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中国电机工程学报
2010年 30卷 19期
刊出日期 2010-07-05
智能电网
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 汤涌 孙华东 易俊 林伟芳
两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算

提出两大区互联系统交流联络线功率振荡的线性化模型。基于2阶线性系统时域分析理论和电力系统冲击功率的功率分配理论，阐明联络线功率波动的机制，证明由功率扰动引起两大区电网交流联络线功率波动峰值的大小取决于两大区电网的惯性常数比和区域振荡模式的阻尼比。提出功率缺额后联络线功率波动峰值以及功率转移比的计算方法。通过华北—华中互联系统特高压联络线的实测数据验证提出的模型、机制和算法的正确性和有效性。研究结论有助于掌握两大区互联电力系统联络线功率波动的动态特性，为互联电力系统运行方式的安排和控制措施的确定提供依据。
2010 Vol. 30 (19): 1-6 [摘要] ( 401 ) [HTML 1KB] [PDF 231KB] ( 350 )
7 闫常友 周孝信 康建东 田芳 严剑峰
潮流转移灵敏度以及安全评估指标研究
首先分析潮流转移的原因及伴随的现象。其次讨论潮流转移区域以及区域界定，对传统广度优先遍历(breadth first search，BFS)算法进行改进，提出潮流转移影响区域的界定方法。对安全评估工作的理论基础——3个基本概念(模型量化、平均功率角和潮流转移灵敏度)分别进行定义。提出潮流转移模型及其灵敏度的表达式。提出安全评估的评估方法，建立安全评估的数学模型，最终得到安全评估的综合指标，并阐述了指标的使用。开发潮流转移灵敏度及安全评估程序，利用该程序对真实电网算例进行仿真验证。
2010 Vol. 30 (19): 7-13 [摘要] ( 439 ) [HTML 1KB] [PDF 257KB] ( 312 )
14 杨杰 郑健超 汤广福 贺之渊
电压源换相高压直流输电系统接地方式设计
针对电压源换相高压直流输电(voltage source converter based HVDC，VSC-HVDC)系统分析了其不同接地方式的优劣性。通过建立VSC-HVDC的电磁暂态模型，对不同接地方式下的系统稳态谐波性能、内部交流母线故障特性以及直流线路故障特性进行了详细的仿真研究，并深入分析了故障机制。通过比较不同接地方式下的系统稳态及暂态工况，分析了不同接地方式的优劣性。作为结论，提出了滤波器中点连接于直流电容中点，同时直流电容中点通过高阻接地的VSC-HVDC系统接地配置方案对于提高系统的稳态及暂态性能是有利的。
2010 Vol. 30 (19): 14-19 [摘要] ( 459 ) [HTML 1KB] [PDF 457KB] ( 364 )
20 夏潮 刘增煌 朱方 赵红光
两分支分段补偿的并行电力系统稳定器
电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)是抑制低频振荡的重要手段，但现有PSS模型在很宽频带范围运行时，在幅频特性和相频特性上有时存在不协调的问题，需加以解决。提出一种分段补偿的两分支并行PSS模型，在现有PSS模型超前滞后环节上串入一个变增益环节来改善高频段的幅频特性，增加一个与原超前滞后环节并行的分支来改善PSS低频段的相位补偿能力。分析对比两分支并行PSS模型与现有PSS模型的频率特性。应用电力系统分析综合程序(power system analysis software package，PSASP)，在一个实际大型电力系统中对两分支并行PSS的应用效果进行了仿真验证，效果良好。研究表明两分支PSS模型比现有PSS模型具有更好的适应性。
