可能失去保护范围的问题,提出一种双层判据的自适应全线电流保护方法。该保护方法先通过第一层判据中可自适应调整的低整定值,实现不受系统运行方式与故障类型影响的全线故障监测,再利用第二层判据实现线路故障区段定位,确保保护正确动作。考虑到电流保护难以准确辨识高阻接地故障,通过分析系统零序网络,提出一种基于复合功率的高阻接地故障辨识方法。仿真结果表明,所提保护方法不受系统负荷变化及故障类型影响,可有效提升配电网线路保护范围及高阻接地故障辨识能力,保障保护动作的可靠性及灵敏性。

基于半桥MMC特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识

柔性直流电网故障电流上升速度快与电力电子器件过流能力弱形成突出矛盾,线路保护需要在数毫秒级完成故障判别,输电线路精确参数的获取对于提升继电保护的性能至关重要。然而直流系统中缺乏稳定基频,导致输电线路相关参数难以获取、保护实现较为困难。针对柔性直流线路频变参数难以获取的问题,提出基于半桥模块化多电平换流器(half bridge modular multilevel converter, HB-MMC)特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。首先通过换流器控制在线路中注入特定频率信号,然后利用快速傅里叶分解提取不同频率的信号并计算指定频率下的线路参数,最后依据不同线路参数的频变特性拟合出对应的幅频特性曲线。仿真表明,所提参数辨识方法可以准确拟合保护所需直流线路频变参数,参数辨识频段内相对误差小于1.5%。

基于优化泛函的多时滞广域电力系统稳定性分析

针对大规模互联电力系统中时滞现象对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,研究多个时滞影响下广域电力系统的稳定性问题。首先,建立多时滞电力系统模型。其次,构造一种新的包含多时滞积分项相互耦合的增广型Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函,并采用一种新方法,将构造的泛函作为整体判断其正定性,放松了对泛函矩阵正定性的限制。然后,利用基于辅助函数的积分不等式对泛函导数进行估计,得到了具有较小保守性的多时滞电力系统稳定性判据。最后,通过对典型二阶时滞系统、单机无穷大系统以及WSCC 3机9节点系统进行仿真分析,验证了所提方法的优越性。

基于混合寻优算法及分离一致性判断的系统谐波阻抗估计

针对独立成分分析方法中源信号非独立性引起的估计误差,提出一种基于混合寻优及分离一致性判断的系统谐波阻抗估计方法。首先对公共连接点谐波电压和谐波电流测量数据进行中心化与白化处理。其次,采用混沌映射获得初试解位置,以负熵最大作为目标函数,采用生物地理学-增强烟花混合算法寻优获得分离矩阵。进一步进行分离一致性判断,得到具有较好独立性的分离矩阵。最后采用最小二乘法计算得到系统谐波阻抗。仿真和工程实例验证了所提方法与其他ICA算法相比具有更好的估计精度。

基于最小关键支配结构的电力光缆网骨干网络挖掘算法

电力光缆网骨干网络为包含重要通信站点、枢纽站点、桥接链路等关键实体,且满足连通约束的最小规模电力光缆网主干网架。为挖掘电力光缆网骨干网络,设计基于最小关键支配结构的骨干网络挖掘算法。首先,根据省级电力光缆网物理拓扑结构,构建电力光缆网表示模型。其次,提出基于最小关键支配结构的关键边度量方法,识别电力光缆网关键边。最后,设计基于最小关键支配结构的电力光缆网骨干网络挖掘算法,实现对电力光缆网骨干网络的挖掘。使用吉林省省级和南部电力光缆网设计两组实验,运用所提算法和两种经典方法挖掘骨干网络,据此对电力光缆网模拟蓄意攻击,对比分析网络连通性的变化趋势,以验证所提算法的有效性。

一种基于故障支路判定和迭代计算的单回T型输电线路故障测距新方法

针对单回T型输电线路,根据其在故障情况下的正序网络提出了一种基于集中参数模型的故障测距新方法。该方法包括故障支路判定和故障测距两部分。在故障支路判定阶段,为简化故障支路判定函数,在不考虑线路对地电容作用的情况下,推导并设计了故障支路判定函数,根据该函数在各支路首末端函数值是否异号的特征,即可实现故障支路判定。另外,为保证支路首端附近和T节点附近发生故障时故障支路判定的准确性,给出了故障支路判据。在故障测距阶段,为保证测距精度,计及了输电线路对地电容作用,给出了基于正序分量和正序故障分量的故障距离解析表达式,根据该表达式只需数次迭代即可求解出故障距离。所提方法适用于各种故障类型,在T节点附近发生高阻故障时故障支路判别不存在死区,且计算量小、易于编程实现。理论分析和仿真测试表明,该方法的有效性和准确性不受故障位置、过渡电阻以及T接位置等因素的影响。

