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中国电机工程学报
2009年 29卷 34期
刊出日期 2009-12-05
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
 
智能电网
1 余贻鑫 栾文鹏
智能电网述评

对智能电网的原动力、特征、主要技术组成、意义和挑战及具体实施等方面进行了述评。强调指出，智能电网的优势是明显的，但也存在巨大的挑战。向智能电网的过渡将是一个漫长的过程，其间存在多种技术的长期共存，必须认真规划。需求响应和分布式洁净能源的并网运行不仅是可持续发展的要求，也可以有效地缓解对输电容量和发电容量的需求。我国智能电网的研究在重视高级输电运行(advanced transmission operations，ATO)的同时，应对高级量测体系(advanced metering infrastructure，AMI)、高级配电运行(advanced distribution operations，ADO)、和高级资产管理(advanced asset management，AAM)给予足够重视；灵活的、可重构的配电网络拓扑和集成的能量与通信系统(integrated energy and communication system architecture，IECSA)是未来智能电网的基础，在电网规划中宜尽早考虑，以适应分布式电源的接入和未来的数字化社会对供电可靠性和电能质量的严格要求。智能电网的实施能带动众多产业发展，我国应鼓励广泛的企业参与。
2009 Vol. 29 (34): 1-8 [摘要] ( 696 ) [HTML 1KB] [PDF 359KB] ( 1235 )
电力系统仿真及分析计算
9 刘文焯 汤涌 侯俊贤 宋新立 万磊
考虑任意重事件发生的多步变步长电磁暂态仿真算法
分析现有的电磁暂态仿真程序处理数值振荡以及连续事件发生情况的不足，提出一套能胜任电力电子元件快速开断的考虑任意重事件发生的多步变步长电磁暂态仿真算法。采用该算法，对于事件发生的时刻搜索准确，计算结果精确；不需要对于情况更为复杂的控制系统部分进行插值处理，编程简单灵活；并且对仿真步长具有很大的适应性，不同步长的计算结果相差不大，数值稳定性好。大量电力电子仿真计算测试表明，该算法是有效、可行的，它提高了电磁暂态仿真程序对电力电子元器件模拟的准确性和仿真能力。
2009 Vol. 29 (34): 9-15 [摘要] ( 490 ) [HTML 1KB] [PDF 497KB] ( 330 )
16 王成山 高毅 王丹 曾沅 李鹏 张沛
考虑直流系统开关特性控制的变步长仿真算法

分析在直流小步长仿真过程中假设换流母线的交流电压不变对交直流系统双时步暂态稳定性仿真结果产生的影响及原因：该假设可能会延迟直流系统中一些具有开关特性的控制器的动作时间，造成仿真结果不准确；对于多馈入直流系统甚至可能引起直流开关特性控制的误动作，从而使仿真结果失真。所提出考虑直流控制器开关特性的变步长仿真方法，可正确计及直流开关特性控制的动作时间；实现传统的交直流双时步仿真方法和考虑直流开关特性控制的变步长仿真方法；通过算例证明所提出的变步长方法结果是准确的，且很好地保持了传统双时步方法的计算效率。
2009 Vol. 29 (34): 16-21 [摘要] ( 431 ) [HTML 1KB] [PDF 291KB] ( 343 )
22 胡泊 刘明波
最优协调电压控制间接拉道排列算法
根据准稳态假设建立含连续–离散时间微分–代数方程约束的最优协调电压控制模型。该模型综合考虑长期电压稳定性和控制成本因素，协调不同地理位置和不同种类的控制手段。根据Pontryagin极大值原理建立该协调电压控制问题的1阶最优性条件，该条件是一个典型的两点边值问题。在此基础上采用拉道(Radau)排列法求解这个两点边值问题。该算法具有计算精度高、数值稳定性好等特点。此外，为考虑有载调压变压器变比、可投切电容器组和待切除负荷的离散特性，还在控制模型中引入了二次罚函数的处理方法。以新英格兰39节点系统为基础构造算例，算例结果表明了该方法的有效性。
2009 Vol. 29 (34): 22-29 [摘要] ( 497 ) [HTML 1KB] [PDF 343KB] ( 353 )
30 杨文娟 鲍海 李伟
受控源网络的功率分解算法研究
利用电路的基本理论，从注入功率分解的角度出发，对受控源网络的功率分布特征进行分析，得到多电源电流分量在网络任意节点和支路的功率解析表达式；每个电源的注入功率可分解为电源数个功率分量的代数和，每个分量描述2个电源间的耦合关系，电网中支路功率为具有不同分布系数的所有功率分量的代数和。同时，受控源网络的功率又表现为基础功率与附加功率之和。其中，基础功率为对称网络中相应项的功率，附加功率为与受控源的控制系数有关的功率。最后以典型受控源装置——可控串补(thyristor- controlled series compensation，TCSC)为例，用IEEE-9节点系统算例验证算法的精确性。
2009 Vol. 29 (34): 30-35 [摘要] ( 378 ) [HTML 1KB] [PDF 262KB] ( 301 )
电力系统运行与规划
36 李常刚 刘玉田 张恒旭 庄侃沁 曹路 黄志龙
基于直流潮流的电力系统频率响应分析方法

