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中国电机工程学报
2010年 30卷 16期
刊出日期 2010-06-05
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 张文亮 周孝信 印永华 汤涌 郭强
华北—华中—华东特高压同步电网构建和安全性分析

总结了国内外电网的发展趋势和经验。结合中国电源和负荷的分布特点，提出了中国同步电网受端规模、电压等级、输电方式和华北—华中—华东特高压(ultra high voltage，UHV)同步电网的安全构建原则。分析了大规模同步电网的安全稳定特性和大电网停电机制，论证了规划中的华北—华中—华东特高压同步电网的安全性。
2010 Vol. 30 (16): 1-5 [摘要] ( 466 ) [HTML 1KB] [PDF 418KB] ( 408 )
6 杨杰 郑健超 汤广福 贺之渊
电压源换相HVDC站内交流母线故障特性及保护配合

基于电压源型换流器的高压直流输电(voltage sourced converter based HVDC，VSC-HVDC)是一种以电压源换流器、自关断器件为基础的高压直流输电技术，其换流阀价格昂贵，需要进行必要合理的保护来保证换流阀的安全运行。内部交流母线故障是换流站内部一种严重的故障形式，因此，有必要对该故障进行分析从而进行保护设计。分析了内部交流母线故障的故障机制，同时针对故障换流站不同控制方式、不同运行模式下，非故障站的动作配合进行了深入的研究。通过在PSCAD/EMTDC中建立相应的电磁暂态模型，对内部交流母线故障进行了详细的模拟，给出了分析验证。结合不同应用下的系统运行要求，提出了故障后相应的两站保护动作配合要求。
2010 Vol. 30 (16): 6-11 [摘要] ( 422 ) [HTML 1KB] [PDF 472KB] ( 418 )
12 汤涌 林伟芳 孙华东 易俊 仲悟之 张鑫
考虑负荷变化特性的电压稳定判据分析
在采用戴维南等值参数跟踪方法分析需要考虑非线性和动态元件影响的暂态电压稳定性时，通常以负荷节点的等效阻抗与该节点的网络戴维南等值阻抗相等作为暂态电压稳定的临界条件。通过电力潮流方程推演该电压稳定判据，并从理论上分析该判据在负荷以恒功率因素变化以及其他变化特性下判断系统暂态电压稳定性的适用性。明确当负荷不满足恒定功率因数变化特性时，将该电压稳定判据作为暂态电压稳定的临界条件是无效的。提出通过拉格朗日因子法，构造修正目标函数求取不同负荷特性下暂态电压稳定临界点的计算方法。最后通过2个仿真算例证明该文结论。
2010 Vol. 30 (16): 12-18 [摘要] ( 424 ) [HTML 1KB] [PDF 267KB] ( 408 )
19 张硕 李庚银 周明
考虑输电线路故障的风电场容量可信度计算
风电场容量可信度的计算是确定风电场替代火电厂后可节约的成本以及确定风电上网电价、进而提高风电场经济价值的重要基础。提出了基于有效载荷能力的风电场容量可信度定义，并提出一种基于非序贯蒙特卡罗仿真、采用弦截法计算风电场的容量可信度的算法。该方法考虑了输电线路故障，采用理想常规发电机组和多状态发电机组来衡量容量可信度。编写了相应程序，计算了IEEE-RBTS系统增加风电场后的风电场容量可信度，并结合IEEE-RTS79系统分析了输电线路故障对风电场容量可信度的影响。
2010 Vol. 30 (16): 19-25 [摘要] ( 534 ) [HTML 1KB] [PDF 229KB] ( 414 )
26 杨宏 刘建新 苑津莎
风电系统中常规机组负调峰能力研究
风力发电的不确定性对并入电网的许多方面都有不同程度的影响；同时，这些影响反过来成为限制风电并网规模的各种因素，其中，电网中常规发电机的负调峰能力就是最重要的因素之一。因此，研究计算常规发电机负调峰容量极限的模型和算法成为一个重要的研究课题。从电网的有功功率平衡等式出发，研究风电注入电网造成的常规发电机出现负调峰特性的原理，提出一种计算常规发电机负调峰容量极限的优化模型，并根据模型的特点给出了一种2层搜索算法。仿真结果说明了模型和算法的正确性。
2010 Vol. 30 (16): 26-31 [摘要] ( 417 ) [HTML 1KB] [PDF 246KB] ( 395 )
电力系统运行与规划
32 束洪春 孙士云
单相重合时序对特高压交直流系统暂态电压稳定性的影响

