2018年, 第39卷, 第10期　
刊出日期：2018-10-01

  

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现代人工智能在电力系统中的应用 栏目主持 文福拴教授、赵俊华教授、颜拥博士
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  新一代人工智能在智能电网中的应用研究综述

  戴彦, 王刘旺, 李媛, 颜拥, 韩嘉佳, 文福拴

  电力建设. 2018, 39(10): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.001

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  智能电网是人工智能 （artificial intelligence, AI） 的重要应用领域之一, 以高级机器学习理论、大数据、云计算为主要代表的新一代人工智能 （new generation artificial intelligence, NGAI） 技术的进步和突破, 将会促进智能电网的发展。首先概述AI的主要方法, 并对NGAI的内涵、特点与技术体系进行论述。之后, 对NGAI在能源供应、电力系统安全与控制、运维与故障诊断、电力需求和电力市场等领域中的最新应用研究情况进行比较系统的综述。最后, 总结NGAI在智能电网中应用的关键问题, 提出人工智能在智能电网中的应用可分为三阶段实施的建议。
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  利用多源信息和深度置信神经网络的配电系统空间负荷预测

  梁荣，杨波，马润泽，吴健，吴奎华，林振智，文福拴

  电力建设. 2018, 39(10): 12-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.002

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  准确的空间负荷预测是配电系统精益化规划的基础。在此背景下，提出利用多源信息融合和深度置信神经网络的配电系统空间负荷预测方法。首先，在分析空间负荷元胞多源信息特征的基础上，采用基于程度副词语义标定的结构化方法对负荷元胞的非结构化属性进行结构化处理，以充分挖掘利用负荷元胞数据信息。然后，采用受限玻尔兹曼机方法和反向传播（back propagation, BP）算法相结合学习元胞特征，以提升元胞高维特征提取的性能，并采用训练后的深度置信神经网络预测待规划区域的空间饱和负荷密度。最后，以某城市的区域配电系统为例，对所提出的空间负荷预测方法进行验证；仿真结果表明：在空间负荷预测模型中考虑非结构化信息的影响可以提高空间负荷预测精度，且与现有的一些方法相比，所提方法的预测精度更高。
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  采用长短期记忆深度学习模型的工业负荷短期预测方法

  杨甲甲, 刘国龙, 赵俊华, 文福拴, 董朝阳

  电力建设. 2018, 39(10): 20-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.003

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  工业负荷不同于其他电力负荷, 受气温、时间、人口等外部因素的影响较小, 其功率需求主要由相关企业的生产计划来决定。在电力市场环境下, 准确的负荷预测有助于工业用户更好地制定电力交易策略, 从而增加收益。在此背景下, 基于改进的长短期记忆（long short term memory, LSTM）深度学习网络模型, 提出了一种工业负荷短期预测算法。首先,在网络层次上构建层数更多即网络层次更深的LSTM深度学习负荷预测模型。接着, 在每个LSTM单元构成的隐含层中, 采用Dropout技术对神经元进行随机概率失活, 并通过正则化有效避免深度学习过拟合问题并改善了模型性能。然后, 采用真实的工业用户历史负荷数据对所提算法进行测试, 并与已有的短期负荷预测算法进行对比, 包括自回归滑动平均模型 （auto-regressive and moving average model, ARMA）, 最邻近回归算法 （K nearest neighbor regression, KNN） 以及支持向量回归算法 （support vector regression, SVR）。仿真结果表明, 所提深度学习工业负荷短期预测算法相比于一些现有方法, 其预测准确度有明显提升,预测结果的平均绝对百分误差（mean absolute percentage error, MAPE）在9%以下。
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  三层博弈架构下的智能电网能量管理分布式优化方法

  张哲，齐冬莲，张建良

  电力建设. 2018, 39(10): 28-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.004

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  如何改善用户用电模式以及优化供配电系统成为了智能电网发展中亟需解决的问题之一。针对电力市场和新能源发电的需求，文章提出一种基于博弈论的三层博弈架构下的智能电网能量分布式优化管理方法。首先，在用户侧，构建家庭用户演化博弈模型反映需求侧响应；其次，针对供电侧，构建多售电公司的非合作博弈模型调节电力市场供需平衡；然后，针对传统火力发电企业与新能源发电企业构建合作博弈模型，并依据Shapley值分配合作博弈中的联盟收益；最后，通过仿真和计算，对提出的三层博弈架构模型进行验证和分析。
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  灾害天气条件下电力系统故障诊断特征匹配方法