2010 Vol. 30 (19): 20-25 [摘要] ( 485 ) [HTML 1KB] [PDF 424KB] ( 300 )
26 马幼捷 问虎龙 周雪松 李季 杨海珊
采用延拓法的风电系统稳定模型二维参数分岔边界的计算与研究
为了反映风电系统参数连续变化对其电压稳定性的影响和揭示风电系统电压稳定机制，针对目前的分岔理论研究了风电系统电压稳定性的局限性，对风电系统进行了两参数鞍结分岔边界的计算与研究。借助常规电力系统计算二维参数分岔边界的方法和思路，以风电注入有功功率Pinject、静止无功补偿(static var compensation，SVC)参数Bmax、放大倍数Kr为分岔控制参数，计算得到风电系统节点电压鞍结二维分岔边界。在此基础上深入分析，最后得出风电场注入有功和SVC参数共同作用下影响风电系统电压稳定性的规律：在SVC参数Bmax(或Kr)和风电注入有功功率Pinject的共同作用下，风电场机端(即补偿点)电压稳定性得以提高；增大SVC参数Bmax和Kr，都能有效扩展鞍结分岔边界，并且Bmax的作用更明显。
2010 Vol. 30 (19): 26-30 [摘要] ( 394 ) [HTML 1KB] [PDF 227KB] ( 345 )
31 陆超 吴超 王天 陈湘 于同伟
多元自回归滑动平均模型辨识与 电力系统自适应阻尼控制
传统基于离线模型参数和典型运行方式设计的电力系统阻尼控制器存在适应性问题，提出一种基于辨识的自适应控制器设计方法，可解决一般自适应控制中快速性和准确性要求之间的矛盾。所用的多元自回归滑动平均模型(auto regressive moving averaging vector，ARMAV)辨识在电网正常运行过程中针对由负荷等随机扰动引起的类噪声信号进行；在综合考虑辨识误差、阻尼要求和稳定裕度基础上，提出阻尼控制零极点配置基本原则，并设计相应的遗传算法优化方法。为了充分检验上述辨识与控制系统的效果，基于广域测量平台对其进行软硬件实现，并在东北电网简化系统中进行实时数字仿真(real time digital simulation，RTDS)测试，实验结果说明了所提方法的可行性和有效性。
2010 Vol. 30 (19): 31-36 [摘要] ( 437 ) [HTML 1KB] [PDF 291KB] ( 297 )
37 胡志坚 赵义术
计及广域测量系统时滞的 互联电力系统鲁棒稳定控制
提出一种利用广域测量系统(wide area measurement system，WAMS)信号来增强互联电力系统区域振荡阻尼的广域自适应监控器(wide area adaptive supervisory controller，WAASC)，该控制器计及了广域信号传输时滞的影响。采用帕德(Pade)方法对广域信号传输时滞建模。利用线性分式变换(linear fractional transformation，LFT)方法把时滞看成是系统的参数不确定性，利用具有极点配置约束的混合灵敏度线性矩阵不等式(linear matrix inequality，LMI)方法，设计WAASC。WAASC利用从相量测量单元(phase measurement unit，PMU)获取的全局信号，将阻尼控制信号发送到有关的控制器。采用平衡截断(balanced truncation)技术对原系统和控制器进行降阶。在IEEE 4机2区域系统进行的仿真表明，该WAASC能有效地提高互联系统的稳定控制水平。
2010 Vol. 30 (19): 37-43 [摘要] ( 532 ) [HTML 1KB] [PDF 567KB] ( 340 )
电力系统仿真及分析计算
44 竺炜 陶琼 周有庆
基于弹性力学空间映射的发电机静态功角稳定分析
