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2023年 第56卷 第6期    刊出日期：2023-06-28

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专稿

中国跨能源品种可调节资源潜力与开发利用情景

王林钰, 张富强, 龚一莼, 夏鹏, 史文博, 潘杭萍

2023, 56(6):  1-10.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302078

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调节体系建设是构建新型电力系统的重要内容，当前以电力系统自身建设调节能力的传统路径面临调节资源紧缺、调节成本增高、长周期调节手段缺乏等挑战。着眼于新型电力系统发展不同时期和阶段的调节需求，首先界定了跨能源品种可调节资源的研究对象和范围，然后分析了不同时期电力系统调节资源需求以及跨能源品种可调节资源潜力，并通过情景分析对跨能源品种可调节资源利用进行了成本效益分析。研究结果表明：跨能源品种可调节资源开发利用具有经济、社会、环境等多方面的价值，在调节体系构建中可以发挥巨大作用，成为调节体系建设的重要补充。该研究可为进一步丰富调节资源类型、降低调节成本、开展商业模式研究等提供参考依据。

新能源电力系统稳定性分析与控制技术

基于模型预测控制的双馈风电机组调频与转子转速恢复策略

赵晶晶, 杜明, 刘帅, 李梓博, 马闻鹤

2023, 56(6):  11-17.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210120

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双馈风电机组可通过释放存储在转子中的动能参与系统调频，但转速恢复时可能引起频率的二次跌落，不利于系统频率稳定。为此，提出了一种基于模型预测控制的双馈风电机组惯量控制转子转速恢复策略。首先，基于风电机组惯量控制转速恢复时刻有功减载量对系统频率和风机转速的影响，建立了预测控制模型；其次，将降低系统频率二次跌落和恢复转子转速作为目标函数，根据系统频率实时滚动优化风机有功减载量，在抑制频率的二次跌落深度的同时兼顾转子转速恢复，以提高系统的频率稳定性；最后，在Matlab/Simulink中建立仿真模型，验证了所提控制策略的有效性。

风火打捆经LCC-HVDC送出系统的次同步扭振分析

赵越, 严干贵, 王振洋, 任爽, 王大中, 郭剑宇

2023, 56(6):  18-30.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302060

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近年来，风能资源大力发展，风火打捆经直流送出成为中国目前及未来开发和利用的主要方式，风电机群和高压直流输电（high voltage direct current，HVDC）对同步发电机组（synchronous generator，SG）轴系扭振各模态电气阻尼的影响规律有待深入研究。针对直驱风电机群、火电机组和直流输电，建立了系统的线性化模型，分析了接入设备对火电机组电气阻尼的交互耦合关系和风火打捆经直流送出系统中火电机组轴系扭振的机理。基于复转矩系数法，研究了风电机群运行风速、控制参数和直流输电输送功率、控制参数等因素对同步发电机组电气阻尼系数的影响。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建风火打捆经直流送出系统的时域仿真模型，通过时域仿真和时频分析，验证了电气阻尼系数分析结果的有效性。

基于LSTM神经网络的双馈风机控制参数辨识方法

薛飞, 李宏强, 李旭涛, 徐恒山

2023, 56(6):  31-39.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208091

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针对暂态工况下难以高精度获取双馈风机（doubly fed induction generator，DFIG）电磁模型控制参数的问题，提出了一种基于长短期记忆（long short-term memory，LSTM）神经网络的DFIG控制参数高精度辨识方法。首先，利用RT-LAB半实物仿真平台测量并获取DFIG控制器硬件在环数据，并在Plecs平台中搭建DFIG模型的辨识模型；然后，采用Person相关系数法提取出高相关性特征并进行神经网络训练；最后，利用提出的LSTM神经网络对DFIG的控制参数进行辨识，并与实测数据进行对比，验证了所提方法的可行性、有效性和实用性。结果表明，相比于传统辨识方法，所提LSTM神经网络参数辨识方法在暂态工况下可有效提高DFIG电磁模型控制参数的辨识精度。

