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中国电机工程学报
2009年 29卷 28期
刊出日期 2009-10-05
智能电网
电力系统运行与规划
电力系统仿真及分析计算
继电保护、通信及自动化
动力经济
输配电及供电
高电压技术
 
高电压技术
1 张文亮 郭剑 陆家榆 李光范 孙麟
我国特高压直流电晕笼的结构参数与设计原则
电晕笼是一种可对导线电晕特性进行试验研究的设备，采用电晕笼进行导线电晕特性试验可弥补试验线段的不足。介绍了国内外已建部分电晕笼的情况，以及我国特高压直流试验基地内的直流电晕笼的功能、外观和结构，并对电晕笼截面尺寸、长度等结构参数及其制订依据进行了阐述。最后介绍了我国特高压直流电晕笼的模拟降雨降雾系统的设计方案。
2009 Vol. 29 (28): 1-5 [摘要] ( 664 ) [HTML 1KB] [PDF 471KB] ( 358 )
6 魏本刚 傅正财
雷电背景下特高压分裂导线表面先导起始的数值仿真

考虑到雷电背景、特高压线路的多分裂导线结构和高运行电压，建立分析特高压线路分裂导线表面连续上行先导起始的数值仿真模型。模型中同时考虑到流注区域空间电荷以及导线和避雷线表面感应电荷对导线和避雷线周围空间电场分布的影响。仿真中采用模拟电荷法和拉普拉斯法计算子导线和避雷线周围的电场分布，根据计算获得的电场判定关键物理过程的起始和转化。采用该模型对我国特高压试验示范工程中的ZBS2塔型线路进行仿真，并与采用已有模型的仿真结果进行对比，得到模型改进前后预测的特高压分裂导线和避雷线表面连续上行先导起始的不同特点。仿真结果表明：采用改进模型计算时，特高压交流输电线路子导线表面的连续先导的起始迟于已有的先导传播模型的预测结果；在避雷线表面则恰恰相反。这意味着已有先导传播模型对输电线路雷电屏蔽性能的预测是保守的，该研究结果可为超/特高压输电线路的防雷设计提供参考。
2009 Vol. 29 (28): 6-12 [摘要] ( 605 ) [HTML 1KB] [PDF 347KB] ( 350 )
13 谢庆 李燕青 律方成 李成榕 王楠 丁玉剑
超声相控阵与宽带阵列信号处理相结合的油中局部放电定位方法

提出了一种基于超声相控阵与宽带阵列信号处理的油中局部放电定位新方法。首先采用超声相控阵传感器直接检测局放超声宽带信号，并形成阵列模型；然后针对该超声波信号频段为50~300 kHz的宽频特性，应用宽带阵列信号处理中的旋转信号子空间(rotational signal subspace，RSS)算法对其进行聚焦处理，通过聚焦矩阵将宽带阵列信号不同频率下的方向矩阵变换到同一中心频率，最大限度地保留原始信号的宽频空域信息，实现宽带信号方位信息的累积；最后应用多重信号分类法(multiple signal classification，MUSIC)与交叉定位原理对聚焦后窄带信号进行波达方向估计与空间定位。实验结果验证了对该定位方法的有效性。
2009 Vol. 29 (28): 13-17 [摘要] ( 548 ) [HTML 1KB] [PDF 332KB] ( 373 )
18 王泽忠 李云伟 徐迪 柳华 王一哲
变电站开关瞬态电磁场数值计算方法

为研究变电站内开关瞬态电磁场的发生机制和分布规律，基于时域有限差分法(finite-difference time-domain method，FDTD)建立了开关瞬态场的时域仿真模型。在该模型中引入火花放电通道的时变电阻和电感概念，通过拟合典型变电站开关瞬态场实测波形获得了开关电弧放电通道的时变电阻修正公式。利用建立的时域仿真模型仿真了隔离开关切合空载母线和设备连线时产生的开关瞬态场，与实测波形的比较表明两者吻合较好，该模型能够有效地仿真开关瞬态电磁场。时域模型为超/特高压变电站电磁干扰研究提供了一种有效途径。
2009 Vol. 29 (28): 18-22 [摘要] ( 574 ) [HTML 1KB] [PDF 278KB] ( 328 )
智能电网
23 宋新立 汤涌 刘文焯 仲悟之 吴国旸 刘涛
电力系统全过程动态仿真的组合数值积分算法研究

