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2020年 第53卷 第3期    刊出日期：2020-03-05

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新能源电力系统源网荷储协调运行技术专栏

基于机器学习的集群式风光一体短期功率预测技术

崔杨, 陈正洪, 许沛华

2020, 53(3):  1-7.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907013

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针对区域风、光电站群的功率预测，由于各站建站时间不同、单站预报精度残次不齐，导致传统的单站功率累加法预测精度和运行效率不高的问题，采用基于机器学习的二分K均值聚类算法分别对区域内的风电场和光伏电站群进行合理划分，结合区域内各电站历史功率数据及区域总历史功率数据的相关性，选取出各区域的代表电站。在对数值预报要素进行优化订正后，采用BP神经网络法建立基于风电场和光伏电站集群划分的短期功率预测框架模型。结果表明：采用该方法的集群式风电和光伏短期功率预测准确率高于或接近于传统单站累加的预测精度，且该方法在保证预测精度的同时，能够显著提高建模效率。

含可再生能源的电力系统周优化运行策略

赵书强, 陈佳君, 李志伟, 董凌

2020, 53(3):  8-17,51.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201910035

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为协调各机组月度合约电量的完成，研究并建立包含风、光、梯级水电和火电的多源混合电力系统周优化调度模型，提出含月合约电量分解、周优化调度和日前优化调度的滚动协调调度模式，分析影响周优化调度的来水因素和滚动模式因素。算例结果表明，在蓄水期来水较丰时，引入周优化调度可以合理分配梯级水电站的水资源，提高梯级水电站综合运行效益，协调各机组月度合约电量的完成。

基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越控制策略

杨春波, 王晶晶, 康鹏, 曾琳枫, 郑峰

2020, 53(3):  18-27,58.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201911060

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针对两级光伏发电系统在电网电压跌落时，易出现并网逆变器直流侧过电压和交流侧过电流的问题，提出一种基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越（low voltage ride through，LVRT）控制策略。首先，该策略通过模型电流预测控制，使逆变器并网电流在对称与不对称故障情况下均可快速跟随参考指令，且输出设定的对称电流，解决交流侧过电流问题。其次，基于并网点（point of common coupling，PCC）电压的跌落程度及自适应非最大功率跟踪（non maximum power point tracking，Non-MPPT）算法，调节前级Boost变换器占空比，进而降低光伏阵列输出功率，抑制故障过程中并网逆变器交、直两侧功率失衡而导致的直流侧母线过电压，并通过引入直流电压反馈项，消除不对称故障时直流电压二次谐波分量。最后，通过Matlab/Simulink仿真系统，验证所提控制算法的正确性与有效性。

特高压近区风电汇集地区次同步振荡特征及防控措施

王胜利, 许刚

2020, 53(3):  28-34,65.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201911070

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特高压近区的新能源汇集区域中，广泛使用的电力电子设备容易产生大量次同步谐波，引发电力系统次同步振荡现象。以新疆哈密±800 kV特高压近区的风电集中接入地区次同步案例为切入点，开展振荡特征和振荡关联因素分析，提出次同步振荡监测、控制、抑制3项措施。经实际应用表明，监测及控制系统可有效监控振荡发生，并抑制直流近区风电汇集区域的次同步振荡发生，提高电网的运行可靠性。

电网

输电通道移动巡视管控系统构建

张磊, 姜志博, 王海涛, 陶汉涛, 王钊, 吴大伟, 陈玥

2020, 53(3):  35-42.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201905094

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输电线路所处地理环境错综复杂，维护难度大。为有效利用巡线资源、统一工作方式、规范管理模式，通过收集电力系统输电通道日常巡视需求，整理了输电通道巡视内容，研究了一套安全可靠的输电通道巡视管控方案，并依据此方案构建了输电通道移动巡视管控系统平台，利用移动终端及互联网技术实现巡视数据的有效整合及实时展示，依托广阔的巡线资源为电力系统各运维管理单位提供输电通道巡视管控服务。该系统平台已部署在位于武汉南瑞的国网雷电监测预警中心，并成功服务于三大直流巡视管控业务，积累了大量有效巡视数据，为输电通道巡视管理提供可靠技术支撑。

