電氣工程

阮文駿，王蓓蓓，李揚，等

電氣工程

峰谷分時電價下的用戶響應(yīng)行為研究

阮文駿，王蓓蓓，李揚，等

目的：對峰谷分時電價實施效果的量化分析不應(yīng)僅局限于量化分析不同定價結(jié)構(gòu)帶來的影響，還應(yīng)反映在用戶響應(yīng)模型參數(shù)的辨識上。已有文獻基于消費者心理學(xué)原理，建立了分段線性的峰谷分時電價的用戶響應(yīng)模型，并基于最小二乘法求取了表征用戶響應(yīng)特性的各時段間的負荷轉(zhuǎn)移率。但文獻中并未解決分段線性模型中死區(qū)閾值及飽和區(qū)閾值的處理方法，并且把求取的轉(zhuǎn)移率值當(dāng)成是常量，類似于固定的彈性矩陣，未能反映出一段時間內(nèi)峰谷電價多次變化后用戶歷史響應(yīng)規(guī)律和特征，也未能充分體現(xiàn)基于消費者心理學(xué)原理方法的優(yōu)越性。峰谷分時電價下的用戶響應(yīng)行為研究的實質(zhì)是運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，辨識用戶響應(yīng)行為模型參數(shù)。本文對峰谷分時電價下的用戶響應(yīng)行為進行全面探討。首先，基于消費者心理學(xué)原理，建立峰谷分時電價的用戶響應(yīng)模型；然后基于最小二乘法建立負荷轉(zhuǎn)移率曲線參數(shù)的辨識模型，提出基于加權(quán)最小二乘法的負荷轉(zhuǎn)移率曲線的校正方法，并解決用戶響應(yīng)死區(qū)閾值與飽和區(qū)閾值的判斷及求?。辉诖嘶A(chǔ)上，考慮不同地區(qū)峰谷分時電價實施情況不同，制定可通用的峰谷分時電價下的用戶響應(yīng)行為的實時仿真流程。方法：首先，假設(shè)負荷轉(zhuǎn)移率與峰平、峰谷、平谷之間的電價差成比例，將基于負荷轉(zhuǎn)移率的用戶響應(yīng)模型近似擬合成分段線性函數(shù)，此函數(shù)包含死區(qū)閾值、線性段斜率和飽和區(qū)閾值3個關(guān)鍵參數(shù)。然后以峰谷分時電價實施后各時段的用戶負荷估計值與實測值之差的平方和最小為目標函數(shù)，以擬合負荷在對應(yīng)時段的最低與最高負荷范圍之內(nèi)為約束條件，致力獲得在某一電價差Δh下對應(yīng)的負荷轉(zhuǎn)移率值λ；為了解決點集（電價差Δh，負荷轉(zhuǎn)移率λ）規(guī)模較大時，用戶用電特性的變化導(dǎo)致模型的誤差項存在異方差的問題，采用加權(quán)最小二乘法進行響應(yīng)度曲線參數(shù)擬合，通過不斷的動態(tài)修正，得到受飽和區(qū)拐點、死區(qū)拐點限制的響應(yīng)度曲線。結(jié)果：在基于消費者心理學(xué)原理建立的峰谷分時電價下用戶響應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)峰谷分時電價制定過程需要，準確把握用戶響應(yīng)特性的需求，基于加權(quán)最小二乘法建立了用戶響應(yīng)度曲線的參數(shù)辨識模型。以某地區(qū)某工業(yè)用戶經(jīng)歷3次峰谷分時電價調(diào)價前后的實際負荷為基礎(chǔ)，進行用戶響應(yīng)參數(shù)辨識，結(jié)合最新的用戶響應(yīng)結(jié)果對響應(yīng)參數(shù)進行修正，以反映真實的用戶響應(yīng)行為，并解決了分段線性的響應(yīng)度曲線的拐點處理問題。以標準差為衡量依據(jù)，說明采用本文模型預(yù)估的用戶響應(yīng)曲線與實際響應(yīng)曲線吻合度較高，并且明顯比未對響應(yīng)度曲線作校正擬合出的響應(yīng)曲線更加接近實測負荷曲線，說明了動態(tài)修正的必要性和正確性。最后，將修正的響應(yīng)度曲線、負荷轉(zhuǎn)移率λ恒定時的擬合負荷曲線與實測負荷曲線對比，體現(xiàn)了本文提出的對響應(yīng)度曲線修正、動態(tài)調(diào)整負荷轉(zhuǎn)移率λ來評估用戶響應(yīng)的優(yōu)越性。結(jié)論：本文基于消費者心理學(xué)理論及加權(quán)最小二乘法建立了峰谷分時電價下的用戶響應(yīng)模型及響應(yīng)參數(shù)識別、校正模型。對基于負荷轉(zhuǎn)移率的用戶響應(yīng)度曲線參數(shù)的獲取進行全面分析，解決了響應(yīng)度曲線的斜率、死區(qū)拐點及飽和區(qū)拐點的獲取問題，并基于用戶的用電行為具有隨機性、意愿性與時變性的特點，提出并驗證了用戶響應(yīng)度曲線特征參數(shù)的獲取是一個不斷修正的過程，并給出了修正方法。針對峰谷電價實施情況不同的地區(qū)制定了統(tǒng)一的、通用的峰谷電價下的用戶響應(yīng)行為的實時仿真流程，并通過實例仿真研究。仿真結(jié)果表明，考慮用戶響應(yīng)度曲線的死區(qū)拐點及飽和區(qū)拐點的判斷處理，對用戶響應(yīng)度曲線進行不斷修正，擬合出的負荷曲線更加接近實測負荷曲線，因而在驗證該模型及方法有效性的同時，能夠為峰谷分時電價的實施機構(gòu)準確掌握用戶響應(yīng)行為、制定合理的定價結(jié)構(gòu)提供科學(xué)的依據(jù)。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(7): 86-93

入選年份：2015

粒子群優(yōu)化算法在光伏陣列多峰最大功率點跟蹤中的應(yīng)用

朱艷偉，石新春，但揚清，等

摘要：目的：如何提高效率一直是光伏系統(tǒng)面臨的重大問題。提高光伏系統(tǒng)效率措施之一是最大功率點跟蹤（maximumpower point tracking，MPPT）控制，然而在局部陰影情況下，光伏陣列的P-U曲線呈現(xiàn)多個功率峰值點，導(dǎo)致常規(guī)的MPPT算法容易陷入局部極值點，而非真正的最大功率點。局部陰影情況多發(fā)生在多云、光伏陣列周圍的建筑物和樹木等形成陰影等情況，會大大降低系統(tǒng)效率。本文提出一種有效的方法，確保陰影情況下保證光伏陣列輸出效率，而且跟蹤時間滿足標準規(guī)定。方法：采用粒子群優(yōu)化算法進行光伏陣列多峰MPPT控制，提出了將粒子初始位置分散定位在可能的峰值點電壓處這一新思路。粒子群優(yōu)化算法目標函數(shù)的值為實時采集的陣列輸出功率，根據(jù)迭代過程中陣列電壓信息有針對性地設(shè)置了粒子群算法的參數(shù)，當(dāng)粒子之間的最大電壓之差小于5‰UOC_array時，停止迭代同時提出了有效的迭代終止策略，能夠避免系統(tǒng)趨于穩(wěn)定時的功率振蕩。結(jié)果：提出了將粒子初始位置分散定位在可能的峰值點電壓處這一新思路，保證了粒子群算法不會陷入局部極值點且不會錯過任何極值點。最后通過仿真驗證了本文算法在有、無陰影情況下能夠快速且準確地跟蹤最大功率點，有效提高了光伏陣列輸出效率，具有較好的實用價值。結(jié)論：本文分析了局部陰影條件下光伏陣列的輸出功率特性，結(jié)果表明光伏陣列的輸出功率峰值點個數(shù)最多為陣列并聯(lián)數(shù)＋1，峰值點處的電壓具有一定的規(guī)律。第n個粒子位置選為0.7×UOC_module＋（n－1）×0.8×UOC_module，第n＋1個粒子位置選為0.8×UOC_array。根據(jù)此規(guī)律提出的粒子群優(yōu)化算法能夠避免算法陷入局部最優(yōu)，而且不會丟失任何極值點，同時提高了收斂速度。通過仿真分析可得以下結(jié)論：（1）本文提出的算法在無陰影和有陰影下均能有效追蹤到最大功率點；（2）仿真結(jié)果表明，提出的算法與傳統(tǒng)算法對比分析表明，在多峰最大功率點跟蹤情況下本文提出的算法更具優(yōu)勢。

