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中国电机工程学报
2010年 30卷 7期
刊出日期 2010-03-05
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 尹项 汪旸 张哲
适应智能电网的有限广域继电保护分区与跳闸策略
随着大范围停电事故的频发以及智能电网技术的发展，基于广域多点信息的广域继电保护成为热点研究问题。基于对广域继电保护技术发展前景与工程实用化要求的分析，论述一种蜂窝式分区域集中决策有限广域继电保护系统，并重点研究了基于通信信息优化的保护分区原则和方法，以及符合保护配合要求的保护跳闸策略。以某电网为例进行实例分析，验证了上述结论的可行性。此研究旨在促进广域继电保护从原理性探索向应用的转化，用以应对具有结构与运行多样性的智能电网的发展要求。
2010 Vol. 30 (7): 1-7 [摘要] ( 467 ) [HTML 1KB] [PDF 326KB] ( 439 )
电力系统运行与规划
8 张硕 李庚银 周明
含风电场的发输电系统可靠性评估
基于序贯蒙特卡罗仿真方法，建立含风电场的发输电系统充裕度评估模型。计及输电线路故障和输电线路有功限制，建立考虑风向、尾流效应以及地形因素影响的风电场内各台机组捕获风速计算模型，并提出了新的关于风电场接入系统的可靠性指标。利用Matlab 7编写了相应程序，对引入该模型的IEEE-RTS79系统进行可靠性评估。通过对比不同的接入方案，充分评估大规模风电场对发输电系统可靠性的影响。
2010 Vol. 30 (7): 8-14 [摘要] ( 461 ) [HTML 1KB] [PDF 270KB] ( 514 )
15 何剑 程林 孙元章
电力系统运行可靠性最优控制
电力系统的运行面临着许多不确定性。如何保证电力系统高可靠运行的同时最大程度地节省运行成本，始终是调度运行人员关心的问题。为此提出运行可靠性最优控制的概念、模型和算法。目的是寻找系统最优运行点以协调运行可靠性成本和效益，为调度员提供在线的辅助控制策略。模型以最小化期望社会成本作为优化目标，以发电机有功出力、发电母线电压幅值和无功源的无功出力作为控制变量，以初始点的潮流约束作为约束条件，采用改进的粒子群智能优化算法进行求解。算例采用IEEE RTS-79测试系统和中国西南某省实际系统比较运行可靠性最优控制、最优潮流和安全约束最优潮流的控制效果，表明该文所提模型和算法的有效性。
2010 Vol. 30 (7): 15-21 [摘要] ( 468 ) [HTML 1KB] [PDF 361KB] ( 440 )
22 陈启鑫 康重庆 夏清
碳捕集电厂的运行机制研究与调峰效益分析
二氧化碳捕集和封存(carbon capture and storage，CCS)是实现电力低碳化发展的关键技术，具有光明的发展前景。作为未来重要的电源选择，碳捕集电厂的运行性能与调整能力将对电网运行的安全性与高效性产生重大影响。结合碳捕集技术的基本原理，深入研究了碳捕集电厂内部的能量流，量化分析了碳捕集电厂的运行区间，并揭示了碳捕集电厂的调峰性能。在此基础上，提出基于“电力系统调峰成本曲线”的分析方法，以直观、简明的方式实现了电力系统的调峰优化决策；并以具有复杂电源结构的电力系统为例进行调峰效果分析，特别测算了碳捕集电厂对电力系统容纳大规模风电接入的贡献率，评估了碳捕集电厂在提高电网运行安全裕度与降低系统调峰成本上的显著效益。
2010 Vol. 30 (7): 22-28 [摘要] ( 441 ) [HTML 1KB] [PDF 299KB] ( 398 )
29 张学广 刘义成 海樱 徐殿国
改进的配电网双馈风电场电压控制策略
结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators， DFIG)的运行特点，提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略，其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法，也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础，给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法，阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况，给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法，分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性，仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。
