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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论述了大规模交直流电力系统并行计算数字仿真方法。首先，介绍了4种可并行计算的电力系统数字仿真工具，对各自特点和适用性进行了分析。其次，对比研究了基于频率响应的等值方法、Ward等值方法以及基于物理等效的动态等值方法等3种电力系统等值方法，并分析了各自的优缺点。然后，从模型转换与对应、元件布局与连接以及子系统划分与分核3个方面，详细研究了基于PSCAD/EMTDC仿真工具的交直流大系统并行计算方法。同时，全面分析了基于RTLAB的大规模交直流电力系统并行计算方法，并对系统的初始化进行了详细分析。
对于基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统以及直流电网而言，传统基于串行结构的电磁暂态仿真软件已无法满足实际的计算需求，需要采用并行计算技术突破这一难题。PSCAD/EMTDC是世界上广泛使用的电力系统电磁暂态仿真软件，其最新版本已经全面支持并行计算。通过大模型拆分和多线程运算，该软件解决了由于模型过大而不能仿真或仿真效率低的问题，为实现多端柔性直流输电系统以及直流电网的快速仿真提供了可能。详细分析了PSCAD/EMTDC软件的运行机理及功能，对其新版本下的并行计算功能进行了介绍和研究。通过搭建模型进行仿真测试，探讨了并行计算的技巧。仿真结果表明，并行计算功能可以大大降低大规模电力系统的仿真时间，有效提升仿真分析效率。
针对机电暂态下直流及其控制系统模型不能反映实际系统动态特性的问题，提出了一种基于直流电压故障响应特征的直流系统建模新方法。分析了直流系统机电暂态模型与电磁暂态模型的差异，确定了影响直流系统动态特性的关键性因素。进而提出利用直流系统电磁暂态模型在故障期间的特征，来改善机电暂态模型的关键思路。最后，借助PSCAD/EMTDC下的详细仿真，提炼了直流电压故障响应特征，并以交流系统故障类型和换流母线电压跌落情况为条件，将该响应特征引入机电暂态直流换流器模型中。利用所提方法在PSS/E环境下搭建了直流系统的自定义模型，相关仿真结果验证了建模方法的实用性。
针对传统后备保护整定困难、动作延时长、配合关系复杂等问题，提出了一种利用有限相量测量单元的故障识别与广域后备保护策略。首先，根据相量测量单元的安装位置划分后备保护区域；在发生故障时，利用电气量信息确定故障设备所在的后备保护区域，以期快速缩小可疑故障设备范围。其次，提出一种基于解析模型的故障识别方法和广域后备保护策略。当主保护未能成功切除故障时，这种解析模型可综合利用主保护动作警报、断路器动作警报、后备保护启动信息和功率方向继电器指向信息，利用禁忌算法（tabu search，TS）求解最优故障假说，并通过解析保护和断路器的动作逻辑判断拒动装置。之后，根据不同的拒动情况提出相应的后备保护策略以防止故障扩大。最后，以IEEE 39节点系统为例，对所提出的方法做了验证。仿真结果表明，所提出的方法是可行的，具有较强的容错能力。
对于多重或复杂故障以及存在警报信息丢失或畸变等复杂情况，如何准确诊断所发生的故障和评价保护装置的动作性能仍是值得研究的问题。在此背景下，提出一种基于规则网利用故障录波信息进行高压输电线路故障诊断和评价保护与断路器动作性能的新方法。首先，对故障录波信息进行预处理，利用小波变换技术从电气模拟量信息中提取线路故障特征量，得到电流突变事件和保护动作事件序列。在此基础上，建立计及警报信息时序特性的高压线路故障诊断规则网络模型，并确定故障假说集与期望的保护和断路器状态，并利用它们之间存在的因果与时序关系确定故障原因以及对保护和断路器动作性能进行评价；之后，对故障录波做进一步分析以判别故障类型、故障性质和故障位置；最后，用实际电力系统故障案例对所提出的方法进行说明。