來源出版物：中國電機工程學(xué)報, 2012, 32(4): 42-48

入選年份：2015

一種微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)運行控制策略

張慶海，彭楚武，陳燕東，等

摘要：目的：微電網(wǎng)中大多數(shù)分布式電源需通過逆變器并入微電網(wǎng)，因此，逆變器的穩(wěn)定并聯(lián)運行將極大提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的整體容量和可靠性。下垂控制法是一種無聯(lián)絡(luò)信號線獨立控制技術(shù)，通過借鑒同步發(fā)電機的自同步和電壓下垂特性，實現(xiàn)單元間無信號線的并聯(lián)技術(shù)。然而，在微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，由于逆變器的輸出阻抗以及與公共連接點的線路阻抗存在差異，應(yīng)用傳統(tǒng)下垂控制法會導(dǎo)致逆變器間的環(huán)流較大及功率均分精度較低。故而應(yīng)用傳統(tǒng)下垂控制法于微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)運行控制時，需要對其做進一步改進。方法：通過引入感性虛擬阻抗，提出了一種適合微網(wǎng)多逆變器并聯(lián)的電壓電流雙環(huán)控制策略，工頻條件下逆變器輸出阻抗僅由濾波電感值決定；考慮到線路阻抗的影響，對傳統(tǒng)下垂控制法進行改進，確定下垂系數(shù)與線路電阻的關(guān)系，提出了一種新型改進下垂控制算法，通過修正下垂系數(shù)，減小線路阻抗差異對并聯(lián)均流的影響。結(jié)果：本文提出的一種適合微網(wǎng)多逆變器并聯(lián)的電壓電流雙環(huán)下垂控制策略，在Matlab/Simulink仿真平臺搭建的兩逆變器并聯(lián)仿真模型進行驗證。將利用傳統(tǒng)下垂控制法時的仿真波形圖與利用提出的改進型下垂控制法仿真波形圖進行對比可見：提出的改進型下垂控制法環(huán)流較小，兩逆變器穩(wěn)態(tài)輸出電流的幅值、相位基本一致。另外，本文還給出了以負載兩端電壓作參考、感性虛擬阻抗分別取不同值時，逆變器輸出電壓幅值及相位變化仿真結(jié)果：負載電壓保持不變，感性虛擬阻抗取值逐漸增大時，逆變器輸出電壓幅值也逐漸增大；又因引入的虛擬阻抗呈感性，所以逆變器輸出電壓相位超前偏差隨之增大。在實驗室搭建的兩臺額定功率為2 kW的光伏逆變器并聯(lián)系統(tǒng)平臺上進行實驗，提出的控制方法在各逆變器的線路電阻相對線路感抗較大且線路電氣參數(shù)存在較大的差異時，相對傳統(tǒng)控制方法提高了逆變器并聯(lián)性能，減小了系統(tǒng)環(huán)流，可實現(xiàn)高精度的微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)均流控制。結(jié)論：仿真分析和實驗結(jié)果表明，本文所提控制方法改善了多逆變器并聯(lián)性能，提高了微電網(wǎng)中并聯(lián)運行各逆變器在線路參數(shù)不同、線路電阻相對線路感抗較大條件下的可靠性，可實現(xiàn)高精度的微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)均流控制。

來源出版物：中國電機工程學(xué)報, 2012, 32(25): 126-132

入選年份：2015

獨立風(fēng)光柴儲微網(wǎng)系統(tǒng)容量優(yōu)化配置

丁明，王波，趙波，等

摘要：目的：由于脫離大電網(wǎng)的支撐，獨立微網(wǎng)系統(tǒng)僅能依靠內(nèi)部各個電源對負荷進行供電，如何根據(jù)其氣候、資源條件以及負荷需求進行各個電源容量的優(yōu)化配置，從而最大限度地維持系統(tǒng)功率的平衡，不僅關(guān)系到整個系統(tǒng)的供電可靠性，而且在很大程度上決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和合理性。系統(tǒng)容量配置足夠大時，能夠充分地保證負荷的功率需求，但由于各分布式發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的價格成本較高，這樣會增大系統(tǒng)的初始投資和其他相關(guān)運行維護費用，同時容量配置的冗余也會造成能量的浪費。如果容量配置過小，在長期運行過程中會出現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電功率難以滿足負荷要求，從而會因為電力不足導(dǎo)致停電現(xiàn)象的發(fā)生，降低系統(tǒng)的可靠性。因此，在進行獨立微網(wǎng)系統(tǒng)容量規(guī)劃時，需要綜合考慮建設(shè)成本投入和供電可靠性要求，尋求最佳的容量配置組合，從而提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性?；诖?，本文重點研究了獨立微網(wǎng)系統(tǒng)電源容量的優(yōu)化配置算法，在滿足相應(yīng)負荷需求的情況下，最大限度地降低投入成本。方法：基于理論分析，本文研究的獨立微網(wǎng)系統(tǒng)主要包括四個組成部分：風(fēng)力發(fā)電機、太陽能光伏電池、柴油發(fā)電機以及蓄電池儲能單元。風(fēng)力發(fā)電機和光伏電池的輸出功率具有隨機性、不可調(diào)度性；電池儲能系統(tǒng)既可以充電也可以放電，它在整個系統(tǒng)中起著能量緩沖的作用；而柴油發(fā)電機在系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額而電池不能完全提供時，作為儲能電池的能量補充和系統(tǒng)備用。本文首先建立起個發(fā)電單元的數(shù)學(xué)模型，重點考慮其發(fā)電功率輸出的影響因素和約束條件；其次，建立了系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析模型，主要包括初始投資成本和運行管理費用，懲罰和治污費用，以及發(fā)電補貼；最后，通過給定調(diào)度策略，利用遺傳算法對目標函數(shù)進行求解，得出相應(yīng)的最佳容量配置，結(jié)合實例分析驗證了優(yōu)化算法的有效性。結(jié)果：通過對典型獨立微網(wǎng)系統(tǒng)最佳容量組合的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機容量明顯高于光伏電池容量，這主要是因為微網(wǎng)所在地區(qū)風(fēng)力資源較為豐富，風(fēng)電出力曲線與負荷需求變化的匹配性強。光伏電池由于出力的間歇性且只能在輻射強度達到一定閾值才能發(fā)電，不能全天與負荷需求匹配，為保持微網(wǎng)能量平衡，增大了儲能電池和柴油發(fā)電機的配置容量。相比于可再生能源發(fā)電，柴油發(fā)電機發(fā)電在綜合發(fā)電成本上存在優(yōu)勢，并且柴油發(fā)電機可控性和靈活性強；但是柴油發(fā)電機運行過程中釋放了對環(huán)境有害的氣體，治污費用較高；由于污染物排放總量的約束，其配置容量也得到了一定限制。獨立微網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性與其經(jīng)濟性有密切的關(guān)系：分布式電源總裝機容量越大，可靠性越高，但一次投資和運維成本越大；系統(tǒng)可靠性的提高是以增大投資為代價的，在微網(wǎng)規(guī)劃是應(yīng)該綜合權(quán)衡系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。結(jié)論：獨立風(fēng)光柴儲微網(wǎng)系統(tǒng)，對于解決許多可再生能源豐富但是傳統(tǒng)電網(wǎng)供電困難地區(qū)的用電問題起著非常重要的作用。未來在能源可持續(xù)利用領(lǐng)域，隨著新能源技術(shù)的日益成熟和發(fā)電成本的逐步降低，通過對合理的容量規(guī)劃，獨立微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將產(chǎn)生更高的經(jīng)濟性和社會效益，利用規(guī)模和范圍也將不斷擴大。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(3): 575-581

