電氣工程

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系

周利軍，高峰，李瑞芳，等

摘要：目的：隨著高速鐵路運營里程的增加和運行速度的提高，保障列車可靠、安全運行，提高鐵路服役性能已成為世界各國不斷追求的目標(biāo)。雷擊將引起設(shè)備損壞、列車失電，導(dǎo)致運輸中斷，嚴(yán)重時還會造成行車事故和人員傷亡，自高速鐵路開通以來，雷擊問題對行車安全造成了嚴(yán)重威脅。中國國土面積大，地形、氣候復(fù)雜多變，局部地區(qū)雷電危害非常嚴(yán)重，高速鐵路大面積的采用高架橋結(jié)構(gòu)，其直擊雷、感應(yīng)雷的特征及影響與普速鐵路、電力輸電線路均有很大的差異，因此需要對高速鐵路雷電的防護問題進行進一步深入研究。方法：作者首先對比分析研究了我國與國外高速鐵路供電系統(tǒng)的雷電防護體系不同之處，提出了我國高速鐵路供電系統(tǒng)既有防雷體系的缺陷，然后利用電氣幾何模型和實測數(shù)據(jù)分析（以京滬高鐵為例）研究了無避雷線時高速鐵路AT供電系統(tǒng)的雷擊特性，最后通過對比計算與實際結(jié)果，分析了我國高速鐵路供電系統(tǒng)防雷體系的改進方式。結(jié)果：（1）當(dāng)高架橋平均高度為16 m時，直擊雷次數(shù)接近無高架橋時的2倍；（2）由于雷擊線路周邊引起的感應(yīng)過電壓可基本忽略，因此傳統(tǒng)的感應(yīng)雷防護方法基本無效；（3）無避雷線時，感應(yīng)雷引起的閃絡(luò)次數(shù)比直擊雷少得多，隨著高架橋高度的提高，直擊雷與感應(yīng)雷引起的絕緣子閃絡(luò)次數(shù)所占比例不斷提高；（4）相對于電力系統(tǒng)中的反擊雷防護，當(dāng)高速鐵路的高架橋高度為16 m且綜合接地系統(tǒng)沖擊接地電阻＜3.9 Ω時，感應(yīng)雷的危害已經(jīng)超過了反擊雷。結(jié)論：由于工況差異大、雷擊密度差異大，國外高鐵防雷體系難以借鑒，我國高速鐵路供電系統(tǒng)既有防雷體系存在如下缺陷：以高架橋為主的鐵路沿線直擊雷危害及防護考慮不足；對綜合接地系統(tǒng)的沖擊接地電阻考慮不足；對不同地區(qū)雷電防護要求的差異性考慮不足。由于避雷器殘壓過高、沿線接地電阻過大，導(dǎo)致目前的雷電防護體系實際防護效果并不佳，尤其是對直擊雷的防護，采用專用或兼用避雷線后對直擊雷的防護效果非常理想。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2013, 39(2): 399-406