基于约束共识和差分进化的多直流馈入电网紧急控制协调优化

庄俊, 王德顺, 盖晨昊, 薛金花, 朱红保, 李常刚

2023, 56(6):  40-50.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302012

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多直流馈入电网在发生直流闭锁故障后面临着系统失稳的风险，协调利用多种紧急控制资源能够有效地保证系统的稳定性和控制的经济性。考虑直流功率调制、抽蓄切泵、切负荷3种紧急控制措施，构建了协调优化模型。为满足快速获得可行控制方案的工程实际要求，提出一种基于约束共识和差分进化的优化模型。首先，针对紧急控制方案随机初始化很难保证其可行性的问题，利用约束共识方法构造可行性方向向量，沿约束违反的梯度方向引导方案快速转变为可行方案；然后，基于生成的可行控制方案设计利用可行域方向信息的差分进化优化策略，充分探索和开发可行域来提高方案的经济性；最后，以某省级电网为例，仿真验证了所提紧急控制协调优化方法的有效性。

基于MPC-VSG的孤岛微电网频率和电压动态稳定控制策略

孙佳航, 王小华, 黄景光, 曹豪, 梅诺男, 李浙栋

2023, 56(6):  51-60,81.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302058

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在高比例新能源孤岛微电网中，传统同步机（synchronous generator，SG）占比的减少将导致其整体惯量逐渐降低，传统控制策略无法在低惯量条件下对微电网的频率和电压进行有效的协同调节。为提高孤岛微电网频率和电压的动态稳定性，提出了一种基于模型预测控制（model predictive control，MPC）的储能虚拟同步机（virtual synchronous generator，VSG）频率-电压控制策略。通过建立VSG的预测模型，设计了频率和功率的成本函数，在计算出所需有功和无功功率的增量后，对VSG的功率基准值进行动态修正。考虑到SG和VSG之间的相互作用会降低系统的暂态电压稳定性，采用减小暂态期间SG和VSG之间的角度差的方式对电压控制环进行了改进，并对无功功率基准值做进一步调整。根据功率基准值实现对系统频率和电压的动态稳定控制。最后，仿真结果验证了该策略的有效性以及优越性。

电网

基于能量共享与交易协同的5G融合配电网基站储能调控方法

王艳茹, 尹喜阳, 欧清海, 马文洁, 刘卉, 杜治钢

2023, 56(6):  61-70.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207038

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随着5G技术的快速发展，高能耗5G基站的规模化应用增大了基站运营成本，加剧了配电网供需不平衡等问题。首先，基于5G基站能耗特性，分析了基站调控潜力，结合5G基站能耗和光伏出力的动态变化，构建了基站间能量共享以及基站与配电网间能量交易模型。然后，以促进5G基站能量共享、提高基站运营效益和参与削峰填谷收益为优化目标，构建了5G融合配电网基站储能调控优化模型，并提出基于能量共享与交易协同的5G基站储能调控算法求解。最后，仿真结果表明：所提方法能够提高基站运营效益，促进配电网削峰填谷，同时实现对光伏出力的有效消纳。

供电分区场景下基于数据驱动的负荷密度综合评估及预测方法

贾巍, 雷才嘉, 方兵华, 刘涌

2023, 56(6):  71-81.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205025

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为满足配电网供电分区和网格化规划需求，提出一种基于数据驱动的负荷密度综合评估及中长期精细化预测方法，通过改进Agglomerative算法，实现了相似单元的聚类。所提方法可有效提取出各类负荷密度的典型特征，进而降低系统对数据样本的要求，为后续各类负荷的分类精细化预测提供支持。首先，基于数据思维，通过核密度估计方法对网格内地块样本进行负荷密度特征提取；其次，采用$\bar E $熵权法对各类负荷密度的特征值进行赋权，实现各供电单元不同类型负荷密度的评估，并进一步对供电单元和供电网格的综合负荷密度水平进行计算；最后，通过供电单元聚类，采用最小二乘法对负荷密度S型增长曲线的参数进行分类求解，实现供电单元各类负荷密度的中长期预测。在算例部分，进行了详细分析，结合工程实例验证了该方法的可行性。