同步调相机对分层接入特高压直流输电系统的暂态过电压抑制作用研究

乔丽, 王航, 谢剑, 郭春义

2020, 53(3):  43-51.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201910021

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目前已有特高压直流工程采用分层接入方式，同时随着新能源发电占比的提高，送端电网面临着暂态过电压的问题，同步调相机可以抑制过电压，有必要深入研究同步调相机对分层接入特高压直流输电系统暂态过电压的抑制效果。建立了含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统模型，理论分析了同步调相机对暂态过电压的抑制机理，针对降功率运行、双极运行双极闭锁、双极运行单极闭锁和高低端换流器同时换相失败4种不同工况，研究了不同台数同步调相机对暂态过电压的作用效果，最后提出了基于暂态过电压的短路比增量指标，定量评估了同步调相机对暂态过电压的作用效果。结果表明所提指标可有效定量评估同步调相机抑制暂态过电压的作用效果，当分层接入特高压直流输电系统整流侧交流系统短路比在3~8变化，投入1台同步调相机后整流侧交流系统基于暂态过电压的短路比增量为0.106~0.396，投入2台同步调相机后基于暂态过电压的短路比增量为0.251~0.788，因此，投入同步调相机可等效提高交流系统短路比，有效抑制送端暂态过电压。

配网三相不平衡调节的换相算法

李永霞, 龚宇雷, 郭修宵, 赵燕燕

2020, 53(3):  52-58.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201901104

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针对低压配电网存在的三相不平衡问题，目前比较得到认可的解决方案是采用自动换相系统来实现。这种系统由智能换相终端和换相开关单元组成。在换相开关中，选用磁保持继电器与双向晶闸管并联的复合开关作为换相开关的执行机构，在投入和切除的瞬间由晶闸管承担过零投切，然后由磁保持继电器接通运行。双向晶闸管的触发一般采用硬件监测电网线电压过零点的方式，易受电网谐波影响，不能准确检测电网自然换相点，不能实现特定相位触发晶闸管。通过采用软件监测电网电压相位的方法，选用合理的换相算法来实现三相不平衡的调节，有效地防止了对负载和电网的冲击，提高了晶闸管触发的可靠性。实验结果的验证分析表明，所提出的算法在解决三相不平衡、提高电能质量方面具有可行性。

基于冲击负荷注入的电力系统混合动态仿真方法

张艳军, 刘佳琦, 高凯, 张建, 周在彦, 姜赫

2020, 53(3):  59-65.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201904095

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混合动态仿真是实现电力系统动态仿真验证的重要方法。提出的混合动态仿真方法将包含恒定功率与冲击功率的实测数据直接注入仿真子系统，实现子系统间解耦。该方法避免了对外部系统动态等值可能引入的仿真误差，依托商用软件PSASP提供的负荷模型及固有的冲击扰动模块，简单易实现，避免了采用用户程序接口/自定义接口（UPI/UD）语言编写接口程序，实用性较强。以IEEE 10机39节点测试系统和某省级电网算例，验证了该方法的有效性。

基于全成本电价的电网规划方案评估与优选

何凯, 王剑晓, 王佳伟, 李强, 王尧, 邢亚虹, 钟海旺

2020, 53(3):  66-75.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201908030

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针对电网企业在新电改形势下面临的实际挑战和迫切需求，基于传统节点电价机制，分别采用潮流追踪法和邮票法分摊电网建设成本和运维成本，提出了一种计及电网建设成本与运维成本的全成本电价模型。基于全成本电价模型提出了兼顾安全性与经济性的电网规划方案评估流程，并采用IEEE 14和IEEE 33节点系统验证了所提方法的有效性。算例结果表明，所提全成本电价模型能够在纵向实现不同电压等级线路规划方案的评估，在横向实现不同配网投资项目的组合优选，可为电网公司在新电改背景下的投资规划提供量化分析方法和辅助决策工具。

