中国电气工程学报2020年第4期「电气工程及其自动化论文」

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中国电工技术学会主办的电气工程行业品牌技术期刊，关注实用工程技术、聚焦前沿发展。中国科学研究院电工研究所王秋良院士任《电气技术》主编，武汉大学电气工程学院唐炬院长任《电气技术》执行主编。

架空输电线路金具材料研究现状及发展

作者：党乐；郭金刚；崔亚茹；陈忠源；王栋

摘要：电力金具是架空输电线路重要的组成部件。随着我国经济不断发展及远距离输电线路规模的不断扩大,对金具的电气性能、机械性能、节能性及经济性提出了更高的要求。本文从基础理论出发,结合实际工程应用研究,首先介绍现有传统铸铁类金具及铝制金具的发展及应用现状;然后,对输电线路新型节能及高强度电力金具材料的研究进展进行综述;最后,对架空输电线路金具材料的未来发展趋势进行展望,以期为电力金具的选材及发展提供理论与应用基础,为提升输电线路的经济效益及安全稳定性提供科学指导。

基于模型预测控制的区域综合能源系统运行优化方法

作者：杨海涛；江晶晶；赵敏；赵锋；窦真兰

摘要：本文以上海世博园区B片区综合能源系统为研究对象,分析其现有运行策略在夏季和冬季典型工况下的运行效果。首先,针对现有运行策略的不足,结合模型预测控制（MPC）滚动优化方法构建区域综合能源系统运行优化的数学模型;其次,考虑冷、热、电负荷及可再生能源的实时特性,在滚动优化过程中引入动态调整模型,用于对调度策略的实时调节;最后,将优化模型应用于该区域综合能源中心,对现有机组的运行策略进行优化。通过运行优化,该园区B片区夏冬两季累积收益分别提高了27.4%和15.6%。

基于BP-QR模型的负荷区间预测

作者：陈轩伟

摘要：为了减少负荷预测中电网运行不确定因素产生的误差,本文结合BP神经网络与分位数回归（QR）算法,提出基于BP-QR模型的负荷区间预测方法,以气象因素与前一日用电负荷值作输入,实现当日负荷区间预测。实验结果表明,该模型能准确反映用电负荷的波动趋势,可实现任意置信水平下的区间预测,为电力调度提供参考信息。

一种变频变压的双频注入绝缘监测方法

作者：刘建辉；曾铁军；王新林

摘要：核反应堆电加热工程环境下的高温、大电流、加热损耗导致的单相绝缘故障是IT系统的主要故障形式,本文分析发生单相绝缘故障的两种情形：①故障支路绝缘电阻偏大时导致总注入源回路电流偏小;②故障支路分布电容过大导致支路阻性电流偏小。

基于这两种情形产生的误差,本文总结双频法检测绝缘电阻的基本原理,并在利用双相锁相放大技术提取微弱信号的基础上,提出一种变频变压的双频注入绝缘监测方法。通过在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,经多次仿真试验表明,绝缘电阻在2~500kΩ、500kΩ~3MΩ 时误差分别控制在5%、10%以内,验证了该方法在理论上的可行性。

基于Adam优化算法和长短期记忆神经网络的锂离子电池荷电状态估计方法

作者：潘锦业；王苗苗；阚威；高永峰

摘要：锂离子电池是电动汽车、无人机及电力电子设备的储能系统组件,对其进行准确的荷电状态（SOC）估计对于正确决策、安全控制和维护具有重要意义。针对锂离子电池SOC估计问题,本文采用长短期记忆（LSTM）神经网络搭建锂离子电池SOC估计模型,将电池电压、电流、温度作为输入,建立多层LSTM预测模型,采用Adam优化算法与Dropout正则化方法完成LSTM模型的训练。测试结果表明,在模型训练过程中加入Adam优化算法与Dropout正则化方法,使模型对实验数据集的非线性和初始荷电状态的不确定性具有鲁棒性。

风电场自动电压控制中风机和静止无功发生器的无功分配研究

作者：朱建华；何卓林；闫伟军；姜继琛；杨海峰

摘要：自动电压控制（AVC）系统的投入对保证风电场的电压稳定有重要作用,现有研究对风电场的自动电压控制无功分配策略缺乏深入分析。本文在现有自动电压控制无功分配模式的基础上,采用含有静止无功发生器（SVG）和风力发电机的小干扰模型,分析自动电压控制无功分配策略对风电场稳定性的影响。该方法计及自动电压控制系统中无功分配模式对风电动态稳定性的影响,可指导实际生产。通过对某实际风力发电机的算例分析,验证了方法的有效性。

