2018年, 第39卷, 第5期　
刊出日期：2018-05-01

  

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   2018年5期封面和目录

  电力建设. 2018, 39(5): 0.

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智能电网
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    基于协同理论的信息物理能源系统多流建模与分析 

   

  李刚, 孟亚云，董王英，王天军3

  电力建设. 2018, 39(5): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.001

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   摘要：信息物理能源系统（cyber-physical energy system, CPES）作为一类高度复杂的多维非线性系统, 其内部不断进行着物质、能量、信息与资金的流动和转化, 对其进行全局分析与优化难度较大。首先，基于协同学理论, 从系统宏观层面将CPES归结为"物质-能量-信息-资金"的协同, 然后借助流的"势"与"阻"的概念, 从生产成本、能耗、协同调度与市场等角度, 运用分层递阶控制方法建立了CPES的"物质流-能量流-信息流-资金流"的多流协同与多级优化分析模型。最后，通过算例分析初步说明了该分析方法具有一定的适用性与可行性。 

   
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   基于广域测量信息的电力系统故障诊断解析模型 

  张岩, 文福拴, 熊文, 牛振勇, 赵宏伟, 尚慧玉

  电力建设. 2018, 39(5): 10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.002

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   摘要：现有的电力系统故障诊断方法通常只采用继电保护装置（protective relay，PR）和断路器（circuit breaker，CB）的状态信息作为判据，信息裕度较低，这样对于复杂故障情形就可能得到不准确的甚至错误的故障诊断结果。相量测量单元（phasor measurement unit，PMU）的大范围普及使得同步相量数据的实时获取成为可能。在此背景下，文章提出一种基于保护设备状态信息和相量信息的电力系统故障诊断的改进解析模型。首先，基于断路器状态量和相量数据等多源信息快速判定故障区域；之后，采用所提出的改进解析模型针对故障区域内所包含的元件进行故障诊断。文章还提出了基于相量信息的故障诊断判据，并对传统判据进行了改进，以增强所提出的故障诊断方法的容错性和适应能力。最后，采用IEEE 39节点系统对所提出的故障诊断改进解析模型进行测试，以验证其正确性和高容错能力。仿真结果表明，通过将相量数据引入故障判据，所提出的故障诊断方法可以在保护装置故障或故障报警信息失真的情况下对复杂故障进行准确诊断。 

   
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   电压暂降事件的频繁模式挖掘与知识推理分析 

  田世明，卜凡鹏，齐林海,罗燕

  电力建设. 2018, 39(5): 21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.003

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   摘要：电能质量在线监测系统积累了大量电压暂降事件数据。海量数据中蕴含着项间的关联关系，通过关联规则，可以预测事件发生的规律。文章设计了一种将复杂暂降数据库中暂降事件特征维度数据等价转换为一维数组的方法，通过对暂降数据库进行一次扫描，实现特征维度数据的全面提取，基于该数组进行多维频繁模式挖掘，大大提高了算法的效率。利用生成的关联规则库，融合知识推理技术，计算预测数据与规则数据之间的相似度，实现电压暂降预测。文章提出的方法适合事件型数据的挖掘与预测。 

   
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  无源MMC站通过DC/DC变换器在线平滑接入直流电网的控制策略 

  韩乃峥，贾秀芳，许建中，赵成勇

  电力建设. 2018, 39(5): 28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.004

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   摘要：基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的直流电网已成为未来电网的重要发展方向，然而仍没有保证无源MMC站通过DC/DC变换器在线接入直流电网的平滑性的成熟方案。若解锁顺序或控制策略不当，都将产生较大的冲击电流，对原正常运行系统产生影响。首先，提出了无源MMC站通过DC/DC变换器接入直流电网前、后的有功功率参考值设计方法。然后，分析了DC/DC变换器和无源MMC站接入期间的等效电路，分析了解锁前后子模块电容电压的变化，提出了解锁时投入的直流电压匹配控制策略，可减小解锁时刻子模块电容充电带来的冲击电流。最后，以平滑接入为目标，给出了整体控制策略流程。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了含DC/DC变换器的五端对称双极直流电网模型，仿真验证了所提出控制策略的有效性。 