在智能配电系统快速发展的背景下，分布式电源（distributed generation，DG）越来越多地接入配电系统，传统的针对单端电源的配电系统故障诊断方法不再适用。在此背景下，针对含有DG的配电系统，提出一种基于故障暂态分量和遗传算法的配电系统故障诊断方法。针对DG接入使故障点的暂态零序电流方向复杂化的问题，通过给定开关上下游电源的方式改善了终端的状态编码环节，且考虑了故障线路诊断的优先级。采用小波分析方法提取故障暂态分量，能够很好地适应我国中压配电系统广泛采用的小电流接地方式，在相当程度上解决了单相接地短路稳态故障信息不明显的问题。最后，用算例说明了所提出方法的可行性，分析了其对故障信息畸变和丢失的容错性能。
投资计划优选是光伏发电项目前期工作的重中之重，多准则决策方法在项目优选过程中扮演着重要的角色。但是，常用的多准则决策方法没有考虑决策属性的模糊性和指标之间的冲突性，这将会降低光伏发电项目评估的准确性。因此，该文通过引入模糊集理论和多准则妥协解排序法构建光伏发电投资计划优选框架；利用模糊数代替精确数减少决策信息的损失；通过使用多准则妥协解排序法获得折衷解，解决在存在多项冲突指标时决策结果不能被所有决策者所接受的难题。本框架分为3个部分：评价备选方案的确定、基于群组序关系法的指标权重确定和基于模糊多准则妥协解排序法的投资计划优选，各个部分之间紧密联系，相互影响。最后，以某企业100 MW的地面并网光伏电站项目为例验证了所建框架的有效性和合理性。
为了更好地解决间歇性电源接入电网的问题，应对风电的不确定性，考虑负荷的变化，提出了电力系统多时间尺度的灵活性评价模型。首先对风电的不确定性进行了介绍，阐述了灵活性的概念和特点，从应对电网中风电场出力变化能力的角度，针对负荷的变化，列举了3类不同的时间尺度，提出了基于不同时间尺度下系统响应电网中风电场出力变化最大速率的灵活性评价模型；对具体的灵活性评价数学模型进行阐述，并利用内点法实现了模型的求解。最后，以甘肃电网为例，对文中提出的灵活性指标进行了具体的算例说明。
随着智能电网的发展，电网开放性不断增强，需求响应（demand response, DR）策略提出，并广泛应用于电力市场的运营模式中。各国相继推出需求响应的实时电价（real-time pricing, RTP）策略，来提高电网的有效性与电力市场的可靠性。合理地分析实时电价下用户的用电响应行为，对制定更高效的实时电价机制，实施需求响应策略具有重要意义。因此，基于用户的需求价格弹性（price elasticity of electricity demand, PED）模型，通过回归模型学习需求价格弹性，模拟用户响应行为。实验表明，学习获得的用户价格弹性可以很好地实现用户响应行为的拟合，较传统的调查问卷方式获得固定的用户价格弹性，回归模型克服时间与空间的变化问题，更高效地实现用户响应行为的学习，为实时电价提供决策支持。
利用同步相量测量单元（phasor measurement unit，PMU）测得任意（非PV）节点及其相邻母线的电压、线路潮流等实时数据，建立一种新的网络等值模型。同时，基于该模型提出了综合考虑负荷节点有功功率和无功功率的在线电压稳定指标；提出在线电压稳定有功功率指标和在线电压稳定无功功率指标分别用作表征负荷节点的有功功率裕度和无功功率裕度，作为对节点（系统）在线电压稳定指标的补充。如果负荷节点在线电压稳定指标值接近临界值1，则表明系统临近电压崩溃。EPRI-36节点仿真分析表明该方法可有效判断系统电压稳定性，适用于在线电压稳定监测和预估。与其他指标的对比结果体现了本文模型和指标的合理性与优越性。最后通过对山东电网500 kV主网负荷节点电压稳定裕度评估简要说明本文所提方法的可行性。