频率是电力系统的重要电气量，频率偏移的根本原因是有功功率不平衡。分析传统频率响应分析模型，如全状态分析法、平均系统频率模型和系统频率响应模型等的优缺点，提出一种新的基于直流潮流的电力系统频率响应分析方法。该方法忽略无功–电压变化对有功–频率动态的影响，假定发电机端电压恒定，对发电机组模型进行适当简化，并采用直流潮流近似考虑网络影响。仿真分析结果表明，该方法能较好地反映系统有功–频率动态过程，具有较高分析精度和较小计算量，能同时给出系统在功率扰动下的频率动态信息和有功动态信息，可用于功率扰动事故的快速频率响应分析和预想事故筛选。
2009 Vol. 29 (34): 36-41 [摘要] ( 468 ) [HTML 1KB] [PDF 373KB] ( 399 )
42 刘道伟 韩学山 王勇 王孟夏 贠志浩
在线电力系统静态稳定域的研究及其应用
日益复杂的电网迫切需要在线监控，而寻求简捷、有效的分析方法是在线监控得以实施的关键。静态功角稳定和电压稳定在本质上是统一的，根据二者极限处特性的关系，在相角和功率因数角d -F 空间上构造出静态稳定域，并在此基础上，提出一种以节点稳定裕度为目标的定量化切负荷快速计算方法。该方法采用量测量进行等值，间接避免了潮流计算和具体临界值的求取，从而弥补了传统方法在线应用中存在的系统规模过大、非线性模型不准确、计算速度慢的缺陷。仿真结果表明，该方法物理概念清晰、计算简单快速，有在线应用前景。
2009 Vol. 29 (34): 42-49 [摘要] ( 604 ) [HTML 1KB] [PDF 419KB] ( 349 )
50 吕志鹏 罗安 帅智康 周柯 吕文坤 蔡平
变电站无功电压协同优化及复合控制系统研究

提出一种变电站无功电压协同优化与复合控制系统，控制系统采用枚举算法在设定的约束条件下，以变电站有功损耗最低、电压波动最小为目标，寻优确定变压器投退、抽头调整及静止无功补偿器(static var compensator，SVC)装置的补偿方式，同时使变压器运行在经济运行区间。仿真表明复合控制系统可对因负载变化、变压器投切、抽头调整等工况引起的无功和电压波动进行跟踪，并实施在线补偿，经工程验证证明对变压器经济运行、平抑电压和无功波动、抬升变电站供电质量都有显著效果。
2009 Vol. 29 (34): 50-56 [摘要] ( 504 ) [HTML 1KB] [PDF 320KB] ( 429 )
继电保护、通信及自动化
57 张琦兵 邰能灵 袁成 金红核 林尉
同塔四回输电线的相模变换