微地形环境下输电线路微气象分析与预测技术

李隆基, 郗晓光, 李志坚, 王晓光, 文清丰, 李琪冉, 周恺, 刘勇, 姚俊韬

2020, 53(3):  76-83.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907161

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为了研究微地形区域输电线路运行的气象情况，在小气候理论基础上，以华北地区处于典型微地形区域的3条输电线路、且历史上发生过由极端天气引发的输电线路事故为例，分析了山区微地形导致的微气象形成机理，并利用多元回归分析方法建立了微地形气象因子与宏观大气参数之间的回归预测模型。研究结果表明，该方法可以从定量角度揭示微气象参数之间的关系，能够对微地形区域输电线路运行的微气象参数情况进行分析与预测，为建立输电线路电气可靠性实时评估与预警系统奠定基础。

特高压交直流并行输电线路混合电场分布

方书博, 冯智慧, 张广洲, 姚德贵, 李牧

2020, 53(3):  84-90.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201808019

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为了降低交直流并行线路混合电场在输电走廊附近民房及金属支架上产生的静电感应影响，在交直流线路并行区域民房平台上搭建平行于线路的屏蔽线，分别测量了平行线路方向的工频电场和直流合成场分布，分析了屏蔽线架设高度、根数等对线路混合电场的屏蔽效果。在并行区域地面搭建了葡萄架模型，测量了不同网架结构的感应电压分布。结果表明，架设屏蔽线能够有效改善导线下方空间混合电场且存在最佳屏蔽方式，葡萄架感应电压受架设方式和长度的影响较大，最大感应电压对人体无电击刺痛感。

中压配电网的高可靠性接线模式综合评估方法

韩俊, 谢珍建, 耿路, 秦华, 陈曦, 王娜

2020, 53(3):  91-100.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201809127

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为解决高可靠性地区的中压配电网接线模式在规划设计时评价指标多样、没有统一标准的问题，针对中压配电网的高可靠性接线模式综合评估方法展开研究。首先，从可靠性、经济性、技术性和适应性4个方面构建了高可靠性接线模式的综合评估指标体系；其次，采用DEMATEL-ANP-反熵权法和改进灰色关联度法确定各评估因素的权重；接着，采用多项式差值法构成高可靠性接线模式的指标评分函数；最后，结合江苏某A类区域高可靠性改造工程，对单环网接线、双环网接线、花瓣形接线和含柔直合环的三路同供接线模式进行综合评估和比较分析，研究结果表明含柔直合环的三路同供接线模式的可靠性、适用性较高，最终综合评分较高，符合工程实际，验证了综合评估方法的可行性和有效性。

基于分层马尔可夫的可修复稳定控制系统可靠性分析

郄朝辉, 李威, 崔晓丹, 刘福锁

2020, 53(3):  101-109.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201805154

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目前稳定控制系统（简称稳控系统）的可靠性建模分析尚属空白。为健全和完善稳控系统的设计、架构和运维，建立稳控系统的可靠性分析模型十分必要。通过功能结构分析，稳控系统具备多串联系统冗余配置和多系统表决的结构特点。稳控系统结构复杂、装置数目多，因此马尔可夫建模方法状态空间数量较大，无法直接建模计算求解。结合稳控系统结构特点，通过分层马尔可夫的概率映射方法，大大降低了状态空间数量和计算量，实现了稳控系统可靠性的分析计算。根据稳控系统的可靠性建模计算方法，对某典型稳控系统建立了详细的状态模型，该模型考虑了稳控系统装置的自检、检修、隐形故障和冗余配置等因素。根据稳控系统的可靠性分析，设备检修安排不合理可能降低系统可靠性，突破了检修提高系统可靠性的认知。

锁相环的动态性能及对线路保护的影响分析

汪冬辉, 方芳, 吕文韬, 罗华峰, 杨涛, 戚宣威

2020, 53(3):  110-118.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201806026