入選年份：2015

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

宋亞奇，周國亮，朱永利

摘要：目的：智能電網(wǎng)的最終目標是建設(shè)成為覆蓋電力系統(tǒng)整個生產(chǎn)過程，包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度等多個環(huán)節(jié)的全景實時系統(tǒng)。而支撐智能電網(wǎng)安全、自愈、綠色、堅強及可靠運行的基礎(chǔ)是電網(wǎng)全景實時數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲，以及累積的海量多源數(shù)據(jù)快速分析。因而隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入和推進，電網(wǎng)運行和設(shè)備檢/監(jiān)測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，逐漸構(gòu)成了當(dāng)今信息學(xué)界所關(guān)注的大數(shù)據(jù)，這需要相應(yīng)的大數(shù)據(jù)存儲和處理技術(shù)作為支撐。針對此問題，本文分析了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特點、綜述了現(xiàn)有各類大數(shù)據(jù)技術(shù)的特點以及智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。方法：文章首先分析了發(fā)電、輸變電以及用電各個環(huán)節(jié)中大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生來源和特點；其后，從數(shù)據(jù)存儲和傳輸、批量計算、實時計算、異構(gòu)數(shù)據(jù)整合等多種數(shù)據(jù)計算場景角度，綜述了目前在商業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)監(jiān)測領(lǐng)域已有的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，并詳細分析這些技術(shù)在應(yīng)對智能電網(wǎng)建設(shè)和大數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢和不足，提出了智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)構(gòu)建多級存儲系統(tǒng)。最后，從大數(shù)據(jù)存儲、實時數(shù)據(jù)處理、異構(gòu)多數(shù)據(jù)源融合以及大數(shù)據(jù)可視化4個方面論述了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)帶來的機遇和挑戰(zhàn)。結(jié)果：（1）在智能電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)產(chǎn)生于發(fā)電側(cè)、輸變電側(cè)、用電側(cè)等電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)；智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)具備即規(guī)模大（volume）、類型多（variety）、價值密度低（value）和變化快（velocity）的“4V”特征。（2）智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的存儲和處理能力已遠落后于數(shù)據(jù)的增長幅度。目前流行的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)在應(yīng)對智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲和處理問題時，既有優(yōu)勢，又存在各自的局限性。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫無法滿足存儲容量和擴展性方面的要求；現(xiàn)有云計算平臺可以滿足智能電網(wǎng)監(jiān)控軟件運行的可靠性和可擴展性，但實時性、一致性、數(shù)據(jù)隱私和安全等方面的要求尚不能滿足，有待進一步研究?？梢跃C合運用各類大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲與處理系統(tǒng)。（3）處理智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)所面臨的挑戰(zhàn)包括數(shù)據(jù)存儲、實時處理、異構(gòu)多數(shù)據(jù)源融合以及大數(shù)據(jù)等方面。結(jié)論：未來的智能電網(wǎng)將是依托大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)的全景實時電網(wǎng)。云計算為這種異構(gòu)且多樣化的數(shù)據(jù)提供了存儲和分析的平臺。平臺運行一段后必然產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，云平臺和大數(shù)據(jù)分析將會為電力設(shè)備的狀態(tài)檢修、電網(wǎng)自愈、孤立信息系統(tǒng)的互通提供支持，并成為重要的候選方案，具有低成本、好的系統(tǒng)擴展性（存儲容量無限）、高可靠性、并行分析等優(yōu)勢，在國際上已有幾例系統(tǒng)投入實際運行，但在實時性、數(shù)據(jù)一致性、隱私性和安全性方面仍有不少的挑戰(zhàn)，需要找出相應(yīng)的解決方法。大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)還很欠缺，有待人們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(4): 927-935

入選年份：2015

基于儲能的微網(wǎng)并網(wǎng)和孤島運行模式平滑切換綜合控制策略

趙冬梅，張楠，劉燕華，等

摘要：目的：微網(wǎng)技術(shù)是解決分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)問題的有效途徑之一，基于風(fēng)光儲互補的微網(wǎng)系統(tǒng)具有充分利用清潔能源和運行可靠的特點。微網(wǎng)的并網(wǎng)和孤島運行模式之間的平滑切換是安全穩(wěn)定運行的重要保障。為此，本文采用新型的主從和對等控制相結(jié)合的綜合控制策略，對微網(wǎng)的并網(wǎng)/孤島運行模式的過渡進行控制。在DigSILENT/PowerFactory平臺上搭建風(fēng)光儲互補的微網(wǎng)模型，仿真結(jié)果驗證了該控制策略的可行性。方法：首先介紹了微網(wǎng)并網(wǎng)/孤島運行模式的定義，指出微網(wǎng)的并網(wǎng)/孤島2種運行模式平滑切換的重要意義，以及實現(xiàn)平滑切換控制的關(guān)鍵點和難點。同時，介紹了目前含多種分布式電源的微網(wǎng)系統(tǒng)接入電網(wǎng)普遍采用的幾種控制策略，并深入分析了各種控制策略的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上，提出了改進的綜合控制策略，可以減少儲能裝置控制方式切換的次數(shù)，降低了切換失敗的可能性，從而提高了微網(wǎng)運行的可靠性。提出改進的綜合控制策略后，在DigSILENT/PowerFactory平臺上搭建風(fēng)光儲互補微網(wǎng)模型，通過仿真對比分析綜合控制策略的有效性。結(jié)果：仿真結(jié)果表明，本文提出的綜合控制策略能夠保證運行模式切換前后，微網(wǎng)的功率平衡、電壓和頻率保持在允許范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)微網(wǎng)運行模式的平滑切換。結(jié)論：微網(wǎng)的并網(wǎng)和孤島運行模式之間的平滑切換是安全穩(wěn)定運行的重要保障。鑒于傳統(tǒng)的主從、對等控制存在一定的缺陷，本文采用綜合控制策略對微網(wǎng)的并網(wǎng)/孤島運行模式的過渡進行控制。在Dig SILENT/Power Factory平臺上搭建風(fēng)光儲互補的微網(wǎng)模型，實現(xiàn)本文控制策略。仿真結(jié)果表明，本文提出的綜合控制策略能夠保證運行模式切換前后，微網(wǎng)的功率平衡、電壓和頻率保持在允許范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)微網(wǎng)運行模式的平滑切換。但本文沒有研究采用該控制策略的風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)由孤網(wǎng)再并網(wǎng)以及負荷投切時的響應(yīng)特性，下一步將展開該方面的研究。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(2): 301-306

