中国电力

2023, 56(4): 0-0.

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适用于大规模纯新能源发电基地送出的混合式直流输电系统

徐文哲, 张哲任, 徐政

2023, 56(4): 17-27. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205044

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为满足大规模纯新能源发电基地送出需求，经过拓扑比选，选取在送端采用电网换相换流器（LCC）与模块化多电平换流器（MMC）混合级联拓扑、受端采用二极管-模块化多电平换流器（D-MMC）拓扑的混合式直流输电方案。其中，由整流站MMC提供送端交流电压支撑，并与LCC配合作为送出功率平衡中转站。随后，设计系统的基本控制和故障穿越策略，使系统能够稳定送出新能源功率且兼具经济性与故障穿越能力。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建±800 kV/5000 MW双极直流输电仿真模型，验证所提控制与故障穿越策略的有效性，结果表明：所选拓扑适用于大规模纯新能源发电基地送出场景。

风电直流送出系统送端交流故障下风机过电压研究

梁伟, 吴林林, 赖启平, 李东晟, 徐曼, 沈沉

2023, 56(4): 28-37. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212099

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当受端交流系统短路比较小时，送端交流系统故障扰动可能会引起逆变器换相失败并在直流送端交流母线处产生过电压现象。针对直流送端交流故障引起送端风电场并网点处过电压的机理和影响因素进行研究。首先，建立风电经特高压直流外送系统的电磁暂态模型；然后，分析不同送端故障下风电场和直流动态特性对风电场并网点处暂态电压影响的机理；最后，对影响风电场并网点暂态电压变化的因素进行分析和仿真验证。研究结果表明，风电场并网点处暂态电压的变化主要受直流整流站交流母线电压以及风电场功率恢复响应特性的影响；风电场容量、风速等因素在单一变化和不同组合下对风电场并网点电压的影响特性存在差异。

考虑MMC环流控制的海上风电经柔直送出系统阻抗塑造方法

杨舒婷, 陈新, 黄通, 魏麒璇

2023, 56(4): 38-45. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207084

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基于阻抗分析方法，以模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）环流控制为研究重点，对海上风电经柔直送出系统的稳定性影响展开深入研究。首先，采用谐波线性化的方法建立了柔直换流站与海上风电场的阻抗模型，进而推导了计及频率耦合效应的海上风电经柔直送出系统的阻抗模型。其次，基于阻抗稳定判据，揭示了环流控制对MMC阻抗及柔直送出系统稳定性的影响，进而提出了一种基于环流环节的MMC阻抗重塑控制方案。最后，通过RT-LAB硬件在环实时仿真系统，验证了稳定性分析结果的正确性和阻抗塑造方案的可行性。

基于RA-CNN和同步相量的风电场次/超同步振荡参数智能辨识方法

陆友文, 崔昊, 陈佳宁, 彭祥佳, 冯双, 刘栋

2023, 56(4): 46-55,67. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208068

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近年来风电并网比例大幅提高，由此引发的次/超同步振荡的发生概率也大大提高，严重威胁系统的安全稳定性。准确辨识次/超同步振荡参数是抑制振荡的基础，提出基于注意力机制的残差卷积神经网络的辨识方法。卷积神经网络的局部相关性和权值共享决定了其具有更强的特征学习和表达能力，通过结合注意力机制可以更准确地辨识振荡参数。同时，引入残差连接，用以解决深层卷积神经网络存在的梯度消失和网络退化问题。仿真结果表明：相较于传统方法，该方法不仅能在较短时间窗数据上完整地辨识次/超同步振荡的参数，且能规避传统方法因主观因素带来的辨识误差，降低振荡参数辨识的复杂度。

