2016年, 第37卷, 第12期　
刊出日期：2016-12-01

  

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电力大数据
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   智能电网中大数据的概念、技术与挑战

  王钦，蒋怀光，文福拴，梅天华

  电力建设. 2016, 37(12): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.001

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   大数据作为技术概念正逐渐获得普遍的认可和重视。随着智能电网和能源互联网的发展，传统电力系统在技术应用、服务模式和发展理念等方面会发生深刻的变化。电力网络设备和用电设备的普遍分散化、智能化和小型化，必然会导致电力系统运行和控制信息急剧增长。承载这些信息的数据量将会呈几何级数增加，逐步呈现出大数据特征。在此背景下，讨论了大数据在现代电力系统中应用的概念，总结了智能电网大数据的技术和特点，并论述了智能电网大数据安全的重要性及保护措施。在此基础上，给出了几个大数据技术在智能电网中的应用案例。最后，展望了大数据技术所带来的新的商业模式和政府监管部门的作用。
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   智能电网环境下基于大数据挖掘的居民负荷设备识别与负荷建模

   

  杨甲甲，赵俊华，文福拴，董朝阳，薛禹胜

  电力建设. 2016, 37(12): 11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.002

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   利用数据挖掘技术对用户负荷大数据进行处理，既可以通过识别用电负荷设备来分析用户的用电行为习惯，又可以辅助进行负荷精确建模，实现精确而有目标性的需求侧管理或制定具有针对性的零售商售电策略。在此背景下，基于动态时间弯曲(dynamic time warping，DTW)的时间序列匹配方法，提出了一种低频负荷数据下的居民电器设备识别方法。首先，将负荷数据分割成单负荷设备运行和多负荷设备同时运行2种情况下的负荷子序列；然后，依据待识别子序列的时间长度，参照实测的电器设备耗电功率数据，生成与其时间长度一致的电器设备耗电功率参考序列，其中包含了从电器设备启动前一时刻至设备关闭后一时刻的功率变化情形；最后，以DTW距离作为相似性度量指标确定识别结果。对于由多负荷设备运行产生的负荷序列，提出了一种剔除已识别设备后将序列再次分割，如此交替进行的识别策略。在获得识别结果后，构建了居民负荷统计模型。借助于高效数据分析软件R语言平台，实现了所提出的算法，并使用500组负荷数据进行了数据实验。结果表明，在对负荷数据每 min采样1次的情况下，所提出的负荷设备识别方法对单设备负荷序列识别的准确率超过93%，对多设备负荷序列识别的准确率接近83%。
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   联合采用熵权和灰色系统理论的电力大数据质量综合评估

  李刚，焦亚菲，刘福炎，俞敏，宋雨，文福拴

  电力建设. 2016, 37(12): 24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.003

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   随着电力系统规模的增大、量测技术的发展与成本下降，电力系统的数据量呈现快速增长趋势，逐步具备了大数据特征。充分利用大数据来改善电力系统的规划、运行与控制已受到越来越广泛的重视，如何评估大数据的质量是一个值得研究的重要问题。在数据质量提高技术如数据清洗、数据整合、相似记录检测等方面，已有相当多的研究报道。然而，在数据质量评估方面的研究还处于起步阶段。在此背景下，针对电力系统特征和电力大数据质量特性，提出一种电力大数据质量综合评估方法。首先，构建电力大数据质量评估指标体系；接着，针对大数据处理的时效性问题，利用MapReduce并行化K-means聚类算法来实现大数据样本集的快速预处理。之后，利用熵权法计算各类数据集的客观权重，采用灰色评估法判断数据质量所属等级，在此基础上实现对样本数据集的综合评价。最后，以某市电力公司所采集的用户用电负荷数据为例对所提出的方法做了说明。
交直流混合配电网技术
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  基于柔性环网控制装置的交直流混合配电网接线模式研究

  张伟，韦涛，崔艳妍，刘伟，王宗礼，李芳，黄仁乐

  电力建设. 2016, 37(12): 32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.004

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  随着分布式电源、电动汽车等直流电源和直流负荷的大规模接入及用户对供电可靠性要求的提高，柔性直流技术在配电网中的应用越来越广泛。该文研究了含多端柔性环网控制装置的交直流混合配电网的典型网架结构；提出了传统交流配电网向交直流混合配电网的过渡目标、过渡原则、过渡过程，并给出了几种典型网架的过渡方式；最后，以三端柔性环网控制装置为例，通过对运行方式的划分，明确了含柔性环网控制装置的交直流混合配电网的运行方式及转换过程，为传统配电网向交直流混合配电网的升级提供理论依据。
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   计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行方法