入選年份：2015

國家風(fēng)光儲輸示范工程介紹及其典型運行模式分析

高明杰，惠東，高宗和，等

摘要：目的：依托國家風(fēng)光儲輸示范工程，通過理論分析與實際工程運行來來驗證風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電模式的可行性，并積極研究解決新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)的技術(shù)難題，實現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出、計劃跟蹤、削峰填谷和調(diào)頻等控制目標，提高中國電網(wǎng)對大規(guī)模新能源的接納能力。方法：首先介紹了風(fēng)光儲示范工程的總架構(gòu)：98.5 MW風(fēng)電系統(tǒng)、40 MW光伏系統(tǒng)以及20 MW儲能系統(tǒng)分別經(jīng)過升壓變壓器接到35 kV母線，再經(jīng)過220 kV智能變電站接入智能電網(wǎng)；然后對風(fēng)光儲多組態(tài)運行模式進行分類，分別包括：風(fēng)電系統(tǒng)單獨出力，光伏系統(tǒng)單獨出力，風(fēng)電、光伏系統(tǒng)聯(lián)合出力，風(fēng)電、儲能系統(tǒng)聯(lián)合出力，光伏、儲能系統(tǒng)聯(lián)合出力以及風(fēng)電、光伏、儲能系統(tǒng)聯(lián)合出力6種運行模式，并設(shè)定了各運行模式與光伏、風(fēng)電以及儲能運行狀態(tài)間的對應(yīng)關(guān)系，最終實現(xiàn)風(fēng)光儲系統(tǒng)6種組態(tài)運行模式的無縫切換；其次，針對可再生能源并網(wǎng)問題，提出了平滑風(fēng)光功率輸出、削峰填谷、跟蹤計劃發(fā)電和參與系統(tǒng)調(diào)頻這4種風(fēng)光儲系統(tǒng)聯(lián)合運行控制策略，詳細畫出了各控制策略的控制框圖并對其控制流程進行了說明；最后在上述4種控制策略條件下，分別對風(fēng)光儲輸示范工程的實際運行效果進行定量的分析。結(jié)果：通過工程實際運行結(jié)果可以看出，在平滑新能源發(fā)電波動控制策略條件下，15 min尺度內(nèi)風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電功率波動率為3.79%，滿足15 min發(fā)電波動率小于17%的控制目標；在跟蹤調(diào)度計劃出力控制策略條件下，可有效彌補風(fēng)光發(fā)電出力與發(fā)電計劃值的偏差，滿足跟蹤發(fā)電計劃誤差小于3%的應(yīng)用需求；在削峰填谷控制策略條件下，儲能電站可在0 ：00～06 ：00電網(wǎng)負荷低谷時滿功率充電，并于晚間用電高峰時根據(jù)實際需要將儲存的電能放出，從而緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力；在參與系統(tǒng)調(diào)頻控制策略條件下，儲能電站總功率可實時跟隨上層調(diào)度下發(fā)的目標指令，并保證功率值偏差小于0.5%，滿足儲能調(diào)頻應(yīng)用需求。結(jié)論：國家風(fēng)光儲輸示范工程通過風(fēng)、光、儲的6種組合發(fā)電方式與平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷4種功能的結(jié)合，實現(xiàn)多組態(tài)、多功能、可調(diào)節(jié)、可調(diào)度的聯(lián)合發(fā)電運行方式。為大規(guī)模儲能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)領(lǐng)域的深入推廣提供了一定借鑒。示范工程運行平穩(wěn)，通過幾個月的運行實踐，初步認為風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電模式是可行的，其符合新能源并網(wǎng)的實際要求，是新能源未來發(fā)展方向之一，對新能源大規(guī)模并網(wǎng)起到一定的示范作用。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(1): 59-64

入選年份：2015

智能電網(wǎng)下計及用戶側(cè)互動的發(fā)電日前調(diào)度計劃模型

劉小聰，王蓓蓓，李揚，等

摘要：目的：在生態(tài)文明發(fā)展需求不斷提升、電力系統(tǒng)規(guī)模日趨擴大、電力市場改革逐步深化的背景下，傳統(tǒng)的僅通過優(yōu)化調(diào)度發(fā)電側(cè)資源實現(xiàn)電力平衡的模式已不能滿足發(fā)展要求，亟需積極尋求不同于傳統(tǒng)的方式滿足電力供需平衡。需求響應(yīng)（demand response，DR）作為智能電網(wǎng)框架下的重要互動資源，推動了供需兩側(cè)的互動，研究需求側(cè)資源作為虛擬資源參與電網(wǎng)調(diào)度運行對提升電網(wǎng)運行效率具有重要意義。方法：本文建立了一種智能電網(wǎng)框架下計及用戶側(cè)互動的發(fā)電調(diào)度計劃模型，綜合考慮供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的作用機理，將分時電價對負荷曲線的優(yōu)化作用和可中斷負荷參與備用對系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟性的提高融入同一模型，體現(xiàn)二者的互補性。以基于消費者心理學(xué)的峰谷電價用戶響應(yīng)原理為基礎(chǔ)確定用戶響應(yīng)曲線，根據(jù)用戶申報的可中斷容量和價格，協(xié)調(diào)優(yōu)化可中斷備用與發(fā)電側(cè)備用。模型基于設(shè)定的計及用戶側(cè)互動的運營規(guī)則，通過兩種類型需求響應(yīng)實現(xiàn)與用戶的互動。在綜合衡量各方利益的基礎(chǔ)上選取最優(yōu)分時電價和最優(yōu)可中斷備用容量，并以此制定發(fā)電成本最低的發(fā)電調(diào)度計劃方案，進而分析考慮用戶側(cè)互動對系統(tǒng)運行的影響。結(jié)果：本文選取IEEE 24節(jié)點26機系統(tǒng)，計算了計及用戶側(cè)互動模式下融入分時電價和可中斷負荷備用的日前和日內(nèi)運行調(diào)度方案，具體包括：（1）對比討論了四種模式下日前調(diào)度結(jié)果，包括系統(tǒng)成本、不同時段的在運機組臺數(shù)、機組出力計劃。四種模式為只考慮發(fā)電側(cè)的傳統(tǒng)模式、融入分時電價的調(diào)度模式、融入可中斷負荷的調(diào)度模式和同時考慮兩種需求響應(yīng)的調(diào)度模式（本文模式），側(cè)重分析用戶對電價的響應(yīng)和申報可中斷方案對系統(tǒng)調(diào)度方案和經(jīng)濟性的影響。（2）為說明可中斷負荷對系統(tǒng)備用成本的影響，模擬日內(nèi)運行故障時調(diào)用備用的情況，計算有無可中斷負荷備用兩種情況下，發(fā)電機事故停運產(chǎn)生備用需求時的備用成本。兩種情況下機組備用功率分配，根據(jù)備用成本的不同，按照等微增率原則計算。結(jié)論：本文在綜合考慮供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)作用機理的基礎(chǔ)上，建立智能電網(wǎng)下計及用戶側(cè)互動的發(fā)電調(diào)度計劃模型，模型同時融入了分時電價對負荷的優(yōu)化和可中斷負荷對系統(tǒng)備用的影響。所得結(jié)論如下：（1）分時電價有利于降低電網(wǎng)峰荷時段的重載水平，改變負荷曲線形狀，減少了發(fā)電機的頻繁啟停，從而可以減少發(fā)電成本和啟停成本；（2）根據(jù)用戶申報的可中斷負荷容量和補償價格確定取代發(fā)電機備用的可中斷負荷容量，可以減少因滿足備用要求而開啟的發(fā)電機臺數(shù)，有利于功率在發(fā)電機組間的經(jīng)濟分配；（3）本文模型綜合了兩類需求響應(yīng)的效用，通過算例分析驗證了該模型的有效性，證明了考慮用戶側(cè)互動下將發(fā)電側(cè)和需求側(cè)的資源進行綜合規(guī)劃有利于電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。