弱电网下改进LADRC抑制直驱风机次同步振荡研究

李博浩, 郭昆丽, 吕家君, 蔡维正, 刘璐豪, 刘凤仪, 郝翊帆

2023, 56(4): 56-67. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206135

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针对在弱电网下直驱风电机组引起的次同步振荡（subsynchronous oscillation，SSO)现象，提出基于一阶总扰动偏差控制的微分前馈线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection control，LADRC），采用全改进LADRC控制策略抑制SSO现象（“全”是指电压外环、电流内环以及 PLL 锁相环3个环节都采用相应的控制）。首先，建立直驱风电机组并网数学模型；其次，结合风电机组并网系统对改进LADRC控制器进行设计并对其进行特性分析，该控制器相较于传统LADRC，不仅减小系统的跟踪误差且抗干扰性能更强；最后，通过PSCAD/EMTDC仿真软件将本文策略与全PI、全传统LADRC进行仿真对比。结果表明：相较于全传统LADRC，本文方法在降低1.62%超调量的同时，缩短0.129 s系统调节时间，有效抑制SSO现象并且具有较好的适应性。

基于多源储能协同的交直流送端系统惯量优化控制模型

项颂, 苏鹏, 吴坚, 刘鑫, 马继涛

2023, 56(4): 68-76. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205065

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针对高比例新能源接入下的交直流送端系统惯性水平较低的问题，提出基于多源储能协同的交直流送端系统惯量优化控制方法。首先，考虑大规模新能源接入后会影响送端系统的能量平衡关系，建立含高比例风电的交直流送端系统潮流方程。其次，考虑弱送端系统惯量支撑不足的问题，提出一种电、热、气能源转换与存储设备的多源储能系统，分析多源储能协同下的系统惯量支撑特性。在此基础上，考虑送端系统频率稳定，提出基于多源储能协同的交直流送端系统惯量优化控制模型。最后，以北方某区域交直流送端系统为仿真算例，验证了所提模型的有效性。本文所提模型可为含大规模新能源的交直流系统的惯量稳定控制提供理论依据，实现交直流送端系统的安全稳定运行。

考虑风电场调控裕度的风火打捆直流外送系统无功电压紧急控制策略

周文俊, 曹毅, 李杰, 金涛, 陈文剑, 周霞

2023, 56(4): 77-87. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211016

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为抑制直流送端电网暂态过电压，充分发挥风电在风火打捆直流外送系统功率调节作用，提出了一种考虑风电场调控裕度的无功电压紧急控制策略。首先，分析换相失败故障下风火打捆系统电气量变化及故障引发直流送端过电压机理；其次，在遭遇换相失败故障后通过降低直流输送功率抑制直流系统连续换相失败，减少故障恢复期间系统无功需求，分析功率速降后系统无功潮流变化；再次，针对盈余无功导致送端暂态高压提出直流送端无功电压紧急控制策略，根据超短期预测风速对风电场无功裕度进行分配，针对不同情形设计具有多种工作模式的风机控制器；仿真结果表明：所提控制方法能够较好地解决风火打捆直流外送系统直流送端暂态过电压问题。

面向边缘计算的电力终端轻量级认证协议

杨晋祥, 彭勇刚, 蔡田田, 习伟, 邓清唐

2023, 56(4): 88-94. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204082

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边缘计算有效缓解了云平台的计算压力，降低网络带宽消耗，但也带来了新的安全问题，传统的认证机制不再适用于“云边端”网络架构，对此提出一种轻量级云边协同的双向身份认证协议，针对海量资源受限的电力终端，仅基于哈希与异或操作实现认证，减轻终端计算压力与带宽传输压力。利用安全协议与应用自动化验证工具（automated validation of internet security protocols and applications，AVISPA）以及安全特性分析验证协议的安全性，分析和仿真结果表明：所提协议可以抵抗重放攻击和仿冒攻击等，与同类型协议相比，具有更小的计算和通信开销。

高渗透光伏配电网第三方主体调压辅助服务补偿与获取

白晶, 金广厚, 孙鹤林, 胡楚樊, 赵晋泉, 陈天华

2023, 56(4): 95-103,111. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211037