发现重合闸时序对特高压(ultra-high voltage，UHV)交直流混联系统暂态电压稳定性有较大的影响，构造单负荷特高压交直流混联输电无穷大系统来探讨其机制。分别在恒阻抗、恒电流和恒功率3种静态负荷模型以及感应电动机动态负荷模型下，考虑故障点位置变化，推导出交流线路发生单相短路，单相重合于永久故障时负荷侧母线电压的解析表达式，发现各种负荷模型下均存在若干个影响重合时序的故障区段。根据计算出的故障区段，采取恰当的重合时序，有利于提高系统暂态电压稳定性。提出实际系统中离线计算与在线匹配相结合的单相重合时序整定策略，并论述其在电力系统三道防线中的作用和地位。2010年南方电网的仿真结果验证了其正确性和有效性。
2010 Vol. 30 (16): 32-37 [摘要] ( 441 ) [HTML 1KB] [PDF 289KB] ( 432 )
38 刘道伟 韩学山 韩力 潘志远 钟世民 韩本帅
实时环境下有功损耗及静态电压稳定裕度与功率因数角的关系

基于戴维南等效电路，推导一定有功模式下有功损耗及静态电压稳定裕度与功率因数角的关系解析表达式。在2维坐标系下构造出反映2者关系的实时运行域，并提出3个新指标，可用来快速预估节点无功补偿情况、指导无功优化目标的选择。采用量测值获得节点戴维南等效参数，即可清晰确定当前运行状态下各节点所需无功补偿情况及无功优化方向，从而弥补了传统方法实时应用中存在的系统规模过大、非线性模型不准确和计算速度慢等缺陷。IEEE 39节点系统仿真分析结果表明，所提方法简单、快速、有效，物理概念明确，不受网络规模、参数的影响，有实时应用前景。
2010 Vol. 30 (16): 38-46 [摘要] ( 450 ) [HTML 1KB] [PDF 328KB] ( 347 )
47 周湶 任海军 李健 张昀 周永勇 孙才新 邓景云
层次结构下的中长期电力负荷变权组合预测方法
提出了一种基于层次结构的中长期电力负荷变权组合预测方法，借鉴层次分析法的思想，构造一个层次结构来确定组合权重：采用熵值法确定模型评价指标的相对权重；采用方差–协方差优选组合预测方法和灰色关联分析分别确定各单一预测模型在各评价指标下的相对权重，最终确定组合预测模型中的组合权重。在组合预测的整个过程中，根据负荷发展的“近大远小”原则，引入等维信息的概念，实现了变权组合预测，使预测结果能够更合理地反映电力负荷的发展规律。最后通过一个实例验证了该方法的有效性。
2010 Vol. 30 (16): 47-52 [摘要] ( 497 ) [HTML 1KB] [PDF 260KB] ( 347 )
53 毛李帆 姚建刚 金永顺 陈华林 李文杰 关石磊
中长期电力组合预测模型的理论研究