來源出版物：中國電機工程學(xué)報, 2013, 33(1): 30-38

入選年份：2015

國家電網(wǎng)發(fā)展模式研究

劉振亞，張啟平

摘要：目的：我國一次能源資源主要分布在西部、北部邊遠地區(qū)，當(dāng)?shù)厝丝诿芏鹊?、用能需求??；用電負荷主要集中在中東部地區(qū)，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展程度高，但環(huán)境污染嚴重，主要的送電地區(qū)與受電地區(qū)相距1000～3000 km。研究并提出未來國家電網(wǎng)的發(fā)展模式，是為更好滿足遠距離、大規(guī)模電力輸送需求，解決受端電網(wǎng)接受大量區(qū)外來電的安全性和經(jīng)濟性問題，實現(xiàn)我國節(jié)能減排目標和清潔發(fā)展要求，為經(jīng)濟社會長期可持續(xù)發(fā)展提供安全可靠、經(jīng)濟高效的能源電力供應(yīng)。方法：本文對多饋入直流電網(wǎng)電壓失穩(wěn)機理進行了分析，應(yīng)用多饋入直流短路比等計算方法，對受端電網(wǎng)電壓支撐能力進行了研究。從短路電流長效控制、預(yù)防大面積停電、防止因交直流相互作用引發(fā)電壓不穩(wěn)定問題等方面，綜合考慮社會經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了對電網(wǎng)安全性、經(jīng)濟性的全面評估。結(jié)果：經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較，本文提出未來國家電網(wǎng)構(gòu)建推薦方案。（1）根據(jù)我國大型能源基地電力外送容量和距離要求，綜合考慮運行可靠性、工程造價和輸電效益，對直流輸電各電壓等級經(jīng)濟性進行研究。（2）在吸取國外研究成果基礎(chǔ)上，對交流特高壓與超高壓輸電的經(jīng)濟性和應(yīng)用范圍進行深化研究。（3）按照不同電壓等級和不同的聯(lián)網(wǎng)方式，篩選提出未來國家電網(wǎng)構(gòu)建方案，從短路電流超標情況、“N-1”暫態(tài)安全計算、直流系統(tǒng)故障及同一輸電走廊兩個特高壓直流同時發(fā)生故障情況等，對方案安全穩(wěn)定性進行對比研究。（4）從投資規(guī)模、運行費用和輸電價格等方面，對不同電網(wǎng)構(gòu)建方案進行經(jīng)濟性比較研究。結(jié)論：本文優(yōu)選提出能夠滿足我國經(jīng)濟社會健康可持續(xù)發(fā)展要求的國家電網(wǎng)發(fā)展模式。（1）±800 kV和±1100 kV特高壓直流用于大型能源基地遠距離、跨區(qū)域端對端輸電，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負荷分布，送端和受端采用分層接入或直接接入交流電網(wǎng)。1000 kV交流用于構(gòu)建電網(wǎng)主網(wǎng)架和大型能源基地發(fā)電廠直接接入1000 kV主網(wǎng)架，實現(xiàn)電力大范圍優(yōu)化配置和消納。（2）僅補充拓展華北、華中和華東電網(wǎng)500kV主網(wǎng)架，華北與華中電網(wǎng)維持同步弱聯(lián)方式，華東與華中和華北電網(wǎng)保持異步聯(lián)網(wǎng)方式，所需區(qū)外來電全部通過特高壓直流輸入，電網(wǎng)抵御事故的能力低下，發(fā)生大面積停電風(fēng)險極高，安全水平達不到可靠供電要求。（3）分別構(gòu)建華北—華中和華東兩個1000 kV交流主網(wǎng)架，之間通過直流異步相聯(lián)，華北—華中電網(wǎng)區(qū)外來電通過特高壓直流和交流輸入，華東電網(wǎng)區(qū)外來電全部通過特高壓直流輸入，可以解決500千伏電網(wǎng)短路電流大面積超標問題和直流單、雙極故障后交流系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移能力不足問題，但饋入華東電網(wǎng)的直流規(guī)模超過交流電網(wǎng)承受能力，電網(wǎng)抵御事故能力不強，發(fā)生大面積停電風(fēng)險仍然較高。（4）構(gòu)建華北—華東—華中1000 kV交流主網(wǎng)架，所需的區(qū)外來電分別通過特高壓直流和特高壓交流輸入，可以從根本上解決制約電網(wǎng)自身發(fā)展的短路電流增長問題，電網(wǎng)安全穩(wěn)定性、運行可靠性和抵御各種事故的能力大幅提高，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢和更好的社會綜合效益。

來源出版物：中國電機工程學(xué)報, 2013, 33(7): 1-10

入選年份：2015

基于在線監(jiān)測系統(tǒng)的輸電線路覆冰數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

王敩青，戴棟，郝艷捧，等

摘要：目的：覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)可實時在線監(jiān)測架空輸電線路覆冰狀況。本文基于在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征統(tǒng)計分析，研究環(huán)境參數(shù)對導(dǎo)線覆冰的影響，探索實際氣象條件下輸電線路覆冰發(fā)展規(guī)律。方法：通過對數(shù)據(jù)的觀察分析，總結(jié)覆冰監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征、有效數(shù)據(jù)聚集類型及原因。針對完整覆冰過程，在風(fēng)速和風(fēng)向等氣象參量缺失的情況下，劃分覆冰發(fā)展的不同階段，并依次分析覆冰及氣溫濕度的發(fā)展趨勢；研究整個過程單位時間覆冰增長質(zhì)量的數(shù)據(jù)分布特點及統(tǒng)計特征；對初期覆冰穩(wěn)定增長階段的覆冰發(fā)展及溫濕度變化進行關(guān)聯(lián)性分析，并采用不同函數(shù)模型擬合分析覆冰增長趨勢。結(jié)果：（1）通過覆冰數(shù)據(jù)特征分析，發(fā)現(xiàn)覆冰期間無法測得風(fēng)速及風(fēng)向，即風(fēng)速記錄為零的時間與覆冰出現(xiàn)時間以及覆冰強度具有很強的相關(guān)性。（2）通過數(shù)據(jù)聚集類型分析，發(fā)現(xiàn)有效覆冰數(shù)據(jù)主要以短期振蕩、中短期（＜24 h）維持、較長期（24～48 h）維持以及完整覆冰過程（＞48 h）4種方式聚集；其中具有明顯增長和消融階段的完整覆冰過程出現(xiàn)較少，但因該過程在長期低溫高濕天氣下形成，可導(dǎo)致重度覆冰，給線路正常運行帶來極大威脅，而其他情況雖然出現(xiàn)較頻繁，但無法形成明顯覆冰，通常不會對線路安全運行造成影響。（3）通過對完整覆冰過程中覆冰及氣象發(fā)展趨勢進行整體分析，發(fā)現(xiàn)完整覆冰周期至少有一個覆冰穩(wěn)定增加及快速減少階段，中間可能還有多個不穩(wěn)定的增長或減少過程以及動態(tài)平衡過程；統(tǒng)計特征方面，整個覆冰過程的單位時間覆冰增長質(zhì)量基本滿足均值為0、過峰度、正偏離的類正態(tài)分布。（4）完整覆冰過程中，初始階段的覆冰穩(wěn)定增長過程基本決定了本次覆冰可能達到的覆冰最大值；對穩(wěn)定增長階段進行局部分析，發(fā)現(xiàn)覆冰質(zhì)量發(fā)展與相對濕度發(fā)展趨勢無明顯關(guān)聯(lián)，單位時間覆冰增長質(zhì)量既可能隨溫度下降而增加，也可能在某中間溫度下達到最大值；進一步研究發(fā)現(xiàn)，在滿足覆冰的氣象條件下，覆冰發(fā)展與時間有很強的相關(guān)性，且覆冰的增長與時間的相關(guān)性要強于與各氣象參量的相關(guān)性，覆冰質(zhì)量呈近似的線性增長趨勢，且一次函數(shù)模型擬合效果較指數(shù)函數(shù)模型更好。結(jié)論：（1）傳統(tǒng)測風(fēng)儀器因冰層覆蓋導(dǎo)致覆冰期間無法測得風(fēng)力數(shù)據(jù)，建議采用超聲波測風(fēng)儀等新型測風(fēng)儀。（2）強度較弱的冷空氣不能形成持續(xù)增長的覆冰，只有持續(xù)時間較長的低溫雨雪冰凍天氣環(huán)境下形成的覆冰才可能對線路安全運行造成威脅。（3）完整覆冰過程中，單位時間覆冰增長質(zhì)量近似服從正態(tài)分布。（4）穩(wěn)定增長時期，覆冰質(zhì)量與時間序列呈相關(guān)度很高的一次線性函數(shù)關(guān)系，可考慮建立簡單的線性增長模型應(yīng)用于線路覆冰預(yù)警。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2012, 38(11): 3000-3007