  尚慧玉，王崇宇，陈明辉，阳曾，熊文，文福拴

  电力建设. 2018, 39(10): 37-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.005

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  灾害天气会导致电力通信系统的可靠性降低, 警报信息在通信过程中发生畸变的可能性上升, 进而增加对停电区域内元件准确识别故障的困难。现有研究表明, 通过对线路发生故障期间的外部环境数据进行分析可得到该线路的故障风险程度, 但此信息尚很少被用于故障诊断之中。在此背景下，提出一种利用外部天气环境信息进行故障特征匹配的电力系统故障诊断方法。首先, 利用故障期间采集得到的外部环境信息根据灰色模糊理论得到线路综合故障概率。然后, 在现有的电力系统故障诊断解析模型（优化模型）的目标函数中增加外部环境故障特征匹配指标, 对与灾害天气相关故障特征不匹配的故障假说进行惩罚。接着, 利用模拟退火遗传算法对改进的解析模型进行求解。最后, 针对广州市局部电网的故障案例进行仿真测试，结果表明所提的改进故障诊断方法对通信故障的容错性强；此外，还比较分析了考虑与不考虑外部天气环境影响时的诊断结果及差异原因。
新能源发电
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  基于模块化LLC谐振变换器的光伏中压直流并网方案

  陈佳玺，江道灼，张翀，胡列翔，陆翌

  电力建设. 2018, 39(10): 44-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.006

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  与传统光伏大规模接入交流系统和分布式并入低压直流电网的形式不同，面向中压直流配电网的光伏并网系统在传输效率、容量、电压稳定性和电能质量等方面均具有一定的优势，是未来发展直流配电网所需要的一种能源汇集技术。提出了一种适用于中、大容量光伏发电系统接入直流配电网的新型技术方案，设计了并网系统的详细拓扑结构。根据光伏电池特性，设计了发电单元及子模块的参数，并分析了模块化变换器的运行特性。在此基础上，设计了模块化LLC谐振变换器的控制策略，在维持子模块均压均流的同时，实现了对光伏发电单元的最大功率跟踪。最后，通过仿真验证了所设计光伏直流并网方案的可行性和控制系统的有效性。
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  风力发电机组限功率双重优化协调控制策略

  陆波，兰飞，姚知洋，黎静华

  电力建设. 2018, 39(10): 54-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.007

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  变速变桨风力发电机组在限功率运行时，需要对风力机的桨距角和发电机的转速进行调节，以响应风电场的调度指令。为降低机械部件的疲劳程度，在限功率控制过程中应尽量避免对桨距角进行调节。然而，常用的单纯转速优先限功率控制策略不一定能有效地降低桨距角的调节量和调节次数。针对该问题，提出一种双重优化协调限功率控制策略，首先以桨距角及转速调节量为最小对两者的给定值进行一次优化；然后在此基础上，以减少桨距角动作次数为目标对桨距角的给定值进行二次优化，通过对风力机及发电机的优化协调控制，进一步改善风机的机械疲劳程度。最后，在双馈风力发电机组仿真平台上对所提的优化策略进行仿真验证。结果表明：与转速优先及未进行二次优化的限功率控制方法相比，所提控制策略在满足限功率指令的同时，有效降低了风力发电机组的桨距角调节量和机械磨损量2个重要指标，从而减少机组的机械磨损，延长机组寿命。
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  基于新型场景划分与考虑时序相关性的光伏出力时间序列模拟方法

  江雪辰，朱俊澎，袁越，王跃峰，黄阮明

  电力建设. 2018, 39(10): 63-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.008

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  针对现有光伏出力的马尔科夫链模型在原始数据分段和随机抽样方面的不足，文章提出一种基于新型场景划分与考虑时序相关性的光伏出力时间序列模拟方法。首先引入Davies-Bouldin有效性指标优化模糊C均值聚类（fuzzy C-mean clustering，FCM）法，进行场景划分，形成数据特征更清晰的原始光伏出力序列集合。然后建立不同场景的光伏出力状态转移矩阵，通过马尔科夫链蒙特卡洛法生成光伏出力时间序列，在此过程中，利用Copula理论进行条件概率抽样生成下一时刻光伏出力状态值，以降低传统蒙特卡洛抽样的随机性。实际算例表明，文章所提方法生成的光伏出力时间序列不仅在数据的概率统计特性方面比现有的模型结果更精确，而且更好地保留了原始序列的自相关性。
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  考虑新能源出力相关性的电网电压暂降随机预估

  吕金炳，韦鹏飞，刘亚丽，王旭东，李树鹏，徐永海

  电力建设. 2018, 39(10): 71-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.009

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  针对含有风电、光伏及电动汽车充电站的新能源电力系统，提出了一种考虑新能源出力相关性的电网电压暂降随机预估方法。首先构建了故障信息随机模型及新能源出力随机模型，采用拉丁超立方采样（Latin hypercube sampling，LHS）得到故障信息样本，利用皮尔森相关分析法确定同一类型新能源出力的相关系数后，采用Nataf变换及LHS法得到含有相关性的新能源随机出力样本；然后通过故障仿真模拟，得到一系列暂降事件，计算各节点电压暂降指标，预估各节点电压暂降情况；最后以IEEE 30节点为例进行了仿真分析，研究相关系数变化下的新能源出力及不同类型新能源的接入对电网电压暂降的影响。
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  区域弃风供热模式与设备容量配置协同优化

