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中国电机工程学报
2010年 30卷 10期
刊出日期 2010-04-05
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
高电压技术
 
智能电网
1 肖创英 汪宁渤 丁坤 陟晶
甘肃酒泉风电功率调节方式的研究

酒泉风电基地(Jiuquan wind power base，JQWPB)是中国第一个千万千瓦级示范风电基地，它的建设给甘肃电网乃至西北电网带来调频调峰、电力电量消纳等技术难题，利用河西地区测风资料和近期调度能量管理系统(energy management system，EMS)实际运行数据，分析甘肃酒泉地区风资源特性和风电出力特性，研究风电并入电网的功率调节方式，根据国内技术发展水平和河西资源状况，比较了抽水蓄能、常规火电以及抽水蓄能和火电联合3种功率调节方式，得出了抽水蓄能电站不能用于风电功率调节、抽水蓄能和火电联合调节存在不确定性和一定规模的常规火电可以满足风电功率调节要求的结论。建设一定规模的火电基地，并在酒泉地区将其电能以特高压直流外送是解决酒泉风电调频调峰与电量消纳的有效途径。
2010 Vol. 30 (10): 1-7 [摘要] ( 604 ) [HTML 1KB] [PDF 287KB] ( 489 )
8 丁平 周孝信 严剑峰 于之虹 陈伟
大型互联电网多断面功率约束潮流算法

现有的各种潮流算法不能很好地解决断面功率调整问题，特别是断面功率和目标值偏差较大时收敛困难。提出一种基于牛顿法的大型互联电网多断面约束潮流算法，称为多断面控制法。该算法能在解电网潮流方程的同时将多个断面功率控制在指定位置。通过在传统潮流方程中增加断面功率偏差方程，并在承担控制任务的发电机功率方程组中增加功率变化附加项，建立控制多断面功率的基本模型。针对不同情况采取不同机群设置技巧和控制措施，使本文方法能适应不同情况大型电网的计算需求。该方法原理简单、收敛性好、容易实现。用WEPRI-36节点系统和大电网的实际工程验证了算法的有效性。
2010 Vol. 30 (10): 8-15 [摘要] ( 418 ) [HTML 1KB] [PDF 377KB] ( 412 )
16 李再华 白晓民 周子冠 许婧 李晓珺 张霖 孟珺遐 朱宁辉
基于特征挖掘的电网故障诊断方法

专家系统在应用方面的主要瓶颈是：规则库的维护；推理的速度和准确度的协调。分析了故障信息序列中必有或特有的信息，提出了基于特征挖掘的关联规则挖掘方法。结合电网故障信息的特征，改进了频繁模式(frequent pattern，FP)–算法：考虑了故障信息的特征，如时序和因果关联关系、故障性质、严重故障、稀有故障等因素；增加了规则的“或”逻辑；改进了FP-树的修剪技术。算例表明该算法能够大量减少无效挖掘，推理速度和准确度显著提高，适用于在线诊断。
2010 Vol. 30 (10): 16-22 [摘要] ( 484 ) [HTML 1KB] [PDF 261KB] ( 350 )
23 孙保功 叶鹏 邵广惠 徐兴伟 候凯元 陶家琪
基于非线性内点方法的风电接入能力研究

互联电网的风电接入能力是现代电力系统运行和规划的重要问题之一。提出一种基于非线性优化的风电接入能力计算方法。建立了电网风电接入能力问题的优化模型，利用非线性原–对偶路径跟踪内点算法进行求解。给出了具体的计算步骤，并且以IEEE 30节点系统为例进行仿真，验证了所提方法的有效性。该方法可以综合考虑系统的运行约束和运行方式，较为准确地找出影响风电接入能力的关键约束。非线性内点算法具有较好的收敛特性，运用该算法可以得到较为准确和符合系统实际运行情况的风电接入功率极限，具有工程应用价值。
2010 Vol. 30 (10): 23-28 [摘要] ( 481 ) [HTML 1KB] [PDF 343KB] ( 396 )