入選年份：2016

基于3層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的變壓器綜合故障診斷

白翠粉，高文勝，金雷，等

摘要：目的：對變壓器進行故障診斷是及時發(fā)現(xiàn)并排除故障、保證變壓器良好運行的重要手段。已有變壓器故障診斷方法多是在分析異常征兆與故障模式因果關(guān)系的基礎(chǔ)上采用智能診斷算法進行故障模式診斷。變壓器的故障統(tǒng)計結(jié)果表明，大量故障都是由短路、雷擊、過負(fù)荷等不良工況引發(fā)的，在診斷過程中對運行經(jīng)歷加以考慮，診斷結(jié)果會更接近實際。通過分析變壓器不良工況、故障模式和異常征兆3者之間的因果關(guān)系，建立了基于3層貝葉斯（Bayes）網(wǎng)絡(luò)的綜合故障診斷方法，采用貝葉斯推理算法求取網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的狀態(tài)，推理結(jié)果包含變壓器當(dāng)前狀態(tài)下可能性最大的故障模式組合和其他未檢測的異常征兆的可能狀態(tài)，為下一步診斷試驗提供了重要依據(jù)。所得的故障模式組合包含了并發(fā)故障，能夠更加準(zhǔn)確反映變壓器當(dāng)前狀態(tài)。方法：不良工況、故障模式、異常征兆存在很強的因果對應(yīng)關(guān)系，在已有的故障模式與異常征兆關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合對不良工況與故障模式關(guān)系的分析，將有因果關(guān)系的信息之間用弧連接，建立3層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。然后將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點視為Leaky Noisy-Or節(jié)點，確定各個父節(jié)點和Leaky節(jié)點對子節(jié)點的貢獻概率，獲得3層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的條件概率表的獲得。最后，將變壓器故障診斷視為考慮并發(fā)故障模式的最大可能解釋問題，采用MATLAB貝葉斯工具箱中的聯(lián)合樹算法進行推理。結(jié)果：采用基于3層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法對單一、并發(fā)、綜合故障等實例進行分析。（1）單一故障診斷。已知變壓器三比值呈過熱特征，油中含水量、局部放電量、鐵心接地電流均在正常范圍內(nèi)，φ(CO)/φ(CO2)值也合格。經(jīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理后，得到的最大可能解釋是變壓器發(fā)生了分接開關(guān)及引線故障，與已有文獻研究結(jié)果一致。此外，所得到的最大可能解釋還指示繞組直流電阻的三相不平衡系數(shù)出現(xiàn)異常，為下一步準(zhǔn)確確定故障模式所要進行的診斷試驗提供了依據(jù)。（2）并發(fā)故障診斷。已知三比值編碼呈過熱性故障特征、φ(CO)/φ(CO2)、繞組直流電阻的三相不平衡系數(shù)出現(xiàn)異常，局部放電量合格。經(jīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理后，得到的最大可能解釋是變壓器同時發(fā)生了絕緣老化和分接開關(guān)及引線故障，與已有文獻研究結(jié)果基本一致。（3）含不良工況的綜合故障診斷。某廠變壓器事故前沒有發(fā)生出口短路，出口避雷器動作一次，油色譜三比值編碼為102，該變壓器的吸收比和極化指數(shù)、繞組直流電阻的三相不平衡系數(shù)、繞組變比偏差均在正常范圍內(nèi)。貝葉斯推理結(jié)果顯示，該變壓器出現(xiàn)了匝絕緣損傷與匝間短路，變壓器的局部放電量出現(xiàn)異常，與實際檢查結(jié)果相一致。若不考慮不良工況這一因素，則推理結(jié)果為懸浮放電，結(jié)果不準(zhǔn)確。結(jié)論：（1）通過分析不良工況故障模式與異常征兆之間的因果關(guān)系，針對現(xiàn)有的故障診斷方法缺少對不良工況這一因素的考慮，建立了3層Bayes網(wǎng)絡(luò)以反映三者之間的因果關(guān)系。運用Bayes網(wǎng)絡(luò)推理獲得變壓器可能的故障模式以及網(wǎng)絡(luò)中其他未知節(jié)點的狀態(tài)。（2）實例分析表明3層Bayes網(wǎng)絡(luò)推理結(jié)果包含了變壓器并發(fā)故障模式與對未檢測的異常征兆的評估，可使診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確，并為下一步診斷試驗提供依據(jù)。（3）建立的Bayes網(wǎng)絡(luò)診斷方式全面考慮異常征兆和不良工況與變壓器故障的關(guān)系，能得到符合實際情況的推理結(jié)果。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2013, 39(2): 330-335

