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ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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舟山多端柔性直流工程是目前世界上在建的端数最多、容量最大的柔性直流工程。工程新建5座换流站，总容量达1 000 MW，电压等级为±200 kV，各换流站间采用电缆连接。舟山多端柔性直流工程的成套设计、关键设备制造等均由国内相关单位完成，工程建成后将进一步改善舟山群岛的电网结构，提高电网供电可靠性。提出舟山柔性直流工程的系统方案，包括换流站主接线、运行方式、主回路参数与功率运行圆图、控制保护策略等，对于指导我国后续建设的大容量柔性直流工程具有重要的参考价值。
舟山多端柔性直流工程过电压与绝缘配合研究为工程实施提供了基础技术支撑。为确定避雷器保护配置方案及设备绝缘水平，开展了成套设计研究，确定了工程的主回路参数及主接线。按照舟山多端柔性直流工程控制策略建立了电磁暂态仿真模型，模型中的换流器子模块电容、联结变压器、桥臂电抗器及直流电抗器电感值、接地方式的选择和电缆参数的选取均对过电压仿真结果有较大影响。在详细开展设备参数研究的基础上，为了选取并用于建模，开展了过电压研究，确定了主要设备的绝缘水平。对于本工程关键设备——直流电缆，提出采用30%的绝缘裕度以确保运行安全，并最终确定其绝缘水平为510 kV。研究结果已应用于舟山多端柔性直流工程，研究手段为其他同类工程提供了参考。
雷电侵入波过电压是确定直流输电系统换流站设备绝缘水平的重要依据，利用PSCAD/EMTDC软件建立了±160 kV南澳三端柔性直流输电系统直流侧雷电侵入波仿真计算模型，利用电气几何模型法计算直流线路的最大绕击电流，采用相交法作为空气间隙闪络判据，计算直流线路遭受雷电绕击和反击后换流站内极母线设备以及连接电缆承受的电压应力，并校核各设备的雷电冲击绝缘水平，计算结果表明各设备的绝缘裕度满足要求。
针对基于模块化多电平换流器的高压直流（modular multi-level converter-high voltage direct current, MMC-HVDC）输电系统，为了快速而有效地计算其直流侧单极接地故障下直流线路最大过电压，详细地分析了几种相应的等效计算模型。首先，基于能量守恒定律，得到模块化多电平换流器（modular multi-level converter，MMC）的等效模型I。在该模型中，MMC被拆分为直流侧等效电路和交流侧等效电路，其中前者由2个受控电流源和1个理想电容组成。其次，考虑到单极接地故障下MMC子模块电容电压几乎不变的特性，并且直流电缆可以使用π等效电路模型替代，就能得到MMC的等效模型II。最后，基于时域仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了400 MW/±200 kV数字仿真模型，验证了2种等效模型的有效性。
对舟山多端柔性直流输电系统的接地方式进行了研究，确定了各换流站应采取的接地方式，其中定海和岱山换流站推荐联结变阀侧采用星形电抗+中性点电阻接地的方式，衢山、洋山和泗礁换流站推荐采用Y/Y型联结变+阀侧绕组中性点电阻接地方式。在确定各换流站接地方式的基础上，计算确定了换流站设备的过电压和绝缘水平，其中定海和岱山换流站联结变网侧为220 kV交流系统，推荐的设备雷电冲击绝缘水平为950 kV，其他三站联结变网侧为110 kV交流系统，推荐的设备雷电冲击绝缘水平为450 kV；五端换流站联结变阀侧及直流侧的额定电压基本一致，联结变阀侧交流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV，200 kV直流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV。
模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构，其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节，实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障。采用三维有限元电场计算方法，通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构。在换流阀空气绝缘结构分析中，分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算。通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度，并指导换流阀绝缘结构的设计。