对适用于同塔四回输电线的相模变换方法进行总结分析，考虑更接近于现场实际应用的同塔四回输电线结构，提出利用十二序分量扩展法对网络方程解耦，对故障序网图进行分析，并从数学上对同塔四线相模变换时相似变换矩阵的充分必要条件进行了计算证明。分析更普遍适用的同塔四回输电线模型，对其相模变换方法进行计算分析。在此基础上，对应用于同塔四回线相模变换的几种方法进行比较。结果表明，在四回线线路参数相差不大时，所提出的十二序分量扩展法的计算量小，故障序网图简单，更便于电力系统分析。
2009 Vol. 29 (34): 57-62 [摘要] ( 437 ) [HTML 1KB] [PDF 243KB] ( 440 )
63 孙晓明 刘涤尘 袁荣湘
用于电力故障波形重现的逆变器建模及其自适应控制
从频域角度对用于故障波形重现的逆变器进行建模和分析。通过引入导通时间偏移量和时间–电压转换系数的概念提出一种改进模型，实现了占空比到输出电压的线性变换；克服了近似模型由于线性化造成的频带受限。引用能消除固有跟踪误差的准PID控制器对改进模型进行控制，为消除参数漂移等对其性能的影响，提出了基于“有感知器监督的Hebb学习规则”的单神经元自适应准PID控制器，很好地改善了控制性能，满足了故障波形重现的精度要求；且该算法运算量小，适合于实时实现和现有软件的更新升级。
2009 Vol. 29 (34): 63-70 [摘要] ( 518 ) [HTML 1KB] [PDF 397KB] ( 369 )
71 彭春华 孙惠娟
基于非劣排序微分进化的多目标优化发电调度
环境和经济优化发电调度(economic optimization power dispatch，EED)问题是一个针对总购电成本和总污染排放量均尽量低这2个相互制约的目标进行优化的非线性约束多目标优化(multi-objective optimization problem，MOP)问题，基于非劣排序微分进化(non- dominated sorting differential evolution，NSDE)过程设计了一种新的多目标优化算法来对其进行求解。该算法通过将帕累托(Pareto)非劣排序操作与微分进化算法有机融合，对个体的排挤机制和变异策略进行改进以克服进化早熟和搜索不均的问题，并采用模糊集理论提取出最优折中非劣解。以一个包含6个发电单元的电力系统为例进行环境和经济多目标优化发电调度，测试结果验证了该算法能得到完整且分布均匀的帕累托最优解集，通过与普通非劣排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm，NSGA) NSGA-II进行比较，进一步论证了该算法的优越性及求解多目标优化发电调度问题的能力。
2009 Vol. 29 (34): 71-76 [摘要] ( 538 ) [HTML 1KB] [PDF 292KB] ( 392 )
动力经济
77 马新顺 刘建新 文福拴
不确定环境下的随机模糊规划最优报价策略模型

在电力市场环境下，发电公司在构造其最优报价策略时需考虑多种不确定信息，如竞争对手的策略性行为、系统预测负荷及需求弹性等。由于受到数学理论的限制，在构造发电公司的最优报价策略方面，以往的研究工作仅能够将这些不确定参数分别按随机变量或模糊变量进行处理，而不能将实际中存在的随机和模糊两类不确定性进行统一处理。从不确定理论出发，将竞争对手的报价行为和需求弹性作为模糊变量处理，同时将预测负荷视为随机变量的情况下，构造了计及风险的发电公司最优报价的机会约束随机模糊规划模型，设计了将随机模糊模拟、神经网络和遗传算法结合在一起的混合智能算法进行求解。用有6个发电公司参与的电力市场进行计算和分析，说明了该文模型及求解算法的可行性及有效性。
2009 Vol. 29 (34): 77-83 [摘要] ( 436 ) [HTML 1KB] [PDF 308KB] ( 398 )
输配电及供电
84 肖正直 李正良 汪之松 晏致涛 韩枫
1 000 kV汉江大跨越塔线体系风洞实验与风振响应分析