  华浩瑞，李鹏

  电力建设. 2016, 37(12): 40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.005

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   为了提高交直流混合微电网优化运行的适用性，针对交直流混合微电网特殊的网架结构和电气特性，基于两层时间尺度建立了计及功率预测误差的交直流混合微电网多时间尺度优化运行模型。首先，在h级时段，利用日前风光出力、负荷水平预测数据来制定日前经济调度方案。然后，在实时15 min级时段，检测在日前h级调度方案下的不平衡功率偏差，制定不平衡功率调整计划，该计划能够最大程度降低调整费用或者提高调整收益。最后通过算例验证所提方法的有效性。

   
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   基于多端VSC技术的一种交直流混合配电网网络结构

  严逍，焦彦军，杜哲

  电力建设. 2016, 37(12): 48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.006

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   分布式电源的快速发展和配电网负荷的变化使得传统辐射型交流配电网面临诸多问题。该文利用多端电压源换流器（voltage source converter，VSC）技术，通过在交流配电网中增加直流环节来构建交流直流混合配电网，提出了交直流混合配电网的网络结构，并对其控制策略进行了理论分析，最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型对其网络结构和控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明，通过对换流器进行合理控制，能够有效改善原有交流配电线路的电压分布和负荷承载能力，并且能够对系统潮流进行灵活控制，实现对系统能源的合理分配。另外，交直流混合配电网中的直流环节可以作为未来直流配电网的一部分，从而使传统交流配电网可以平缓过渡到未来可能全面建设的直流配电网。
风电控制技术
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   风储联合系统调频控制策略研究

  严干贵，王昱博，钟诚，高扬

  电力建设. 2016, 37(12): 55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.007

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   风力发电作为一种可再生能源发电在电网中的渗透率逐年升高，其具有的随机性、波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来了不利影响。与此同时，储能技术在近年来得到大力发展，其快速性和大范围吞吐性可以弥补风电机组单独运行时所带来的不利影响。首先对风电和储能系统的输出特性进行分析。其次针对风电并网发电在遇到频率波动时不具备惯性的问题，提出了应用储能补偿系统惯量，利用频率变化率作为反馈输入并调节惯量常数K，使风储联合系统作为一个整体对外提供有功功率参与电网调频，再利用Matlab/Simulink仿真验证了本文所提出控制策略补偿系统惯量的有效性。最后仿真对比风电机组单独参与电网调频与风储联合系统调频控制策略，得出风储联合系统参与电网调频的优越性。
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   基于双层功率分解的混合储能系统容量配置

  王跃，吕林，朱雨薇

  电力建设. 2016, 37(12): 61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.008

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   为风电场配置合适的储能系统可以平抑风电有功功率波动、提高系统电能质量。基于风电出力历史数据，提出了双层功率分解方法。第1层采用滑动平均法，在满足国家规定的风电并网要求下，分解出并网功率和混合储能系统的参考功率。第2层采用频谱分析方法，基于混合储能系统参考功率，利用傅里叶变换将其分解为低频分量和高频分量，分别分配给蓄电池和超级电容器吸收。考虑储能设备的荷电状态和蓄电池的循环使用寿命，建立混合储能系统容量配置模型，模型以其年综合成本最小为优化目标。仿真结果验证了双层功率分解方法的可行性，证明了混合储能系统较单类型储能系统在性能上和经济上的优越性。
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   基于模式切换的永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

  钟诚，魏来，严干贵

  电力建设. 2016, 37(12): 68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.009

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    With the increase of installed capacity of wind farm, the operation stability of wind power system during grid disturbances becomes important. Grid codes require that wind power system stays connected to the grid during voltage dips for a certain period, with the ability of low-voltage ride-through (LVRT). For permanent magnet synchronous generator (PMSG), the key to improve the ability of LVRT is that fast control DC-Link voltage when grid-voltage dips. This paper proposes a LVRT control strategy for PMSG unit based on control mode switch. The strategy changes the control mode between in normal and fault of grid-voltage, and adopts the grid-side converter or generator-side converter to control the DC-Link voltage respectively. In addition, this paper proposes an improved feed-forward method to speed up the DC bus control, which can accelerate the speed control and reduce the peak value of the DC bus voltage. The simulation results validate the effectiveness of the proposed strategy.
规划技术
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   基于多场景随机规划的电力系统生产模拟方法