入選年份：2015

雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真研究

顧卓遠，湯涌，劉文焯，等

摘要：目的：隨著全球化石能源逐漸枯竭，可再生能源在各國能源戰(zhàn)略中占據(jù)著越來越重要的地位。在眾多新能源中，風(fēng)能以其清潔、蘊藏量大、技術(shù)相對成熟等優(yōu)勢成為世界各國開發(fā)綠色能源的首選，其中雙饋風(fēng)力發(fā)電機（doubly-fed induction generator，DFIG）得到了廣泛應(yīng)用。風(fēng)能具有間歇性和隨機性的特點，大規(guī)模雙饋機組接入系統(tǒng)，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有諸多影響。因此有必要開發(fā)風(fēng)電機組的動態(tài)模型，研究其與電力系統(tǒng)之間的相互影響。本文從雙饋風(fēng)機建模仿真的現(xiàn)狀和實際需求出發(fā)，借助PSD-PS Model電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真平臺，對風(fēng)力發(fā)電機組開展電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真研究，為今后深化研究風(fēng)電機組對電網(wǎng)影響提供有力的技術(shù)支持。方法：本文基于雙饋風(fēng)機的運行原理，建立了雙饋風(fēng)機的電磁暫態(tài)模型，并進行了電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真研究。在自主開發(fā)的大型電力系統(tǒng)分析軟件包混合仿真平臺（Power System Department-Power System Model，PSD-PS Model）中實現(xiàn)雙饋風(fēng)機的混合仿真功能，建立了雙饋風(fēng)機的基本模型框架，采用單臺機等值模擬風(fēng)電場，最后利用IEEE14節(jié)點算例進行詳細的仿真研究，分析其控制策略和暫態(tài)過程中的動態(tài)響應(yīng)。方便今后與風(fēng)機制造廠家合作建立實際風(fēng)機的詳細電磁暫態(tài)模型。結(jié)果：雙饋風(fēng)機的電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真，首先對雙饋風(fēng)機進行電磁暫態(tài)建模、控制系統(tǒng)通過自定義的方式實現(xiàn)，根據(jù)研究目的對空氣動力學(xué)部分和機械部分的動態(tài)過程進行不同程度的簡化，能夠完全滿足大電網(wǎng)機電暫態(tài)穩(wěn)定計算對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)精確仿真研究的需求。由于DFIG屬于交流勵磁的同步發(fā)電機，對于電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響直接取決于其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度和內(nèi)部的限幅環(huán)節(jié)。隨著風(fēng)電接入系統(tǒng)比例的逐漸擴大，其對電力系統(tǒng)運行帶來的影響值得深入分析。在此平臺上，可以清楚的得到風(fēng)機內(nèi)部的動態(tài)響應(yīng)，深入開展風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不同程度的簡化對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的研究，對于開展風(fēng)力發(fā)電機組仿真的深化研究具有重要的意義和應(yīng)用價值。結(jié)論：本文主要研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機的電磁暫態(tài)模型，并利用自主研發(fā)程序PSD-PS Model進行了雙饋風(fēng)機的電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真研究。利用外網(wǎng)的戴維南等值電路進行DFIG的電磁暫態(tài)計算，并得到對系統(tǒng)的注入電流，同時外網(wǎng)利用DFIG的注入電流進行全網(wǎng)的機電暫態(tài)計算。采用單臺機等值模擬風(fēng)電場的方法實現(xiàn)了雙饋風(fēng)力發(fā)電機群的電磁暫態(tài)-機電暫態(tài)混合仿真，最后利用IEEE14節(jié)點系統(tǒng)進行了混合仿真研究。雙饋風(fēng)機的機電暫態(tài)簡化模型與電磁暫態(tài)模型有不同的響應(yīng)，目前還沒有量化研究來分析兩種模型對電力系統(tǒng)影響的差異性，將是下一步研究工作的重點。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(3): 615-620

入選年份：2015

國際防雷研究進展及前沿述評

曾嶸，周旋，王澤眾，等

摘要：目的：作為聯(lián)合國公布的十大自然災(zāi)害之一，雷電及其電磁效應(yīng)對人類生產(chǎn)生活諸多方面影響顯著。雷電時空分布范圍廣、隨機性強，放電物理過程機制復(fù)雜，研究難度大。本文通過全面總結(jié)國際雷電觀測、雷電物理、雷電電磁暫態(tài)效應(yīng)、雷害風(fēng)險評估與防護等領(lǐng)域的最新研究熱點與進展，指出了下一步重點研究方向。方法：結(jié)合第32屆國際雷電防護會議與近年雷電物理領(lǐng)域的最新研究動態(tài)，從雷電觀測、雷電物理、雷電電磁暫態(tài)效應(yīng)、雷害風(fēng)險評估與防護4個方面，對前沿進展進行了總結(jié)與分析。結(jié)果：（1）雷電定位系統(tǒng)、高速攝像、光電陣列觀測、人工引雷試驗是研究雷電活動的最主要手段。雷電定位系統(tǒng)在雷電參數(shù)與特性分析、雷電物理研究、雷電預(yù)警、風(fēng)險評估與雷電防護等諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用。當(dāng)前，雷電定位技術(shù)的研發(fā)和改進、雷電定位系統(tǒng)的評估、基于雷電定位系統(tǒng)的雷電活動與特性觀測是研究熱點。（2）ALPS和LAPOS是光電陣列觀測技術(shù)的典型系統(tǒng)，觀測時間分辨率最高可達幾十ns，遠高于高速攝像技術(shù)，可對雷電過程特別是雷電連接過程進行精細觀測。憑借日益進步的雷電定位系統(tǒng)、光電陣列觀測等先進手段，科學(xué)家對雷電起始、發(fā)展、連接與回擊過程進行了持續(xù)觀測，獲取了雷云場強、先導(dǎo)長度與發(fā)展速度、雷電流等特征參數(shù)，并對物理模型進行了廣泛深入的探索。雷電先導(dǎo)發(fā)展過程，尤其是負極性雷電梯級先導(dǎo)的發(fā)展過程，仍是雷電物理領(lǐng)域觀測和理論研究的熱點問題。雷云電化、雷云預(yù)擊穿、高能射線與逃逸電子等課題仍懸而未決，成為當(dāng)前雷電物理研究的前沿。（3）除雷電物理本身外，雷電的電磁暫態(tài)效應(yīng)和雷害風(fēng)險評估與防護亦備受關(guān)注?？紤]電磁全波過程的計算方法是當(dāng)前分析雷電電磁暫態(tài)效應(yīng)的主流方法；電力行業(yè)研究者努力綜合考慮土壤的非線性時變和頻變特性，建立合理的雷電電磁暫態(tài)計算模型。除電力系統(tǒng)雷擊風(fēng)險評估模型及傳統(tǒng)雷電保護措施的應(yīng)用研究外，對風(fēng)機、光伏發(fā)電等新能源系統(tǒng)的雷電防護試驗與仿真研究蓬勃發(fā)展，成為防雷領(lǐng)域的熱點問題。相關(guān)雷害防護研究亦拓展至了建筑物、電子通信、交通運輸系統(tǒng)等領(lǐng)域。結(jié)論：未來，雷電觀測技術(shù)將進一步提高對弱信號的檢測能力、定位精度和時空分辨率，為揭示雷電機理和雷電預(yù)警等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；雷電起始、發(fā)展與連接過程的參數(shù)觀測、機理分析和理論建模仍有大量工作需要開展，上行雷研究逐步升溫并得到持續(xù)關(guān)注；新能源、智能電網(wǎng)等新領(lǐng)域的雷電防護問題正成為國際防雷領(lǐng)域新熱點。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2015, 41(1): 42748