盐雾对电缆附件硅橡胶电气绝缘性能影响及其机理

王景兵, 张帆, 程兆璐, 王家兴, 周旭光, 齐朋帅, 魏艳慧, 李国倡

2023, 56(6):  82-89,100.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211091

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盐雾是近海和海上电力设备运行中不可避免的环境因素，容易引发电缆附件闪络和击穿等放电故障。从微观形貌及官能团特性、憎水性能、介电性能、表面特性和放电特性等方面研究了盐雾处理后硅橡胶材料的电气绝缘性能变化规律，揭示了盐雾对硅橡胶材料绝缘性能的影响机理。实验结果表明：随着老化时间延长，硅橡胶憎水性能逐渐下降，由于盐雾溶液会渗透硅橡胶表面，造成水分子与杂质离子增多，导致表面电阻有所下降，表面缺陷数量增多。此外，沿面闪络电压和击穿强度均有一定程度的降低，这是由于氯离子（Cl^–1）具有一定的腐蚀性，会破坏硅橡胶分子链段。研究结果对于电缆附件老化性能与失效评估具有指导意义。

基于多分块交替方向乘子法的蜂巢状配电网分布式优化调度

朱鹏程, 刘曌煜, 孙可, 徐杰, 胡鹏飞, 江道灼

2023, 56(6):  90-100.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208017

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蜂巢状有源配电网是一种通过规模化链接微网群，实现大规模分布式可再生能源高效接入的新型配网形态。针对蜂巢状配电网中微网群与互联基站协调运行机制复杂的难题，提出一种以系统运行成本最小为目标，基于多分块交替方向乘子法（block-wise alternating direction method of multipliers，BADMM）的分布式优化调度策略，有效克服了多基站与多微网之间协调运行的挑战。首先根据拓扑结构建立蜂巢状配电网的优化数学模型，然后以智能功率/信息交换基站为中心将蜂巢状配电网划分为多个区域，每个基站协调同步计算与其相邻微网的优化问题。最后通过算例验证了所提策略的有效性和收敛性，为大规模微网群的经济优化调度提供了参考。

考虑边界等式约束的电-气-热综合能源系统鲁棒状态估计方法

郭梦芳, 杜翔, 王飞

2023, 56(6):  101-106.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204043

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针对电-气-热综合能源系统（integrated energy system，IES），建立了非高斯测量噪声下的量测-状态方程。考虑耦合元件边界条件，将其既作为等式约束又作为虚拟量测方程，基于极大似然鲁棒状态估计方法，提出了一种考虑边界等式约束的电-气-热IES鲁棒状态估计方法。在高斯和非高斯噪声下，进行仿真验证。仿真结果证明：所提方法可为IES在线分析和优化调度提供准确的全局状态感知。

新能源

微电网调度模型的寻优性能与求解效率改进优化

贾宏刚, 王主丁, 岳园园, 严欢, 闫娜, 曹强飞

2023, 56(6):  107-113,131.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212028

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针对微电网优化管理，提出一种基于自适应混合差分进化算法的微电网优化调度策略。首先，考虑电费成本、储能调节成本、用户不适度成本和响应补贴收益，建立以日综合用电成本最小为目标的优化模型；然后，针对标准差分进化算法全局寻优能力不足、求解效率有待提高的问题，对缩放因子和交叉算子进行优化改进，形成自适应混合差分进化算法；最后，以微电网系统为例，进行储能和需求响应的运行优化及算例对比分析。结果表明：所提方法适用于多场景计算，并具有较高的寻优性能和求解效率。