2010 Vol. 30 (7): 29-35 [摘要] ( 402 ) [HTML 1KB] [PDF 269KB] ( 448 )
电力系统仿真及分析计算
36 吴红斌 丁明
用于电力系统暂态稳定仿真的可变步长牛顿法
提出一种基于可变步长技术和不诚实牛顿法(very dishonest Newton method，VDHN)相结合的电力系统暂态稳定仿真算法。根据发电机的凸极效应，在迭代过程中将节点电压计算进行简化，使得雅可比矩阵在仿真过程中保持不变，以加快仿真速度。同时，利用隐式积分的局部截断误差理论，提出可变步长的VDHN时域仿真算法，并给出仿真过程中变步长的相关修正策略。结合2个算例系统进行仿真，从仿真速度、极限切除时间、可变步长和节点电压等方面，进一步验证可变步长VDHN算法的有效性和实用性。仿真结果表明，可变步长的VDHN算法，能够有效地提高系统的仿真速度，提高的幅度与故障持续时间有关。
2010 Vol. 30 (7): 36-41 [摘要] ( 414 ) [HTML 1KB] [PDF 288KB] ( 387 )
42 周成 贺仁睦
应用界标分界法的电力系统动态仿真准确度评估
动态仿真在电力系统分析方面已得到了广泛的应用，成为系统设计、运行不可缺少的工具；仿真的准确度直接决定了系统运行的安全性和经济性。针对现有仿真准确度评估方法的不足，综合了界标分界法与直接距离法，提出了基于形状相似度和数值相似度2个指标的电力系统仿真准确度的评估方法。该方法克服了在噪声干扰情况下应用规范系数法求解形状相似度时评估结果失真的问题，其评估结果可为使用人员进行模型修正提供参考依据。结合2004年某地区大扰动试验的实测数据及使用不同负荷模型进行后验仿真的计算结果，进行了算例分析，验证了该评估方法的可行性。
2010 Vol. 30 (7): 42-47 [摘要] ( 411 ) [HTML 1KB] [PDF 337KB] ( 408 )
48 汪成根 张保会 郝治国 李鹏 舒进 程临燕 薄志谦
一种电力系统失步解列面的实时搜索方法
为故障后失去稳定的电力系统确定解列断面以平息系统振荡可以防止系统完全崩溃，如何快速寻找不同失稳模式下的解列面成为解列控制的关键问题之一。提出电力系统失步解列面实时搜索方法，该方法的优化目标为解列后各孤岛内发电机和负荷不平衡尽可能小。方法包含3个阶段：基于潮流追踪的系统分区、基于发电机分群信息的解列面初步确定和基于初步解列断面的解列断面改善。算法具有时间复杂度小、计算速度快的特点。基于C++语言编制实时搜索程序，对IEEE 118节点系统进行解列面搜索仿真计算，仿真算例验证了方法的有效性和快速性。
2010 Vol. 30 (7): 48-55 [摘要] ( 396 ) [HTML 1KB] [PDF 614KB] ( 814 )
56 贾晓峰 颜伟 周家启 余娟 黄正波 David C.Yu
复杂电网的分层解耦潮流算法
基于高压电网中环网和辐射分支并存的特性，提出复杂电网的逆流分层拓扑搜索法及对应的分层解耦潮流算法。首先，通过拓扑搜索将原电网分解成拥有共同边界节点的主环网和辐射子网2部分，并自动形成辐射子网的支路层次结构；其次，将辐射子网等效为主环网对应边界节点的负荷，而将主环网中边界节点的电压等效为辐射子网的电源电压；第三，采用P-Q分解法和前推回代法交替求解主环网与辐射子网，并通过等效负荷和等效电压的交互修正来实现分解协调，从而达到一体化计算的目的。其中，辐射子网的前推回代计算按其支路层次结构分层进行。基于IEEE 300节点和重庆电网算例的仿真计算，验证该文方法在计算速度和收敛性方面具有明显优势。
2010 Vol. 30 (7): 56-61 [摘要] ( 398 ) [HTML 1KB] [PDF 234KB] ( 350 )
62 余涛 王宇名 刘前进
互联电网CPS调节指令动态最优分配Q–学习算法
控制性能标准(control performance standard，CPS)下互联电网调度端的自动发电控制(automatic generation control，AGC)指令(简称CPS指令)到各类型AGC机组的动态优化分配是随机最优问题。将CPS指令分配的连续控制过程离散化，并可将其看作是一个离散时间马尔可夫决策过程，提出应用基于Q–学习的动态控制方法。根据优化目标的差异，设计不同的奖励函数，并将其引入到算法当中，有效结合水、火电机组的调节特性，并考虑水电机组的调节裕度，提高AGC系统调节能力。遗传算法和工程实用方法在标准两区域模型及南方电网模型的仿真研究显示，Q–学习有效提高了系统的适应性、鲁棒性和CPS考核合格率。