传统中长期电力负荷组合预测方法中权系数依赖预测方法，预测模型不能很好地反映负荷发展变化规律，对此，提出了基于诱导有序几何加权平均算子(induced ordered weighted geometry averaging operator，IOWGA)和加权马尔可夫链的新型组合预测模型。该模型根据每个单项预测方法在各年份上预测精度的高低按顺序对其赋权，摆脱了权重对各预测方法的依赖，实现了组合预测模型中权系数与拟合精度在任一时点上的相关性。通过加权马尔可夫链定性地推测出预测年份上各单项预测方法的预测精度状态，确定其在预测年份的权系数进而预测。算例分析表明，该组合预测模型能够较好地模拟负荷发展规律，提高预测精度，具有较高的实用价值。
2010 Vol. 30 (16): 53-59 [摘要] ( 496 ) [HTML 1KB] [PDF 267KB] ( 375 )
电力系统仿真及分析计算
60 李大路 李蕊 孙元章
WAMS/SCADA混合测量状态估计数据兼容性分析
针对越来越多的研究利用由广域测量系统(wide area measurement system，WAMS)和监控及数据采集系统(supervisory control and data acquisition，SCADA)组成的混合测量来改善传统状态估计的情况，在分析WAMS/SCADA混合测量数据兼容性的基础上，提出一种可行的兼容方案解决混合测量的数据兼容问题。研究从WAMS和SCADA的数据差异入手，建立混合测量模型，分析得出2种数据的时间同步性和测量权值为影响混合测量数据兼容的主要因素，进而提出兼容方案，实现WAMS和SCADA数据的同步，并重新量化测量权值。在标准测试系统上的仿真验证了关于WAMS/SCADA混合测量状态估计数据兼容性分析的正确性和兼容方案的有效性。
2010 Vol. 30 (16): 60-66 [摘要] ( 435 ) [HTML 1KB] [PDF 303KB] ( 337 )
67 惠锦 杨洪耕
用于谐波/间谐波分析的奇数频点插值修正法
用离散傅里叶变换进行电力系统谐波、间谐波分析时，采样窗口长度的有限性和采样的非同步性是引起分析误差的根本原因；在频域信号中各成分会发生频谱干扰，产生栅栏效应。不同于传统的加窗方法，提出一种抑制频谱干扰的新方法，其特点是在插值的同时抑制旁瓣泄漏。该方法首先根据离散傅里叶变换的相位特性，对变换结果进行相位旋转调整，使信号中各成分旁瓣对应的相邻谱线共线且相位相反；结合调整后旁瓣对应谱线的相位及幅值特点，利用谐波、间谐波频点附近最大及其左右相邻谱线，插值求得对应成分的幅值、频率和相位。对谐波和间谐波信号进行仿真计算，结果表明，该方法不仅能有效地抑制信号间的频谱干扰，并能准确地提取出信号中的微弱成分。
2010 Vol. 30 (16): 67-72 [摘要] ( 421 ) [HTML 1KB] [PDF 328KB] ( 336 )
73 麦瑞坤 何正友 何文 符玲 薄志谦 钱清泉
电力系统频率的自适应跟踪算法