传统的功角稳定性分析方法或者依赖于系统状态量的强制性解耦，或者依赖于系统的精确模型和参数，在非线性的电力系统状态变化后容易失效。借鉴运动力学空间中静态稳定的物理概念，将电力系统全映射到弹性力学空间，以便直观地理解多机系统的局部稳定与全系统稳定的关系。基于该映射，将发电机与系统解耦并进行静态功角稳定性分析。利用广域测量系统对节点状态量的实时测量，可得到实用化的稳定判据和稳定裕度指标。该研究为基于广域测量技术的电力系统安全监测提供了一种新的思路。
2010 Vol. 30 (19): 44-50 [摘要] ( 414 ) [HTML 1KB] [PDF 245KB] ( 341 )
51 贾旭东 李庚银 赵成勇 肖湘宁 韩伟强 郭琦
电力系统仿真可信度评估方法的研究
提出使用残差可信度指标来表征电力系统动态仿真的整体误差，使用频率、阻尼和幅值可信度指标来表征暂态信号的特征量误差，形成了一套比较完整的仿真可信度评估理论体系。各可信度指标具有单调性，符合电力系统动态变量的特点，具有明确的物理意义。在LabVIEW环境下开发仿真可信度分析程序，利用提出的各可信度指标对理想电流波形和故障仿真实验结果进行可信度分析，给出仿真误差具体的量化指标，对仿真结果的可信度做出准确客观的评价，并为模型参数的修正提供数值依据。仿真结果证明了所提出的电力系统仿真可信度评估理论的有效性。
2010 Vol. 30 (19): 51-57 [摘要] ( 477 ) [HTML 1KB] [PDF 316KB] ( 347 )
58 董世勇 鲍海 魏哲
双机电力系统中混沌振荡阀值的计算与仿真
借助于一个简单的电力系统模型，利用非线性动力系统的基本理论，给出电力系统中导致混沌出现的原因；结合梅利尼科夫(Melnikov)函数的计算方法，给出电力系统中混沌现象出现的临界条件和参数区域。仿真结果表明，在受到较大周期性扰动时，系统将出现混沌振荡；在周期性负荷扰动较小甚至为0时，系统不会出现混沌振荡；在系统其他参数(如电磁功率)发生变化时，系统也会进入混沌状态。这种现象的出现和电力系统非线性模型的几何结构密切相关，同时也与电力系统运行参数、结构参数有联系。深入分析、研究这种现象的表现形式，全面把握系统物理特性，从而弄清楚混沌的产生机制、引发条件，将有利于对它在电力系统中的控制、利用和预防。
2010 Vol. 30 (19): 58-63 [摘要] ( 324 ) [HTML 1KB] [PDF 259KB] ( 277 )
64 王钢 李志铿 李海锋 黎小林 傅闯
HVDC换流器等值谐波阻抗的计算方法
计算换流器的等值谐波阻抗并分析其频率特性是研究高压直流(high voltage direct current，HVDC)系统谐波不稳定的关键，而交流系统不对称故障有可能导致换流器等值谐波阻抗的变化。在同时考虑换流阀导通时刻偏移、三相换相角不相等和换相电流非线性特性的情况下，以换流器的改进开关函数模型为基础，提出适用于正常工况和故障情况下的换流器交、直流两侧等值谐波阻抗的计算方法。利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，基于国际大电网会议(conference international des grands reseaux，CIGRE)HVDC系统标准模型，对该方法进行仿真验证，结果表明其准确有效。
2010 Vol. 30 (19): 64-68 [摘要] ( 397 ) [HTML 1KB] [PDF 213KB] ( 342 )
继电保护、通信及自动化
69 段建东 匡军 周琴 刘一朋
基于改进递归复小波变换的 输电线路边界保护元件算法
在分析超高压输电线路边界频率特性的基础上，提出一种基于改进递归小波变换的超高压输电线路边界保护元件算法。采用改进递归小波变换提取故障电流信号中的暂态分量，利用小波变换后的相位信息来获取故障信号的平均频率，通过故障暂态信号的平均频率差异来识别区内外故障。改进递归小波算法采用历史数据进行计算，具有很好的实时性，提高了计算速度，能够满足电力系统超高速保护的要求。EMTDC仿真结果表明该算法不受故障类型、过渡电阻、故障位置以及故障初始角等故障条件的影响，具有可行性。