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大规模并网的可再生能源网侧变流器多采用恒功率控制，控制系统中的锁相环决定了端口电压频率。锁相环基于正常运行工况设计，一般不考虑电网故障时的特性。针对锁相环的动态性能，研究了锁相环的结构，分析了电网不平衡、电压信号频率变化以及多阶信号输入条件下的特性，构建了一个40台风机的风电场等效模型，分析了锁相环性能对线路保护的影响。结果发现风电场规模增大后，差动保护和距离保护都会不同程度地受到影响，而90°功率方向元件性能可靠。分析结果为大规模可再生能源并网送出线及附近联络线的线路保护的选型及整定提供参考。

发电

大型发电机及其机端外接元件单相接地故障定位

赵思腾, 桂林, 张琦雪, 王祥珩

2020, 53(3):  119-125.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201910051

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为了区分大型发电机及其机端外接元件的单相接地故障，提出了一种基于零序方向判别原理的定位方案，将发电机及其机端外接元件划分为发电机本体、励磁变高压绕组、高厂变高压绕组和剩余外接元件4个区域，采用排除法依次排查并确定故障位置。该定位方案的关键在于机端零序电流和励磁变/高厂变高压侧零序电流的测量，需要结合故障区域选择不同的电流互感器。采用现场故障案例对所提定位方案进行了验证，表明该方案能够实现发电机及其外接元件接地故障的准确定位，缩短了故障检修时间，保证了发电机及时恢复供电。该故障定位方法具有推广应用价值。

基于多目标粒子群算法的过热汽温自抗扰控制

牛海明, 于佼, 丁常富, 汪朝晖, 田彬

2020, 53(3):  126-133.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201908096

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针对火电机组过热汽温存在大惯性、大时滞和非线性的动态特性，以及扰动因素作用下参数不易整定的问题，提出自抗扰控制-线性自抗扰控制（ADRC-LADRC）串级控制策略，即外回路应用非线性自抗扰减小超调量，内回路应用线性自抗扰对扰动快速响应并加以抑制，同时采用多目标粒子群算法对自抗扰串级回路中的参数进行整定。测试与工程应用表明：基于多目标粒子群算法整定参数的ADRC-LADRC控制策略具有较好的控制性能和抗干扰能力，能够快速响应扰动并跟踪设定值，维持过热汽温的稳定。

螺旋管式换热器吹扫阻力计算与试验研究

刘俊峰, 马晓珑, 李康, 陈光建, 朱英杰, 马喜强

2020, 53(3):  134-138,146.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907165

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对于传热管束直径较小、结构较复杂的螺旋管式换热器，使用常规方法清洁其内部管束效果较差。基于高温气冷堆蒸汽发生器的清洁问题，建立了螺旋管式换热器吹扫阻力计算模型，对蒸汽和压缩空气2种吹扫介质的吹扫效果进行分析比较。在计算结果的基础上，选择压缩空气作为吹扫介质并对其吹扫过程进行了试验验证。研究结果表明，采用压缩空气吹扫清洁度符合相关标准，采用蒸汽吹扫可能会引起管子膨胀不均，推荐首选压缩空气吹扫方式。

节能与环保

燃煤发电厂用水水平现状与展望

陆骏超, 陶雷行, 岳春妹, 陈睿, 刘志超, 王妍艳, 郑方栋, 万迪

2020, 53(3):  139-146.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907169

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通过对典型燃煤发电厂水平衡测试数据和高效节水工艺汇总，分析单位发电量取水量等用水经济性指标，评估发电厂用水水平。分析结果表明，取水量较低的电厂具有设计理念先进、管理水平高效、废水回用合理等特点。根据推算，燃煤发电厂（直流冷却）单位发电量取水量可以达到0.20 m³/（MW·h）以下。在冬季，采用烟气冷凝技术的1 000 MW等级机组的发电厂满负荷情况下能够产生80～90 m³/h的冷凝水量，这部分水在满足脱硫自身使用后还可回用至工业水系统。当全厂用水系统改造趋于合理时，“工业水零补水”技术指日可待。