本文研究综合能源系统的优化规划问题，以提高其综合能源利用效率。首先，建立了以电为核心的综合能源系统规划两层优化模型，系统运行调度优化模型以及系统规划优化模型，以系统优化运行指标作为系统规划优化的依据。该模型分别以经济性和环保性最优为目标，重点考虑了在采暖期和空调期综合能源系统的运行约束。其次，针对两层优化模型分别提出了适合的求解算法，禁忌搜索算法和粒子群算法。最后，给出算例验证本模型和算法可得到经济性和环保性目标下的综合能源系统优化规划方案。两种准则下的规划方案存在矛盾，经济性准则下倾向配置储能设备以充分利用分时电价，而环保性准则倾向配置其他高能效的供能设备。
为了解决半波长交流输电技术应用于实际中存在的问题，开展了半波长交流输电试验研究。选择了1 000 kV特高压交流输电线路和750 kV交流输电线路作为真型线路进行试验研究，采用技术经济分析的方法，提出了2个1 000 kV半波长交流试验线路方案和4个750 kV半波长交流试验线路方案。基于试验方案的可行性分析，提出了推荐的半波长交流输电线路真型试验方案。针对推荐的试验方案进行仿真分析，得出了针对半波长交流输电线路的过电压和潜供电流抑制措施。
在高压直流工程规划设计初期，需要对主回路稳态参数进行计算。首先把特高压直流分层接入系统简化为2个单层系统，归纳了单层工程进行主回路稳态参数计算方法。分析证明了低功率情况下提高换流器无功消耗的两种方法，相应地提出两种无功校验的算法。在低功率情况下，分层工程若一个系统由于无功要求需提升直流电流，则会导致各系统无功校验后的直流电流不一致。针对此问题，提出了层间计算的解决方法。取各层系统直流电压的最低值作为层间控制电压，用此电压调整换流器的其他控制参数。调整后关断角、理想空载直流电压和换流器无功消耗的变化规律用Matlab分析给出。最后，用算例进行了稳态运行特性分析，验证了本文提出算法的合理有效性。
首先介绍了江苏电网及区外来电的概况。针对区外来电的运行现状，从总体受电容量、实际调节特性、电力平衡等角度阐述了区外来电入苏后所带来的问题。在简要分析影响区外来电消纳的主要因素的基础上，对现有区外来电的消纳能力和应对未来区外来电增长的规划方案进行了分析研究。通过分析发现，2020年江苏电网的规划网架可以满足高峰时段受入55 GW区外来电的需要，但需考虑在特高压落点附近配置一定容量的动态无功补偿装置，加强落点附近500 kV网架建设以及优化布局省内事故备用容量。与此同时，规划的江苏2020年主网架能够满足N-2故障或省内一条直流发生双级闭锁故障时安全稳定运行的要求。
频率限制控制器（frequency limit controller，FLC）作为一种重要的直流有功功率调制手段，可提高交直流混联系统的频率稳定水平，但直流有功功率的调节会改变换流站无功功率水平，进而影响系统电压特性。针对楚穗特高压送端直流孤岛系统，分析了交流系统发生短路故障后，FLC调节有功功率对整流站电压恢复特性的影响机理。在此基础上，提出了基于无功功率变化率的FLC优化控制策略，来提高送端系统的电压稳定性。仿真结果表明，该策略在抑制频率波动的同时，可改善孤岛系统的电压恢复特性。