2010 Vol. 30 (19): 69-75 [摘要] ( 384 ) [HTML 1KB] [PDF 302KB] ( 261 )
76 高云龙 高峰 潘金艳 翟桥柱 管晓宏
高耗能企业关口平衡优化调度 及其输出功率控制方式
许多高耗能企业拥有自备发电厂。通过对自备电厂自调度实现发、用电自平衡对企业用电的经济性与区域电网的安全性都具有重要意义。由于发电机组的爬坡能力受限，不可能每个时间段起点突变，所以目前广泛采用的离散时间模型可能导致调度计划无法操作实现。为此，针对高耗能企业建立含积分约束的关口平衡模型。通过分析任意调度时段起点与终点时刻机组输出功率、机组爬坡率和该时段期望能量输出之间的关系，将含积分约束的关口平衡模型转化为一个混合整数规划模型。进而，基于最优控制理论中的极小值原理，给出一种安全经济的机组输出功率控制方式。以某具有自备电厂的大型钢铁企业发用电平衡为例进行数值求解，结果验证了模型及其控制方式的有效性。
2010 Vol. 30 (19): 76-83 [摘要] ( 418 ) [HTML 1KB] [PDF 383KB] ( 331 )
84 康泰峰 吴文传 张伯明 李鹏 张文峰
基于时间溯因推理的电网诊断报警方法
电网发生故障时有大量报警产生，这些报警信息通常具有时序约束关系，对电网故障诊断具有重要意义。溯因推理是基本的推理方式之一，根据已知事实或规律性知识，推断产生这一结果的原因。溯因推理不仅可以揭示故障原因，还可以得到故障过程，在电网诊断报警领域中有良好的应用前景。将溯因推理方法引入电网诊断报警中。首先，采用时间约束和溯因推理规则来描述报警信息之间的时序关系和逻辑关系；其次，提出基于报警信息的时间溯因推理方法求得源事件和故障事件链。所提出的方法可识别出断点报警、错误报警和缺失报警，减少报警结果的不确定性。该方法可以作为单独的报警模块，也可以与其他故障诊断方法相结合进行深入诊断。
2010 Vol. 30 (19): 84-90 [摘要] ( 409 ) [HTML 1KB] [PDF 255KB] ( 336 )
动力经济
91 王绵斌 谭忠富 张丽英 蔡丞恺
市场环境下电网投资风险评估的集对分析方法
市场环境下，电网投资面临着上网电价、各类用户的销售电量、基准折现率等不确定性因素，其波动将给供电公司带来经营风险，因此研究不确定性条件下的电网投资决策模型具有一定的实际意义。从成本和收益的角度，构建电网投资的成本–效益净现值(net present value，NPV)模型，并分析其存在的不确定性因素；根据集对分析的定义和性质，推导出集对分析的运算法则和i值的确定方法，并说明其应用的合理性；运用集对分系数公式进行推导，并根据净现值的公式，构建电网投资的决策评价模型。算例表明所构建的决策评估模型是可行的，可为供电公司的电网投资提供一定的参考。
2010 Vol. 30 (19): 91-99 [摘要] ( 456 ) [HTML 1KB] [PDF 368KB] ( 314 )
输配电及供电
100 阳林 郝艳捧 黎卫国 戴栋 李立浧 朱功辉 罗兵
架空输电线路在线监测覆冰力学计算模型
架空输电线路覆冰在线监测系统要求准确监测输电线路覆冰状况。为准确计算覆冰，提出了以绝缘子串悬挂点拉力和倾斜角为基本参量，考虑风偏因素，将导线力学参量归算到风偏平面，并通过风偏平面内竖直方向上的静力学受力平衡计算覆冰厚度的力学计算模型。针对贵州电网覆冰在线监测系统运行数据，利用该模型计算的导线覆冰结果与监测系统采集的现场微气象和监测照片数据均吻合较好，验证了该计算模型的准确性和灵敏性。
2010 Vol. 30 (19): 100-105 [摘要] ( 490 ) [HTML 1KB] [PDF 415KB] ( 444 )
106 方璐 罗安 徐先勇 李琪 方厚辉 涂春鸣