考虑金融输电权的配电网阻塞管理

分布式电源高比例渗透和柔性负荷的灵活调度给配电网安全运行带来了极大挑战。分布式调度可以减轻配电系统运营商的运行难度,保障用户隐私,提升市场竞争。首先,建立了配电系统运营商和产消者之间的二次规划优化模型,采用基于迭代配网节点电价的分布式算法确定配电系统运营商和产消者之间的电价。其次,引入金融输电权概念用于平抑阻塞电价风险,防止节点阻塞费用补偿负作用于阻塞管理。最后在修改的IEEE33节点配电网测试系统上验证了所提方法在阻塞管理上的有效性。

基于整形变换降容的电流差动保护原理与实现

电流差动保护因速动性好、灵敏度高成为广域继电保护的研究热点,但广域电流差动保护的实施使得设备间纵联通信流量骤增,严重影响了保护性能。基于此,提出一种基于整形变换降容的电流差动保护原理。该原理将多字节浮点型电流模值和电流相位基于单字节整形变换,交换变换信息可以大幅降低通信量;无需解码直接进行差动电流和制动电流计算,构建新的差动保护判据。另外,提出了整形变换原则,分析了改进差动保护的灵敏度,计算变换后的降容率。通过PSCAD数字仿真和动态模拟实验对保护判据进行验证,结果表明该原理能够可靠识别区内外故障,并具有较高的灵敏度。

新能源接入背景下的谐波源建模方法综述

大量接入可再生能源和逐步采用交直流混合网络已经成为现代电力系统的两大特征,随之而来的电网谐波问题日益突出。在此背景下,谐波源建模方法、谐波溯源方法以及谐波治理方法这三个难点问题越来越受到学术界和工业界的高度关注。综述了目前常见的谐波源建模方法,为电网谐波领域的理论研究和实践提供参考。从谐波源的机理性建模和数据驱动建模两个角度,对目前常见的谐波源时域建模方法和频域建模方法进行了梳理、分析和比较,归纳了各种建模方法的优势和不足,论述了各类谐波源建模方法的适用场景。其中,重点阐述了机理性建模方法和数据驱动建模方法存在的问题,并针对每个问题提出了对应的解决思路。最后,对常见谐波源建模方法的特点进行了归纳总结,对新能源接入背景下谐波源建模技术的发展方向进行了展望。

基于高效遗传算法的电网需求侧调度优化研究及其收敛性分析

智能电网中大功率电器飙升及智能终端的普及,导致需求侧用电负荷增加所造成用电困难的问题。从分布式发电、市电以及居民用电三个角度考虑需求侧调度场景,并对其构建分时电价模型。随后,通过引入居民舒适度、用电经济度和负载方差三个衡量调度性能函数,构建出一种基于调度性能函数的加权优化目标模型。考虑到复杂多方的分时电价模型参与调度,提出了一种改进的遗传算法对需求侧进行用电调度来最小化目标函数。该算法通过加入精英选择策略和进化逆转操作,可有效地减少算法迭代次数,以取得目标函数最优值。然后,从理论上对所改进的遗传算法进行收敛性证明。最后,通过算例仿真验证了算法的有效性,并在满足居民用电舒适度的同时降低了31.29%的用电成本。

基于切换系统理论的终端能量路由器能量路由控制方法研究

终端能量路由器是能源互联网中一种重要的能量路由设备,构建其能量路由拓扑的最有效途径是采用基于电力电子变流技术的固态变压器。能量路由拓扑确定之后,能量路由控制技术直接决定着其运行特性。针对终端能量路由器能量路由的混成系统特性,使用基于混成系统理论的切换系统理论进行终端能量路由器能量路由控制。首先详细分析了终端能量路由器能量路由拓扑结构、工作原理。然后,深入分析了能量路由器能量路由的切换系统行为特征,建立了其切换系统模型。其次,结合空间矢量脉宽调制技术提出终端能量路由器多模态切换控制方法。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台搭建模型验证所提控制方法的有效性。理论分析和仿真表明,该方法充分考虑了终端能量路由器运行过程中离散变量与连续变量的相互作用,具有切换时间短、切换过程平稳的特点,从而优化了动态调节特性,提高了控制跟踪速度和控制精度。

基于图神经网络的智能变电站二次回路故障定位研究

为提高智能变电站二次回路故障定位的准确率与可移植性,提出了一种基于图神经网络的智能变电站二次回路故障定位方法。依据智能变电站配置文件制作图数据库,得到二次设备之间的连接关系。结合二次设备告警信号表征,提出了一种二次设备节点的信息表征作为图神经网络的输入。利用图神经网络的理论建立了故障定位模型。以某220 kV智能变电站的二次回路为基准,利用故障图生成模型改变组网方式、订阅关系及网络配置产生不同二次回路故障构成算例。通过实验比较了所提定位方法与其他模型的准确率,实验结果表明该方法有较高的定位精度及较好的鲁棒性。