  姚力，王秀丽，肖汉，傅旭，李彬，杨攀峰

  电力建设. 2016, 37(12): 74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.010

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   针对电力系统生产模拟中新能源不确定性问题,引入多场景随机规划理论，研究了含新能源电力系统的生产模拟方法。在时间尺度为周的生产模拟中，由多场景方式刻画新能源不确定性，建立随机规划数学模型模拟系统运行，并采用基于Benders分解的算法求解该模型。通过实际系统算例，计算了新能源年弃电率、火电盈余装机容量等指标，比较了不同求解方法下生产模拟的结果，研究了旋转备用率对新能源接纳能力的影响，结果表明所提出的生产模拟方法能够计算系统运行相关指标，所采用的算法相对于直接调用数学软件求解有一定的优势。另外，给出了旋转备用率与新能源弃电率、接纳电量之间的关系。
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   计及可入网电动汽车的微电网电源优化配置

  叶晨晖，周玲，张木银，管志成

  电力建设. 2016, 37(12): 82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.011

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   计及可入网电动汽车（plug-in electric vehicle，PEV）、微电网中多种分布式电源（distributed generation，DG）输出功率的不确定性，综合考虑了DG投资、运维等成本，以及微电网带来的节能、降损、减少用户停电损失收益等因素，进行微电网电源的优化配置。PEV接入微电网后，可以根据微电网的实际运行情况作为储能装置补充原有储能元件，从而减少储能元件容量，提高微电网的经济性。从PEV参与微电网运行调度出发，建立计及PEV的微电网电源优化配置模型。算例结果表明，该模型最优解可以确保投资的最佳经济性，获得较大社会经济收益，为含PEV的微电网电源优化配置提供理论依据。
输配电技术
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   基于二层规划的交直流混合输电网最优潮流计算

  范宏，陈斯，左路浩，周献远

  电力建设. 2016, 37(12): 89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.012

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   建立了交直流混合输电网等值数学模型，提出了交直流混合输电网最优潮流二层规划数学模型。该模型的上层目标函数为总燃料费用最小，变量为系统中有功与无功出力；下层目标函数为各节点电压偏移最小，变量为变压器分接头档位，上下层变量相互影响，交替迭代。采用跟踪中心轨迹内点法和萤火虫算法相结合的混合算法对该模型进行求解，上层模型利用跟踪中心轨迹内点法处理连续变量，能快速收敛至全局最优解；下层模型采用萤火虫算法求解，能较好处理离散变量。最后采用IEEE 30节点系统和IEEE 118节点系统为算例进行仿真计算，验证了该二层规划模型的有效性和正确性，对比了交流线路和直流线路功率传输方式，验证了直流系统输电的优势。

   
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   改进Sammon映射算法在分析暂态稳定评估输入特征有效性中的应用

  张春, 田芳, 于之虹, 李岩松, 张爽, 田蓓

  电力建设. 2016, 37(12): 96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.013

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   基于机器学习技术的电力系统暂态稳定评估方法中，输入特征提取的是否合理往往决定了最终的分类效果。然而，目前却缺乏一种工具去评价选择的输入特征是否具有可分性。鉴于此，引入Sammon映射算法将高维样本数据映射到低维空间中，通过观察映射点的分布情况判断提取的特征是否有效，并针对原算法的不足之处进行改进。首先利用主成分分析法(principal component analysis, PCA)求出包含原始数据信息最多的前两维主成分向量，代替原算法随机取值的方法，作为映射点坐标向量的初始值。然后，采用迭代修正法求解最终的映射点坐标向量，加快了求解速度。最后，以改进Sammon映射算法作为工具，分析IEEE 39节点系统的仿真数据和某地区实际在线历史数据提取特征的有效性，证明该算法在指导特征选择中具有良好的应用前景。

   
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   基于分时电价模式的分布式风光发电就地消纳模型

  李鹏1，华浩瑞1，徐绍军2，常乾坤2

  电力建设. 2016, 37(12): 104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.014

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   提出分时电价机制下分布式风光接入主动配电网就地消纳模型，该模型通过赋予主动配电网制定网内分时电价的权利来提高分布式风光消纳率。首先分析了基于负荷分类的分时电价机制下负荷的价格型需求响应模型，其次建立了分时电价机制下分布式风光接入主动配电网就地消纳模型，该模型以风光消纳率最大为目标函数，计及多种必要约束。提出采用基于模拟退火算法的求解模型对所建立模型进行求解。最后通过一个算例验证了该文方法可以有效提高分布式风光接入主动配电网的就地消纳率。
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   考虑需求响应的有源配电系统可靠性评估