全过程动态仿真是将电力系统机电暂态和中长期动态过程有机地统一起来的一种数字仿真。仿真模型中的时间常数差别很大，是典型的刚性非线性系统。数值积分算法是全过程动态仿真的核心。分析非线性刚性系统求解的特点和电力系统动态仿真中现有数值积分算法存在的主要问题，提出一种新的适合全过程动态仿真的组合数值积分算法。该算法有机地结合了固定步长隐式梯形积分法和变步长吉尔(Gear)法的优点，克服现有变步长吉尔法在机电暂态过程中计算效率低下和间断处理复杂的问题。算例仿真与分析的结果表明了新算法的有效性和可行性。
2009 Vol. 29 (28): 23-29 [摘要] ( 556 ) [HTML 1KB] [PDF 324KB] ( 465 )
30 王丽婕 冬雷 廖晓钟 高阳
基于小波分析的风电场短期发电功率预测

采用小波分析和人工神经网络(artificial neural network，ANN)结合的方法对风力发电功率短期预测进行研究。通过小波变换将信号分解为不同频段的子序列，利用神经网络对各子序列分别建模预测，最后将预测结果叠加。利用该方法对富锦风电场的发电功率进行预测，结果表明，小波理论改进的相空间重构的神经网络模型改善了预测滞后问题，与基于混沌相空间重构的神经网络模型相比较，绝对平均误差由6.99%降到6.01%。
2009 Vol. 29 (28): 30-33 [摘要] ( 512 ) [HTML 1KB] [PDF 259KB] ( 561 )
34 张节潭 程浩忠 胡泽春 马则良 张建平 姚良忠
含风电场的电力系统随机生产模拟

针对风电机组出力的间歇性和波动性，提出了基于等效电量频率法(equiva1ent energy and frequency function method，EEFF)的电力系统随机生产模拟方法。将等效电量函数法(equiva1ent energy function method，EEF)与频率持续法(frequency and duration，FD)相结合，用来评估风电场接入对电力系统生产运行的影响。该方法在生产模拟中保留了负荷和风电机组的时变特性，除了可以得到常规算法所能得到的生产模拟结果外，还可以评估风电场对常规机组造成的开停机影响，以及与火电机组开机、暖机等因素相关的动态费用。EPRI 36机组随机生产模拟结果验证了所提方法的正确性和有效性。
2009 Vol. 29 (28): 34-39 [摘要] ( 605 ) [HTML 1KB] [PDF 270KB] ( 490 )
电力系统运行与规划
40 余娟 李文沅 颜伟
静态电压稳定风险评估

考虑系统控制设备的运行情况和静态电压失稳校正控制措施，以切负荷最小为目标函数，建立判断系统潮流可解性的全二次优化模型，并结合模态分析法来识别出系统失去静态电压稳定的状态，从而提出判断电压稳定性的新方法。基于所提方法，结合蒙特卡罗模拟法对系统状态进行随机抽样，从而对系统的静态电压稳定性进行风险评估，可以计算出系统静态电压失稳概率、维持电压稳定需要的切负荷量期望值以及切负荷量与系统静态电压失稳概率之间的关系，为电压稳定风险评估提出一条有效的途径。IEEE14节点系统的仿真结果验证了所提模型和方法的有效性。
2009 Vol. 29 (28): 40-46 [摘要] ( 557 ) [HTML 1KB] [PDF 318KB] ( 374 )
47 孙荣富 CHANAN Singh 程林 孙元章
瞬时状态概率和方差减少技术在短期可靠性评估中的应用