催化氧化法脱除燃煤烟气中的单质汞

齐萌, 赵毅

2020, 53(3):  147-153,166.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201910092

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提出了一种超价金属化合物二过碘酸合铜（DPC）与过渡金属离子Ni（II）共建的液相催化氧化体系，可将烟气中难溶于水的气态单质汞（Hg⁰）转化为易溶于水的氧化态汞（Hg²⁺），之后利用湿式吸收设备去除。对影响脱汞效率的关键因素进行了实验研究，结果表明，Ni（II）对脱汞效率有较大促进作用，在最佳实验条件下（DPC为0.18 mmol/L，Ni（II）为4×10^-5mmol/L，反应温度为45 ℃，溶液pH为8.5），稳定的平均脱汞效率达到93.3%。烟气中的SO^2-尤其是在高浓度下，对脱汞效率影响较大，而NO对脱汞影响微弱。此外，通过对反应产物的分析，推测了反应体系中的活性支配物种及Ni（II）存在下的反应机理。此工作可为研发新型烟煤烟气脱汞技术，尤其是液相催化氧化脱汞技术提供参考。

欧盟火电厂二氧化碳排放在线监测系统质量保证体系对中国的启示

王霂晗, 朱林, 张晶杰, 杨帆

2020, 53(3):  154-158,176.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201911010

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从法规标准、数据质量要求、质量保证等方面总结梳理欧盟对火电厂在线监测二氧化碳的质量控制要求，对比分析中国现阶段在二氧化碳监测方法及法规标准方面的情况，对中国火电厂下一阶段利用连续排放监测系统（CEMS）开展二氧化碳实测法及建立完整的标准与监管体系提出了建议。

新能源

基于可再生能源的全球电气化路径与远景分析

洪博文, MIKETA Asami, GIELEN Dolf, RUSSO Daniel, JANEIRO Luis, BOSHELL Francisco, WAGNER Nicholas, TAIBI Emanuele

2020, 53(3):  159-166.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201902114

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为满足清洁能源转型的深度脱碳要求，描绘一幅基于可再生能源电气化的蓝图，全面阐述了基于可再生能源的电气化路径，分析其在工业、交通、建筑等部门面对的挑战，评估不同技术路径的应用前景和效益，提出政策、技术和市场方面的措施建议。研究结果表明，基于可再生能源的电气化路径不仅技术可行，同时也会产生重要的经济和社会效益。

促进风电消纳的发电权交易优化方法

徐昊亮, 靳攀润, 姜继恒, 鲁宗相, 乔颖

2020, 53(3):  167-176.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907189

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在可再生能源消纳问题凸显背景下，可再生能源电源尤其是风电与自备电厂间的发电权交易是一种降低弃能、促进消纳的积极尝试。但是目前缺乏对发电权交易机制促进可再生能源消纳效果的中长期评价与优化工具。提出了基于随机生产模拟的发电权交易促进风电消纳效果的快速定量评估方法。首先分析了发电权交易的执行方式并总结了影响其提升消纳效果的主要因素，构建了中长期弃风电量概率评估模型；然后探讨发电权交易对风电出力概率特性曲线的整形作用，并深入分析弃风改善效果与交易容量、启动交易风电理论功率、交易时间之间的关系，从而实现了对发电权交易关键参数的优化。最后通过算例仿真验证了所提算法在月、年时间尺度上进行快速优化与效果评估的有效性。

大型光伏电站快速无功控制系统研制及应用

李祖明, 徐光福, 陈俊, 王晨, 王健, 姜淼

2020, 53(3):  177-184.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201911101

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针对大型光伏电站AVC系统调节逆变器无功速度慢、可靠性差，难以满足光伏电站电压剧烈波动需要快速控制的现状，设计了一种基于GOOSE通信的快速无功控制系统，提出了分时快速控制方法及等裕度无功分配策略，并研制了快速无功控制器。试验结果表明，该系统达到了全站低于50 ms的电压/无功控制系统响应延时，可在一定程度上减少甚至替代SVG的配置，节约光伏电站的建设成本和设备占地。