电力系统运行与规划
29 胡博 谢开贵 黎小林 曹侃 刘映尚
HVDC输电系统可靠性跟踪方法
由于高压直流输电(HVDC)系统结构复杂、元件众多，各元件对系统不可靠性的影响各不相同，如能找到一种不可靠性分摊方法，给出各元件对系统不可靠性的贡献大小，以确定直流输电系统的薄弱环节，将为运行和规划人员提供一种新的可靠性分析方法。针对该问题，提出基于比例分摊思想的系统不可靠性跟踪准则，结合可靠性计算中的子系统划分，又提出了直流输电系统可靠性跟踪的2次分摊方法。在子系统可靠性跟踪中，应用比例分摊准则得到各子系统内部元件对子系统可靠性指标的分摊；在整个直流系统可靠性跟踪中，基于该准则得到各子系统可靠性指标对直流系统各可靠性指标的分摊；最后合并2次分摊结果即可得到各元件对系统可靠性指标的分摊。采用某工程算例进行测试分析，结果证实该文提出的可靠性跟踪方法能够将HVDC输电系统可靠性指标公平合理地分摊到各元件或子系统，并有效地辨识了系统的薄弱环节。
2010 Vol. 30 (10): 29-35 [摘要] ( 388 ) [HTML 1KB] [PDF 256KB] ( 363 )
36 肖先勇 陈武 杨洪耕
敏感设备电压暂降故障水平的多不确定性评估
敏感设备电压暂降故障水平评估的最大困难在于各影响因素的不确定性和评估建模。根据相关因素的内涵和外延不确定特征，对电压暂降强度、设备电压耐受能力、设备故障状态的不确定性进行研究，建立相应的数学模型。在此基础上，基于模糊安全事件隶属函数的建立原则与模糊事件概率计算模型，构建能同时反映各影响因素不确定性的敏感设备电压暂降故障水平评估模型，并对相应算法和评估过程进行较详细的研究。对个人计算机进行评估，结果证明该方法的正确性和可行性，该方法不需专家经验或主观假设，能客观地反映实际情况，并可方便地推广应用于相关领域。
2010 Vol. 30 (10): 36-42 [摘要] ( 481 ) [HTML 1KB] [PDF 266KB] ( 356 )
电力系统仿真及分析计算
43 孙艳 杭乃善
计及机组静态调节特性的电力系统潮流模型
研究计及机组静态有差调节特性的电力系统潮流模型，提出以更为简洁的PGIQG、PGQG形式描述机组静态特性的潮流模型。为减少计算量，采用分块牛顿降维算法求解。对模型中存在的几个特殊问题——机组参数的越界处理、模型的变体与简化以及退化等进行深入分析。以IEEE 30节点测试系统为例，把该模型应用于切机、切负荷、二次调节、解列电网等基本物理现象的模拟，结果表明该模型的实际意义，有效解决了故障后阶段的潮流计算问题。该潮流模型物理意义清晰、数学形式严密，是潮流方程的一般形式，为深入分析电力系统稳态问题提供了严谨的模型平台。
2010 Vol. 30 (10): 43-49 [摘要] ( 441 ) [HTML 1KB] [PDF 249KB] ( 321 )
50 程临燕 张保会 郝治国 李鹏 汪成根 薄志谦
基于线路功率组成的关键输电断面快速搜索
提出一种基于线路功率组成快速识别与过载支路相关的关键输电断面的方法，为避免发生连锁过载的快速控制算法提供基础。首先根据当前潮流采用基于图论的输电线路功率组成的快速分析方法，计算出每条线路上各发电机与各负荷间实际输送的功率；然后采用基于离差平方和法的聚类分析对线路进行分类，得到各条线路按照与过载线路功率组成相似程度的排序。线路过载后，依序比较回路中线路与过载线路的潮流方向，以判定其是否属于过载线路的并行输电断面。最后通过计算过载线路切除后引起其潮流增加的有功潮流分布系数，判定过载线路的并行输电断面的范围。采用标准IEEE 14节点系统进行仿真计算，结果验证了该算法的有效性和可行性。
2010 Vol. 30 (10): 50-56 [摘要] ( 409 ) [HTML 1KB] [PDF 259KB] ( 414 )
57 李智欢 段献忠
多目标进化算法求解无功优化问题的对比分析
