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中国电机工程学报
2009年 29卷 31期
刊出日期 2009-11-05
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
输配电及供电
高电压技术
 
智能电网
1 郭创新 彭明伟 刘毅
多数据源信息融合的电网故障诊断新方法
电网发生故障时，故障信号主要包括开关量和电气量。开关量是继电保护的动作信息，目前的故障诊断方法主要基于开关量；电气量是各种故障暂态信息，它蕴含了故障的特征信息，但很少应用于电网故障诊断。提出一种基于改进D-S证据理论的多数据源信息融合故障诊断方法(information fusion of multi-data resources in fault diagnosis based on improved D-S theory，IMFD)，首先对故障信息进行特征提取，通过模糊Petri网将开关量转化为元件的模糊故障度；利用小波变换分析电气量，得到元件的小波故障表征。然后基于改进的D-S证据理论进行信息融合，最后采用C-均值法决策故障元件。仿真计算表明，该方法将电气量和开关量进行信息融合，得到精确的故障诊断结果，在电网故障诊断中有良好的应用前景。
2009 Vol. 29 (31): 1-7 [摘要] ( 506 ) [HTML 1KB] [PDF 336KB] ( 369 )
8 赵洁 刘涤尘 吴耀文
压水堆核电厂接入电力系统建模

为研究核电厂接入电力系统后二者之间的相互影响，利用电力系统分析综合程序(power system analysis software package，PSASP)的用户自定义建模功能建立压水堆(pressurized water reactor，PWR)核电厂主要环节的数学模型。该模型将压水堆核电厂动力部分作为发电机调速器，可与电力系统连接，计算核电厂与电力系统之间的动态过程。在PSASP中使用该模型计算核电机组的自稳定性、自调节性和接入单机无穷大系统的故障响应，验证了模型的正确性和适用性。此外，由于压水堆的负温度效应，核电机组可承受一定的外部干扰和功率阶跃。若电网故障切除迅速，核电厂与电力系统之间的相互影响很小。
2009 Vol. 29 (31): 8-13 [摘要] ( 537 ) [HTML 1KB] [PDF 664KB] ( 1574 )
电力系统运行与规划
14 陈柔伊 张尧 钟庆 蔡广林
抑制区间振荡的自适应模糊广域阻尼控制设计

针对多区域互联系统的区间振荡，提出一种自适应模糊广域阻尼控制系统的分析和设计方法。首先，通过传函留数确定控制回路的安装地点，并以“模式可观惯量中心”等值的区间角速度偏差作为各回路的反馈信号。然后，以提升不同故障激发的主导区间振荡模式的阻尼为目的，将模糊控制系统的设计转化为带不等式约束的规划问题。最后，采用遗传算法求解规划模型，对多个控制回路的参数进行协调和优化。在优化过程中引入多区域单机等效法辨识故障后系统振荡的主导模式，并进行阻尼评估。算例采用IEEE 5区域16机系统。仿真结果表明：控制系统显著改善了不同区间振荡模式的阻尼，有效抑制了故障后系统的振荡。
2009 Vol. 29 (31): 14-20 [摘要] ( 444 ) [HTML 1KB] [PDF 500KB] ( 708 )
21 刘辉 汪旎 韦化 李啸骢
发电机组目标全息反馈大范围稳定控制设计

针对中间再热式汽轮发电机组，提出具有大范围稳定性的目标全息反馈非线性协调控制设计方案，确保全部重要物理量均具有良好的动、静态性能。运用李亚普诺夫函数构造非线性协调控制规律，通过极点任意配置，使李亚普诺夫能量函数全导数在除平衡点以外的整个实数范围内是负定的，从而使系统在提出的控制规律作用下具有大范围稳定性。设计过程表明：在李亚普诺夫能量函数衰减的同时，各重要物理量逼近自己的参考轨迹。由于控制目标的选择不会严重影响非线性设计过程，因此提出的方案可根据实际需要全面、灵活地选择控制目标。仿真结果进一步证实了提出方案的有效性。
2009 Vol. 29 (31): 21-26 [摘要] ( 527 ) [HTML 1KB] [PDF 344KB] ( 306 )
27 赵渊 张夏菲 周家启
电网可靠性评估的非参数多变量核密度估计负荷模型研究