  王志强，张馨月，王珊，王凌飞，宫琦，刘文霞，李介夫，牛强

  电力建设. 2018, 39(10): 82-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.010

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  为进一步提高"三北"地区弃风供热项目的经济性，鉴于项目经济性与设备种类、设备容量、区域负荷和弃风特性的复杂相关性，文章针对在热电厂配置储热罐、电锅炉以及同时配置电锅炉和蓄热装置这3种常用的弃风供热模式，提出一种区域弃风供热模式与设备容量配置协同优化的方法。首先，基于全寿命周期理论建立了弃风供热项目的成本模型，定义了年单位弃风消纳成本指标，用于评估弃风供热模式经济性。以此为目标，建立了基于经济调度的双层规划模型，并采用改进的网格搜索法和复合搜索法相结合的混合策略用于模型求解。最后，基于北方某省电网数据建立测试算例，对文章所提出的方法进行了验证，并探讨了区域负荷特性对弃风消纳效益的影响，为多种消纳模式的应用和推广提供技术参考。
智能电网
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  电动汽车充电网络云平台下一种基于Chord-R的多租户多维索引方法

  李军良, 张杨，王睿，高欣，李晓蕾，任昺

  电力建设. 2018, 39(10): 92-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.011

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  面向不同运营商多租户数据的高效索引方法是构建电动汽车充电网络云平台的关键技术之一。现有多租户数据索引方法在面对海量多维信息索引时存在效率低的问题。在此背景下，提出了一种基于共享存储模式的Chord-R双层索引方法，上层采用对等结构中的Chord协议作为全局索引，使单个租户的数据聚集并有序地分布在尽量少且相邻的节点上，保证数据具有良好的隔离性和扩展性；下层引入空间索引方法R树进行本地数据的局部索引，最终实现了多租户数据多维信息的高效索引。实验结果表明，在进行多维信息索引时，与典型多租户索引方法（multi-tenant indexing mechanism based on improved Chord mapping approach，MIMC）相比，查询时间至少可以节省48%。
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  基于电压电流突变量的MMC-MTDC纵联保护方案

  王鑫，杨明玉，吕佳宁

  电力建设. 2018, 39(10): 99-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.012

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  作为柔性直流输电线路后备保护的纵联电流差动保护，通过较长延时来防止线路分布电容等问题引起的误动，无法满足保护对于速动性的要求，针对这一问题提出了一套基于电压电流突变量夹角余弦值的纵联保护方案。该方案利用故障发生时，故障与非故障状态下直流线路两端的电压、电流突变量之间的夹角余弦值构造故障识别判据，并利用故障发生时线路正、负极电压的数值差异作为故障极判据，形成了一套完整的纵联保护方案。最后，在PSCAD/EMTDC平台上搭建了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter-multi-terminal direct current，MMC-MTDC）系统仿真模型对保护方案进行验证，结果表明，所提纵联保护方案能够实现在各种故障情况下的故障判别，并且满足直流线路对保护速动性的要求，可以作为直流线路的后备保护。
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  基于有功不平衡指标的储能快速调频方法

  樊海锋，刘文龙，苏大威，余璟

  电力建设. 2018, 39(10): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.013

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  因主流变速风电机组有功控制一般不主动参与频率调节，大规模风电并网对电力系统快速调频提出了挑战。储能系统具备有功功率快速响应优势，可改善系统动态频率响应特性，该文提出了一种基于有功不平衡指标的储能快速调频方法。首先，定义了在频率跌落阶段和恢复阶段系统有功不平衡指标。其次，设计了自适应模糊逻辑控制策略，依据系统有功不平衡指标和频率偏差动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。最后，通过算例分析验证了所提出的储能快速调频控制方法的有效性，与常规比例微分（proportional differential，PD）控制方法相比，可减少储能系统容量需求，且对不同工况具有较好的灵活性和适应性。
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  降低电压不平衡度的三相并网逆变器阻尼控制策略

  董雷，张涛，陈乃仕，卫泽晨

  电力建设. 2018, 39(10): 113-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.014

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  针对低压配电网中单、三相负载并存，导致三相电压失衡，提出三相并网逆变器降低电压不平衡度的阻尼控制策略。基于序分量法建立逆变器功率阻尼控制策略的数学模型，分析其电压不平衡抑制机理，阐明正序控制策略功率输出和阻尼控制策略降低电压不平衡度之间存在弱耦合关系，并在此基础上又进一步提出改进阻尼控制策略，简化了控制难度。对10节点不对称网络进行仿真分析，结果验证文章所提的控制策略能够实现逆变器向外输出有功功率和无功功率的同时，还能降低网络的电压不平衡度。
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  考虑火电机组多阶段状态转移的高比例风电电力系统多资源调度模型

  林瑞宗

  电力建设. 2018, 39(10): 120-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.10.015

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  高比例风电接入加大了电力系统调峰压力。为提高系统接纳风电的灵活性和经济性，文章计及储能、需求响应等柔性资源参与建立了多资源调度模型，并针对火电机组启停阶段的运行特征，借鉴状态流分析方法，将火电机组启停阶段运行状态转移子模型嵌入多资源优化调度模型中。算例分析表明研究成果可以精细优化制定火电机组深度调峰和启停调峰调度指令，分析储能和需求响应资源的调峰效益，为多资源参与的辅助服务管理办法、补偿标准等相关研究提供决策分析工具。