基于台区变压器二次侧电压变化的配电网故障区段定位

随着配电网精品台区的建设,越来越多的监测装置向台区低压侧延伸,为配电网的故障定位提供了新的思路。提出了一种基于台区变压器二次侧电压变化的配电网故障区段定位方法。分析了配电网发生故障后的台区变压器侧的电压变化规律,利用故障路径与非故障路径下监测点三相电压幅值变化差异辨识故障区段。通过采用改进的最近邻聚类法,在电压监测集合中辨识出距离故障不同位置的监测点集,能够对监测信息进行快速的分区。该方法不需要10 kV线路的监测数据,仅需要配电台区10 kV/0.4 kV变压器低压侧电压幅值变化信息,监测采集装置安装维护方便。通过大量仿真表明,该方法能够适应不同中性点的接地方式、故障类型和过渡电阻,具有较强的适用性。

基于随机衰减因子粒子群的最优潮流计算

针对传统粒子群算法自身存在的易早熟收敛和在问题复杂时无法寻找到最优解等缺陷,分析了其位置和速度状态转移公式中各项的含义及各项绝对值在搜索过程中的增减变化趋势和特点,并据此改进标准粒子群算法中的转移公式和初始化过程。与已有活跃目标点改进方法对比的同时,提出了基于随机衰减因子粒子群算法。分析将其应用于电力系统最优潮流计算中的方法,包括N−1粒子维度设定方式以及将适应度函数与惩罚函数结合的思想,用以控制优化过程中可能出现的越限情况,得到较为完整的计算流程和优化模型。使用IEEE-7节点、某实际37节点、IEEE-118节点的三个网络,验证了计算方法的有效性。

三相多驱动系统带移相电流控制的谐波消除方法

目前,许多三相可调速驱动器仍采用二极管整流器(DR)或半可控硅整流器(SCR)作为前端整流。但是,这种AC-DC整流会带来大量谐波电流,使电网电流畸变。现有的谐波消除策略因为总成本高和复杂性难以运用到多驱动系统中。因此,提出了移相电流控制和直流调制相结合的新方法来减轻多驱动系统中谐波电流。并且分析了并联驱动器之间不相等负载的影响,运用负载自适应方案确保各个整流器从电网汲取的电流幅值相等,从而增强了移相电流控制谐波消除效果。仿真和实验结果证明了该方案在三相多驱动系统中谐波消除的有效性。

基于模糊逻辑的电动汽车双源混合储能系统能量管理策略

针对电动汽车行驶过程中电池放电电流过大导致的电池容量衰减问题,构建了由锂离子动力电池、超级电容和多端口DC/DC变换器构成的全主动式混合储能系统,其中电流环控制器和电压环控制器分别控制输出电流和直流母线电压。结合超级电容SOC、整车需求功率和车速情况,根据建立的45条模糊控制规则,模糊逻辑控制器调节锂离子动力电池和超级电容的充放电功率,在车辆峰值功率需求较高时避免了高频电流波动对动力电池寿命的影响。同时在功率需求较低时,动力电池给超级电容充电。在HWFET工况下的实验结果表明所提出的全主动式双能量源混合储能系统和基于模糊逻辑的能量管理策略能够有效保护锂离子动力电池免受大电流波动影响,从而达到延长电池寿命的作用。

应对直流连续换相失败的动态无功备用评估

实时评估基于晶闸管的相控换流式直流输电系统(LCC-HVDC)连续换相失败风险,及时采取预防控制措施对保障大电网安全稳定运行意义重大。提出一种应对直流连续换相失败的发电机有效动态无功备用评估方法。将对应于换流母线电压二次跌落的发电机最大无功出力增量定义为有效动态无功备用,临界点处的有效动态无功备用称之为最大有效动态无功备用。当系统动态无功备用小于备用容量门槛值时,采取两阶段的预防控制措施搜索方法。首先采用提升发电机机端电压和增加静态无功补偿的方式,如仍然不能满足要求,在此基础上增加开机。某实际电网的算例验证了该方法的有效性。

5G独立组网模式下的配网保护配置策略及应用

广覆盖高可靠低延时通信的5G网络,对打通配网终端设备之间的互联互通“最后一公里”问题有着极高的应用价值。为提升5G独立组网模式下配网保护的实用化水平,首先分析了配网保护的通信资源需求,并根据5G配网保护的总体架构,通过时钟信号和数据信号同源传输的方式提出了可靠性更高的对时方案。同时,在城区配网开展了差动保护和区域保护的应用,对比了两种保护方法在架空和电缆线路应用时的差异,结果表明架空线路宜采用区域保护,电缆线路可兼容差动保护和区域保护。