   
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    一种改进的模块化多电平换流器电压均衡控制策略 

  张天1,2，姜斌2，龚雁峰2

  电力建设. 2018, 39(5): 38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.005

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   摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）以其优越的整体性能在大规模电网互联等领域具有广泛的应用前景。文章首先分析了MMC系统的工作原理，并结合一种冗余配置方法来确定MMC桥臂级联子模块的最优数量。基于最近电平逼近调制（nearest level modulation, NLM）算法，提出一种冗余子模块优先充电的MMC电容电压均衡控制策略，确保冗余子模块电压水平能够保持最低允许值，从而实现与故障子模块的平稳切换。最后，基于PSCAD/EMTDC平台搭建MMC仿真系统，验证了文章提出的改进的电容电压均衡控制策略的有效性。 

   
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  基于柔性变电站的交直流配电网技术研究与工程实践 

  傅守强1，高杨1，陈翔宇1，李红建1，祁欢欢2，徐彭亮3，许文秀1

  电力建设. 2018, 39(5): 46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.006

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  摘要：传统交流配电网面临着直流电源和负荷大量涌现，用电需求多样化等挑战，交直流配电网逐渐成为研究热点。文章梳理了国内外交直流配电网技术现状，总结了现有方案特点。针对配电网面临的核心问题，提出了全新的基于柔性变电站的交直流配电网技术。柔性变电站将分散的电力电子设备高度集成，具备交直流多类型接口；具备潮流控制、新能源电源即插即用、定制化供电等功能，满足电网灵活高效运行、新能源发电、多元负荷等要求。搭建了系统模型，开展了电气计算，设计了自动化系统，制定了控制保护策略。仿真结果验证了方案原理及理论分析的正确性和工程实施的可行性，验证了基于柔性变电站的交直流配电网在提高"源网荷"协调互动水平、实现潮流互济、提高系统可靠性方面的作用。最后，文章以张北交直流配电网及柔性变电站示范工程为实例，介绍了世界首个基于柔性变电站的交直流配电网工程实践，总结了工程对推进交直流配电网发展的示范意义。 

   
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    计及灵活配电单元的交直流混合配电系统潮流计算方法 

  王聪1，徐晓贤1，沙广林2，段青2，郭靖3，张岚1

  电力建设. 2018, 39(5): 56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.007

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   摘要：提出了基于灵活配电单元，分布式电源和混合负荷即插即用的交直流混合配电系统潮流模型，并采用前推回代法进行交替迭代求解。通过建立针对各种控制策略并考虑损耗下的灵活配电单元的等效模型，得出灵活配电单元的潮流方程，同时根据分布式电源及混合负荷的工作特性分别建立对应的潮流模型，并进行节点等效，进一步根据系统结构划分分别建立了交流、直流网络的潮流方程。最后通过算例对所提出的潮流模型和算法进行验证，仿真结果表明，所提交直流混合配电系统潮流模型具有较高的准确性，且潮流算法针对交直流配电、多向潮流主动流动等问题具有一定的可靠性及灵活性。 

   
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   故障背景下电容型偏磁抑制装置引发的谐振和放电现象分析 

  郑涛，张滋行

  电力建设. 2018, 39(5): 63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.008

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   摘要：利用卡伦堡尔（Karenbauer）变换得到0模、1模和2模等值电路，对故障后电容型偏磁抑制装置（简称隔直电容）接入交流电网引起的谐振和放电现象进行了全面分析。单相和两相接地故障时，如果隔直电容没有及时旁路，其接入会与系统的电感、故障附加电源构成谐振回路，从而使故障电流大大增大，这对输电线路以及其他电气设备承受电流的能力而言，是非常严峻的考验；发生三相接地故障时，隔直电容不会与故障附加电源处于同一回路中，此时隔直电容的接入仅仅会造成其自身通过系统0模回路放电，不会发生谐振现象，由于放电电流远小于交流故障电流，此种情况下隔直装置的接入不会对系统造成影响；因此，隔直电容的快速旁路，不但能保护其自身不被击穿，也能避免交流系统遭受过大的故障电流。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建了相应仿真模型，仿真结果验证了理论分析的正确性和可靠性。 

   
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    含逆变型分布式电源配电网的接地故障中性点电压分析及对策 

  姜淼1，徐光福1，李正红2，魏承志2，陈俊1

  电力建设. 2018, 39(5): 70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.009

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   摘要：大量逆变型分布式发电（distributed generator,DG）接入导致变压器中性点过电压甚至间隙击穿等事故发生，研究中性点过电压的分析计算以及保护配置迫在眉睫。文章采用序分量理论，推导并简化了故障发生后开关跳开前后变压器中性点过电压理论计算公式。该公式形式简单、计算结果准确，可以广泛应用于规划运行分析中。根据计算公式，分析出了影响过电压的主要因素并提出了保护配置方法。PSCAD仿真算例验证了计算公式的正确性，并讨论了DG输出限流等因素对过电压的影响。 