以建设中的晋东南—南阳—荆门1 000 kV特高压输电线路为工程背景，针对输电铁塔风致响应较复杂的特点，进行了气弹模型风洞实验。输电塔气弹模型采用刚性节段加“V”型弹簧片法设计，通过分析实验结果，获得了铁塔的气动力系数和风振响应等数据。在单维多变量随机风场合成方法的基础上，引入了纵向与竖向脉动风速的交叉谱的影响，模拟了三维脉动风速时程。采用抖振响应的时程方法，分析了输电塔线体系的顺风向风振响应，其计算值与实验值吻合较好。结果表明，在风荷载作用下，输电导线与铁塔的相互耦合作用不可忽略。
2009 Vol. 29 (34): 84-89 [摘要] ( 488 ) [HTML 1KB] [PDF 450KB] ( 365 )
90 肖先勇 杨洪耕 陈武 李华强
敏感设备电压暂降敏感度的模糊随机评估
敏感设备的电压暂降敏感度一般用设备故障率来描述，其大小取决于供电系统在供电点处产生的电压暂降特性与敏感设备电压耐受能力，但供电系统电压暂降和设备耐受能力均具有不确定性，对其准确评估和预测很难。考虑两者的不确定性，把电压暂降引起的敏感设备故障定义为模糊随机事件，引入模糊随机变量的概念，建立电压暂降引起的敏感设备故障概率的模糊随机评估模型，利用模糊随机变量的l–截集，把模糊随机变量的概率求解问题转化为普通随机变量的概率求解，保证了评估方法的可行性。用个人计算机(personal computers，PC)仿真并与蒙特卡罗随机模拟结果比较，证明该方法的正确性和可行性，评估结果符合客观实际。
2009 Vol. 29 (34): 90-95 [摘要] ( 627 ) [HTML 1KB] [PDF 355KB] ( 379 )
高电压技术
96 李庆峰 廖蔚明 丁玉剑 范建斌
±800 kV直流输电线路带电作业的屏蔽防护

±800 kV直流输电线路即将在我国建成投运，其空间场强要高于500 kV及以下电压等级的输电线路。为保证±800 kV直流输电线路带电作业的安全可靠进行，首先分析了带电作业屏蔽防护应达到的安全控制水平，然后对±800 kV直流输电线路带电作业人员的安全防护措施进行了试验研究，试验内容包括屏蔽服内外电场强度的测量、流过屏蔽服和人体的电流的测量。试验结果表明，穿戴全套屏蔽用具进行±800 kV直流输电线路带电作业是安全可行的。
2009 Vol. 29 (34): 96-101 [摘要] ( 467 ) [HTML 1KB] [PDF 585KB] ( 342 )
102 李茂华 董建尧 杨靖波 耿景都 李喜来 傅鹏程
特高压双回路钢管塔真型试验

