中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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中国科技核心期刊
ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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随着我国特高压交直流工程陆续投运，系统“强直弱交”问题突出，交直流、多直流、送受端之间的交互影响日益显著，电网运行复杂度迅速增加，对电网仿真的规模、精度和速度提出了更高要求。从电力系统建模、多时间尺度仿真、数模混合实时仿真3个方面梳理了仿真技术现状，针对交直流混联大电网发展需求，分析了仿真技术面临的挑战。指出提高直流、新能源、柔性交流输电系统（flexible alternative current transmission systems，FACTS）和负荷等复杂模型的建模精度，扩大电磁暂态仿真规模，提高大规模电网仿真效率，将是提高大电网仿真能力的研究重点。
随着电力系统的发展，传统电力系统逐步演化为大规模交直流混联的复杂电力系统。设计高效、快速的大规模电力系统电磁暂态并行仿真器，成为大规模电力系统电磁暂态仿真的研究重点。首先讨论了传统粗粒度并行方法面对大规模电力系统电磁暂态仿真加速的局限；进而通过“平均化”的变流器建模方法改进了传统电磁暂态EMTP算法，通过“向量化”的细粒度并行计算方法，在新型计算设备GPU上实现了大规模电力系统电磁暂态仿真的加速；最后讨论了大规模复杂电力系统仿真的发展方向，并提出了用于大规模电力系统实时仿真的异构并行计算平台。
随着与直流输电、柔性交流输电等相关的电力电子装置广泛应用于电力系统，电磁暂态仿真逐步成为电力系统分析的重要工具。然而，由于电磁暂态仿真选取的步长小，占据的内存大，计算速度慢，仿真规模受到了限制。基于坐标系旋转变换的思想，通过旋转变换降低信号的频率，提出了一种快速的大步长仿真方法。与机电暂态仿真相比，本方法可以体现系统的电磁暂态行为，提高了仿真精度，与传统的电磁暂态仿真相比，提高了仿真速度。
随着我国全国性交直流混联电力系统的形成，电力系统的动态特性变得更加复杂。全过程动态仿真能够将电力系统电磁暂态、机电暂态和中长期动态统一起来进行计算，是研究和分析这种非线性超大规模电力系统动态特性机理、事故特征及其安全稳定措施的重要技术手段。分析了电力系统全过程动态仿真技术的研发与应用现状、存在的技术难点，并对技术发展进行了预测，主要包括电磁暂态-机电暂态-中长期动态统一仿真的数值计算方法和建模技术。该文指出新型数值积分算法、适于多时间尺度仿真的直流输电建模方法、具有智能化和开放式与交互式的并行仿真软件开发方法等关键技术，可为大规模交直流互联电网的安全稳定、经济运行及新技术和新设备的应用研究等提供强有力的仿真工具。
电磁-机电暂态混合实时仿真平台（super-mixed real-time simulation, SMRT）因其仿真规模、仿真精度和易用性等方面优势在交直流大电网分析中展现出广阔的应用前景。目前，SMRT仿真平台已经被用于交直流大电网机电暂态行为和稳定特性的仿真分析与研究、基于典型运行方式的实际电网故障/事故快速复现、交直流系统重大运行风险评估等生产运行服务、系统性能及控制策略课题的研究和电网动态补偿电力电子装置对电网多直流故障后换相失败恢复的作用和影响的分析，以及调度员的教学和培训等领域。经过进一步开发，SMRT仿真平台将被用于解决系统级保护整定与校验等更多问题。
随着特高压交直流同步大电网的建设，原有的区外等值方案已经不能满足工程实际的需求。而从实际应用而言，只有电磁暂态仿真存在对电网等值简化的需求，且随着实时仿真技术和能力的提高，对于仿真规模的要求也在放宽。根据电网及实时仿真能力的发展，提出了新条件下的区内等值原则。按照新的等值原则，对2015水平年华东电网进行了等值研究。对华东电网等值研究的结果表明，采用该原则等值后的华东电网，在大幅缩减电网规模的同时很好地保留了原网的潮流及暂态特性，可应用于电磁暂态实时仿真研究。
近年来，特高压电网快速发展，大规模交直流混联带来电网特性深刻变化，对电力系统仿真提出更高需求。电力系统数模混合仿真能够较精确地模拟交/直流电力系统的运行特性和动态过程，是研究大规模交/直流电网运行特性的重要方法，其特点是仿真精度高、速度快，是认知大电网运行机理特性的基础平台，但混合仿真响应的建模相对复杂，规模有一定局限。从电力系统数模混合仿真技术及发展应用等多方面对电力系统数模混合仿真技术进行了深入描述，对电力系统数模混合仿真的功能及应用范围进行了详细介绍，并结合未来我国特高压大电网发展需求，提出电力系统数模混合仿真技术的发展方向。