基于深度强化学习的建筑能源系统优化策略

石文喆, 李冰洁, 尤培培, 张泠

2023, 56(6):  114-122.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210043

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针对建筑能源系统中需求侧的负荷不确定性与供给侧的可再生能源随机性，提出一种基于深度强化学习的建筑能源系统管理优化策略。首先，搭建能源系统供需侧研究框架并建立设备模型。然后，将实时阶段下的建筑能源管理问题构建为马尔可夫决策过程，利用深度强化学习理论，以最小化用电成本、保证室内热舒适水平和最大化消纳可再生能源为优化目标，采用决斗双重深度Q网络算法进行训练，得到训练后的算法可以根据实时环境参数做出自适应控制决策。最后，通过在建筑能源系统案例中的应用，将该策略与传统的基于规则的控制策略相比较，结果表明，所提出的优化策略使用电成本降低11.03%，热不舒适时长降低89.62%，未消纳光伏发电量降低10.43%。

平板型固体氧化物燃料电池内温度分布规律

张小坤, 吕大伟, 尹中强, 申双林, 王绍荣

2023, 56(6):  123-131.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209095

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固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）内温度梯度引起的热应力是制约其寿命的关键问题之一。针对传统SOFC温度分布测量实验中电炉对实验结果的影响，提出了采用对测试电池保温的方法，给电池提供近似绝热的工作环境，以便将实验结果拓展到实际电堆中。采用该方法，通过实验研究了平板型SOFC单电池内温度分布规律，实验结果表明：电池保温可有效降低电池与电炉间的换热，24 A放电时，电池内最大温度为782 ℃，比炉膛温度高32 ℃，证明电池保温可有效降低电炉的影响；当电流为18 A、24 A和30 A时，电池内最大温度分别为777 ℃、782 ℃和796 ℃，但最大温差均为5 ℃左右；电池内温度梯度受进气的冷却作用影响较大，但其影响范围较小，因此在电池气体入口局部会产生较大的温差，影响电池的运行安全性。

基于调频服务的新型光-储电站容量规划及运行策略

钱国明, 孟杰, 朱海东, 丁泉, 陈孝煜

2023, 56(6):  132-138,147.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210083

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为充分利用新型光-储电站参与电网调频的优势并考虑运行经济性问题，针对光伏组件、飞轮储能、磷酸铁锂储能的特点，建立各自全生命周期模型，并提出一种降低储能电池衰减、提高调频性能的协调运行策略。然后，依据一、二次调频机制，以调频收益最大为优化目标，建立光-储电站参与电网调频容量规划模型。最后，在Matlab软件中搭建光-储系统仿真模型。仿真结果表明：混合储能联合光伏备用容量在保障秒级一次调频、分钟级二次调频需求的基础上，可以实现资源合理规划，提高调频经济性和可靠性；此外，飞轮储能成本降低可以提高自身容量配置及电站调频收益，缩短投资回报年限。

碳交易背景下基于综合协调储能系统的碳捕集电厂优化调度

冯帅, 袁至, 李骥, 王维庆, 何山

2023, 56(6):  139-147.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209068

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煤电低碳化改造过程中存在着峰荷时段碳捕集水平降低和碳配额计算与实际应用存在偏差的问题。针对该问题，首先引入氢燃料电池和储氢装置构成综合协调储能系统，改善碳捕集电厂峰荷时段碳捕集水平不足的问题；然后建立碳配额计算模型，使碳配额的计算方法更符合实际应用；最后以系统综合运行成本最低为目标，构建基于综合协调储能系统的碳捕集电厂优化调度模型，并使用Cplex对所提模型进行求解。算例结果表明：碳捕集电厂在优先消纳风电的基础上提高了碳捕集水平和经济性，兼顾了系统低碳性。

计及节能性的多异质能源系统多目标协同优化

陈泉, 宗炫君, 李梦源

2023, 56(6):  148-157.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211022