多负载磁耦合谐振无线电能传输系统功效分析与优化

作者：陈晓平；刘岩

摘要：为了解决磁耦合谐振无线电能传输（WPT）系统在多负载情况下系统效率低、功率分配不均的问题,本文建立多负载系统的等效电路模型并进行理论推导,分析系统各负载两端电压对功率、效率的影响,提出一种能够同时实现功率分配和效率最大化的数值优化方法。

首先通过对等效电路的分析确定系统总效率表达式,并以此作为目标函数;再以系统各接收端额定功率作为约束,通过粒子群优化算法（PSO）搜寻效率最大值;最后通过搭建仿真模型验证该控制方法的优越性。

基于虚拟领导者一致性的大规模微电网智能协同分层控制

作者：宫晶赢；丁惜瀛；毕明涛

摘要：针对微电网布局分散、难以集中协调控制,且运行期间母线电压存在严重脆弱性的问题,以微源并网逆变控制器作为智能体,以电能质量指标为一致性目标,构建微电网协同分层控制结构,底层采用下垂控制调节负荷变化引起的电压偏差,上层以逆变器输出电压为一致性目标,动态优化各微源的电压给定值,提高系统稳定性及母线电压控制精度。

针对弱电网状态下的电压波动与畸变问题,采用基于虚拟领导者的误差迭代一致性跟踪控制策略,提高弱电网状态下系统对非线性参数的自适应能力,实现并网电压的鲁棒控制。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台验证方法的有效性。

局部阴影下光热耦合发电系统的温差性能数值分析

作者：张维华；杨逸帆；赵兵兵；甄景龙；康迪

摘要：针对阴影遮挡光伏电池使其表面温度不均匀,导致光热耦合发电系统中的热电系统在吸热过程中存在温度不平衡、温差器件应力扩张的问题,本文利用有限元分析法分析光伏电池被阴影遮挡的面积分别为0.02m2、0.12m2、0.22m2时,光伏电池背面的120对P-N结温差器件的性能。

试验结果表明,温差器件的内阻不受光伏电池被遮挡面积和温度差的影响,开路电压随光伏电池被遮挡面积的增加和温度差的增大而近似线性增大,输出功率随着温度差的增大而增大,且在增大光伏电池被阴影遮挡的面积时,光热转换效率降低。

剩余电流互感器传变特性研究与优化设计

作者：曾晔；李春来；兰雄

摘要：通过分析剩余电流互感器的工作原理可知,比值差与相位差是产生误差的主要因素。通过公式解析,得出误差对灵敏度和平衡性的传变特性产生影响。考虑产品设计中器件参数值的影响,进一步通过实验对剩余电流互感器的物理特性进行优化,验证原理分析的结论,确定在不同条件下剩余电流互感器灵敏度和平衡性的传变特性。实验结果表明优化设计的合理性并据此设计了一个精度高达0.5级的剩余电流互感器。

柔性直流电网站间协调控制功能及稳控配合研究

作者：卢宇；姜崇学；汪楠楠；祝万

摘要：张北柔直电网工程是世界首个柔性直流电网试验示范工程,由于电力电子设备过载能力相对较弱,且单站容量可达直流电网容量的三分之一,为了保证直流电网的安全稳定运行,在张北柔直电网工程中配置了站间协调控制主机以实现四站之间的相互配合,确保在各种扰动情况下直流电网潮流和电压处于可控的工作状态,同时在站间协调控制主机中实现柔性直流电网功率传输极限能力的计算,为交直流混联运行时稳控系统切除新能源提供依据。

基于GOOSE通信技术的直流配电网分布式区域保护方法

作者：李辉；吴海；胡国；鲍柏舟

摘要：针对多端柔性直流配电网的故障快速识别、定位及隔离这一关键技术难题,利用配电网中相邻直流配电终端节点的故障识别特征信息,提出一种基于面向通用对象的变电站事件（GOOSE）等通信方式的直流配电网分布式区域保护方法,能够实现故障快速定位及隔离功能。

首先将复杂的直流配电网通过网格化分解成若干个有限区域单元,每个区域单元就是一个独立的故障预判区,然后提出一种依靠直流配电终端的GOOSE通信,在故障预判区内通过比较中心节点和边界节点配电终端的带方向电流状态值来实现故障定位,并通过直流断路器来隔离故障的保护策略。最后,在实时数字仿真系统中搭建三端柔性直流电网模型,仿真结果验证了该保护方案在不同直流故障和运行情况下的有效性和准确性。