常规的规划可靠性算法是基于元件的稳态统计参数评估方法，它只反映了系统某些固定模式下的长期可靠性水平，而忽略了实时运行条件对可靠性的影响。因此，基于当前运行状态，预测系统在未来短期时间内的可靠性水平与连锁故障风险是非常有必要的。提出一种基于双重方差减少技术(dual variance reduction，DVR)的模拟方法，该方法综合控制变量和Dagger抽样对电力系统进行短期可靠性评估。其中基于离线计算的方差减少(offline calculation based variance reduction，OCVR)是以保存的状态可靠性试验函数为控制变量；而Dagger抽样则进一步提高了抽样效率。通过RTS-79系统的10种情况分析发电机组、输电线路、系统负荷水平及Dagger抽样参数Na对短期可靠性评估算法效率的影响，证明该算法达到了短期可靠性快速评估的要求，在保证计算精度的基础上，提高了收敛速度。
2009 Vol. 29 (28): 47-54 [摘要] ( 512 ) [HTML 1KB] [PDF 432KB] ( 347 )
55 叶华 刘玉田
基于在线递推闭环子空间辨识的模型预测阻尼控制
提出基于在线递推闭环子空间辨识的模型预测阻尼控制器设计方法。通过辨识获得包含主导低频振荡模式的系统降阶状态空间模型；通过模型预测和优化求解，得到以当前系统状态为初始状态的无限时域的闭环最优控制量。模型辨识和控制量的优化求解在有限时间间隔内反复进行。该方法克服了基于离线辨识设计的固定参数控制器的固有缺点，解决了由于运行方式复杂多变和参数的不确定性与时变性引起的控制性能降低问题。8机36节点系统仿真结果表明，控制器可有效地抑制系统的区间低频振荡，并具有与电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)和其他预测阻尼控制器相互协调和适应运行方式变化的能力。
2009 Vol. 29 (28): 55-61 [摘要] ( 564 ) [HTML 1KB] [PDF 312KB] ( 601 )
电力系统仿真及分析计算
62 王成山 范孟华 魏炜
分区总负荷空间上电压稳定安全域的研究
提出了一种高维节点负荷空间到分区总负荷空间的电压稳定安全域降维方法。分区总负荷空间中的电压稳定安全域具有空间维数低，易于描述，便于实现电压稳定在线监测和控制等优点。应用切平面作为该域边界的局部近似，进行电压稳定性的实时监控，从而在保证计算精度的前提下节约计算代价。通过一种迭代搜索算法获取最敏感分区总负荷变化方向，此方向能够辅助运行调度人员进行电压安全监视，同时揭示出电压稳定敏感分区，为安全控制措施的制定及分区总负荷空间中电压稳定安全域的局部可视化表达提供有价值的信息。
2009 Vol. 29 (28): 62-67 [摘要] ( 484 ) [HTML 1KB] [PDF 388KB] ( 307 )
68 赵霞 周家启 赵渊
含异步化同步发电机电力系统小扰动功角稳定性的概率分析