  胡美玉，胡志坚

  电力建设. 2016, 37(12): 113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.015

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   提出一种考虑需求响应(demand response，DR)的配电系统可靠性评估算法。首先采用改进隶属度函数进行峰谷时段划分，并建立综合分时电价和激励机制的用户响应模型。为提高可靠性评估效率，提出基于阈值和最小距离的聚类方法产生年负荷的多状态模型。计及风力发电机出力的相关性，利用秩相关系数、拉丁超立方抽样和Cholesky分解获取风机输出功率的相关性样本。在此基础上，通过修正孤岛稳定运行概率对传统可靠性指标的影响,可实现考虑负荷响应的有源配电网可靠性分析。应用所述的方法对算例进行可靠性评估，结果表明需求响应策略能改善电网可靠性和提高电能利用率。
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   基于主动配电网运行特性的电压质量评估

  宋梦琪，陶顺，陈鹏伟

  电力建设. 2016, 37(12): 119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.016

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   主动配电网(active distribution network，ADN)在元件故障时可以主动组网隔离故障，实现部分持续供电。基于这一主动运行特性，计及主动配电网的多运行状态，提出了主动配电网的电压质量评估方法。首先对元件的状态持续时间抽样得到系统的状态与持续时间序列，并对系统各运行状态进行拓扑辨识和导纳参数辨识；然后对分布式电源的出力和负荷采用拉丁超立方抽样，孤岛模式下计及功率平衡原则执行储能和负荷的协调控制，得到分布式电源、储能和负荷的功率；最后对各运行状态进行概率潮流计算，对电压幅值结果进行统计分析，并用提出的节点电压偏差风险和孤岛节点失电率指标进行电压质量评估。将所提方法应用到基于RBTS-Bus2的主动配电网测试系统中，验证了所提方法的有效性。
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  基于卖方灵活电力合约的风电中长期交易策略

  郑亚先，武泽辰，王秀丽，张炜

  电力建设. 2016, 37(12): 128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.017

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   风力发电商在一些发达国家已作为独立的主体参与电力市场交易。文章构建了风电交易的灵活电力合约模型，并提出了风电商在中长期市场基于卖方灵活电力合约的交易策略。风电商可以在各阶段开始时刻根据市场状况和自身出力预测情况灵活安排阶段内各时段的合约电量，以使自身收益最大化。文章着重研究了合约电量的优化决策问题，提出了基于随机动态规划的模型和求解方法。算例中使用时间序列法进行风速和电价的模拟和预测，通过几种交易方案的比较，说明卖方灵活电力合约能够显著提升风电商的收益水平，同时有效控制收益风险。

   
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   基于多源信息时间序列匹配的电网故障诊断方法

  陈伟彪，陈亦平，姚伟，孙雁斌，文劲宇

  电力建设. 2016, 37(12): 134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.018

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   随着调度中心自动化水平的不断提高，包括数据采集与监控系统（supervisory control and data acquisition，SCADA）、广域测量系统（wide-area measurement system，WAMS）、继电保护信息系统（relay protection information system, RPIS）等在内的多数据源系统的量测信息汇集到调度中心的统一数据库中。为了充分挖掘多源信息在调度运行中的应用场景，将多源信息应用于电网故障诊断中，提出了一种基于多源信息时间序列匹配的电网故障诊断方法。首先，介绍了多源信息数据库的组成、电网时间序列的结构以及针对不同数据源系统的生成规则。其次，利用事件顺序 (sequence of event，SOE）记录、信息保护动作信息和相量测量单元（phasor measurement unit，PMU）电气量信息在故障发生时划分可疑故障区域，生成未知故障的电网时间序列，并与根据可疑故障区域内的可疑元件的保护配置信息生成的基准时间序列集合进行匹配，识别出故障元件、故障类型、故障时间、故障演进过程等详细故障信息。最后，采用实际算例验证了所提方法的可行性和有效性。

   
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   基于不同层级电网性能评估的投资分配方法

  葛亮，徐谦，程浩忠，兰洲，柳璐

  电力建设. 2016, 37(12): 143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000－7229.2016.12.019

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    考虑不同层级电网性能评估，研究电网投资分配方法。首先根据不同特点将电网划分为不同层级，并建立不同层级电网的性能指标体系；应用模糊数学综合评价方法对电网性能进行综合评估，并利用logistic曲线对电网性能与累计投资的关系进行拟合；以电网性能裕度的方差最小为目标建立投资分配模型；最后，以我国东部某省电网为算例进行验证分析，给出该省“十三五”期间不同层级电网的投资分配额，结果合理可信，验证了本文所提出的投资分配方法的可行性。