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多异质能源系统规划与运行往往仅考虑单一优化目标，不利于在经济运行、低碳排放与能源节约之间平衡，为此提出计及节能性的多维目标协同优化方法。首先，提出同时考虑系统经济性、环保性及节能性的多维优化目标，并通过对系统中的能源转换和分配等设备进行建模，建立多异质能源系统的多目标优化模型框架；然后，采用第三代快速非支配排序多目标遗传优化算法求解，得到最优可行解集（帕累托最优解集）；最后，基于仿真案例，通过最优解集和决策者偏好分析，验证所提方法的有效性，同时表明计及节能性目标能避免系统过度倾向消耗天然气能源。

基于K-means和BPNN的风机状态识别

杨晓峰, 方逸航, 赵鹏臻, 王承民, 谢宁

2023, 56(6):  158-166,175.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203070

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为实现“双碳”目标，必须大力发展风力发电技术。而随着电网规模越来越大，运行越来越复杂，对风机等电力设备的状态实时检测和精确评估也成为一个越来越重要的问题。随着大数据技术的发展以及电力设备数据监测技术的完善使电力设备状态监测使用机器学习等数据驱动技术成为了可能。与传统方法相比，该方法不依赖于准确的经验阈值和定量模型，对数据海量化和复杂化的情况具有更强的适应能力。因此，分别以无监督（K-means）和有监督（BP神经网络）的机器学习方法对风机状态进行识别，并探究对原始数据采用降维算法后风机状态识别的准确性及计算效率的变化。结果显示：2种机器学习方法在风机状态识别中的应用均具备有效性，而降维方法在有限的精度损失下较为明显地提高了计算效率。

考虑馈线交叉规避的海上风电场海缆路径优化

叶婧, 周广浩, 张磊, 杨莉, 翟学, 蔡俊文

2023, 56(6):  167-175.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202201026

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海上风电场集电拓扑优化是一个大规模非凸、非线性优化问题，难以求得最优解，将其分解为分区内部拓扑优化及馈线路径优化两部分：在分区内部以经济性为目标函数，在考虑海缆选型的情况下得到最优拓扑方式；在馈线部分，针对海缆交叉问题，考虑到风机实际建设工程约束，提出了分区规则化方案，借助改进Dijkstra算法实现了从传统线-线交叉判断到线-面交叉判断的转变，避免了跨立实验无法判断海缆交叉的情况。最后，以海上风电场作为算例，将所提算法与其他算法拓扑结果进行对比，验证算法的可行性及优越性。

技术经济

基于数据驱动机会约束的发电企业电煤采购及库存优化模型

姚力, 郑海峰, 单葆国, 谭显东, 许传龙, 徐志成

2023, 56(6):  176-184.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210036

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发电企业电煤采购及库存优化对于电力保供、保障发电收益具有重要意义。国家能源主管部门已经对电厂安全存煤水平提出了明确要求。但尚未有研究对因发电量和运力不确定性导致的库存越限风险进行概率建模并提出相应的优化模型。针对这一问题，构建基于数据驱动机会约束的发电企业电煤采购及库存优化模型，提出相应的求解方法。首先，考虑发电量和运力不确定性，建立数据驱动的库存机会约束，将其转化为可被求解的条件风险价值约束；然后，利用条件风险价值对决策变量的凸性，提出了一种条件风险价值约束的分段线性化近似方法；最后，采用一个包含10个燃煤电厂的发电企业进行算例测试。优化结果表明：考虑机会约束后，电煤库存越限风险被约束在允许范围内；提出的条件风险价值约束分段线性近似方法能够使模型具有可扩展性，在降低模型规模的同时还能保证较高的精度。

新型电力系统下电网企业有效资产运营效率评估

叶颖津, 林玲, 阮迪, 张诗鸣, 林红阳

2023, 56(6):  185-193.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209033