通过将异步化同步发电机(asynchronized generator，ASG)实用4阶模型在工作点处线性化，导出含ASG电力系统的小扰动线性化模型。考虑负荷水平及发电机停运容量的不确定性，应用蒙特卡罗概率仿真方法分析含ASG电力系统的小扰动功角稳定性。以WECC 3机9节点系统为原型，仿真分析仅有常规同步发电机、仅有ASG以及混合多机系统的小扰动功角稳定性，由此验证所提模型和方法的有效性。仿真结果表明，应用ASG并结合适当的励磁控制策略可以降低系统小扰动功角失稳概率，从而改善系统小扰动功角稳定性。
2009 Vol. 29 (28): 68-74 [摘要] ( 479 ) [HTML 1KB] [PDF 377KB] ( 565 )
75 刘新东 江全元 黄志光 曹一家
计及不确定性的暂态稳定在线预测
结合蒙特卡罗抽样和朴素贝叶斯分类方法提出一种考虑不确定性的暂态稳定在线预测方法，该方法计及了系统中负荷、节点注入功率、故障切除时间、故障线路和故障位置等不确定因素。利用蒙特卡罗方法进行参数抽样，对这些抽样进行聚类以节省离线计算时间，在得到聚类样本的稳定性之后还原初始抽样样本并整理离散变量；为充分考虑不确定性造成的后果，引入风险理论，以风险最小原则构造朴素贝叶斯分类器，并将其应用于暂态稳定的在线预测。以新英格兰测试系统为例进行仿真，仿真结果表明，该方法具有精度高、概念清晰等优点，为考虑不确定性的暂态稳定在线预测提供了新的思路。
2009 Vol. 29 (28): 75-81 [摘要] ( 556 ) [HTML 1KB] [PDF 257KB] ( 454 )
继电保护、通信及自动化
82 吴宏宇 管晓宏 翟桥柱 高峰
水火电联合短期调度的混合整数规划方法
针对大型水火电联合系统的短期优调度问题，建立考虑直流网络安全约束与排污约束的水火电联合调度模型。在考虑梯级水库的非线性水电转换关系、水电机组的不连续出力区间、水流延迟等因素的基础上，提出将非线性因素线性化的合理途径，将该安全约束机组组合问题转换为线性混合整数规划问题，应用混合整数规划软件包对西北电网的实际算例进行了测试。结果表明，所提出的模型能有效地处理大型水火电联合系统中的各种复杂约束，采用的线性化方法可以显著降低求解复杂性，求解结果表明，采用该方案较采用常规方案可以减少约1.5%的发电成本。
2009 Vol. 29 (28): 82-88 [摘要] ( 569 ) [HTML 1KB] [PDF 282KB] ( 488 )
89 陈福锋 钱国明 宋国兵
串联电容补偿线路行波差动保护的研究

指出传统行波差动保护应用于串联电容补偿线路时存在的问题。串联补偿电容破坏了输电线路的均匀性，但从保护安装处至串补安装点之间的线路仍然是均匀传输线，满足行波传播方程，在此基础上提出新的适用于串补线路的行波差动算法，并推导出区内外故障新算法下故障相和非故障相动作电流的表达式。在区外故障或者是区内串补安装点故障情况下，理论上新算法完全不受电容电流的影响，实现了差动保护安全性和灵敏性的统一。EMTP数字仿真验证了新算法的正确性。
2009 Vol. 29 (28): 89-94 [摘要] ( 468 ) [HTML 1KB] [PDF 252KB] ( 342 )
动力经济
95 冯长有 王锡凡 王秀丽 王文博
考虑市场风险的发电商机组检修随机规划模型
市场中的电价波动给发电厂商机组检修规划带来较大风险，该文提出以天为单位的随机规划模型，用以规避电价波动影响。针对以周为单位的确定性模型的不足，构建了以规划期内发电厂商的总经济效益最优为目标函数的随机规划模型，主要包括各时段的售电效益和检修费用，考虑相关约束条件后，确定机组检修时段，将该模型由日前竞争市场模式扩展至包含双边交易的复杂市场模式。以拉丁超立方抽样–蒙特卡罗(Latin hypercube sampling Monte Carlo，LHS-MC)方法为工具，评估电价波动风险，并针对该随机模型的特点，将其分为外层和内层2个子问题，分别利用遗传算法和线性规划方法求解。该模型充分考虑电价预测的不确定性，规避了电价波动风险，降低了相应的风险损失。通过算例对比验证了本模型的有效性和可行性。
2009 Vol. 29 (28): 95-101 [摘要] ( 513 ) [HTML 1KB] [PDF 322KB] ( 339 )
102 徐玮 康重庆 夏清
序列运算的算法复杂性分析
序列运算理论在解决复杂不确定性问题方面已获得了大量的应用。序列运算的算法复杂性及其与其他不确定性分析方法相比较的结果，都为序列运算理论提出了值得深入研究的问题。以电力市场风险评估为例，根据序列运算与蒙特卡罗法的基本原理，分析了两者的算法复杂性，并以算例准确地比较了相同精度下2种算法的实际计算量。研究结果表明，在电力市场风险评估方面，基于序列运算理论的评估方法不仅计算量较小，并且存在相当的计算优化空间，验证了序列运算的优越性。
2009 Vol. 29 (28): 102-106 [摘要] ( 536 ) [HTML 1KB] [PDF 229KB] ( 354 )
输配电及供电
107 赵伟 罗安 曹一家 于力
三相–两相牵引变电所用无功动态补偿与谐波治理混合系统的研究