入選年份：2015

高電壓環(huán)境工程應(yīng)用研究關(guān)鍵技術(shù)問題分析及展望

閆克平，李樹然，馮衛(wèi)強，等

摘要：目的：高壓放電技術(shù)（以下簡稱高壓放電）能夠通過施加高壓電場產(chǎn)生大量自由電子和活性物質(zhì)，進而控制和去除環(huán)境污染物。但其工程應(yīng)用多為設(shè)備簡單放大和功率盲目增加，缺乏高效率低能耗的設(shè)計依據(jù)。本文通過分別歸納高壓放電在脫硫、除塵等環(huán)境保護方面的工程應(yīng)用，提煉其在各領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。方法：通過爬梳高壓放電應(yīng)用的發(fā)展過程、應(yīng)用現(xiàn)狀和技術(shù)關(guān)鍵點，說明其在各環(huán)境工程應(yīng)用領(lǐng)域的具體研究方向。將環(huán)境工程的應(yīng)用分解為脫硫脫硝、除塵、有機污染物去除、臭氧發(fā)生、水處理和微生物滅活收集等6個領(lǐng)域?；谠摷夹g(shù)在各領(lǐng)域的發(fā)展和現(xiàn)狀，分別說明其在高壓電源、裝備結(jié)構(gòu)或工藝流程等方面的瓶頸。結(jié)果：從利用靜默放電產(chǎn)生臭氧到靜電除塵、空氣污染物氧化控制，高壓放電的環(huán)境工程應(yīng)用由來已久。目前高壓放電脫硫脫硝已有處理煙氣流量大于50000 m3/h、能耗低于3 W·h/m3的工業(yè)實例；美國和西歐則分別有80%和85%的燃煤電廠采用電除塵捕集顆粒物。高壓放電處理廢氣廢水和微生物研究也比比皆是。盡管工程體量不斷提高，應(yīng)用方向持續(xù)增加，高壓放電在環(huán)境工程領(lǐng)域應(yīng)用仍存在諸多瓶頸亟待解決：（1）高壓放電脫硫脫硝氧化能耗逐年降低，但近年來單位極線長度對應(yīng)的能量密度卻反而下降至0.01 W·h/m3以下。放電能量有效注入負載的能力并未隨工程煙氣量的增長而提高，研發(fā)脈沖和交流疊加直流（AC/DC）電源以提高能量密度是進一步提高脫除能力的關(guān)鍵。此外，氧化二氧化硫和氮氧化物存在同相和異相氧化2條反應(yīng)路線，利用流光電暈放電在液相中氧化硫和氮的氧化物已經(jīng)被證明效率高于氣相氧化，且能耗僅為后者的1/7，因此氣相放電結(jié)合吸收劑添加和異相氧化將成為該工藝發(fā)展的趨勢。（2）經(jīng)歷長期發(fā)展的電除塵面臨的主要問題是本體設(shè)計依據(jù)多依奇及其修正公式，難以進行分區(qū)設(shè)計；多數(shù)高壓電源與電除塵器不匹配，運行電壓低、波紋系數(shù)大；除塵區(qū)電暈放電難以控制，無法應(yīng)對煤種變化；細顆粒物的收塵機理也同樣缺乏研究。本文提出采用電除塵指數(shù)作為計算分級除塵效率的依據(jù)，用比收塵面積、峰值和平均二次電壓的乘積來預(yù)測收塵能力、指導(dǎo)電除塵器本體、電源的選型、設(shè)計和運行控制。此外，通過電除塵器內(nèi)氣流分布優(yōu)化和離子風(fēng)研究可以有效控制二次飛揚進而提高細顆粒物捕集能力。（3）臭氧發(fā)生器是高壓放電最早的應(yīng)用之一，大功率臭氧的產(chǎn)生經(jīng)歷了工頻、中頻和高頻3個發(fā)展階段，高頻供電臭氧合成可在不改變臭氧產(chǎn)率情況下減小裝備尺寸、降低工作電壓和提高可靠性。脈沖電源能夠在無需冷卻的條件下為裝備提供較強電場，從而提高處理效率和產(chǎn)率。在此基礎(chǔ)上，雙極性脈沖電源進一步為解決單極性電源電荷積累導(dǎo)致的放電不均和能量注入問題提供了方向。（4）電暈和介質(zhì)阻擋兩種放電形式都能夠降解揮發(fā)性有機氣體（VOCs），各放電形式能效較為接近，臭氧產(chǎn)生量都在40～250 g/kWh范圍內(nèi)。但單獨放電存在著能耗高、反應(yīng)器壓降大、產(chǎn)物復(fù)雜和脈沖電源火花開關(guān)壽命短等缺點。因此為適應(yīng)大流量的含VOCs工業(yè)氣體，需將能夠產(chǎn)生大面積均勻放電的流光電暈與催化劑聯(lián)合進行一段或兩段式降解。（5）高壓放電廢水處理主要針對難降解有機和含菌廢水，通過在水體內(nèi)的水下高壓放電、在水體表層的沿面放電或脈沖電場都能夠?qū)崿F(xiàn)滅活菌落2～4個對數(shù)、染料脫色80%以上的效果。但各放電形式都無法同時滿足高活性物質(zhì)產(chǎn)生效率和高傳質(zhì)效率，高壓放電在連續(xù)水處理能效更差，目前高壓放電水處理仍缺乏高效的反應(yīng)結(jié)構(gòu)。（6）高壓放電滅活速度快、所需裝置簡單，可在0.06 s內(nèi)滅活室外空氣中87%的真菌，但處理大流量對象時無法保持高效。此外還能利用靜電捕集微生物以保持樣品形態(tài)和活性，目前尚無法完全保持微生物活性。結(jié)論：由于高電壓、電流和大量高能活性粒子的存在，高壓放電技術(shù)可以用與污染物氧化、荷電和收集。其在環(huán)境工程領(lǐng)域的關(guān)鍵問題分別是：（1）脫硫脫硝過程中如何提高注入功率密度和優(yōu)化聯(lián)合工藝流程。（2）電除塵中如何擺脫傳統(tǒng)單純增加收塵面積的設(shè)計方法和改善電源控制方法。（3）臭氧發(fā)生過程中如何提高穩(wěn)定性和產(chǎn)率并降低發(fā)熱量。（4）VOCs和水處理中如何降低能耗，提高效率。（5）微生物滅活中如何提高處理量以及靜電采樣如何消除放電帶來的不利影響。與之相對應(yīng)的是高壓放電在環(huán)境工程領(lǐng)域的發(fā)展方向：（1）脫硫脫硝以脈沖或AC/DC電源產(chǎn)生穩(wěn)定流光放電，并采取氣相放電聯(lián)合異相氧化的工藝流程。（2）以電除塵指數(shù)代替多依奇公式，配合離子風(fēng)研究指導(dǎo)電除塵器選型設(shè)計和運行控制。（3）臭氧發(fā)生則在雙極性短脈沖電源基礎(chǔ)上利用深冷技術(shù)來提高產(chǎn)率，降低損耗。（4）VOCs和水處理技術(shù)方向各異，前者應(yīng)采用等離子體結(jié)合催化劑形式，后者則除需要提高反應(yīng)接觸面積外，還應(yīng)與生化法等技術(shù)聯(lián)用。（5）微生物滅活可通過高效濾網(wǎng)進一步提高處理量，而靜電收集則應(yīng)改善收集結(jié)構(gòu)，提高其中微生物存活率。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2015, 41(8): 2528-2544