入選年份：2016

考慮電動汽車充電站布局優(yōu)化的配電網(wǎng)規(guī)劃

杜愛虎，胡澤春，宋永華，等

摘要：目的：隨著電動汽車的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電動汽車充電將會引起配網(wǎng)負(fù)荷的增長并增加配網(wǎng)的投資與運行成本。為以較低成本滿足電動汽車的充電需求，亟需研究統(tǒng)一考慮充電站布局優(yōu)化和滿足傳統(tǒng)負(fù)荷增長的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃問題。分析電動汽車充電需求分布是研究充電站布局與配網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)工作，但卻面臨巨大挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的居民用電負(fù)荷相比，電動汽車充電負(fù)荷具有一定的特殊性：傳統(tǒng)的居民用電負(fù)荷接入電網(wǎng)的位置是固定的，而電動汽車可能在其運行區(qū)域內(nèi)的不同充電站位置接入電網(wǎng)。另外，不同于輸電網(wǎng)規(guī)劃，配電網(wǎng)實際運行中是輻射狀的。配電網(wǎng)規(guī)劃中需要考慮的安全運行約束也是基于輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的，因此在配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)考慮輻射狀約束。為此，在研究電動汽車的充電需求特性和配電網(wǎng)的輻射狀約束的基礎(chǔ)上，提出考慮電動汽車充電站布局優(yōu)化的配電網(wǎng)規(guī)劃模型。方法：首先，考慮電動汽車充電需求在時空分布上具有不確定性，提出以區(qū)域充電需求的形式合理地建模電動汽車充電負(fù)荷的方法。然后，提出嚴(yán)格的基于數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的配網(wǎng)輻射狀結(jié)構(gòu)約束，并證明了所提出的輻射狀約束是充分必要的。最后，基于上述工作，建立考慮充電站布局優(yōu)化的配電網(wǎng)規(guī)劃模型，在滿足規(guī)劃區(qū)域傳統(tǒng)負(fù)荷增長和該區(qū)域內(nèi)的充電需求以及電網(wǎng)運行要求的前提下，尋找將饋線擴容與新建、變電站的擴容、充電站的投建的容量分配均考慮在內(nèi)的最優(yōu)規(guī)劃方案，使包含變電站擴容投資、充電站投資與運行費用、饋線擴容投資與新建投資及所有饋線的運行費用在內(nèi)的總成本最小。結(jié)果：由考慮電動汽車充電站布局的配網(wǎng)規(guī)劃與不考慮電動汽車充電站布局的配網(wǎng)規(guī)劃對比可以看出，前者比后者給出的規(guī)劃方案節(jié)省了14%的總成本。將區(qū)域充電需求在充電站備選站址間的分配考慮在優(yōu)化模型中可有效減少包含充電站在內(nèi)的配電網(wǎng)的總投資與運行成本。由基于所提出的配網(wǎng)輻射狀約束的配網(wǎng)規(guī)劃與已發(fā)表文獻提出的配網(wǎng)輻射狀約束的配網(wǎng)規(guī)劃對比可以看出，所提出的配網(wǎng)輻射狀約束更加嚴(yán)格，所有算例均給出滿足輻射狀約束的解，由于即使使用載流能力最大的導(dǎo)線也不能滿足全部充電負(fù)荷集中于一個節(jié)點，因而需規(guī)劃多個充電站分布于不同節(jié)點以分?jǐn)偝潆娯?fù)荷；而已發(fā)表文獻給出的解并不滿足輻射狀約束，充電站選址過于集中，需形成環(huán)網(wǎng)以分?jǐn)偝潆娯?fù)荷。結(jié)論：將充電站布局優(yōu)化考慮在配網(wǎng)規(guī)劃中可以有效降低總的投資與運行成本；新的輻射狀約束是規(guī)劃方案為輻射狀網(wǎng)絡(luò)的充要條件。進一步的工作主要有2個方面：（1）將現(xiàn)有的單階段規(guī)劃模型推廣至多階段規(guī)劃模型，使之可以解決傳統(tǒng)負(fù)荷以及區(qū)域充電需求增長情況下的含充電站布局優(yōu)化的配網(wǎng)規(guī)劃問題；（2）將電動汽車用戶充電的便利性以充電成本的形式考慮在模型中，使規(guī)劃方案達(dá)到包含電網(wǎng)效益與充電效益的綜合效益最優(yōu)。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2011, 35(11): 35-42