2010 Vol. 30 (7): 62-69 [摘要] ( 436 ) [HTML 1KB] [PDF 488KB] ( 318 )
70 陈武晖 毕天姝 杨奇逊 邓集祥 薛安成
研究暂态扭矩的解析方法

根据模态级数方法，推导扭矩2阶解和1阶解，建立分析扭振动态特性的解析方法，可直接从物理概念上分析扭振特性。应用定量指标分析扭矩2阶解和1阶解描述扭振特性的可行性。另外，基于2扭矩阶解定义基本模态和复合非线性指标及模态非线性贡献因子，应用这些指标分析非线性模态互作用对暂态扭矩的影响。基本模态非线性指标描述非线性模态互作用对基本模态初始幅值和相角的影响，复合模态非线性指标描述基本模态与复合模态互作用的强度，模态非线性贡献因子描述基本模态和复合模态对扭矩2阶解的贡献。以IEEE第1标准模型作为算例进行研究，获得了一些新观点。
2010 Vol. 30 (7): 70-76 [摘要] ( 443 ) [HTML 1KB] [PDF 359KB] ( 317 )
继电保护、通信及自动化
77 朱国防 陆于平
基于RPR的变电站通信系统传输时延上界计算
为了确定基于弹性分组环(resilient packet ring，RPR)的变电站通信系统实时性是否满足IEC 61850标准的要求，使用网络演算理论推导出各种业务在采用双缓存媒体控制(medium access control，MAC)策略的弹性分组环中传输时延上界的计算方法，并以典型变电站为例，计算得到了变电站内各种数据流的传输时延上界。计算结果为：使用吉比特弹性分组环作为过程总线，当网络负载率小于80%且节点数达到上限时，实时业务的传输时延上界小于2.5 ms；使用吉比特弹性分组环既作为变电站总线又作为过程总线，当最大报文长度和网络节点数达到上限时，实时业务的传输时延上界为3.5 ms左右。网络演算和OPNET仿真结果表明：基于弹性分组环的变电站通信系统能够满足IEC 61850标准的要求。
2010 Vol. 30 (7): 77-84 [摘要] ( 357 ) [HTML 1KB] [PDF 508KB] ( 344 )
动力经济
85 田建伟 胡兆光 吴俊勇 肖潇 徐敏杰
基于多智能体建模的经济–电力动态模拟系统
运用多智能体(multi-agent)建模方法构建了行业、市场、政府、居民4类智能体，并进行经济–电力动态模拟系统的机制设计。通过智能体的协作与交互模拟经济个体行为的变化，从而模拟宏观政策对经济及电力需求的影响。系统采用半开放式设计，必要时专家可以将自己的智能赋予开放式智能体(open-agent)，提高了有关智能体(agent)的智能性。针对国际金融危机对2008年中国经济及电力需求的影响进行模拟，结果表明所构建的模型充分反映了宏观政策和电力需求的关系。因此，给决策者提供了一个有效的经济–电力政策分析工具。
2010 Vol. 30 (7): 85-91 [摘要] ( 429 ) [HTML 1KB] [PDF 305KB] ( 320 )
输配电及供电
92 晏致涛 李正良
重冰区输电塔–线体系导线断线分析
断线事故会引起整个输电系统的振荡，甚至导致输电塔倒塌及产生火灾等次生灾害。考虑输电塔、导线、绝缘子等的非线性特性，建立了输电线路塔–线体系的断线耦合振动分析有限元模型。以向家坝—上海±800 kV特高压直流输电线路为例，进行了断线工况振动非线性时程分析，分析了断线冲击荷载引起的导线跳跃、最大水平张力、绝缘子悬挂处和直线塔支座节点处的反力等。分析表明，断线的冲击荷载将对导线和输电塔均产生较大的动力放大效应, 风荷载将加剧断线引起的振动。
2010 Vol. 30 (7): 92-97 [摘要] ( 343 ) [HTML 1KB] [PDF 324KB] ( 395 )
98 刘利强 罗先觉 王森 牛涛
接地网腐蚀诊断的可信度分析
为更有效地利用接地网腐蚀诊断结果，提出了一种借助可测性矩阵分解进行可信度分析的方法。建立了一个新的可测性矩阵，该矩阵只与接地网拓扑结构和测试信息有关，且不需进行偏导运算，并建立了接地网非线性腐蚀诊断方程，利用高斯–若当消去法从可测性矩阵中得到支路模糊集和完全可测支路集合。提出了利用模糊集中元件诊断结果的倍率分散系数进行可信度排序的方法，并给出了这些元件诊断结果可确诊的3个判断准则。对110 kV蒲城变电站接地网仿真测试验证了算法的有效性。
2010 Vol. 30 (7): 98-103 [摘要] ( 404 ) [HTML 1KB] [PDF 285KB] ( 316 )
高电压技术
104 杨靖波 韩军科 华旭刚 陈政清
1 000 kV淮南—上海输变电工程同塔双回钢管塔风振控制