对经典的多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithms，MOEAs)在电力系统无功优化中的应用展开比较研究。与传统设定偏好参数、将多目标问题转化为单目标问题的方法不同，直接采用计及系统网损与电压偏移的多目标模型。提出无功优化多目标进化算法统一框架，采用一致的编码策略、约束处理方法。以IEEE 30节点标准系统的多目标无功优化为算例，从帕累托前沿、外部解及C指标等方面，比较各种算法的性能特点，并按照其优劣将算法分为5个性能等级。参考算法的性能等级，详细分析每种算法的优缺点。相关结论对MOEAs在无功优化及电力系统其他优化问题中的应用和改进，都具有一定的参考价值。
2010 Vol. 30 (10): 57-65 [摘要] ( 497 ) [HTML 1KB] [PDF 328KB] ( 429 )
66 杨钰 王赞基
用于特快速暂态仿真的大型电力变压器线圈频域分段建模

针对超高压和特高压电力变压器特快速暂态仿真的需要以及以线匝为单元的多传输线模型难以用于完整绕组的建模、在单一模型中难以在近10 MHz频率范围内确定频率依赖参数的问题，提出了一种频域分段建模的方法。在低于4 MHz频率范围内采用新型的集总参数RLC电路模型，在高于4 MHz频率范围内采用无损多传输线(multi- transmission line，MTL)电路模型进行建模，在保证求解准确度的基础上，比单纯采用MTL模型有效降低了求解的复杂度，因而可用于具有大量线匝的绕组的建模。在分段模型中，频率依赖的损耗参数和电感参数可以分别考虑，避免了在单一模型中确定这些参数的困难；同时，在所关心的10 MHz以下频率范围内以100 kHz，4 MHz为2个分界点，从低频到高频分别采用1，10和50 kHz 3种分辨率求解频域方程，既提高了低频段求解精度，又减少了高频段计算时间。理论分析和实例仿真表明该方法适用于大型电力变压器特快速暂态仿真。
2010 Vol. 30 (10): 66-71 [摘要] ( 521 ) [HTML 1KB] [PDF 299KB] ( 336 )
继电保护、通信及自动化
72 宋国兵 刘林林 索南加乐 赵选宗 张军民
采用插值法的分布参数线路模型的频带研究
针对分布参数模型下采样频率较低时不能计算出沿线任意点电压电流的问题，在分布参数模型基础上引入线性插值算法，推导出沿线任意点电压电流的时域计算公式，分析了分布参数模型中采用插值法计算时的适用频带以及影响适用频带的因素，并将理论误差值与实际测量误差值进行对比验证。仿真结果表明，在采样频率确定时，对于周期信号，计算误差随频率的增加而增大，而对于非周期信号，计算误差随衰减时间常数的增大而减小，采样频率大小决定了插值法用于分布参数模型的适用频带上限，该研究为滤波器设计中截止频率的选择提供了依据。
2010 Vol. 30 (10): 72-76 [摘要] ( 406 ) [HTML 1KB] [PDF 297KB] ( 320 )
77 邵德军 尹项根 张哲 陈德树 金明亮
基于基波幅值增量的变压器和应涌流识别方法
在分析多起和应涌流引起变压器差动保护误动的现场实例的基础上，指出和应涌流引起差动保护误动一般是在和应涌流和电流互感器(current transformer，CT)暂态饱和的综合作用下发生的，并进一步分析了和应涌流引起差动保护误动的过程和特点。利用和应涌流先逐渐增大后缓慢衰减的波形特征，提出了基于判断差动电流基波幅值变化过程的和应涌流识别新方法。所提方法充分考虑了和应涌流的波形特征和误动原因，能在和应涌流引起CT暂态饱和之前快速可靠地对其加以识别，并采取有效闭锁措施来防止差动保护误动。仿真和动模试验验证了该方法的有效性和可行性。
2010 Vol. 30 (10): 77-83 [摘要] ( 493 ) [HTML 1KB] [PDF 291KB] ( 314 )
84 全玉生 刘赫 李文 李建歧 张学东 彭晓洁 劳国强
双向工频通信下行信号系统的准最优控制方法