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大量分布式光伏并网给配电网运行带来了诸多电压控制问题，需求侧灵活性资源参与调压可减少由此带来的弃光。在构建中国新型电力市场机制的背景下，提出了一种高渗透光伏配电网第三方主体调压辅助服务补偿机制与获取策略。分析了第三方主体的补偿范围，讨论了调压辅助服务补偿标准的形成方法。针对由高渗透光伏导致的配网调压困难场景，提出了由光伏发电商分摊调压辅助服务费用。在充分考虑电网侧调压设备能力的基础上，以光伏发电商弃电量损失和第三方主体调压补偿费用最小化为目标，建立了配电网日前调压辅助服务优化获取模型。算例分析表明：所提调压补偿和优化获取策略可在维持配电网安全运行的同时，兼顾光伏发电商和第三方主体的收益，实现多方共赢。

三端智能软开关运行控制模式切换技术

汪辉, 曹毅, 罗宁, 高华, 张彦, 张裕, 程浩忠

2023, 56(4): 104-111. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203028

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多馈线故障下，提出三端智能软开关（soft open point，SOP）运行控制模式切换技术。首先，结合三端SOP控制模式的内外环结构，提出了一种改进控制逻辑的控制模式切换策略；然后，为实现多馈线故障下SOP各工作模式间平稳过渡，提出了适用于多馈线故障下三端SOP的控制模式切换流程；接着，通过采用相角预同步策略，保证了失电馈线并网时相角的平滑性；最后，搭建了含三端SOP的配电系统模型，并进行仿真。仿真结果表明：所提的运行控制模式切换技术能减少直流侧最大电压波动，各端口电压和相角能够平稳过渡。

基于冗余卷积编解码器的变压器噪声抑制

辛全金, 李晓华, 杨义, 李俊聪, 夏能弘

2023, 56(4): 112-118. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203065

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变压器运行过程中产生的声信号是评估变压器运行状态以及变电站噪声水平的重要依据。提出一种基于冗余卷积编解码器网络（redundant convolutional encoder decoder，RCED）的变压器噪声抑制方法，利用短时傅立叶变换得到干净声信号和含噪声信号的时频特征，构建了变压器声信号降噪模型。通过对某换流站换流变压器的噪声信号进行测试验证，结果表明：所提模型具有较好的降噪效果，所提方法对于变压器声纹振动在线监测系统以及变电站噪声的准确检测具有参考意义。

适用于柔性直流的辅助功率补偿下垂控制

林金娇, 孔祥平, 王楚扬, 张秋玥, 郑俊超, 张犁

2023, 56(4): 119-129. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203039

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目前，多端柔性直流互联系统中的模块化多电平换流站广泛采用下垂控制策略，可根据下垂特性曲线自主调节电压和功率。但是，该策略难以应对诸如换流站潮流翻转、换流站退出运行等突发工况下直流侧电压的异常波动。为此，建立了基于下垂控制策略的换流站线性模型，表明下垂控制使换流站调节速度难以满足突发工况的需求；在此基础上，针对突发工况下直流侧电压突变问题，提出了一种基于辅助功率补偿的改进型下垂控制策略。相比传统下垂控制，该策略无须改变换流站控制参数，稳定性更好，反应速度更快，抑制电压波动能力更强，较好地优化了直流互联系统应对突发工况时的性能，并通过仿真验证了该策略的有效性。

基于代理模型加速的园区综合能源系统双目标滚动运行优化

胡筱曼, 田伟堃, 宋关羽, 于浩

2023, 56(4): 130-137,145. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205056

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高比例分布式能源的大量接入显著增加了园区综合能源系统运行的不确定性。同时，园区能源系统运行需要兼顾绿色、经济运行目标，成为典型的双目标优化问题。为此，提出了一种基于代理模型加速的园区综合能源系统双目标滚动优化调度算法。首先，以基于三角分解空间搜索的双目标优化算法为基础，利用代理模型对待搜索空间是否有解进行快速预判，有效提高了空间搜索优化效率；其次，进一步将代理模型加速的双目标优化方法应用于模型预测控制框架，在日内运行中根据不断更新的预测信息滚动优化双目标运行策略，提高了对源荷不确定性的应对能力；最后，以某实际园区综合能源系统为例，验证了所提方法的可行性和有效性。

