中国电力

2023, 56(10): 0-0.

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考虑碳捕集和气网混氢的气电耦合系统低碳经济调度

杨宇玄, 高栋梁, 陈一鸣, 周步祥, 陈阳, 臧天磊

2023, 56(10): 1-10. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210024

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针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO₂；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。

基于系统动力学的氢需求量中长期预测

袁铁江, 张一瑾, 杨紫娟, 蒋东方

2023, 56(10): 11-21. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208038

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“双碳”背景下氢能将在各种领域发挥巨大作用，开展氢需求中长期预测具有重要意义。基于系统动力学方法建立了省级氢需求中长期预测模型。首先将氢能需求分为工业、供热和交通3大领域，考虑各子系统内部因素的相互作用以及经济发展、政策支持等外部因素的影响，分析因果关系，构建系统预测方程；其次设定系统参数，采用最小二乘法方程回归得到方程常数，基于该省发展规划利用灰色模型设定表函数参数，并将模拟结果与历史数据进行对比，结果表明模型误差较小，适用于该省氢需求预测；最后利用所建立的系统动力学模型对该省的氢需求量进行了预测。

基于可逆固体氧化物电池的风光氢综合能源系统容量规划

窦真兰, 袁本峰, 张春雁, 肖国萍, 王建强

2023, 56(10): 22-32. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211106

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可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell，RSOC）作为新型氢储能技术，有利于促进可再生能源消纳、提高系统运行效率。为此，提出一种基于RSOC技术的风光氢综合能源系统规划设计方法。首先，建立风光氢综合能源系统规划模型，考虑RSOC辅助系统（balance of plant，BOP）功耗占比高、功率调节受限等约束。其次，以系统年弃电缺电量、投资成本最小化为目标，采用粒子群优化算法求解该规划问题。最后，针对氢气价格、RSOC成本等不确定性因素，开展系统规划灵敏度分析。仿真结果表明该方法能够获得合理的配置方案，大规模减小系统弃电缺电频率，提升系统资源配置的灵活性。

基于改进猫群算法的氢储能容量优化配置

胡臻达, 姜文瑾, 张林垚, 杨晓东, 邹艺超, 王凯

2023, 56(10): 33-42. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209013

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以氢储能系统为基础，构建了风力发电和氢储能系统为主的混合微电网系统。本文对氢储能系统中的电解槽、燃料电池和储氢罐的容量进行了优化配置。综合考虑微电网的经济成本、供电可靠性和弃风率3个指标，构建了氢储能系统的容量优化配置模型；分别采用典型日和场景集的风电出力和负荷，建立氢储能系统的容量优化模型，以反映风电出力和负荷的随机性对优化结果的影响；采用动态权重的改进猫群算法对所提氢储能系统的容量优化配置模型进行求解。通过算例验证了改进猫群算法的可行性，同时也证明了所提氢储能系统容量优化配置模型的合理性。

基于HSCA-YOLOv7的风电机组叶片表面缺陷检测算法

李冰, 白云山, 赵宽, 郭聪彬, 翟永杰

2023, 56(10): 43-52. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202304059

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叶片是风电机组的关键部件之一，易受到自然环境因素的影响，出现胶衣脱落、裂纹、腐蚀等损伤，影响风力发电效率及风电机组运行安全。针对航拍风电机组叶片图像缺陷尺度不一、定位不准确、检测精度低等问题，提出了一种HSCA-YOLOv7的风电机组叶片缺陷检测算法。首先根据无人机采集的风电机组叶片图像，制作叶片数据集，采用Mosaic、MixUp方法进行数据扩增；然后将不同膨胀率的深度可分离卷积引入改进空间金字塔池化（improved spatial pyramid pooling，ISPP）模块，减少池化操作带来的细节损失；提出混合空间通道注意力（hybrid spatial channel attention，HSCA）机制，捕获全局视觉场景上下文，增大目标特征与环境语义差异，解决航拍叶片图像缺陷尺度不一的问题；采用Focal EIoU损失函数，解决预测框长宽被错误放大的问题，提高模型对叶片缺陷的定位能力。实验结果表明，所提算法的均值平均精度、均值平均召回率分别达到83.64%、71.96%，与YOLOv7基线算法相比分别提高3.37%、5%。