介绍了模块化多电平换流器（modular multi-level converter，MMC）的拓扑结构与工作原理，提出一种基于电压向量合成的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multi-level converter based high voltage direct current，MMC-HVDC）控制方法。传统的模块化多电平换流器控制方法子模块投切频率高，相应的开关损耗也高。设计的电压向量合成控制法可以实现子模块工频开关投切， 极大地降低了模块开关损耗。同时还针对该控制方法设计了模块均压控制策略和换流器闭环控制系统，在模块工频投切的同时模块电压也能得到良好的均压控制。仿真结果表明所设计的控制系统模块开关频率低，电压波动范围小，实现了功率的闭环控制，具备很好的理论研究价值和工程应用价值。
为了建设抗灾能力强的电网，提出了一种冰灾下考虑多种拓扑特性的电网风险评估方法。利用了网状系数、圈长分布指标来反映电网拓扑特性，从而分析拓扑特性对冰灾电网风险的影响，指导电网拓扑规划。重点建立了考虑失负荷价值最小的冰灾风险指标，以及全局性拓扑特性指标，最终提出了降低冰灾风险的拓扑特性。以IEEE30节点网络及改进网络为算例，证明了网状系数大，短圈长路径比例大的网络，受到的冰灾风险更小。
面对传统的交流配电网遇到的发展瓶颈，直流配电以其优势获得了广大研究者的青睐。国内对直流配电网的研究主要集中在稳态分析、故障分析与保护、稳定运行控制、电能质量控制等方面。建立专门的直流配电实验系统，可以为直流配电技术的研究提供仿真与试验研究，推动直流配电技术的发展。为此介绍了直流配电实验系统的结构和功能，并对其中的仿真模拟平台和动态模拟平台做了详细描述，提出了直流配电实验系统的初步建设方案。
针对电网短期负荷预测中传统方法预测精度较低的问题，提出一种基于 反向传播人工神经网络（back-propagation artificial neural network, BP-ANN）短期负荷预测的方法。应用多尺度熵法对短期负荷数据进行分析，得出预测点不仅和前期临近数据相关，而且和远期历史负荷数据相关；同时运用自相关分析法，基于BP-ANN建立适合陕西电网的短期负荷预测方法，并将此方法应用于实际电网负荷中，结果表明此方法简单可行，精度较高，比较实用。
配电网变电站选址定容问题中不确定信息的描述和处理是规划的突出难点，重点考虑负荷不确定性、变电站造价和线路造价不确定性以及电价不确定性对该问题的影响。针对不确定因素的模糊性和随机性，采用随机模糊模拟技术将其影响计入模型。模型中同时考虑了地理信息因子、变压器损耗和停电损失费用。提出基于混沌迁移知识的差分文化算法，设计4种空间知识引导变异操作，并根据进化代数动态调整知识迁移间隔，利用混沌序列对迁移单元进行深入探索，以提高迁移知识的有效性。最后选址实例证明了所提出的模型和方法是正确有效的，具有一定的实用价值。
基于力学传感器精度、强度的要求，设计了输电线路覆冰在线监测力学传感器。通过有限元分析其应变、应力，对传感器进行结构优化，提高其抗弯矩的强度。对传感器进行信号处理，将传感器的物理信号变换为数据采集、控制过程的电信号，从而完成对覆冰导线重力的检测。该传感器已在紫拉线直流400 kV输电线路安装运行。
青藏交直流联网工程位于高海拔、强紫外线的青藏高原地区，恶劣的自然环境对复合绝缘子有着更高的技术要求。针对该地区紫外辐射强度高的特点，从配方优化角度对复合绝缘子用硅橡胶进行了改进，并对改进前后的硅橡胶材料进行了2 000 h紫外老化对比实验。结果表明配方优化后的硅橡胶材料在拉伸强度、拉断伸长率、体积电阻率和憎水性等机械电气性能方面均有显著提高，能够满足青藏工程的使用要求。同时根据实验结果分析了硅橡胶材料的紫外老化机理和老化时间趋势，发现紫外线是通过切断硅橡胶的侧链并发生交联反应来加速老化，而对硅橡胶主链几乎无影响。此外，在紫外老化初期硅橡胶性能下降较快，但经一段时间后变化趋于平缓。