在高噪声及动态条件下，传统算法的跟踪性能受到一定的影响，并可能出现振荡现象。为此，设计一种利用在线估计信号的噪声含量和动态特性来调节跟踪特性的算法，以提高频率跟踪性能。该算法通过克拉克变换将三相电压信号转化成一个相量，并利用有限冲击响应(finite impulse response，FIR)前置滤波器来抑制噪声影响。利用递归最小二乘滤波器来获得信号的相量估计值，此滤波器能够在动态状态下通过减小遗忘因子来得到快速跟踪性能，而在高噪声下通过增大遗忘因子来提高抗噪声性能。根据相邻两采样点的相角差来计算新的采样间隔。仿真结果表明，该算法能在动态和静态条件下都具有比传统算法更为优越的估计性能。
2010 Vol. 30 (16): 73-78 [摘要] ( 489 ) [HTML 1KB] [PDF 336KB] ( 407 )
继电保护、通信及自动化
79 杜姣 陆于平 朱国防
幅值相位双判据变压器差动保护算法
从分析传统变压器差动保护抗电流互感器(current transformer，CT)饱和性能和灵敏度入手，提出一种幅值相位分别反映的新型变压器差动保护算法。新算法通过幅值和相角2个比较式共同作用，突破了单一比较式难以兼顾灵敏性和安全性的局限，其中相角比较式采用类似于标积制动原理的形式，在其高灵敏度的基础上，进一步提高了算法对内部轻微故障的灵敏度。算法引入了分段的思想，可以兼顾严重故障时的抗CT饱和能力。分别在差动电流–制动电流平面和复平面上从理论上分析新算法的特性，并用仿真工具对比验证了新算法和三折线比例制动算法在区内外各种故障时的性能。理论分析及仿真结果表明，新算法具有更好的内部故障灵敏度和外部故障抗CT饱和能力。
2010 Vol. 30 (16): 79-85 [摘要] ( 457 ) [HTML 1KB] [PDF 336KB] ( 338 )
86 焦彦军 于江涛 王增平
基于贝瑞隆模型的特高压线路单端暂态电流保护
提出了一种基于贝瑞隆模型的暂态电流保护新原理。特高压(ultra high voltage，UHV)输电线路的故障电流行波传播过程中，故障初始行波方向与故障方向有关，测量点处第1个行波突变时间间隔与故障距离有关，故障点处在故障行波的母线反射波返回前非故障相中相故障电流为0且故障相的故障电流为故障支路电流的1/2。根据上述特点，利用贝瑞隆模型将单端电气量归算到特定位置并对比归算前后的暂态电流来构成保护，该原理不受网络结构、负荷电流、过渡电阻及故障类型的影响。ATP及Matlab仿真结果证明该方法快速、灵敏、可靠。
2010 Vol. 30 (16): 86-92 [摘要] ( 432 ) [HTML 1KB] [PDF 266KB] ( 417 )
93 赵旋宇 李鹏 汪皓 张喜铭 胡荣
新型控制性能评价方法及相应的自动发电控制模式
用北美控制性能标准(control performance standard，CPS)对中国区域电网的发电控制进行评价时，存在网调机组无法参与全网调频且省电网内调频资源不能合理利用的问题。在将调频行为分成短周期调频和长周期调频的基础上，提出适合中国实际情况的调度控制性能标准(dispatching control performance standard，DCPS)及与之相适应的自动发电控制(automatic generation control，AGC)控制模式。DCPS通过对2种周期调频行为分别评价，实现了省调机组和网调机组合理参与调频，并能满足联络线要求，且电网频率能快速恢复；在相应的AGC控制模式中通过不同类型机组分别承担不同周期调频任务来满足标准的评价要求。用DCPS对南方电网内各控制区24 h电网控制情况进行验证性评价，证明了该评价标准的合理性和实用性。
2010 Vol. 30 (16): 93-97 [摘要] ( 473 ) [HTML 1KB] [PDF 243KB] ( 368 )
动力经济
98 杨远超 田慧敏 管晓宏 翟桥柱
考虑能量可实现性的电厂发电经济分配问题模型与求解

长期以来，能量交付能力即能量可实现性问题是电力系统经济调度模型中未予以足够重视的问题，近年已逐渐引起重视。针对上述问题，建立了一种全新的、考虑能量误差约束的电厂最优电量分配模型。基于新模型的解能更好地保证系统各时段的供电能量平衡，且优化后的机组出力曲线能够使机组向电网可靠供电，操作性强；新模型以总煤耗成本最低为优化目标，采用序列二次规划方法求解；初步的算例测试结果表明，新模型能够提供更为合理、可行且总煤耗成本更低的机组出力曲线。
2010 Vol. 30 (16): 98-103 [摘要] ( 496 ) [HTML 1KB] [PDF 268KB] ( 370 )
输配电及供电
104 肖先勇 陈卫东 杨洪耕 李华强
以用户满意度区间数为测度的电压暂降频次评估
以构建用户友好的电网为目标，提出一种基于用户满意度区间特性的电力系统电压暂降频次解析式评估方法。利用故障线路长度与电压暂降幅值的解析式关系，通过迭代法直接求出临界故障点，以此确定系统内相关母线上的用户不满意区域。该方法综合考虑了用户满意度区间特性和用户设备在电压可接受不确定区域内的分布规律，根据确定的用户不满意区域评估用户接入母线的电压暂降频次。对5节点系统和IEEE-30节点标准测试系统进行仿真，并与传统故障点法进行比较，仿真结果证明，该方法能有效确定用户接入母线的电压暂降频次，适应于任意结构的系统。基于用户满意度区间特性评估得到的电压暂降频次更符合客观实际，具有一定理论价值和工程应用前景。
2010 Vol. 30 (16): 104-110 [摘要] ( 460 ) [HTML 1KB] [PDF 280KB] ( 326 )
111 吴传平 罗安 徐先勇 马伏军 孙娟
采用V/v变压器的高速铁路牵引供电系统负序和谐波综合补偿方法