   
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   基于动态最优潮流的UPFC控制模式转换策略 

  石睿智1，张泽1，何天雨2，耿亚明2，臧海祥3

  电力建设. 2018, 39(5): 77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.010

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   摘要：南京西环网统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）是我国首个UPFC工程，实现了南京西环网潮流的灵活、精准控制。目前，国内外对于UPFC控制模式的研究多停留在工程投运前的控制站层面，针对工程投运后且具有全局优化能力的控制模式研究相对较少。因此，文章基于优化思想针对UPFC工程投运后的多时段、全局优化控制模式展开研究。首先，基于BPA和MATLAB联合调用对华东地区电网数据进行等值，得出南京西环网某典型日的多时间断面数据；然后，建立考虑负荷变化的含UPFC的动态最优潮流模型，并采用原对偶内点法进行求解；最后，提出针对不同负荷情况下UPFC控制模式转换策略，进一步提高了UPFC的经济性。 

   
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    基于最优能量状态调节的电动汽车需求响应及其对配电网的影响 

  王丹1，孙冬冬1，胡庆娥1，原凯2，孙充勃2，宋毅2，徐晶3，丁承第3

  电力建设. 2018, 39(5): 86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.011

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   摘要：随着电动汽车数量的与日俱增，其充电负荷对配电网的影响变得越来越不可忽视。电动汽车作为一种可延迟负荷，需求响应（demand response，DR）潜力巨大，对其进行合理控制可以辅助配电网安全经济运行。文章建立了单台电动汽车的迟滞充电负荷模型，基于配电网分层控制架构，引入集群电动汽车参与需求响应的最优能量状态调节量控制策略（optimal energy status regulation control strategy，OESRCS），该策略通过对电动汽车能量状态设定点施加最优调节量，实现对集群电动汽车充电过程的实时控制。在此基础上，制定了配电网电压变化百分比和网络损耗百分比这2个指标对需求响应效果进行评估。仿真结果表明，利用OESRCS策略，电动汽车可以精确地跟踪目标功率，同时配电网电压波动和网络损耗均有所减小。 

   
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   基于云模型理论的家用电热水器优化控制策略 

  李彬1，吴倩1，陈宋宋2，李德智2，杨斌3，孙毅1，祁兵1

  电力建设. 2018, 39(5): 95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.012

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   摘要：针对居民用户家用电热水器（electric water heater，EWH）电能消耗较大的问题，提出一种基于云模型理论的家用电热水器优化控制策略。该控制策略以电热水器水箱内的实时水温和电网下发至居民用户的电价作为云模型发生器的前件，电热水器的实时功率档位值作为云模型发生器的后件，建立以居民用户家用电热水器用电花费最少为优化目标的控制策略。同时，经过云模型控制器对电热水器的用户参数调整，实现了将居民用户早晚用电高峰转移至其他用电低谷时期的良好效果。仿真结果表明，在满足居民用户基本用水温度需求的前提下，该方法能够有效降低电力公司高电价时间段的用电消耗，从而保证了电网的稳定性。最后，还针对云模型内部参数不同的优化效果进行了对比。 

   
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   实时电价下公共楼宇响应特性分析方法 

  宁艺飞1,2，陈星莺1，谢俊1，余昆1，李作锋3，陈振宇3

  电力建设. 2018, 39(5): 105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.013

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   摘要：通过实施用户侧的实时电价（real-time pricing，RTP）项目，电力公司和售电公司能够提高电网安全系数，减少电力交易风险。而公共楼宇作为实时电价项目的主要参与者，研究其响应实时电价的特性可以为电力公司和售电公司提供参考。文章建立了实时电价下楼宇用户舒适度效用函数、焦虑度效用函数以及用户电费支出价值函数，在此基础上建立了用户综合效用函数最优的楼宇实时电价响应分析框架。最后在算例中对实时电价下某公共楼宇响应进行仿真分析。结果表明，所提方法可以用于评估公共楼宇响应实时电价的特性。 