双馈风电的机电暂态仿真模型具有比较复杂的结构和较多的控制参数，根据实测数据建立实际机组的模型参数是实际应用的重要前提和基础。根据双馈风电模型的基本结构特点以及不同模型参数对输出特性的影响程度，提出了基于参数影响程度的分类确定方法。首先根据双馈风电的基本原理和模型结构，分析不同部分参数变化对风电机组输出有功、无功特性的影响程度，指出正常控制方式、低电压穿越期间控制方式及参数具有较大影响；之后基于实际数据条件，针对不同参数提出了分别采用厂家获取、典型参数、实测拟合的分类处理方法；最后采用实际双馈风电机组介绍了方法的流程、参数拟合的结果和效果。实践证明该文提出的参数识别方法能够反映实际风电的关键特性，具有较好的实际应用价值。
柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其控制策略理论方面的研究已取得了不少成果，但是对于控制策略的工程实现及应用的相关研究却相对较少。因此在分析柔性直流输电系统模型的基础上，提出了工程控制策略的实现方案，在通用控制平台HCM3000/F上进行了实现，并将其与已有的阀控系统、一次系统组成完整的柔性直流输电动模系统进行控制系统功能和性能验证。动模试验结果表明，该控制系统能够完成柔性直流输电系统的各种控制功能，在暂稳态过程中具备优良的调节性能，满足工程需求。
静止同步无功补偿器能提供灵活可靠的无功支持，是现代电力系统的重要元件。静止同步无功补偿器由大量可关断电力电子开关组成，需要进行小时间尺度的仿真，小时间尺度仿真带来了仿真速度的大幅降低，是实时仿真的巨大挑战。为了满足同步无功补偿器的仿真需要，提升小时间尺度仿真的仿真速度，实现实时仿真功能，研究了静止同步无功补偿器的小时间尺度实时仿真系统。小时间尺度仿真系统是基于场效应可编程逻辑阵列（field programmable gate array，FPGA）的专用型电力电子设备仿真器，其由核心计算、元件区、大小步长接口和通讯等核心模块组成，具备实时仿真能力。研究了静止同步无功补偿器的小时间尺度实时仿真方法，采用两电平换流器结构和双环电流控制模型，并研究模型在小时间尺度仿真的实现方法，提出了适用于电力电子设备仿真的小步长开关模型，最后展示了静止同步无功补偿的小时间尺度仿真系统的实验结果。
风光储发电系统的特点是集电网支路接入电源数量多，放射状和链状集电网的分支线路首端发生故障，导致大量电能损失。为了提高风光储发电系统的可靠性，提出采用格式网模式的配电网构建风光储集电系统，在此基础上，建立了考虑电量效益和电缆成本约束的集电网规模优化模型，以及基于遗传算法理论的格式网集电网规模优化算法，研究了格式网模式的风光储集电网的集电规模及电量效益等问题。通过研究和算例分析，证明了格式网模式的集电网汇集的优势，以及优化模型及算法的有效性。
经济性和可靠性是储能系统优化配置过程中必须考虑的2项指标，但往往不能同时达到最优。为协调二者之间的矛盾，建立了同时考虑经济性和可靠性的多目标电池储能系统优化配置模型。首先针对目前含储能元件系统，可靠性评估方法复杂、计算速度慢的现状，提出了一种含储能系统及分布式电源（distribution generation，DG）的配电网可靠性简化计算方法，量化储能配置后对配电网可靠性提高所做的贡献，得到持续供电时间增量及持续供电电量增量2个指标。然后，以配电系统的年净收益最大、配电系统故障时储能系统持续供电时间与供电电量最大为目标，建立了电池储能系统多目标优化配置模型，并采用改进的强度帕累托算法求解该多目标优化模型的帕累托前沿。最后对IEEE-33节点配电系统进行仿真计算，验证了所建模型的可行性及有效性。
输电线路脆弱性评估是电网脆弱性研究的重要内容，现有评价方法评价角度单一，且无法考虑天气因素的影响，缺乏实用性，为此，提出了一种评估输电线路脆弱性的新方法。基于加权介数模型，计算线路加权介数指标，基于well-being风险追踪模型，计算考虑元件敏感度的well-being风险贡献度指标。同时，结合两状态天气模型，研究了恶劣天气对线路脆弱性的影响。结合线路介数和well-being风险贡献度提出了兼顾系统网络结构和运行状态特性的综合脆弱性指标，并给出了输电线路脆弱性评估方法流程。最后对IEEE-RTS系统进行仿真，结果证明了所提指标和方法的合理性和实用性，该方法可以辨识出处于电网关键输电通道上的脆弱线路，为电网运行维护提供参考。
针对现有直流线路时域故障定位算法采用精确线路模型以及固定数据窗存在的不足，提出一种基于异常点剔除的时域故障定位算法。该算法依据在故障点处从两端计算得到的沿线电压分布具有差值最小的特点，充分利用故障后的暂态数据，采用冗余数据窗移动，通过故障定位函数测量得到多个定位结果，将得到的多个定位结果作为数据集，采用统计学中的基于距离的异常数据处理方法将数据集中的异常数据剔除，进而得到最终的定位结果。基于PSCAD/EMTDC搭建云南—广东±800 kV双极直流输电系统模型对所提算法进行了验证分析，结果表明所提算法实现原理简单，在直流线路全长范围内能实现准确故障定位，充分利用故障后的暂态数据，有效地提高了故障定位精度和可靠性。