为解决高速铁路牵引供电系统中的负序、谐波电能质量问题，提出采用铁路功率调节器(railway static power conditioner，RPC)进行负序和谐波电流综合治理。RPC包含共用直流侧电容的背靠背形式的两变流器，控制其功率能够实现负序补偿和谐波抑制。分析RPC的基本结构和补偿原理后，提出三相V/v变压器下负序和谐波补偿电流检测方法，为保证RPC直流侧电压稳定和实现负序和谐波补偿，提出RPC直流侧电压和两变流器电流控制策略。最后，进行仿真验证。仿真结果表明，在该文提出的负序和谐波检测方法及控制策略下，RPC具有良好的负序和谐波补偿性能。
2010 Vol. 30 (16): 111-117 [摘要] ( 412 ) [HTML 1KB] [PDF 438KB] ( 399 )
高电压技术
118 蒋兴良 夏强峰 胡琴 舒立春 孙才新
劣化绝缘子对悬垂串电场分布特性的影响
劣化绝缘子的存在会直接威胁到电力系统的安全运行。以仿真和实验室试验相结合的方法，分析悬垂瓷绝缘子串中有/无劣化绝缘子时的空间电场分布特性，着重分析了测量距离、劣化绝缘子位置和片数及其型式、污秽对悬垂绝缘子串空间轴向电场的影响。结果表明：劣化绝缘子对空间轴向电场分量影响最大；测量距离越远，其空间轴向电场的变化率越小；劣化绝缘子位置靠近高压端时，其空间轴向电场变化率增加，中间位置时最小且基本不变，靠近低压端时又略微增加；2片绝缘子连续劣化比不连续劣化引起空间轴向电场变化率大；对于220 kV线路悬垂串只需分析低压端的3片绝缘子空间轴向电场变化率就可判断出串中是否含有零值绝缘子。因此，直接分析绝缘子串空间轴向电场的变化能够判断出劣化绝缘子及其位置。
2010 Vol. 30 (16): 118-124 [摘要] ( 422 ) [HTML 1KB] [PDF 471KB] ( 374 )
125 李静 曹云东 王尔智 刘晓明 邹积岩
断路器短间隙气体击穿过程的粒子模拟

高压断路器触头开断瞬间的燃弧过程是一不平衡的气体击穿过程，其机制的研究对于提高高压断路器的开断能力具有重要意义。由于气体击穿机制的复杂性，对于击穿初始时刻的建模及计算机模拟是该领域研究的热点问题。采用粒子模型模拟低气压下，断路器触头开断瞬间阴极鞘层的形成过程，在考虑空间电荷对电场强度影响的前提下研究电子能量分布函数、碰撞电离率等物理量的变化规律。并充分考虑粒子运动的过程中电子-原子及离子-原子间的远程碰撞，采用与能量相关的碰撞截面。仿真结果表明了电极间电压对鞘层形成的影响，同时证明了鞘层在断路器开断过程中所起到的关键性作用。
2010 Vol. 30 (16): 125-130 [摘要] ( 375 ) [HTML 1KB] [PDF 265KB] ( 359 )
 
 
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