双向工频通信系统(two way power frequency automatic communication system，TWACS)下行信号系统的特性由调制信号特性、配电变压器的传输特性和线路的传输特性决定，通过下行调制回路和传输通道幅频特性、相频特性的分析对比，提出各频率特性有效频带的协调配合问题，传输通道的相频特性起决定性作用。推导出在下行调制回路中串入电阻和串入阻容串联电路的调控方法。给出1阶系统电阻的选取公式和2阶系统电阻及电容的选取公式。在满足IEEE暂态电能质量条件下，实现下行信号系统准最优控制。
2010 Vol. 30 (10): 84-91 [摘要] ( 531 ) [HTML 1KB] [PDF 495KB] ( 314 )
92 李黄强 孙云莲
混合业务下的电力线通信资源优化分配
充分利用电力线频带资源、提高网络中用户各种业务的服务质量是宽带电力线通信系统的重要目标。讨论了功率谱密度限制条件下正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)系统中多用户混合业务资源优化分配问题，提出一种低复杂度的分配算法。首先，利用相对差额分配算法为用户实时业务进行资源分配以保证服务质量(quality of service，QoS)；然后对非实时性业务采用比例公平算法分配剩余资源；最后利用比特削减算法控制总的发射功率。在典型电力线信道环境下进行了仿真，结果表明：与已有算法相比，所提出的算法可以有效地保证实时业务的服务质量并在兼顾公平性原则的前提下提高系统的总吞吐量，且具有较低的复杂度；同时，该算法满足电力线通信系统总发射功率和功率谱密度限制的双重约束条件要求，符合宽带电力线通信的要求。
2010 Vol. 30 (10): 92-97 [摘要] ( 521 ) [HTML 1KB] [PDF 375KB] ( 315 )
动力经济
98 郑雅楠 李庚银 周明
大用户模糊优化购电组合策略的研究
随着用户侧电力市场的开放，大用户允许在现货市场、长期合约市场和自备电厂中选择购电。面对这种市场角色的转变，综合考虑现货市场和长期合约市场电价的相关性，采用多变量灰色模型(multi-variable grey model，MGM) (1, n)， 对现货市场和长期合约市场电价进行长期综合预测；在预测电价的基础上，运用模糊优化的方法，按照用户给定的期望目标及容差，建立了线性隶属函数的均值–风险价值(value at risk，VaR)最优购电组合模型。算例表明：电价的综合预测体现了现货市场和长期合约市场的相关性，预测精度更高；购电组合的模糊优化模型保证了用户兼顾电价和风险，更能满足用户的期望。
2010 Vol. 30 (10): 98-104 [摘要] ( 472 ) [HTML 1KB] [PDF 272KB] ( 330 )
105 谭忠富 王绵斌 谢品杰 张蓉
稳定分布理论下可容许均值–刻度参数的购电组合模型

以上网电价服从稳定分布为前提条件，研究供电公司在多个交易市场中的购电策略。首先，根据上网电价的特征属性，分析其概率分布；其次，构建协变化系数度量各上网电价之间的相关性，并从理论上证明其合理性；再次，推导出多个服从稳定分布的不独立随机变量的联合特征函数，并证明以购电组合的刻度参数作为风险度量因子的合理性，从而解决稳定分布理论在投资组合中运用的2个大难题；然后，为解决参数估计存在偏差的问题，提出可容许均值和可容许风险的概念，并构建基于稳定分布理论下供电公司的可容许均值–刻度参数购电组合模型。算例表明，美国PJM电力市场的上网电价数据服从稳定分布，采用所构建的模型能更好地反映它的风险特性，为供电公司提供更准确的购电决策。
2010 Vol. 30 (10): 105-112 [摘要] ( 426 ) [HTML 1KB] [PDF 295KB] ( 298 )
高电压技术
113 田冀焕 邹军 袁建生 周远翔
应用改进脉冲电声法的空间电荷波形恢复技术