   
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   基于用电数据和极限学习机的结构经济模型   

  裘华东1, 陈耀军2, 柳文轩3, 赵俊华3, 颜拥4, 文福拴5

  电力建设. 2018, 39(5): 115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.014

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   摘要：考虑到产业发展与用电量之间的显著相关性，将极限学习机（extreme learning machine，ELM）应用于研究用电量与经济发展之间的关系，讨论如何基于用电量数据来预测产业经济增长。案例研究表明：（1）ELM算法在大多数情况下比普通线性回归方法具有更高的准确率；（2）统计结果显示，第二产业的几乎所有下属产业都高度依赖电力消费，其经济增长率与其用电量呈非线性正相关。 

   
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   电源绿色发展指数研究 

  李栋1,2，白智丹3，陈仕军1，付浩3，黄炜斌1，马光文1

  电力建设. 2018, 39(5): 123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.015

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   摘要：在电力系统中，电源规划建设工作举足轻重，为进一步探究各类电源的可持续发展空间，分别选取典型工程，采用生命周期评价方法（life cycle assessment，LCA）建立投入产出清单，提出了针对电力系统中不同发电方式评价的绿色发展指数模型，其涵盖能源、资源、环境三大维度，并拓展考虑到电源土地占有情况、保证出力及其他效益。通过燃煤火电、水电、风电及光伏发电典型工程应用，计算得到A-H典型电站绿色发展指数依次为0.34，0.35，0.83，0.45，0.41，0.46，0.21和0.26，指数较高的C、D、E、F电站所对应电源则为此次方案下更适合进一步发展的对象。研究中所建立的电源绿色发展指数理念和模型，可为今后既定方案下电源的开发选择提供有效的理论支持。 

   
电力经济研究
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   不同类型双边交易建模方法研究   

  刘芳，闫翠会，崔晖，潘毅

  电力建设. 2018, 39(5): 130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.016

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   摘要：在电力市场初级阶段，基于全电量集中竞价的出清机制或基于增减报价的平衡机制尚未建立，电力系统调度运行面临着计划电与市场电并存的局面。双边交易规模不断扩大，不同电量成分的协调执行是市场过渡阶段调度运行面临的新挑战。电量合同以合同规定电量为依据结算，而电力合同以合同规定出力曲线为依据结算，文章考虑2种不同双边交易，分别研究双边电量合同与双边电力合同参与日前电力电量平衡的建模方法。考虑2类双边合同与计划电的协调执行，及电网阻塞对交易执行的影响，最终建立兼顾双边交易执行、计划电执行、发电经济性和电网安全的日前机组组合模型。通过算例分析模型中权重因子和削减因子选择方法，研究不同削减方法对交易执行的影响，交易执行权重选择对双边交易与计划电协调执行的影响，以及电网阻塞对交易执行的影响，最后验证模型在各类合同协调执行方面的有效性。 

   
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    基于能量分配的锂电池储能电力市场投标策略 

  张博，颜宁，厉伟

  电力建设. 2018, 39(5): 138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.017

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   摘要： 参与电力市场投标是储能运营的新盈利点。现有电力市场中储能技术投标应用的研究采用单一计算模型，忽略了电池储能的动态能量特性。针对上述问题，文章以锂电池储能为例，提出了一种基于能量分配的锂电池储能电力市场投标策略。首先引入锂电池动态能量模型，然后根据分时电价分配锂电池能量，以储能经济收益和日内电池储能市场投标收益最大为优化目标，制定储能系统的能量投标策略，最后以某地区分时电价为背景计算并对比了锂电池储能在不同投标策略下的收益。研究成果可以为电储能电力市场投标策略提供参考，同时为储能技术经济性评估提供理论基础。  

   
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    融合分布式电源开发的新型售电模式 

  路妍，许文秀，沈卫东，庞越侠,李欣民

  电力建设. 2018, 39(5): 143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7229.2018.05.018

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   摘要：结合新一轮电力体制改革，首先从含有分布式电源的售电公司的角度，分析融合分布式电源开发的售电风险。其次，对融入分布式电源独立开发的传统售电模式的各主体现金流量情况进行分析；再次，以规避风险与保障各参与主体利益为目标，基于分布式电源所有权转移的方式，设计了融合分布式电源开发的新型售电模式，并分别分析基金募集与运作者、售电公司、屋顶出租者的现金流量情况。最后，对某社区的分布式电源进行实证分析，通过项目内部收益率的对比分析，结果表明：与融合分布式电源开发的传统售电模式相比，融合分布式电源开发的新型售电模式下售电公司与屋顶所用者的收益有所增加。