大电网可靠性评估中，现有负荷模型大多采用参数密度估计方法，即凭经验事先假定负荷的随机变化服从某种已知分布(例如均值和方差未知的正态分布)，并用历史负荷数据对密度函数进行参数估计。深入分析参数密度估计方法的不足，提出采用非参数多变量核密度估计实现节点负荷联合概率密度的近似估计，所提方法完全基于数据驱动，不需对节点负荷的概率分布和相依形式进行任何主观假设，并可有效揭示隐藏在节点历史负荷数据中的结构信息(不确定性和相关性)。通过对改进的RBTS可靠性测试系统的计算分析，验证了该方法的有效性及其应用价值。
2009 Vol. 29 (31): 27-33 [摘要] ( 394 ) [HTML 1KB] [PDF 345KB] ( 405 )
34 邵莹 于继来
采用源流路径电气剖分信息的电网脆弱性评估
结合网络结构及系统运行状态评估电网脆弱性，对于有针对性的预警和保护电网脆弱环节，具有重要实用价值。提出一种利用源流路径电气剖分信息进行电网脆弱性评估的方法。源流路径电气剖分信息基于网络结构和系统运行状态求得，所得剖分路径参数既隐含了相对静态不变的网络结构，又能反映系统运行状态，具有符合电力网络基本电气规律的特性。方法利用电气剖分信息定义电网脆弱性指标，根据指标辨识网络脆弱环节，并定量评估电网的脆弱性。对IEEE-RTS24节点系统进行脆弱性评估的结果表明，该方法定义的指标能定量反映电网脆弱性是电网结构和系统运行状态共同作用的效果。
2009 Vol. 29 (31): 34-39 [摘要] ( 429 ) [HTML 1KB] [PDF 261KB] ( 516 )
40 屈刚 程浩忠 马则良 朱忠烈 张建平 姚良忠
考虑联络线传输功率的双层分区多目标输电网规划

为提高区域电网联络线的输电能力，最大范围优化资源分配，建立考虑经济性、可靠性指标的基于电网分区的双层多目标输电网规划模型。上层规划模型对全网采用线路建设成本最小、联络线传输功率最大和最小切负荷量作为优化目标进行网络优化，搜索到的优化方案传递给下层规划模型。下层规划在此方案基础上，以最大负荷供应能力指标指导受端电网规划并突出其受电和负荷增长特性；得到的规划方案再次传递到上层模型，由此反复交替进行直至获取满意的优化方案。提出应用粗糙集理论优势类函数和劣势类函数评价各子目标备选方案的相对排序指标，得到综合评价值进行多目标优化方案选择。46和77节点系统算例验证了该模型和方法的有效性。
2009 Vol. 29 (31): 40-46 [摘要] ( 603 ) [HTML 1KB] [PDF 352KB] ( 354 )
电力系统仿真及分析计算
47 赵洪山 范晓丹 顾雪平
原对偶非线性变尺度优化潮流算法
提出利用原对偶非线性变尺度(primal-dual nonlinear rescaling，PDNR)算法求解电力系统最优潮流问题。在满足2阶最优条件时，PDNR方法具有1.5Q的超线性局部收敛速度。为实现全局收敛的最优潮流，将线性搜索算法与PDNR算法结合，形成一个全局收敛的原对偶非线性变尺度最优潮流(global PDNR optimal power flow，GPDNR-OPF)算法。该算法的特点是具有较好的全局收敛性和快速的局部收敛性。对多个IEEE测试系统进行数值仿真分析，结果显示GPDNR-OPF算法的快速收敛性得到了验证，并且在寻优解过程进入最优解邻域后，海森矩阵的病态条件与PDNR算法无关。
2009 Vol. 29 (31): 47-52 [摘要] ( 436 ) [HTML 1KB] [PDF 370KB] ( 490 )
53 郑文杰 刘明波
最优协调电压控制准稳态模型及其直接动态优化方法