以1 000 kV淮南—上海(皖电东送)输变电工程同塔双回钢管塔为研究对象，对风荷载作用下杆塔的整体振动以及局部钢管杆件的涡激振动的控制措施，分别采用数值仿真和风洞试验进行了研究。针对整塔的风振，提出采用粘弹性阻尼器并联于钢管主材外侧控制弯曲振动、调谐质量阻尼器置于横担端部控制扭转振动的新型联合控制方案；针对局部钢管杆件的横风向涡激振动，提出采用螺旋形扰流线的控制方案；并给出控制装置的关键技术参数的设计方法。控制措施易于工程应用，在一定的参数下，塔顶处顺风向位移和加速度响应可降低30%，杆件横风向振动基本消失，钢管塔的这2类风振得到有效抑制。
2010 Vol. 30 (7): 104-110 [摘要] ( 374 ) [HTML 1KB] [PDF 1730KB] ( 294 )
111 章程 邵涛 龙凯华 王东珏 张东东 王珏 严萍 周远翔
大气压空气中纳秒脉冲介质阻挡放电特性分析
介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)是产生低温等离子体的重要方法，纳秒脉冲条件下DBD与普通交流下的放电不同。通过单极性纳秒脉冲激发大气压空气中DBD，计算纳秒脉冲DBD的电气参数，与交流或微秒脉冲放电的电气参数相比较，并对比放电图像与电流波形的关系，探讨了放电机制。研究结果表明，纳秒脉冲DBD的放电电流呈双极性，气隙上发生2次放电过程，其电气参数高于常规交流和微秒脉冲DBD的电气参数。随着空气间隙距离的增加，均匀放电向丝状放电的转化与电流脉冲波动相关。由于微放电持续时间与施加脉冲处于同一个数量级，且基本同时发生在气隙中，很难在同一位置上存在数个连续的微放电，这对放电的均匀性有利。
2010 Vol. 30 (7): 111-117 [摘要] ( 442 ) [HTML 1KB] [PDF 321KB] ( 529 )
118 蒋兴良 石岩 黄欢 孙才新
污秽绝缘子泄漏电流频率和相位特征的试验研究
污闪是电力系统安全运行的严重威胁，提取污秽绝缘子泄漏电流特征量是有效实现污闪预警的前提之一，目前污闪预警并不十分理想的原因之一是表征污闪与泄漏电流关系的特征量尚未达成共识。以人工污秽试验为基础，结合交流下污秽绝缘子表面电弧放电机制，分析了盐密和湿度(relative humidity，RH)对绝缘子表面泄漏电流相位(q )的影响，泄漏电流的总谐波畸变率(total harmonic distortion，THD)、高次谐波和低次谐波与泄漏电流波形畸变之间的内在联系。结果表明：q 随RH的增加而减小；泄漏电流波形畸变的主要原因是电弧放电产生的3次谐波，轻污时THD随RH的增加而缓慢增加，污秽较重时THD随RH的增加呈先减小后增加的趋势，存在极小值，在THD极小值处，污秽绝缘子开始产生局部放电现象。根据理论分析和试验验证，提出可利用q和THD的变化趋势在空气湿度较低时进行污闪预警。
2010 Vol. 30 (7): 118-124 [摘要] ( 401 ) [HTML 1KB] [PDF 307KB] ( 328 )
125 鲁非 叶齐政 林福昌 龙兆芝 谢静 李倩
雨滴对高压直流输电线路地面离子流场的影响
HVDC输电线路离子流场的计算对于输电线路的设计和电磁分析具有重要意义，其中降雨条件下输电线路的电磁环境问题尤为突出，然而目前关于雨滴对离子流场影响的研究较少。为此，在Deutsch假设的基础上，针对空间存在的雨滴对离子流场的影响因素，进一步假设雨滴为输电线路新的电荷背景，同时采用雨滴局部畸变电场值替代标称电场值，从而考量雨滴对离子流场的影响效果。实例计算表明，与Teshmont公司的计算结果相比，良好天气下该模型的计算结果与其一致；与良好天气相比，雨天下地面离子流密度与电场的值分别约增大至2倍和1.5倍。
2010 Vol. 30 (7): 125-130 [摘要] ( 459 ) [HTML 1KB] [PDF 322KB] ( 388 )
131 刘卫东 吴俊勇 黄瑜珑 吴军辉 关永刚 张华 田刚领
SF6断路器强电流开断喷管内压力测量
研究了SF6断路器强电流开断时喷管内暂态压力测量的方法。对一台252 kV SF6断路器进行了强电流开断试验，采用压阻式压力传感器和毕托管，测量了压气缸、喷管上游、喷管喉部和喷管下游的暂态压力。毕托管有效地保护传感器，免受喷管中高温和高电压的影响。毕托管内压力波的来回反射对压力测量产生干扰，在毕托管内放置颗粒可阻尼压力波，抑制干扰。文中所建立的压力测量方法能够有效测量断路器开断全过程中压气缸和喷管上游的压力变化；有效测量断路器吹弧过程中喷管喉部的压力变化。
2010 Vol. 30 (7): 131-136 [摘要] ( 413 ) [HTML 1KB] [PDF 273KB] ( 744 )
 
 
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