入選年份：2015

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究

張東霞，苗新，劉麗平，等

摘要：目的：智能電網(wǎng)被看作是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域之一。2012年以來，電力界對大數(shù)據(jù)應(yīng)用給予了高度關(guān)注，做了一些嘗試，但總的來看，這些工作尚處于探索起步階段。為了推進智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究走向深入，開展戰(zhàn)略研究和頂層設(shè)計非常重要。本文的主要目的是闡述智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的理論基礎(chǔ)，總結(jié)智能電網(wǎng)的技術(shù)體系，提出智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究框架和技術(shù)發(fā)展路線建議。方法：通過查閱文獻，總結(jié)國內(nèi)外智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀和面臨挑戰(zhàn)；對各主要技術(shù)領(lǐng)域開展了大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的需求分析和場景設(shè)計；分析戰(zhàn)略目標和現(xiàn)狀間差距，提出研究框架和技術(shù)發(fā)展路線圖。結(jié)果：隨著電網(wǎng)智能化水平的提高，電網(wǎng)部署了眾多的監(jiān)測控制系統(tǒng)，每時每刻都在產(chǎn)生著數(shù)據(jù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、異構(gòu)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與影響電網(wǎng)發(fā)展和運行的外部數(shù)據(jù)如天氣、用戶特征、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)成了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)有潛在的應(yīng)用價值，在新能源發(fā)電預(yù)測、負荷預(yù)測、用戶行為分析、大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析、設(shè)備監(jiān)測、停電管理等眾多領(lǐng)域都能形成有效的技術(shù)解決方案。當(dāng)前，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，如：缺乏共識，技術(shù)儲備不足，數(shù)據(jù)獲取和融合困難，技術(shù)復(fù)雜度高技術(shù)實施難度大等。智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)的獲取、集成和融合、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、存儲、處理和分析等，數(shù)據(jù)的集成和融合是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的最大難點。在數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上，需要結(jié)合不同的應(yīng)用進行數(shù)據(jù)的管理、處理，并選擇適宜的數(shù)據(jù)分析方法。在應(yīng)用層面，需要針對智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，深入開展大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用需求分析、場景設(shè)計、分析模型、專業(yè)方法的研究。結(jié)論：建議我國智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展路線如下：第一階段，完成需求分析、場景設(shè)計、應(yīng)用價值分析和智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺研發(fā)；第二階段，重點開展智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接入和融合相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究，在配用電數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上開展以用戶用電信息采集數(shù)據(jù)為核心的大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究；第三階段，在在智能電網(wǎng)其他技術(shù)領(lǐng)域全面開展大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究。

來源出版物：中國電機工程學(xué)報, 2015, 35(1): 42778

入選年份：2015

基于大數(shù)據(jù)分析的輸變電設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)異常檢測方法

嚴英杰，盛戈皞，陳玉峰，等

摘要：目的：輸變電設(shè)備在實際運行過程中會受到過負荷、過電壓、內(nèi)部絕緣老化、自然環(huán)境等異常事件影響，這些異常運行狀態(tài)會導(dǎo)致設(shè)備缺陷、故障的發(fā)生，因此對設(shè)備狀態(tài)進行異常檢測具有很強的必要性。在設(shè)備的實際運維中，大都是基于單一系統(tǒng)的部分設(shè)備信息，采用簡單閾值判定方法來檢測異常，這種傳統(tǒng)的閾值判定具有局限性，一方面設(shè)備信息利用率和狀態(tài)評價正確率都偏低，另一方面難以檢測出設(shè)備的潛伏性故障及故障類別。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)通過尋找設(shè)備信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為提供設(shè)備異常檢測準確性提供了全新的解決方法和思路。方法：針對設(shè)備單狀態(tài)量數(shù)據(jù)，運用了時間序列自回歸模型擬合，與設(shè)備運行過程中的低動態(tài)性相符，通過SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將時間序列量化，量化后的時間序列可看作在拓補結(jié)構(gòu)中一個神經(jīng)元到另一個神經(jīng)元的轉(zhuǎn)移，從而計算出設(shè)備單狀態(tài)量數(shù)據(jù)基于時間軸的轉(zhuǎn)移概率序列，挖掘出數(shù)據(jù)隨時間的變化規(guī)律。針對多維狀態(tài)量數(shù)據(jù)，通過基于密度的聚類算法對多維的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行聚類，既能充分利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)量大的特點，又能將各參量間的復(fù)雜相關(guān)關(guān)系簡化。在單維和多維時間序列分析的基礎(chǔ)上，建立異?？焖贆z測模型，對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行異常檢測，以識別出設(shè)備的異常狀態(tài)和發(fā)生時間。本文提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的異?？焖贆z測方法，具體如下：（1）分析了輸變電設(shè)備在正常運行過程中狀態(tài)量低動態(tài)性和日周期性的特點，從而建立了狀態(tài)量數(shù)據(jù)的時間序列的AR模型；（2）利用SOM算法計算出設(shè)備單狀態(tài)量數(shù)據(jù)基于時間軸的轉(zhuǎn)移概率序列，通過轉(zhuǎn)移概率識別時間序列的異常變化規(guī)律，以解決傳統(tǒng)的閾值法難以檢測出設(shè)備的潛伏性故障的問題。（3）建立了異常快速檢測模型，運用無監(jiān)督聚類方法簡化各參量之間的相關(guān)關(guān)系，從而避免了參量間相關(guān)性難以確定的問題。最終結(jié)合運行實例驗證了本方法的有效性，表明該方法適用于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)流，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)流中異常的快速檢出。結(jié)論：通過時間序列模型和自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對歷史數(shù)據(jù)潛在的特征進行挖掘，將數(shù)據(jù)對時間的動態(tài)變化規(guī)律用轉(zhuǎn)移概率序列表示，建立異常檢測體系，并使之適用于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流中異常的快速檢出。（1）優(yōu)點在于能結(jié)合多元狀態(tài)量的歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)演化過程、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的全新角度實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)的異常檢測，相對于傳統(tǒng)的閾值判定方法準確率較高。（2）針對多維的監(jiān)測數(shù)據(jù)，運用無監(jiān)督聚類方法簡化各參量之間的相關(guān)關(guān)系，從而避免了參量間相關(guān)性難以確定的問題。（3）檢測出設(shè)備運行狀態(tài)的異常的同時，本文方法也存在不足之處，當(dāng)設(shè)備受外界環(huán)境異常的影響較大時，可能會出現(xiàn)異常狀態(tài)的誤報，算法還有改進空間以消除外界環(huán)境異常帶來的影響。

來源出版物：中國電機工程學(xué)報, 2015, 35(1): 52-59

入選年份：2015