入選年份：2016

納秒脈沖處理A375細(xì)胞裸鼠皮下移植瘤的療效評估

姚陳果，郭飛，董守龍，等

摘要：納秒脈沖電場可以誘發(fā)腫瘤細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生一系列變化，使其在臨床腫瘤治療中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。目前，受限于檢測評估手段，相關(guān)動物實驗研究尚不充分，需進一步從實驗角度驗證其有效性。將電場強度20 kV/cm、脈寬200 ns、重復(fù)頻率5 Hz、2000個ns脈沖作用于A375裸鼠皮下移植瘤，采用熒光活體成像方法定量研究ns脈沖的抑瘤效果，相機隨訪觀察局部疤痕的轉(zhuǎn)歸情況。本研究中，A375細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)于RPMI-1640培養(yǎng)基（含體積分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清）中，在二氧化碳體積分?jǐn)?shù)為5%、溫度37℃、飽和濕度條件下培養(yǎng)2～3 d傳代一次。用綠色熒光蛋白標(biāo)記A375細(xì)胞株，取對數(shù)期生長狀態(tài)良好的A375細(xì)胞按3×103細(xì)胞/孔接種于96孔板中，待細(xì)胞貼壁生長至50%融合時按著復(fù)感染指數(shù)為0、1、10、30、50、100進行細(xì)胞感染，72 h后轉(zhuǎn)移至50 mL無菌培養(yǎng)瓶中擴大培養(yǎng)常規(guī)傳代培養(yǎng)，取5×106個對數(shù)生長期的A375細(xì)胞置于100 μL磷酸緩沖液中，接種于裸鼠右側(cè)背部皮下，每天觀察接種局部瘤體變化、裸鼠精神、質(zhì)量變化。生長8 d后待瘤體直徑約為4～7 mm時用活體熒光儀檢測觀察皮下瘤熒光表達(dá)情況，并將熒光表達(dá)穩(wěn)定的裸鼠隨機分為對照組和處理組。將電場強度20 kV/cm、脈沖寬度200 ns、重復(fù)頻率5 Hz、脈沖次數(shù)2000個納秒脈沖作用于麻醉后的腫瘤組織，用活體成像技術(shù)觀察裸鼠體內(nèi)熒光表達(dá)情況；用數(shù)碼相機隨訪局部疤痕轉(zhuǎn)歸變化。最后采用統(tǒng)計學(xué)方法進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。從熒光顯微鏡觀察轉(zhuǎn)染后72 h和5 d的細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，感染后72 h可見綠色熒光蛋白表達(dá)，5 d時熒光強而穩(wěn)定，轉(zhuǎn)染后25 d綠色熒光蛋白表達(dá)穩(wěn)定且不隨細(xì)胞傳代而衰減，完全滿足后續(xù)腫瘤細(xì)胞示蹤觀察實驗的要求。當(dāng)A375-GFP細(xì)胞接種8 d后，裸鼠皮下瘤直徑約4～7 mm，成瘤率100%，且在小動物活體成像儀下觀察見綠色熒光較強。將建模成功的10只裸鼠隨機分配到處理組和對照組，經(jīng)過nsPEF處理。結(jié)果表明：與對照組熒光逐漸增強相比，處理組熒光強度不斷降低（P＜0.05），且在第2次處理后48 h熒光幾乎全部消失，至14 d時熒光完全消失。裸鼠熒光強度值的統(tǒng)計結(jié)果表示，對照組裸鼠熒光強度不斷增加，至第2次處理后48 h時死亡；而處理組熒光強度持續(xù)降低，并于第2次處理后48 h接近0，隨后的時間內(nèi)，處理組熒光全部消失，裸鼠健康存活。經(jīng)ns脈沖處理2次后，局部治療區(qū)域出現(xiàn)結(jié)痂，并于第2次處理后2周內(nèi)脫落，新生的皮膚與周圍皮膚稍有不同。隨時間推移，局部疤痕逐漸變淺并逐漸消失。將ns脈沖（電場強度20 kV/cm、脈寬200 ns、重復(fù)頻率5 Hz、2000個脈沖）作用于A375裸鼠皮下移植瘤，采用熒光活體成像方法定量研究ns脈沖的抑瘤效果；相機隨訪觀察局部疤痕的轉(zhuǎn)歸情況：（1）經(jīng)過ns脈沖電場處理后，局部腫瘤組織完全被切除，且無復(fù)發(fā)。（2）ns脈沖電場處理后22 d，治療出皮膚上的傷疤完全轉(zhuǎn)歸并長出新生組織。（3）ns脈沖同時可以應(yīng)用于淺表異物無損傷切除等領(lǐng)域。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2013, 39(1): 117-121