基于时间敏感网络的风电主动支撑和运行控制网络技术研究

戴建军, 王明明, 游云汉, 张玉

2023, 56(10): 53-61. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305137

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为解决风电主动支撑和运行控制网络在实时性和可靠性方面所面临的挑战，满足电网调度响应时间要求，针对多业务、大流量通信场景，提出了一种基于时间敏感网络（time-sensitive network，TSN）技术的新型网络模式，通过优化算法对各业务通信时隙进行分配，实现单时间点单业务通信，从而保障业务通信的实时性和可靠性。实验结果表明，在多业务通信情况下，所提时隙算法可以有效分割业务传输间隙，控制各业务延时抖动，提高业务实时性。因此，风电机组通信网络从传统的“尽力而为”型以太网转变为时间敏感网络，避免多业务通信资源拥塞，满足重要数据通信确定性和及时性的需求，提升风电机组主动支撑能力。

考虑损耗的永磁风力发电系统改进功率反馈法最大风能跟踪控制

成云朋, 李建华, 蔡寿国, 张学波, 王永, 陆晔, 朱瑛

2023, 56(10): 62-70. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307008

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永磁直驱风力发电系统（PMSG）采用传统功率反馈最大功率跟踪（MPPT）控制方法时，需要提前获取机组的功率-转速曲线，且机组的风能转换率会随着风机使用时间而变化，从而降低了功率反馈法的控制精度。本文基于传统功率反馈控制方法，在考虑发电机内部损耗的前提下，提出考虑损耗的永磁直驱风电系统改进功率反馈法MPPT控制策略。该策略通过爬山搜索法跟踪风机最大功率点，在考虑损耗的基础上准确地计算出功率反馈法所需要的比例系数，进而计算出参考功率，从而实现最大风能跟踪。通过对该策略进行仿真和实验研究，验证了控制策略的有效性和可行性。

基于DRS与改进Autogram的风电齿轮箱复合故障特征提取

马海飞, 滕伟, 彭迪康, 柳亦兵, 靳涛

2023, 56(10): 71-79. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303124

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复合故障特征提取是分析风电齿轮箱故障根因的关键。提出基于离散随机分离（DRS）和改进Autogram的复合故障特征提取方法。基于DRS方法削弱振动信号周期性成分对微弱故障成分的影响，结合谱峭度与谱负熵设计一种新的特征量化指标，对最大重叠离散小波包变换与无偏自相关处理后的各窄带分量进行综合评价，以选择最优的滤波频带，精确地识别包含复合故障特征的信号分量。将所提方法应用于实际风电齿轮箱齿轮-轴承复合故障诊断中，能够有效提取出振动信号中的多个故障特征，具有较好的诊断效果。

风电机组叶片无损检测技术研究与进展

王磊, 柳亦兵, 滕伟, 黄心伟, 刘剑韬

2023, 56(10): 80-95. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303073

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风电机组叶片在运行时除了承受气动力作用外，还承受重力、离心力等其他力的影响，再加上雨雪、沙尘、盐雾侵蚀、雷击等破坏，使叶片基体及表面容易受到损伤，这些损伤如未及时发现与维修会导致风电机组发电效率下降、停机，甚至发生损毁等事故。因此，风电机组叶片损伤检测对保障风电机组安全高效运行、降低风电机组寿命周期内发电成本有重大意义。结合国内外相关文献，综述了风电机组叶片损伤类型及产生原因，对现有风电机组叶片损伤检测技术进行了系统介绍，对这些技术进行了实时在线监测与非实时检测分类，对比了各监测/检测技术的优缺点。最后根据风电机组的实际工程应用及无损检测技术的发展，提出了风电机组叶片无损监测/检测技术未来发展趋势。

基于图卷积网络和风速差分拟合的中长期风功率预测

陈子含, 滕伟, 胥学峰, 丁显, 柳亦兵

2023, 56(10): 96-105. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303050

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为充分利用数据特征间的先验关系，提高风电场中长期发电功率预测精度，提出一种基于图卷积神经网络（GCN）、风速差分拟合（DF）、粒子群优化算法（PSO）的中长期风功率预测模型。通过分析风力发电全过程，挖掘风功率影响因素及因素间的相互关联性，搭建GCN模型，分别拟合风速和功率利用效率，进一步结合基于DF的风速-功率计算模型计算风功率，模型的损失包含功率损失、风速损失和功率利用效率损失3个部分，采用粒子群优化算法为这3部分损失确定合适的权重。2个风电场的实际算例表明，该模型未来10天风功率预测的相对均方根误差分别为11.44%和13.09%，具有较高的预测精度。