静止无功补偿器多目标统一控制方法
针对静止无功补偿器(static var compensator，SVC)补偿配电网负荷引起的电压波动、功率因数较低和负序电流问题，提出一种多目标统一控制器。它主要由功率因数闭环–负序电流补偿前馈控制支路和SVC安装点电压闭环–负序电流补偿前馈控制支路组成，两条控制支路可依据补偿目标自动切换。对功率因数闭环控制设计了模糊PI控制器，可依据滞环环宽对功率因数进行粗调及细调；对SVC安装点电压闭环控制采用最优非线性PI控制算法。建立了被控对象SVC的控制模型。工业应用结果不仅证明了本文理论分析及所提多目标统一控制方法的正确性和有效性，还对SVC在工程应用上的产品化起到一定的借鉴作用。
2010 Vol. 30 (19): 106-113 [摘要] ( 377 ) [HTML 1KB] [PDF 373KB] ( 356 )
高电压技术
114 刘云鹏 尤少华 万启发 陈维江 律方成 陈勇
特高压交流单回试验线段雨天电晕损失研究
输电线路电晕损失研究是中国1 000 kV特高压输变电工程的主要研究内容之一，输电线路电晕损失和诸多气象因素有关，其中降雨率对电晕损失影响非常明显。对特高压交流单回试验线段电晕损失进行监测，并在人工淋雨条件下测量特高压电晕笼导线电晕损失，对2种试验方法测得结果进行等效对比分析，验证了其等效性和试验线段电晕损失监测结果的正确性。当降雨率增大到一定程度后(大雨条件下)，电晕损失值增加逐渐趋于饱和。获得了小雨、中雨、大雨条件下中国特高压交流单回输电线路用8′LGJ–500/35分裂导线电晕损失的实测结果，为衡量特高压交流单回输电线路的运行经济性提供了参考依据。
2010 Vol. 30 (19): 114-119 [摘要] ( 492 ) [HTML 1KB] [PDF 348KB] ( 323 )
120 郝建 杨丽君 廖瑞金 李剑 尹建国
混合绝缘油对油–纸绝缘热老化速率的延缓原因分析
为解决变压器现用矿物绝缘油资源短缺和环境污染等问题，在前期研究的基础上，研制了一种矿物油–天然酯混合绝缘油。实验表明该混合油在各项指标上均满足变压器用油的标准，并通过热老化实验初步证实了该混合油具有较矿物绝缘油优良的抗老化性能。为探索该混合油及其浸渍的绝缘纸与普通矿物油–纸绝缘在热老化特性上的差异，对矿物油–纸绝缘和混合油–纸绝缘在110 ℃下开展了264天的加速热老化实验，对比分析了老化过程中2种绝缘油的酸值、颜色和绝缘纸聚合度的变化规律。结果表明，该混合油能有效延缓由其浸渍的绝缘纸的热老化速率。最后在物质分子结构和材料热稳定性层面揭示了混合油–纸绝缘抗老化的机制，为该混合油的下一步研究工作和工程应用奠定了基础。
2010 Vol. 30 (19): 120-126 [摘要] ( 439 ) [HTML 1KB] [PDF 382KB] ( 356 )
127 李长云 李庆民 李贞 孙秋芹
直流偏磁条件下电流互感器的传变特性
直流偏磁现象会改变电磁式电流互感器(current transformer，CT)的传变特性，影响继电保护可靠性和电能计量的公平性。通过建立等效电路模型，利用电磁关系方程推导剩磁和偏磁对保护用CT起始饱和时间影响的定量数值关系；利用谐波平衡原理获得了偏磁条件下计量用CT传变误差的解析表达式。分析表明，直流偏磁将加速保护用CT的饱和(达若干ms)，且偏磁电流越大CT饱和越快；同时，直流偏磁可使计量用CT的角差和比差增大，导致计量结果失真。仿真算例验证了理论分析结果的正确性。该研究结果为保护用CT的选择、继电保护的整定以及计量用CT的使用提供了参考依据。
2010 Vol. 30 (19): 127-132 [摘要] ( 448 ) [HTML 1KB] [PDF 273KB] ( 384 )
 
 
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