确定电力系统中的关键输电线路能有效提高系统稳定性，为此提出线路综合重要度指标。该方法仅利用系统基本参数，克服以往介数指标的计算需要系统当前运行方式和潮流分布的弊端。该指标从系统结构和概率两方面辨识系统的关键线路。根据功率分布理论提出输电线路功率分布介数，作为系统结构重要度指标，其考虑了与发电机和负荷直连节点的线路权重，能反映输电线路在各个发电-负荷对间功率传输中被利用程度。结合线路故障率风险指标提出支路综合重要度指标。根据IEEE 39节点标准算例进行仿真分析，利用得出的数据和用其他判据得出的数据进行比较，验证所提方法的有效性。
在电网规划设计中，合理规划和科学安排接入变电站馈电线路的方向及数量是防御电网地磁暴灾害的有效措施之一，准确计算电网的地磁感应电流（geomagnetic induced current，GIC）是电网规划防灾的基础。根据子午工程地电场实测数据和广东500 kV电网的网架结构，构建了计算广东电网GIC的全节点模型，完成了2014年9月12日地磁暴事件中电网GIC的理论计算。通过对比计算数据与实测数据，表明利用地电场实测数据计算电网GIC的方法比利用地磁数据计算电网GIC的方法更好，建议加强对地磁暴感应地电场的监测力度，为防御地磁暴灾害提供数据及服务。
介绍了钢铁企业供电系统的结构特性，建立了自备电厂火电机组调速系统模型和负荷模型，其中负荷模型分为常规负荷模型和冲击负荷模型。针对孤网运行方式，提出了一种自适应频率稳定控制策略：实时监测系统运行状态和频率，并根据频率范围采取相应的控制措施。通过对自备电厂一次调频参数、二次调频控制等方面的研究，改善了孤网系统应对冲击负荷等小扰动的调节能力；通过实施可靠的就地低频减载（under frequency load shedding，UFLS）控制，可有效应对发生大扰动导致频率严重下降的紧急情况。仿真结果显示，所提出的控制策略能够保证孤网系统频率的稳定性。
由于电力变压器发生故障时油色谱在线监测数据无标签，工程现场往往会得到大量无标签故障样本，而传统的故障诊断方法在对变压器故障类型进行判别时往往无法充分利用这些无标签故障样本。该文基于深度学习神经网络（deep learning neural network，DLNN），构建了相应的分类模型，分析并用典型数据集对其分类性能进行测试。在此基础上提出一种电力变压器故障诊断新方法，它能够有效利用大量电力变压器油色谱在线监测无标签数据和少量故障电力变压器油中溶解气体分析（dissolved gas-in-oil analysis，DGA）实验数据进行训练，并以概率形式给出故障诊断结果，具有更优的故障判别性能，能够为变压器的检修提供更为准确的参考信息。工程实例测试结果表明，该方法正确可行，诊断性能优于三比值、BP神经网络和支持向量机的方法，适用于电力变压器的故障诊断。
可靠性是衡量电网运营水平的重要指标，传统的思路大多是通过技术手段，提高电网建设的规格以提高电网可靠性，这一思路忽略了政府的作用。为了研究需求侧管理（demand side management，DSM）实施力度、输配电价激励政策等政府行为因素对电网可靠性的影响，首先基于考虑了电网容载比的电网可靠性评价指标和系统动力学建立了电网可靠性评价模型，提出了因果关系图和系统栈流图。然后，使用Vensim软件对该模型进行了多情景下的仿真模拟，揭示了电网可靠性指标和需求侧资源渗透率以及输配电价激励之间的关系。算例结果表明，需求侧资源的增加可在不影响电网可靠性的情况下带来经济效益；政府对输配电价的激励强度与电网可靠性之间存在较为明显的正相关，且政府可通过小幅的输配电价激励使电网可靠性维持在较高水平。最后，基于算例结果，给出了政府提高电网可靠性可考虑的建议。
根据中国能源中长期发展规划，2020年非化石能源比例将达到15%。为了制定有效的可再生能源投资激励政策，运用个人-组织-社会实验平台（individual, organization and society laboratory, IOSLAB）进行选择实验研究，分析个人对可再生能源投资的支付意愿，从经济、环境和社会的角度综合评价可再生能源投资。研究通过现场实验的方式，采用IOSLAB系统对当地居民进行现场调查。并采用多项式Probity模型求解支付意愿，模型假设所有的实验参与者对每个属性的价值具有相同偏好。通过对研究结果的分析，发现社会认可发展可再生能源会减少空气污染，增加社会就业，并愿意支付相关费用以弥补发展可再生能源所带来的部分额外成本。研究结果有助于决策者制定可再生能源投资政策。