基于工作模态分析的风电机组叶片裂纹损伤在线监测研究

吴宇辉, 张扬帆, 高峰, 王玙, 王耀函, 杨伟新, 张鸿

2023, 56(10): 106-114. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303035

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针对风电机组叶片裂纹损伤发生概率高且难以发现的问题，通过叶片振动信号采集与分析来进行叶片裂纹损伤的在线监测。首先，基于工作模态分析理论构建了基于传递率的叶片模态参数在线识别方法，并搭建叶片振动物理实验台用于该方法的实验验证，通过与传统力锤激振法的实验结果对比，验证了该模态参数识别方法的准确性；然后，以某5 MW风电机组作为仿真算例，进行了叶片裂纹损伤故障仿真，并通过工作模态分析获取了损伤故障特征；最后，将叶片振动信号、模态参数和机组运行数据融合为多源数据集，结合LightGBM算法进行了叶片裂纹损伤故障诊断，诊断结果表明：LightGBM算法较常规机器学习算法能够取得更好的诊断效果，而且在数据集中融入叶片模态参数可明显增加诊断算法的准确率，从而提高叶片裂纹损伤的在线监测准确性。

基于压缩空气储能附加阻尼控制的电力系统低频振荡抑制策略

汪康康, 孙昕炜, 周波, 郑天文, 魏巍, 蒋力波

2023, 56(10): 115-123. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302081

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随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升，在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此，结合压缩空气储能良好的有功调节能力，提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先，建立了压缩空气储能的数学模型，分析了质量流量对其输出功率的影响。其次，分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性，提出了基于调节阀的附加阻尼控制器，调整质量流量，进而控制压缩空气储能的输出功率，抑制电网的低频振荡。最后，搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型，验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼，可较快抑制电网的低频振荡，有效提高电力系统的稳定性。

基于改进NSGA多目标值优化的油纸绝缘状态评估方法

张朋, 张健, 杨航, 曲利民, 刘贺千, 于沐禾

2023, 56(10): 124-132. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305113

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油纸绝缘作为油浸式电力变压器的重要组成部分，其绝缘状态的可靠对维护变压器的稳定运行至关重要。为准确获得油纸绝缘频域介电响应特性与其绝缘状态的关系，开展了老化、受潮油纸绝缘试样的频域介电响应测试，并基于扩展Debye模型，提出了采用改进非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm，NSGA）的油纸绝缘宽频介电特征参数的识别方法，通过油纸绝缘复电容的频谱曲线，完成了扩展Debye模型特征参数的准确提取。考虑特征参数信息熵的权重关系，建立了模型特征参数与绝缘水分含量及老化程度的定量表征方程。通过该方法可实现油纸绝缘状态的量化分析，为油浸式电力设备绝缘状态的准确评估提供理论支撑。

考虑样本类内不平衡的CHPOA-DBN变压器故障诊断方法

王爽, 罗倩, 唐波, 姜岚, 李锦

2023, 56(10): 133-144. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305039

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为解决变压器故障样本类内不平衡与人为确定深度信念网络（deep belief network，DBN）的网络参数导致故障诊断精度低的问题，提出一种基于样本均衡和改进DBN的变压器故障诊断方法。首先，针对合成少数类过采样算法（synthesis minority oversampling technique，SMOTE）生成样本加剧类内不平衡的问题，提出基于改进K均值（improved K-means，IK-means）的IK-means SMOTE算法，据此得到类间、类内均衡的故障样本；其次，利用Tent混沌映射改进的鹈鹕优化算法（chaotic hybrid pelican optimization algorithm，CHPOA）对DBN的隐含层节点数、反向微调学习率寻优，构建CHPOA-DBN变压器故障诊断模型；最后，基于实验数据，分别将经典过采样算法、经典故障诊断模型与所提方法进行对比分析，结果表明：所提方法故障诊断准确率达到96.25%，可以为变压器故障样本不均衡条件下的故障智能诊断提供重要参考。

德国关停核电前后保供应促消纳经验分析

刘之琳, 许传龙, 郑海峰, 李江涛, 姚力, 刘青, 杜翼

2023, 56(10): 145-152. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307055