根据准稳态模型，将协调电压控制问题表示为含连续–离散时间的微分–代数方程约束的最优控制模型，并采用现代最优控制理论中的直接法求解该动态优化问题。利用排列法将研究时间段划分为有限个区间，将所有状态变量、代数变量和控制变量在每个区间内用一系列多项式近似，从而将动态优化问题转化为非线性规划问题。为考虑有载调压变压器变比、可投切电容器组以及负荷切除的离散控制特性，引入二次罚函数处理离散变量，并采用非线性原对偶内点算法求解模型。从新英格兰10机39节点系统的仿真结果看出，该方法能求出有效控制以增强系统的长期电压稳定性。
2009 Vol. 29 (31): 53-59 [摘要] ( 446 ) [HTML 1KB] [PDF 334KB] ( 333 )
60 蔡涛 段善旭 康勇
基于M–估计的电力谐波稳健分析方法
谐波频谱分析是深入了解电能质量特性的关键手段。目前，参数化分析方法因具有超分辨率能力而逐渐被广泛应用，但其对噪声非常敏感，尤其在非高斯噪声或冲击噪声环境中分析精度急剧降低甚至失效。为减少大偏差数据对参数估计精度及有效性的影响，提出将稳健统计方法应用于谐波参数估计，推导基于M–估计器的谐波参数的迭代优化计算公式。此外，为进一步提高算法性能，还采用稳健性好的旋转不变技术参数估计(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques，ESPRIT)算法获取谐波频率的迭代初值，避免了迭代优化陷入局部最优且加快了收敛速度。仿真实验结果表明：该方法极大改善了原有参数化分析方法在非高斯噪声和冲击噪声条件下运用的局限性，对谐波及间谐波参数的估计都具有很好的稳健性及精确性，适合实际应用。
2009 Vol. 29 (31): 60-66 [摘要] ( 492 ) [HTML 1KB] [PDF 446KB] ( 357 )
67 贺星棋 刘俊勇 杨可 谢连芳
黑启动电机欠励保护导致的电压升高问题研究

对黑启动过程中发电机带空载长线路可能出现的欠励限制动作导致的系统工频电压升高问题进行了研究。分析了黑启动发电机定子电压在欠励动作后非正常升高的机制，通过对带有分布参数线路的黑启动系统的分析，推导出发电机欠励限制的临界值与空载最大线路长度的关系，并提出相应的预防措施，为黑启动过程合理地配置适用的发电机保护方案，提供了一些理论及实践依据。结合实际，应用实时数字仿真器(real time digital simulator，RTDS)进行仿真，仿真结果及实际系统的黑启动试验结果均证明了所得结论的正确性。
2009 Vol. 29 (31): 67-72 [摘要] ( 435 ) [HTML 1KB] [PDF 502KB] ( 293 )
73 盘宏斌 罗安 彭可 涂春鸣 程莹
混合型有源滤波器与静止无功补偿器组成综合补偿系统的电流控制

针对综合补偿系统中逆变器输出电流相位经输出滤波器、耦合变压器、无源滤波器后会产生相移的问题，分析了逆变器输出电流相移的原因，提出了广义滞后的概念和分频补偿的思路。为消除广义滞后对综合补偿系统带来的不利影响，利用逆变器输出电流与负载及晶闸管控制电抗器谐波电流极性相反等同于相位滞后p的原理，构造了一种新型p目标Smith预估器进行滞后补偿。结合广义积分器良好的分频性能，提出了基于广义滞后分频预估补偿的综合补偿系统电流广义积分控制方法，并通过仿真和实验验证了该方法的有效性和可行性。
2009 Vol. 29 (31): 73-79 [摘要] ( 463 ) [HTML 1KB] [PDF 324KB] ( 344 )
继电保护、通信及自动化
80 索南加乐 夏经德 阿里木江卡德尔 焦在滨 何世恩 王莉
输电线路分相复合阻抗纵联保护新原理