入選年份：2016

柔性直流輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析

馬為民，吳方劼，楊一鳴，等

摘要：目的：在柔性直流輸電技術(shù)的長期探索和發(fā)展中，技術(shù)不斷革新，理論日臻完善，工程經(jīng)驗不斷積累。在世界范圍內(nèi)，歐美地區(qū)建成了數(shù)十條不同技術(shù)路線的柔性直流輸電工程。在我國，該技術(shù)經(jīng)過多年扎實的理論研究及工程實踐經(jīng)驗，近幾年示范工程的興建如雨后春筍般涌現(xiàn)出來?？偨Y(jié)了國內(nèi)外柔性直流輸電的典型工程及技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，為我國柔性直流技術(shù)的普及和工程應(yīng)用提供參考。方法：通過梳理柔性直流輸電的原理、結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點以及工程應(yīng)用經(jīng)驗，系統(tǒng)總結(jié)了柔性直流輸電技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢及局限性，并詳細(xì)分析了其適用范圍。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我國能源發(fā)展戰(zhàn)略和電網(wǎng)發(fā)展中遇到的問題，對柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域以及未來電網(wǎng)的發(fā)展方向提出了一些具有積極意義的設(shè)想和建議。結(jié)果：從柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展梳理及特點分析中可以看出（1）模塊化多電平換流器具有較好的擴展性。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不需要子模塊的同步觸發(fā)，開關(guān)頻率低，損耗小，較好的解決了柔性直流輸電的規(guī)模限制，成為了目前柔性直流輸電技術(shù)的主流。（2）柔性直流輸電換流站單極接線方案結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備制造容易，該方案在發(fā)生直流側(cè)短路故障后只能整體退出運行，所以適用于采用可用率高、可靠性高的直流輸電線路如電纜線路的直流輸電工程，以及容量較小的直流工程，如舟山多端柔直和南澳柔直項目；雙極對稱接線方案的可靠性有所提高，在未來電網(wǎng)長距離，大容量，高電壓等級的發(fā)展趨勢下，該技術(shù)將成為未來發(fā)展的主流，如卡普里維工程及剛進入建設(shè)階段的廈門柔直工程；另外LCC＋MMC混合雙極主接線方案既可解決單純LCC直流受端換相失敗的問題，又可改善純?nèi)嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)的直流側(cè)故障自清除問題，在未來工程可能得到應(yīng)用。（3）柔性直流輸電具有諸多優(yōu)點，例如不消耗無功，無須交流側(cè)提供無功功率，沒有換相失敗問題；諧波含量小，需要的濾波裝置少；有功和無功可獨立控制，可在四象限運行，還能向無源網(wǎng)絡(luò)供電以及占地面積小。因此在一些特定的場合，如長距離的跨海電纜送電、擁擠的城市供電、遠(yuǎn)距離向弱交流系統(tǒng)供電等得到比較多的應(yīng)用。同時由于它在功率反向時改變電流方向而電壓極性不變，對于未來可能建設(shè)的直流電網(wǎng)是一種很好的解決方案。（4）目前受到電壓源型換流器件的工藝及參數(shù)水平、電纜電壓等級限制、工作機制，以及線路故障后恢復(fù)慢等限制，柔性直流輸電仍然有許多局限性，例如控制系統(tǒng)要求高、輸送容量有限、單位輸送容量成本高、故障承受能力和可靠性較低、損耗較大以及電纜輸電距離較短。因此目前還不能很好的應(yīng)用于高電壓、大容量、長距離送電，但這必將是柔性直流輸電的一個重要發(fā)展方向。結(jié)論：結(jié)合柔性直流輸電技術(shù)的優(yōu)點，目前，該技術(shù)在交直流混合電網(wǎng)、可再生能源等分布式電源并網(wǎng)以及向弱系統(tǒng)或孤島供電等方面都可以得到廣泛的應(yīng)用。未來隨著電力電子器件、計算機控制等技術(shù)的不斷發(fā)展，柔性直流輸電的輸送容量、電壓等級將不斷提高，系統(tǒng)損耗和成本將逐漸下降，再加上我國能源戰(zhàn)略和能源結(jié)構(gòu)的有序調(diào)整和完善，以及國內(nèi)外工程運行經(jīng)驗的不斷積累，柔性直流輸電必將會在更廣闊的領(lǐng)域得到更全面的應(yīng)用。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2014, 40(8): 2429-2439