SZT2钢管塔是我国第1基1 000 kV交流特高压双回路真型试验塔，塔总高93.4 m，质量132 t，依照标准 DL/T 899—2004《架空线路杆塔结构荷载试验》，在大风、验算冰、锚线、断线等9个试验工况下对其进行试验。试验结果表明：SZT2塔的位移测试结果满足变形要求；应变测试结果没有超过构件承载力，说明整体结构是安全的；试验还验证了锻造带颈法兰在特高压双回路钢管塔中能够安全可靠地传力，由于其能起到降低焊接工作量和提高加工效率的目的，建议在实际工程中推广使用；SZT2塔采用的节点板连接方案可行，U型插板、十字插板及C型插板安全可靠；连接板端部钢管的局部屈服是设计的薄弱点，应加强防止局部破坏的构造。
2009 Vol. 29 (34): 102-107 [摘要] ( 437 ) [HTML 1KB] [PDF 412KB] ( 402 )
108 蒋兴良，林锐，胡琴，张志劲，胡建林
直流正极性下绞线电晕起始特性及影响因素分析
电晕是输电线路设计和运行中需考虑的重要问题之一。在多功能人工气候室内通过改变气压和湿度对3种不同直径钢芯铝绞线及光滑铜管进行正直流电晕试验，同时结合气体放电理论建立导线电晕起始放电模型以系统分析导线电晕起始特性影响因素。将试验数据和计算结果进行对比，两者吻合较好。电晕起始电压随相对空气密度下降、绝对湿度升高而减小，其主要原因是空气密度降低导致电离层厚度增大、湿度升高引起光子吸收系数增大及高场强区域内碰撞电离能力增强。此外，电晕起始电压随绞线半径增大和最外层股数增加而升高并呈现饱和趋势。文中还根据计算结果对绞线粗糙度系数与绞入率(绞线最外层铝线直径与绞线外径之比)的关系进行了探讨，从理论上得到表征绞线粗糙度系数的数学表达式。
2009 Vol. 29 (34): 108-114 [摘要] ( 492 ) [HTML 1KB] [PDF 500KB] ( 379 )
115 刘平 吴广宁 隋彬 李瑞芳 曹晓斌 樊春雷 蒋伟
雷电流波形参数估计仿真研究

雷电流波形由波前时间、波尾时间及雷电流陡度因子表征，对电力电子系统的雷电防护具有重要意义。针对含噪雷电流波形的多参数估计问题，提出了一种多群落粒子群优化算法(Nelder-Mead particle swarm optimization，NMPSO)，对雷电流特征参数构成的粒子群整体按粒子群优化算法(particle swarm optimization， PSO)处理，每个子群落按Nelder-Mead单纯形法处理，有效解决了粒子群优化过程中的停滞问题。Heidler雷电流函数的测试表明，当信噪比在5~40 dB内变化时，函数匹配相关系数为0.854 6~0.999 9。此外，NMPSO算法在Heidler雷电流函数参数估计中具有很强的抑噪能力，该文为雷电流波形测量装置提供了一种快速有效的数值算法，因而具有一定的研究价值和工程意义。
2009 Vol. 29 (34): 115-121 [摘要] ( 519 ) [HTML 1KB] [PDF 401KB] ( 342 )
122 查俊伟 党智敏
聚酰亚胺/纳米ZnO耐电晕杂化膜的绝缘特性

通过原位聚合方法制得了纳米粒子分散均匀的聚酰亚胺/纳米ZnO杂化膜。在实验的基础上研究了不同掺杂含量和老化时间对杂化膜的介电特性的影响，同时通过热失重分析仪研究其热稳定性能以及用扫描电镜分析纳米粒子在聚酰亚胺基体中的分散状态。结果表明，随着ZnO含量的提高，耐电晕性能得到了较大幅度的提高。当纳米ZnO含量为7%时介电常数为4.5左右，介电损耗在0.02以下，且随频率变化不大，击穿场强虽有所下降但仍满足实际需要。通过对电场和纳米ZnO粒子的分析初步讨论了耐电晕性能的老化机制。
2009 Vol. 29 (34): 122-127 [摘要] ( 445 ) [HTML 1KB] [PDF 278KB] ( 514 )
128 吕超 于洪海 王立欣
基于人工免疫网络的断路器在线自学习故障诊断

现有的高压断路器故障诊断方法在跟踪机械状态行为变化的能力上存在不足。在人工免疫网络aiNet的基础上，提出了一种具有在线自学习能力的断路器机械状态分类网络C-aiNet；详细介绍了C-aiNet的训练流程和在线自学习机制，讨论了影响网络性能的参数选取原则。该方法能够在线跟踪机械状态在特征空间中的变化，形成新的分类边界，适当遗忘旧的分类边界，并且能够识别新的故障模式。应用实测断路器振动特征数据的仿真结果表明，该方法能够取得较基于神经网络的故障诊断方法更为准确的诊断结果。
2009 Vol. 29 (34): 128-134 [摘要] ( 428 ) [HTML 1KB] [PDF 342KB] ( 353 )
 
 
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