大跨越输电线路巡检机器人系统的设计

作者：蔡光柱；杨振；郑鹏超

摘要：大跨越输电线路往往地处台风多发、振动强烈、盐渍严重等恶劣自然环境中,为解决大跨越输电线路日常无法人工巡检的难题,本文设计一款大跨越输电线路巡检机器人系统。

该巡检机器人本体通过越障装置可从塔头跨越到地线,进而沿地线开展巡检工作;两端塔头上安装有智能充电巢,可对机器人电池进行无线充电,解决机器人野外充电问题;RTK差分定位系统配合高精度行走码盘,可实现机器人厘米级别精确定位,提高了机器人图片、视频采集的准确率;通过4G模块,机器人可将自身状态、输电通道运行信息、图片、视频等传输到服务器远程监测平台,便于巡检人员远程实时查看线路运行是否正常。

该机器人有效降低了输电线路巡检人员的劳动强度和工作危险性,实现了大跨越输电线路的高精度自动化巡检。

基于D5000系统的带负荷试验自动校核方案研究

作者：欧阳智斌；吴笑天；徐新；陆飞

摘要：针对当前变电站带负荷试验依靠现场人员采样,操作繁琐、工作效率低的问题,本文设计开发基于D5000系统的带负荷试验自动校核平台。利用站内保护、测控等装置的采样信息,在主站各子系统内提取带负荷试验所需的电流和电压量,通过数据冗余提取保证用于校验的基准数据准确无误。自动校核平台能够实现电流相位、电流互感器（CT）电流比、极性和功角关系等内容的一键校核,并生成相量图。

现场应用表明,基于D5000系统的带负荷试验自动校核平台能够快速准确地完成带负荷试验的所有内容,可减少带负荷试验的时间、提高带负荷试验的工作效率,对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。

10kV长电缆空载线路合闸过程分析与应对策略

作者：张健

摘要：本文采用PSCAD仿真软件,对多种截面的长电缆线路空载合闸过程进行仿真分析,找出电缆线路空载合闸电流与电缆长度的关系,并仿真分析空载合闸电流的衰减过程。根据继电保护整定的基本原理,确定常用电缆线路配置电流速断保护的最大临界长度,给出长电缆线路保护配置的建议。根据10kV断路器、负荷开关等设备开断容性电流的能力,分析不同截面的电缆线路对应的长度,以及现有补偿方案的不足,当线路超过该长度时,需要对断路器或隔离手车等设备提出特殊订货要求。

一起110kV变压器保护异常跳闸事件的原因分析及防范措施

作者：刘耀云

摘要：本文对一起110kV变压器保护异常跳闸事件进行分析,给出事件的检查处理过程,在分析变压器保护非正常动作原因的基础上,提出继电保护设备运行维护中应注意的事项及应采取的措施,为变电站运维人员的继电保护装置检查与处理工作提供参考。

模块化多电平换流器子模块故障模拟方法

作者：邹毅军；魏明洋

摘要：控制保护装置作为柔性直流系统运行和故障时实现快速保护的关键设备,需要在投运前进行完整测试。现有测试手段是基于实时仿真平台的控制器在环测试,但由于模块化多电平换流器（MMC）子模块采用的是等效建模方式,这种测试方法不能详细模拟子模块的物理结构,因此无法有效模拟子模块故障,影响阀控功能的全面验证。为了解决上述问题,本文提出一种子模块故障模拟技术,该技术是在现有测试方法基础上加入故障模拟装置,能够实现子模块故障模拟,弥补现有测试方法的不足。最后实验室联调试验结果证明了所提方法的正确性和有效性。

10kV线路穿刺型避雷器安装配置方式实验与仿真研究

作者：梁开旺；冯珊

摘要：穿刺型避雷器是目前10kV架空线路使用数量最多的避雷器类型,其安装位置及安装密度直接影响线路的防雷效果。本文通过实验及仿真研究穿刺型避雷器的最优安装配置方式：结合P—15针式、PS—20柱式两种典型10kV线路绝缘子,开展雷电冲击放电实验工作,研究安装位置对放电路径的影响;基于ATP-EMTP软件建立感应雷过电压计算模型,分析不同避雷器安装密度下的感应雷耐雷水平变化情况。

研究结果表明,避雷器的穿刺电极中轴线到绝缘子中轴线的距离不得低于300mm,对应的避雷器外串联空气间隙宜调整为120mm。建议在安装避雷器的同时将绝缘子更换为PS—20柱式绝缘子,安装密度以隔基安装三相为宜。实际线路运行效果验证了仿真结论,按照上述原则改造后的线路实际雷击跳闸率下降75%左右。