入選年份：2016

孤立微網(wǎng)的多目標(biāo)能量管理

江渝，黃敏，毛安，等

摘要：蓄電池和超級電容的特性互補，由它們構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)（hybrid energy storage system，HESS）性能優(yōu)良，它為微網(wǎng)的優(yōu)化運行提供了條件。建立基于HESS微網(wǎng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型，它將同時優(yōu)化微網(wǎng)中發(fā)電單元的成本，污染氣體排放治理的成本和HESS的成本。HESS的成本包含了投資成本和運行維護成本。同時，該模型根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的特征設(shè)置約束條件，除了傳統(tǒng)的功率平衡和發(fā)電單元極限輸出功率外，還考慮了發(fā)電單元功率輸出功率速度（爬坡約束）。另外，將HESS設(shè)計為具有正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量的系統(tǒng)，以減小可再生能源出力隨機性對微網(wǎng)的影響。為多目標(biāo)能量管理控制結(jié)構(gòu)圖。它利用模糊控制，確定超級電容和蓄電池的充電功率/放電功率，然后再利用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法（multi-objective particle swarm optimization，MOPSO），優(yōu)化微網(wǎng)中燃料電池、柴油發(fā)電機和微型燃汽輪機的輸出功率PFC、PED和PMT，實現(xiàn)微網(wǎng)的優(yōu)化運行。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測值和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的預(yù)測值確定微網(wǎng)凈負(fù)荷預(yù)測值DNL；根據(jù)當(dāng)前時段和下一時段凈負(fù)荷預(yù)測值DNL，t、DNL，t＋1，根據(jù)上一時段儲電池的荷電狀態(tài)SOCB，t－1和超級電容的荷電狀態(tài)SOCC，t－1，采用模糊控制方法確定當(dāng)前時段儲電池和超級電容的充放電系數(shù)。根據(jù)充放電系數(shù)確定當(dāng)前時段儲電池和超級電容的充電功率和放電功率從而確定蓄電池和超級電容的工作狀態(tài)。確定原則為：對系統(tǒng)的凈負(fù)荷進行削峰填谷；蓄電池主要對凈負(fù)荷功率的長期穩(wěn)態(tài)波動進行電力調(diào)峰，超級電容主要用來平抑凈負(fù)荷的短時功率波動，從而減少蓄電池的充放電次數(shù)和配置容量，延長蓄電池使用壽命，最終降低HESS成本。因此模糊控制規(guī)則的主要思想為：對于蓄電池，在凈負(fù)荷高峰到來之前，以盡可能慢的速度充電達(dá)到最大荷電狀態(tài)，超級電容始終遵循優(yōu)先充放電原則。為對應(yīng)的隸屬函數(shù)。其中Tt為時間，MR、MD和N分別表示早上、中午和晚上；VL、L、M、S和VS分別表示非常大、大、中等、小和非常小；NL、NM和NS分別表示負(fù)的大、負(fù)的中和負(fù)的??；ZE為零；PS、PM和PL分別表示正的小、正的中和正的大。確定了蓄電池和超級電容的狀態(tài)后，再利用基于g-best自適應(yīng)選取策略的多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法（MOPSO based on global best position adaptiveselection strategies，MOPSO-GA）優(yōu)化微網(wǎng)狀態(tài)，確定PFC、PDE和PMT。在MOPSO中，全局最優(yōu)位置（global best，g-best）的選擇對算法的收斂性和多樣性有很大的影響，Sigma法是目前普遍采用的g-best的選擇方法。