针对单相牵引负荷波动性大，随机性强，造成大量谐波、无功及负序分量的特点，提出一种应用于电气化铁路的单相无功动态补偿与谐波治理混合系统(hybrid var and harmonic dynamic compensator，HVHC)。系统由混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter，HAPF)及静止无功补偿器(static var compensator，SVC)组成，其中SVC包括晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor，TSC)和晶闸管控制电抗器(thyristor controlled reactor，TCR)，用来动态连续补偿无功功率，HAPF用来动态抑制电网及无功补偿装置产生的谐波，电力机车产生的负序分量可通过在平衡变压器接线方式下控制2个牵引供电臂的负载来消除。提出HAPF和SVC复合控制策略及分频控制方法，可有效地消除两者之间的耦合，提高单相系统谐波及无功电流的跟踪精度，克服电网电压畸变对系统的影响。仿真及实验结果证明该系统响应速度快，抗干扰能力强，治理效果满足要求。
2009 Vol. 29 (28): 107-114 [摘要] ( 597 ) [HTML 1KB] [PDF 361KB] ( 358 )
115 陈勇 胡伟 王黎明 侯镭
覆冰导线脱冰跳跃特性研究

导线脱冰是冰区输电线路中的常见现象，导线脱冰会引起导线的剧烈运动，使导线跳跃上下摆动。导线跳跃将导致导地线间或导线档中空气间隙的减小，严重时引起闪络；此外导线脱冰跳跃还会对绝缘子串、金具及铁塔产生较大的动态拉力，对其产生破坏作用。在重冰区大档距的情况下，导线脱冰的影响尤为显著。采用悬挂集中载荷的方法来模拟导线覆冰，研究不同档距组合、不同脱冰方式下的导线脱冰跳跃，获得了导线脱冰时的动态位移和动态张力变化规律。同时，还通过计算机仿真的方法针对试验工况进行数值模拟，并比较试验结果和计算结果。结果表明，仿真计算与模拟试验的结果具有相同的规律性和相近的数值。
2009 Vol. 29 (28): 115-121 [摘要] ( 506 ) [HTML 1KB] [PDF 426KB] ( 352 )
122 汪大海 李杰 谢强
大跨越输电线路风振动张力模型
风对导线的动张力作用是输电塔体系抗风设计的一个关键。输电导线作为一种柔性结构，其风致振动具有典型的大位移小变形的非线性特点。按照悬索连续体系动力方程，将顺风向风荷载对导线的动张力作用分解成平均风的非线性的静力作用和在平均风偏位置处的脉动风的线性动力作用，通过研究表明：导线–绝缘子系统的面外1阶和面内对称1阶振动是导线动张力的卓越振型，由此，根据1阶广义位移求出动张力的时域表达式和频域功率谱。基于这些结果建立了两自由度动张力模型。以实际高压输电线路为例，通过与非线性有限元法计算结果的对比表明了模型的有效性。
2009 Vol. 29 (28): 122-128 [摘要] ( 458 ) [HTML 1KB] [PDF 409KB] ( 323 )
 
 
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