提出了一种基于分相复合阻抗的输电线路纵联保护新原理，它根据线路两端电压、电流故障分量差的比值引入分相阻抗，并以计算得到的阻抗数值判断故障是否发生在区内。在区外故障时，分相阻抗等于线路全长的正序阻抗；在区内故障时，分相阻抗明显偏离上述正序阻抗。经理论证明，所提出基于输电线路分相复合阻抗的纵联保护原理及相应的保护判据，可相互补偿用单个分相阻抗计算时所出现保护的死区。该原理不仅易于整定、具有自选相功能，而且性能可靠、动作灵敏、适应性强，EMTP数字仿真结果验证了新原理的有效性。
2009 Vol. 29 (31): 80-86 [摘要] ( 370 ) [HTML 1KB] [PDF 316KB] ( 274 )
87 翁汉琍 林湘宁
换流变压器差动保护异常动作行为分析及对策
在高压直流(high voltage direct current，HVDC)输电系统中，受铁心饱和及交直流场各种滤波器影响，相比常规变压器，换流变压器空载合闸时差动保护更容易误动，由于换流变压器工作环境的特殊性，在发生不对称故障时，可能在差动电流中存在较大的2次谐波，从而导致差动保护误制动。对换流变空载合闸和区内故障进行仿真分析，验证了2次谐波制动在HVDC系统变压器差动保护中确实有较大的局限性，同时具有误动和拒动的可能。经分析，由于变压器的铁心进入饱和需要一定时间，励磁涌流引起的虚假差动电流突变量出现时刻要比相电压突变量的出现时刻滞后一个时间差。据此，提出基于相电压突变量和差动电流突变量出现时差的变压器差动保护判据，运用该判据对各种换流变压器区内故障和励磁涌流进行判别。通过EMTDC进行了大量的仿真试验，结果验证了该判据的可行性和有效性。
2009 Vol. 29 (31): 87-94 [摘要] ( 439 ) [HTML 1KB] [PDF 297KB] ( 308 )
95 黄少锋 王兴国
特高压线路固有频率特征分析及其在继电保护中的应用

利用分布参数等值特高压输电线路，分析不同故障类型情况下暂态高频分量的特征，提出一种基于暂态高频分量频域特征的故障类型识别和保护方案，讨论了实际应用中的关键问题及解决方法。通过多信号分类(multiple signal classification，MUSIC)算法分析故障后三相电流的频谱，计算线路一侧的电流频谱相关性和电流频谱能量，利用其进行故障识别和确定故障相，在此基础上，利用线路两侧故障相的电流频谱相关度判断区内、外故障。利用PSCAD对特高压线路模型进行了仿真验证，仿真结果证明了保护判据的有效性。
2009 Vol. 29 (31): 95-102 [摘要] ( 495 ) [HTML 1KB] [PDF 379KB] ( 306 )
103 杨明 韩学山 梁军 张利
计及用户停电损失的动态经济调度方法
针对目前动态经济调度在旋转备用配置上存在的问题，提出一种计及用户停电损失的动态经济调度方法。该方法不再预先指定系统的备用需求，而是通过系统的电量不足期望(expected energy not supplied，EENS)与停电损失评价率(interrupted energy assessment rate，IEAR)将调度所对应的用户停电损失期望(expected customer interruption cost，ECOST)体现于目标函数中，在寻求扩展目标函数最小的同时自动为系统配置适宜备用。在解法上，通过对EENS指标的适当变换，使用户停电损失期望嵌入传统动态经济调度模型中，形成{0, 1}混合整数优化问题，从而达到整体求解效果。在算法上，通过引入附加约束，将混合整数优化问题转化为连续变量的二次优化问题，采用解耦的原–对偶内点法求解。算例及其分析证明了该方法的有效性和可行性。
2009 Vol. 29 (31): 103-108 [摘要] ( 457 ) [HTML 1KB] [PDF 335KB] ( 335 )
输配电及供电
109 赵静 何正友 贾勇 钱清泉
利用形态非抽样小波的电能质量扰动定位方法
由于电能质量扰动信号的波形具有不规则性与多变性，使得目前缺乏成熟的方法对其进行检测与定位。基于此，提出一种新的形态非抽样小波，并将其应用于电能质量扰动信号的检测定位。该形态小波包含了开闭与闭开组合滤波器与可检测突变信号上下边缘的形态梯度，满足信号重构条件。利用Matlab对单一扰动信号与混合扰动信号进行仿真验证，并与前人构造的形态非抽样小波进行对比分析。结果表明，所构造的形态非抽样小波具有很好的扰动信号特征描述能力及抗噪性能，即使在强噪声环境下，也能正确指示扰动起止时刻及突变极性，在电能质量扰动信号的检测定位上具有较好的适应性与可行性。
2009 Vol. 29 (31): 109-114 [摘要] ( 394 ) [HTML 1KB] [PDF 607KB] ( 280 )
115 肖先勇 马超 杨洪耕 李华强
用电压暂降严重程度和最大熵评估负荷电压暂降敏感度