哈密—郑州±800 kV直流输电工程哈密南换流站极Ⅱ低端换流阀技术改进工程是国内首次对国外品牌换流阀进行技术改进的工程。首先对原国外品牌换流阀的技术缺陷及相应技术改进方案进行了介绍。然后对工程现场分系统调试、站系统调试和系统调试等方案的设计和主要创新点进行梳理。最后对工程现场调式情况进行了介绍，结果显示，改进后的换流阀直流均压电阻运行温度显著降低，晶闸管状态检测机制更加完善。试验中未出现保护误动作或故障跳闸等错误，未出现换相失败等异常问题,改进后的换流阀性能参数满足工程设计要求。
可靠性、实时性、双向性是智能配电网通信系统必须满足的要求。在当前智能配电网通信系统分析的基础上，基于最新的IEC 61850标准，对智能配电网业务流量以及通信需求进行建模。在开源的多协议网络仿真软件 OMNeT++平台上建立了智能配电网通信网络仿真模型。仿真研究了在加入大量的分布式能源以及电动汽车等数据流量业务的背景下，过程层IED和站控层配电子站之间的通信交互过程，对比分析了在不同带宽、不同业务流量背景下IED和配电子站进行信息交互过程的传输时延。
针对主动配电网（active distribution network, AND)中分布式电源和负荷随机波动的特点，提出了基于软常开开关（soft normally open point， SNOP）的主动配电系统多时间尺度控制策略。考虑SNOP的运行工作特性，提出了在长时间尺度上通过配电网全局优化策略实现对SNOP输出进行控制，在短时间尺度上通过引入电压波动迟滞控制实现对SNOP输出参考值的动态调整，以维持线路电压平稳，提升分布式电源的消纳能力。在改进的IEEE 33节点系统中，进行了长时间尺度全局优化、短时间尺度动态调整分析，并对SNOP的安装位置、容量和数量进行了讨论。结果表明，基于SNOP的主动配电系统多时间尺度优化策略是有效可行的，且UPFC型SNOP较B2B型有更小的容量需求。
为了充分发挥混合储能系统（hybrid energy storage system, HESS）在微电网中的应用优势，提高微电网运行的经济性和可靠性，提出了HESS的小波包-模糊控制策略。在平抑可再生能源输出功率波动的基础上，分别考虑并网时功率交换的实时电价和孤岛运行时的缺电量，建立起并网经济性评价指标和孤岛负荷缺电指标。对间歇性微电源进行小波包分解以获得HESS的初始充放电指令，由超级电容器承担网内瞬时功率波动的平抑任务，以网内不平衡功率对蓄电池充放电指令进行修正，再通过模糊控制获得蓄电池充放电的最终指令。最后，以风光燃储微电网为例验证了所提控制策略的有效性。
国内早期的海上升压站为主变室外布置，主变油枕易遭受雷击。通过分析避雷器保护距离产生的原因，借助ATP/EMTP电磁暂态仿真软件，建立了变压器雷击暂态模型，并结合工程实例分析了雷电流幅值及避雷器安装位置对站内设备过电压的影响。研究发现：雷击主变油枕，站内主要受影响的设备为主变压器，且避雷器的安装位置很大程度上影响着变压器上的雷电冲击过电压值。因此，文章对避雷器保护距离进行了进一步的研究分析，指出在进行海上升压站设计时，避雷器应尽量靠近主变压器安装。最后，通过参数拟合得出避雷器保护距离与雷电流幅值配合曲线及避雷器保护距离与平台接地电阻配合曲线，为海上升压站内避雷器的安装提供了参考依据。
为了简化计算，在对电缆接头进行温度场仿真时，一般会利用其轴对称性来建立模型，但该模型与电缆实际敷设情况相比存在差异，导致仿真结果不准确。利用有限元软件Ansys分别仿真了轴对称模型下和实际敷设情况下电缆的温度场，通过对比分析，可以发现，用一定半径的环形土壤可以模拟实际土壤情况。将该半径应用到电缆接头的温度场仿真中，结果显示，用一定半径的环形土壤来模拟电缆实际敷设土壤情况，可以在轴对称模型下使电缆接头的温度场仿真结果更加准确。