考虑电热交互和共享储能的多综合能源系统运行优化

郭宴秀, 苏建军, 刘洋, 袁霜晨

2023, 56(4): 138-145. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203053

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随着综合能源系统（integrated energy systems，IES）的技术发展和共享储能系统的普及，区域内部多个IES将存在能量交互，形成区域多综合能源系统（multi-integrated energy system，MIES）。研究计及电能和热能交互的MIES运行优化，考虑接入共享储能调整IES间的能量交互量，对优化IES内部机组出力、降低系统整体的运行成本具有重要意义。首先，构建了IES的设备出力和共享储能模型，考虑MIES内部各IES之间以及与外部能源网进行的电/热能交互情况，建立了考虑电热交互和共享储能的MIES运行优化模型；其次，采用混合整数线性规划方法对模型求解；最后，以区域内3个IES互联构成的MIES为例，分析了考虑电热交互以及接入共享储能系统对MIES经济性的影响。

计及热媒流率和热损耗不确定性的综合能源系统优化调度

张涛, 刘伉, 陶然, 王清川, 黄明娟

2023, 56(4): 146-155. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204087

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针对综合能源系统中多种能源耦合以及不同能源的异质性，首先，利用流量分段法构建了更为精确的近似供热管道模型，并结合建筑的储热特性，共同构建了考虑2类热惯性的热力系统模型；其次，研究热能在调度过程中的特点，对2类不确定量进行描述；然后，利用信息间隙决策理论（information gap decision theory，IGDT），建立了鲁棒优化模型和机会优化模型，并引入非支配遗传算法（NSGA-II）对多目标模型进行求解；最后用44节点供热网络系统进行仿真，结果表明：该方法可有效量化热媒流率和热损耗的不确定性对调度运行的影响，提升了系统运行的经济性。

面向投资收益的综合能源系统鲁棒优化配置规划

梁涛, 尹晓东, 刘亚祥

2023, 56(4): 156-166. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205043

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合理优化综合能源系统容量配置是提高其投资收益和实现能源高效利用的基础。针对综合能源系统规划中风光出力及用能负荷不确定性对成本与收入的双重影响，提出了一种面向投资收益的鲁棒优化配置方法。首先，考虑投资容量、设备运行、能量平衡与内外部网络交互等约束，建立了以项目内部收益率最大为优化目标的综合能源系统优化配置模型；然后，引入信息间隙决策理论处理供需两侧的不确定性，构建了面向投资收益的鲁棒优化模型，通过等价转换和对偶变换降低了模型求解的复杂性，并提出了分步求解策略，以获得在满足预期收益前提下的不确定参数最大波动范围及鲁棒最优配置方案；最后，采用某实际综合能源系统进行算例分析。结果表明：与传统配置方法相比，所提方法在提高系统投资收益和兼顾方案鲁棒性方面具有更高的有效性和实用性。

检测GIS局部放电的小型化多频带复合天线

冯洋, 周磊, 马全福, 尹松, 王朔

2023, 56(4): 167-174. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103071

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为了对气体绝缘全封闭组合电器（GIS）局部放电的超高频信号进行检测，设计了一种用于检测GIS局部放电的多频点宽频复合天线。首先，通过对复合天线进行小型化、宽频化原理分析，实现天线的小型化；然后，运用矢量网络分析仪对实物天线进行驻波比实测研究；最后，在实验室搭建GIS局部放电测试系统对天线进行实测研究。结果表明：设计研究的天线兼具多频带、小型化和高增益的特性，在0.75~0.90 GHz、1.23~1.48 GHz、1.78~2.12 GHz、2.42~2.79 GHz的频段范围内，其驻波比（VSWR）小于2，具有较宽的频带范围，能够记录局部放电的大部分信息；随着频率的增加，天线增益也在逐渐变大，天线最高增益可达6.5 dB，可有效接收微弱的特高频信号；研究结果表明，设计的天线特性良好，可用于GIS局部放电的现场监测。