现有负荷敏感度随机估计法以电压暂降的物理特征为基础，用主观概率模型描述负荷电压耐受曲线(voltage tolerance curve，VTC)的随机分布规律，所需样本量大，在实际中难以实现且可能引入主观误差。将电压暂降特征转换为电压暂降严重性指标，在负荷VTC曲线分布规律未知和样本数较少的情况下，根据最大熵原理确定VTC曲线的概率密度函数，用累计求和法计算负荷故障率，提出一种适合于小样本的随机评估方法。对评估原理、最大熵模型、约束条件、求解算法与评估过程等进行详细研究。对个人计算机(personal computers，PC)进行仿真并与现有4种评估方法比较，结果证明，该方法对样本量依赖性小，无需主观假设，在未知VTC曲线随机分布规律时，评估结果准确，适应性强。
2009 Vol. 29 (31): 115-121 [摘要] ( 534 ) [HTML 1KB] [PDF 283KB] ( 346 )
高电压技术
122 杨丽君 廖瑞金 孙才新 周天春
矢量量化在局部放电模式识别中的应用
利用绝缘试品在升、降压过程中放电量随电压变化构成的视在放电量–施加电压模式序列作为局部放电特征量，并将矢量量化和快速匹配算法引入局部放电模式识别的研究中。该算法在分类器训练阶段首先利用训练样本集通过LBG编码技术构造码书，再分别对各类放电的训练样本进行矢量量化编码，计算码字频率矩阵；在测试阶段，以同样的流程对待识别样本进行矢量量化编码和码字频率矩阵计算。最后将训练样本和待识别样本的码字频率矩阵利用快速匹配算法进行匹配后得到识别结果。对5类放电的100个样本的检测结果表明，该算法具有执行简便、识别率高的优点。
2009 Vol. 29 (31): 122-127 [摘要] ( 498 ) [HTML 1KB] [PDF 395KB] ( 334 )
128 李军浩 司文荣 姚秀 郭治峰 李彦明
油纸绝缘内部气隙缺陷电劣化过程中局部放电的测量与模拟

对油纸绝缘内部扁平气隙缺陷模型进行连续局部放电试验，在不同阶段进行局部放电相位谱图(phase resolved partial discharge pattern，PRPD)的采集。发现由局部放电导致的介质电劣化过程中其局部放电表现可分为5个阶段，前4个阶段的PRPD谱图具有很大的差别。采用基于局部放电物理过程的放电模型进行了计算机模拟，利用计算机模拟对谱图变化原因作了解释。通过对比计算机模拟过程中模型参数的变化和试验结果，对电劣化过程中缺陷气隙内部的物理变化过程进行了研究。研究结果为通过局部放电测量判断介质电劣化的发展状态提供了试验及理论依据。
2009 Vol. 29 (31): 128-134 [摘要] ( 529 ) [HTML 1KB] [PDF 290KB] ( 414 )
 
 
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