但在Sigma法中，檔案中部分粒子可能被過多地選擇為g-best從而導(dǎo)致算法早熟或局部收斂。在MOPSO-GA中，外部檔案成員則根據(jù)其擁擠距離確定其作為g-best的上限次數(shù)，并從種群中選擇與其Sigma值歐式距離最小的粒子，從而避免了檔案中部分粒子過多地被選為g-best，有利于算法收斂于全局最優(yōu)解。為粒子分布不均勻時分別采用Sigma方法和g-best自適應(yīng)選取策略為粒子確定g-best的結(jié)果，g-best自適應(yīng)選取策略可以使粒子均勻快速的朝Pareto前沿飛行。斷開與主網(wǎng)連接的開關(guān)，并對該微網(wǎng)進行仿真分析。微網(wǎng)中的光伏電池容量（photovoltaic，PV）100 kW，風(fēng)機容量（wind turbine，WT）150 kW；另外還包含燃料電池（fuel cell，F(xiàn)C）、微型燃?xì)廨啓C（micro-turbine，MT）和柴油發(fā)電機（diesel engine，DE）等DG，以及混合儲能系統(tǒng)HESS。儲能系統(tǒng)和各DG信息中的LOAD為微網(wǎng)日負(fù)荷需求，Pload為凈負(fù)荷，PV和WT分別為光伏裝置和風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電功率。由于可再生能源的波動性，導(dǎo)致Pload大幅度波動，且Pload的最大值大于系統(tǒng)DG最大出力之和。為了分析HESS的經(jīng)濟性和MOPSO-GA算法的有效性，考慮以下3種實驗方案：方案1采用本文提出的含混合儲能系統(tǒng)的孤立微網(wǎng)多目標(biāo)能量管理模型進行優(yōu)化。方案2相對于方案1，儲能系統(tǒng)采用BESS，其余設(shè)置不變，進行優(yōu)化。方案3相對于方案1，多目標(biāo)優(yōu)化算法采用NSGAⅡ，其余不變。對方案1的仿真結(jié)果顯示，其中PBat和PSC分別為蓄電池和超級電容的充放電功率；SOCB和SOCC為蓄電池和超級電容的荷電狀態(tài)。凈負(fù)荷出現(xiàn)短時大功率波動時，僅超級電容充放電，實現(xiàn)削峰填谷，滿足負(fù)載需求。蓄電池在凈負(fù)荷低谷期間充電，晚高峰期間放電，在調(diào)度周期內(nèi)蓄電池只循環(huán)充放電1次。對方案2的仿真結(jié)果，蓄電池在調(diào)度周期內(nèi)循環(huán)充放電4次。HESS能有效減小蓄電池的充放電次數(shù)，這將大大延長蓄電池的使用壽命。HESS的等年值投資成本將低于BESS。因此，采用HESS微網(wǎng)的經(jīng)濟性和環(huán)保性都優(yōu)于采用BESS的微網(wǎng)。為MOPSO-GA和目前廣泛采用的NSGAⅡ的比較結(jié)果。MOPSO-GA的Pareto前沿明顯支配NSGAⅡ的Pareto前沿，并且NSGAⅡ搜索到的Pareto前沿范圍只是MOPSO-GA搜索到的Pareto前沿的一部分，此外，在MOPSO-GA的Pareto前沿中，非支配解分布非常均勻。因此MOPSO-GA具有更好的收斂性和多樣性。微網(wǎng)儲能系統(tǒng)為HESS時的優(yōu)化結(jié)果，其中PHB為HESS總的輸出功率，為發(fā)電成本最優(yōu)的極端解，為污染物排放成本最優(yōu)的極端解，為最優(yōu)折中解。提出了含混合儲能系統(tǒng)的孤立微網(wǎng)多目標(biāo)能量管理模型，以系統(tǒng)經(jīng)濟性和環(huán)保性作為優(yōu)化目標(biāo)，并考慮多種約束條件?；旌蟽δ芟到y(tǒng)由蓄電池和超級電容構(gòu)成，采用模糊控制和MOPSO-GA對模型進行求解，最后通過仿真實驗，驗證了所建立模型的有效性。通過與蓄電池儲能系統(tǒng)的對比，混合儲能系統(tǒng)減小了蓄電池的充放電次數(shù)，延長了使用壽命，并且提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)保性。通過與NSGAⅡ的對比，表明所提出的MOPSO-GA具有更好的收斂性和多樣性。

來源出版物：高電壓技術(shù), 2014, 40(11): 3519-3527

入選年份：2016