变压器套管局部放电射频信号在外部空间的分布特征

黄辉, 杨智豪, 魏建国, 邓辉, 刘诣

2023, 56(4): 175-183. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209032

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外置式局部放电射频检测方法适用于在运行的设备，目前已成为感知变压器与套管绝缘缺陷的重要手段之一。其检测灵敏度受到传感器安装位置与极化方向匹配的影响。为了提高外置式射频检测方法的灵敏度，研究了变压器油箱内局部放电电磁波经过套管传播至外部空间时射频信号的幅值分布特征。首先建立了套管下部局部放电电磁波的传播仿真模型；然后利用色度图展示了电磁波传播的动态过程；其次分析了套管外部典型部位的射频信号电场强度波形，以及电场强度的极化方向；最后开展了局部放电试验与射频信号测量，利用双锥天线测量结果验证了射频信号的幅值分布特征与极化特征。仿真结果表明：电磁波将以套管接地法兰、套管顶部为中心向外传播；利用双锥天线将在此2个部位附近测得较强的射频信号；当双锥天线极化方向与套管轴向平行时测得的射频信号最强。该结论对于提升变压器及套管局部放电射频检测灵敏度具有参考价值和工程意义。

基于DFFT的低压直流线路主动式接地故障定位方法

曹赋禄, 赵晋斌, 潘超, 毛玲, 屈克庆

2023, 56(4): 184-191. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211032

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针对含电力电子变压器的低压直流电缆线路接地故障定位的问题，提出一种利用电力电子变压器主动注入的单端量故障定位方法，以快速排查故障并恢复供电。通过电力电子变压器中压端口向低压侧注入210 Hz频率的正弦电压信号，特征信号将通过高频变压器传输到低压侧电容，利用快速傅立叶变换提取并辨识电容电压与电流的特征参数，计算出故障后的线路阻抗。同时，采用二次曲线拟合构造曲线的方法降低频谱泄露及频域电抗波形振荡带来的阻抗误差，获取准确的故障位置。最后通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC仿真结果，验证了所提方法对含电力电子变压器的低压直流线路接地故障的有效性，并具有抗噪声干扰能力和一定的耐过渡电阻能力。

两种灵活性改造技术的热电特性对比研究

李祥勇, 吴昕, 庞春凤, 刘双白, 梅隆, 司派友

2023, 56(4): 192-200. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206068

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高低旁联合供热和低压缸零出力技术作为2种重要的灵活性改造技术，能够有效提升火电机组供热工况的调峰能力与供热能力。本文基于华北电网内2台同型号350 MW超临界机组，采用热力系统建模仿真软件Ebsilon搭建了机组高低旁联合供热和低压缸零出力模式下的热电性能计算模型，通过对比实际现场性能试验结果论证了模型的可靠性。模型的全运行区间性能计算结果分析表明：高低旁联合供热的最大热负荷可以比低压缸零出力大57.27 MW，最小电负荷比低压缸零出力小141.04 MW，其热电解耦能力更优秀；在主蒸汽流量和热网抽汽流量相等时，低压缸零出力比高低旁联合供热的电负荷高61.01 MW，其能量利用率更高；在现有华北电网调峰收益机制下，在主蒸汽流量小于505 t/h时，低压缸零出力供热可以获得更高的综合收益；在主蒸汽流量为505 t/h时，2种技术可以获得相同的最大综合收益；在主蒸汽流量大于505 t/h时，高低旁联合供热可以获得更高的综合收益。

基于能耗、经济性及碳排放的热电联产机组运行优化

任鑫, 王渡, 金亚飞, 王志刚

2023, 56(4): 201-210. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211071

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针对热电联产机组运行过程中难以兼顾能耗、经济性和低碳性的问题，建立了热电联产机组多目标优化模型。首先，结合电力调峰辅助市场和碳排放权交易市场，以（火用）效率、利润和碳排放率为目标函数，考虑机组运行的相关约束，利用多目标粒子群算法对发电功率进行寻优。接着，利用信息熵权法结合逼近理想解的排序方法进行多目标决策。最后，通过机组仿真模型进行验证。结果表明：供汽量为20、100和180 t/h工况下，优化后的最佳发电功率分别为115.1、89.5和89.1 MW。优化后的运行方案大幅降低了碳排放，兼顾了机组的能耗、经济性和低碳性。

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