线夹回转式导线阻尼间隔棒已经大量运用到超高压和特高压输电线路中,但该种间隔棒的防舞效果需要进一步研究。根据间隔棒的设计原理与参数，研究和验证间隔棒的防舞机理。线夹回转式导线阻尼间隔棒的部分线夹可转动，使得子导线可绕其自身轴转动，从而使覆冰导线截面形状均匀，起到了舞动抑制作用。利用ANSYS软件，建立了导线间隔棒体系的三维有限元模型；通过导线间隔棒体系的模态分析，得到导线阻尼间隔棒体系前6阶模态的固有频率和固有频率振型图。固有频率和振型图分析结果表明，线夹回转式导线阻尼间隔棒具有较好的防舞作用，在此基础上，提出线夹回转式导线阻尼间隔棒的工程应用建议。
变电站用双分裂设备线夹耐受短路电流的能力，不仅与材质状况有关，更与其结构强度相关。当前，设备线夹在设计制造时未核算短路电流耐受能力，当受到较大短路电流时就可能因结构强度不足而变形或断裂，引发电网故障。针对此问题，从结构受力角度建立模型，分析了压缩型双分裂设备线夹在短路电流引起的电动力冲击作用下的受力状况，提出了设备线夹在设计选型时，应从结构强度方面核算短路电流耐受能力的要求和方法。
为了降低大型水电站工程的建设投资，以葛洲坝大江电厂和溪洛渡左岸升压站工程为例，采用EMTP程序建模仿真计算雷电侵入波。计算结果表明：对于开关站和主变压器采用架空线路连接的水电站，在各运行方式下，母线可不安装避雷器，但主变压器侧必须安装避雷器；对于开关站和主变压器采用气体绝缘输电线路（gas insulation line，GIL）连接的水电站，可采用母线和主变压器共用1组避雷器的配置方案。由于大型水电站主变压器较多，且主变压器侧气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear，GIS）避雷器价格昂贵，优化主变压器侧GIS避雷器，有相当可观的经济效益。采用优化后的避雷器布置方案，500 kV大型水电站有足够高的防雷可靠性。
基于中电投白城电厂协调控制逻辑，介绍大型超临界火电机组的协调控制系统，重点论述主汽压力偏差容忍法在汽机主控制系统中的应用，并分别以负荷上升阶段和负荷下降阶段为例，分析主汽压力极限偏差容忍法的工作过程。应用实践证明，压力偏差容忍法对负荷变化的反应很快，能最大程度地发挥汽机主控制系统调节功率的作用；对压力偏差有最终限制底线，不会让主汽门前压力达到不能容忍的程度，具有很好的控制效果。
阐述了发电机三次谐波定子接地保护的原理，指出该保护参数受一次系统参数影响较大，尤其是受发电机出口断路器（gas circuit breaker, GCB）电容的影响；通过描述工程实例中三次谐波定子接地保护出现的问题，分析了GCB电容对三次谐波定子接地保护的影响，结果显示GCB电容会导致三次谐波保护定值变小；最后给出了工程保护现场测量和保护参数设定时应注意的事项。
燃煤电厂的锅炉燃烧系统是一个复杂而又重要的系统，建立其精确、普适的模型很困难。首先对现场采集的锅炉燃烧系统输入输出数据进行处理和优选，以用于燃烧系统的建模；然后将一种新型的递归神经网络——回声状态网络（echo state network, ESN）进行改进，提高了网络的精度和适应性，并且将改进的回声状态网络应用于燃烧系统静态建模，与其他4种神经网络建立的静态模型比较，前者适应性更强；最后将改进的回声状态网络应用于锅炉燃烧系统的动态建模，与静态建模相比，模型的适应性更好，能够进行长时间的预测。
随着工程建造技术的多样化，以工程单位造价为基准的传统型输电工程造价指标评估难以满足精度、可比性等方面的要求，在实际工程造价管理工作中缺乏指导性和实操性。为进一步完善输电工程造价指标体系的广度和精度，考虑到输电工程的各个特征因素，在采集和加工输电工程样本数据，挖掘工程造价关键影响因素的基础上，利用主成分分析和支持向量机方法建立输电工程造价三级评估指标体系。分别构建了体现输电工程造价一般规律的指标评估模型，测算出各个指标的安全区间。样本测试结果显示，该指标体系可将评估误差控制在10%以内，可为工程造价管理提供较可靠的参考信息。
为了实现电网工程进度的全面风险管理，基于企业风险管理（enterprise risk management，ERM）框架，形成由目标体系、环境体系、组织体系、过程体系及方法体系5个子体系构成的全面进度风险管理框架，并提出环状传递的风险研究方法。基于研究框架，通过“风险地图”的新概念对风险指标群链接关系进行新探索，构建风险评价模型，通过模糊评价法量化各风险的影响值，从而得出各阶段影响程度较大的关键风险，为风险防范及控制提供参考。