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新型电力系统加速建设为电网企业资产管理带来一定的挑战，而实现资产运营效率的精确评估是提高电网企业资产管理水平的首要条件。首先，分析新型电力系统建设对电网企业有效资产运营的影响，并构建电网有效资产运营效率评估的投入产出指标体系；然后，考虑到新能源发电及电价补贴政策等不确定因素会造成统计数据难以准确体现电网企业投入产出效率的真实情况，基于鲁棒优化思路和对偶理论对传统数据包络分析方法（data envelopment analysis，DEA）模型进行改造，构建了考虑非期望产出和投入产出不确定的鲁棒DEA模型；最后，选取25个电网企业进行模型应用。结果表明，鲁棒DEA模型的效率排序准确率比传统DEA模型提高60个百分点，可有效应对不确定环境，实现了新型电力系统背景下电网企业有效资产运营效率的准确测算，能够为电网企业资产管理提供决策依据。

信息与通信

基于EFPI的数字配电网超声检测传感器

鞠玲, 黄怿

2023, 56(6):  194-201.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207022

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针对数字配电网设备存在的局部放电（partial discharge，PD）超声信号检测需求，研究并设计了一种基于非本征型法布里-珀罗干涉（extrinsic Fabry-Perot interferometric，EFPI）的超声波传感器，用于检测PD产生的超声波信号。通过仿真软件COMSOL模拟了不同膜片厚度以及膜片半径的光纤法布里-珀罗（Fabry-Perot，F-P）传感器的灵敏度和固有频率，选择了最佳的结构参数并制作了EFPI传感器。仿真结果表明，传感器的灵敏度可以达到106.6 nm/kPa，固有频率为234.85 kHz。当频率为30 kHz和40 kHz的超声波信号分别加到传感器上时，EFPI超声波传感器检测到的频率分别为29.97 kHz和39.92 kHz。实验结果表明，该传感器可以准确地检测高压模拟罐体中PD产生的超声波信号，且可检测最小放电量为53 pC，具有体积小、频响范围宽、检测灵敏度高的特点，有良好的应用前景。

基于改进旋转门算法的变电站数据压缩存储方法

于洋, 章昊, 王同文, 汪伟, 边瑞恩, 罗念华

2023, 56(6):  202-208.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203116

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为解决变电站数据采集与监视控制（supervisory control and data acquisition，SCADA）系统接入海量数据引发的数据存储问题，提出一种基于改进旋转门算法的变电站数据压缩存储方法。首先介绍了旋转门有损压缩算法，针对存储频率固定、门限值固定、忽视异常点等缺点，分别提出自适应变频数据存储策略、动态调整门限值策略和异常点记录策略以提高算法精度。其次，针对变电站SCADA系统遥信、遥控、遥调数据采用变位存储方法，遥测数据采用改进旋转门算法。最后，通过算例验证了所提方法的有效性。

基于语义信息距离解耦的变电运维多类别缺陷图像检测

张鑫, 叶俊杰, 崔瑶, 黄鑫, 仲林林

2023, 56(6):  209-218.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208117

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变电站设备种类繁多、缺陷类型复杂、特征差异大，传统的基于深度学习的缺陷图像检测模型难以同时有效处理不同设备的多种缺陷。为此，提出了一种基于语义信息距离解耦的缺陷图像检测模型（sematic-distance based decoupling detection model，SDB-DDM）。首先对缺陷类别进行语义信息聚簇，构建解耦式网络结构，然后对网络输出进行加权锚框融合，并在损失函数中加入局部预测损失以提升预测能力，同时提出解耦式非极大值抑制策略以加快模型推理速度。该模型可根据缺陷类别进行自适应调整，以适用变电运维多类别缺陷图像检测的应用场景。实验结果显示，该模型的平均精度均值达到了69.68%。同平台下相较于目前性能最佳的目标检测模型（YOLOX），精度提升了1.36个百分点，参数量下降了5%，推理速度提升了34%。