脉冲电声法(pulsed electro-acoustic，PEA)测量信号因压力波的衰减与色散，传感器与外电路的滤波作用而产生畸变。介质内部体电荷产生的相对较弱信号会受到电极–介质界面处面电荷的干扰。现有信号恢复技术由于无法得到可靠的高频区压力波衰减与色散因子，其只能处理低频范围内的PEA信号。采用频率幂函数规律和时间因果理论，得到了适用于较宽频带范围的衰减与色散因子；同时，构造出除去界面面电荷对体电荷信号干扰作用的新反卷积方程，采用结合后验停止规则的迭代正则化n 方法求解该反卷积方程。通过对低密度聚乙烯PEA信号的恢复处理，验证了该文提出的改进方法。
2010 Vol. 30 (10): 113-118 [摘要] ( 424 ) [HTML 1KB] [PDF 301KB] ( 306 )
119 杜林 郭良峰 司马文霞 陈明英 赵立进
基于遗传算法的电网过电压分层模糊聚类识别
过电压识别对过电压起因及故障分析，改进输电线路和变电站设备绝缘配合具有重要意义。提出了基于小波多分辨率能量分布的电力系统过电压特征参量提取方法，针对特征向量存在交叉重叠的情况，引入分层模糊聚类识别的方法。构建分层识别的过电压分类树，通过对各种特征向量进行归纳分析与综合。特征向量集按不同的模块层次选取，形成模块层次结构，构成该层最佳特征量。将遗传算法的全局搜索和并行特性引入到模糊聚类中，弥补了模糊C-均值聚类(fuzzy C-means，FCM)算法存在局部性搜索和对初始聚类中心敏感等不足，通过全局搜索与局部搜索相结合的方式提高收敛速度，并加入移民策略来维持群体多样性，将该方法应用于实际过电压数据模式识别分类中，结果表明该方法能有效降低误分类率，从而对电力系统过电压类型进行有效识别。
2010 Vol. 30 (10): 119-124 [摘要] ( 425 ) [HTML 1KB] [PDF 265KB] ( 1152 )
125 余德芬 舒立春 司马文霞 孙才新 张建辉 M. Farzaneh
直流电压下冰棱尖端放电实验研究
由于冰凌尖端和覆冰绝缘子表面之间的放电情况与覆冰绝缘子闪络电压紧密相关而引起了高度的关注，在冰凌和冰板模型基础上，通过实验研究了直流情况下冰凌尖端电晕放电现象。研究结果发现：冰凌到覆冰绝缘子表面间距、环境温度、冰水电导率对起晕电压有一定的影响，其影响原因也被逐一分析；揭示了电晕放电发展过程，在不同电压极性下，电晕放电对冰凌尖端的影响不同；当环境温度为-5 ℃，不同电压极性下冰凌尖端起晕电压与普通电极情况不一致，这种情况希望得到更多的证实。研究结果将会提升对覆冰绝缘子放电的理解，并有助于防止闪络情况的发生。
2010 Vol. 30 (10): 125-133 [摘要] ( 470 ) [HTML 1KB] [PDF 550KB] ( 381 )
134 卞星明 惠建峰 黄海鲲 王黎明 关志成 陈勇
负直流电晕流注脉冲特性随气压和湿度变化的规律
为得到负直流电晕流注脉冲特性随着气压和湿度变化的规律，建立考虑气压和湿度影响的流体模型，分别利用通量校正运移算法和分块方法求解了1维连续性方程和2维泊松方程。在人工气候罐中，利用棒–板电极，测量不同气压和湿度下的负直流电晕脉冲幅值和重复频率。计算和实验结果表明：特里切尔脉冲平均幅值及分散度随气压和湿度增大而减小。随着气压降低，电子密度增大，电导率升高，电流幅值增大。随着湿度升高，复合和附着作用增强，电子密度减小，电导率降低，电流幅值减小；同时，流注通道中包含的负离子数目减少，对阴极附近场强的影响减弱，使得阴极附近电场在负离子电荷迁移距离较短的情况下便满足新的特里切尔脉冲放电的要求，脉冲的重复频率增大。
2010 Vol. 30 (10): 134-142 [摘要] ( 461 ) [HTML 1KB] [PDF 543KB] ( 424 )
 
 
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