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4月15日，在俄乌冲突危机仍未解除的情况下，德国如期关停核电。截至目前，德国供电安全并未受到明显影响，主要得益于裕度较高的常规电源、灵活的调节能力、坚强高效的跨国电网、相对完善的电力市场、高水平的可再生能源预测技术和监控手段。德国电力系统初步完成了“高比例可再生能源渗透+电网运行灵活稳定+电力市场化定价”的目标，但高成本高电价也给德国带来了一定的负担。为此，以德国为例开展研究分析，提出了中国能源转型过程中保障电力安全可靠供应、促进可再生能源高比例消纳的相关建议。

特高压输电塔龙卷风荷载特性的数值模拟

张顺, 王振国, 姜文东, 徐枫, 段忠东

2023, 56(10): 153-163. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305124

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采用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）数值模拟方法研究了龙卷风作用下特高压输电塔的风荷载特性。通过建立龙卷风风场的CFD数值模型，验证了龙卷风风场结构的合理性。进一步建立特高压输电塔的精细化数值模型，重点分析了风场中不同位置和不同风向角下输电塔各塔段的体型系数。研究结果表明：输电塔上部第1~4塔段在距离龙卷风风场中心1.5D（D为核心半径）处所受风荷载最大，下部第5~9塔段在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大；输电塔整体在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大。随着与龙卷风中心距离的增大，输电塔整塔横向风载系数最不利风向角从60°增大至90°，纵向风载体型系数最不利风向角在0°~30°范围内变化。在距离风场中心1.0D和1.5D处，输电塔整塔风载体型系数模拟值要大于规范值。

基于SMOTE与Bayes优化的LSTM网络变压器故障诊断

张宏杰, 陈贵凤, 闫宏伟, 杨晓龙, 侯天仁, 张伟

2023, 56(10): 164-170. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210046

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随着电力信息化的提高，智能算法结合历史数据进行变压器故障诊断的方法越来越受到关注。在溶解气体分析法基础上借助少数类样本过采样（SMOTE）算法合成新样本，实现样本多维度扩充，并以贝叶斯优化算法寻找长短期记忆（LSTM）网络模型参数的最优设置值，以降低训练集错误率，进而建立了变压器故障诊断模型。结果表明：样本扩充后的变压器故障诊断模型过拟合度降低约20%，测试集准确率提升约10%。

智能变电站光纤虚实回路映射及故障诊断技术

钟鸣, 陶军, 刘洵宇, 杨逸, 杨炳元

2023, 56(10): 171-178. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303071

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现阶段智能变电站通信大多采用光纤链接各二次设备，由于装置之间的链接关系不直观，造成监测、诊断困难。为了解决智能变电站运维和检修中存在的二次虚回路可视化、回路状态监测、故障定位及故障类型识别困难等问题，提出基于广度优先搜索算法进行二次设备之间物理链接关系的梳理，实现二次虚回路可视化展示。同时基于广度优先搜索算法进行故障推理，划定故障区域，利用智能变电站海量数据源，进行多信息融合，应用D-S证据理论进行故障精确定位，最后采用举证表法确定故障类型，实现智能变电站二次设备运维的实际应用需求。

磁通密度特征分析与CT饱和区识别及重构技术

王峰, 朱佳, 焦邵麟, 李一泉, 谢华, 赵青春

2023, 56(10): 179-185, 193. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302075

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为解决电流互感器饱和引起的继电保护问题，提出了一种基于磁通密度特征的电流互感器（current transformer，CT）饱和识别方法，以及畸变区二次电流重构技术。首先以饱和时磁通密度梯形区域特征为基础，对CT饱和进行识别，进而利用磁通方差的斜率在进入饱和与退出饱和的差异构建饱和判据，并计算二次电流饱和起点和终点对应的时间，以此得到CT饱和区。然后以电网负荷最大时的电流为依据构建保护启动判据，避免保护误动。最后利用最小二乘法对饱和区二次电流进行重构，可靠反映系统一次电流。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真验证表明，所提方法准确可靠，能快速有效识别CT饱和区段，且时间误差不超过1 ms。

基于周期信息增强的Informer光伏发电功率预测

张倩, 蒙飞, 李涛, 杨勇, 白鹭

2023, 56(10): 186-193. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306038

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针对光伏发电功率预测方法难以捕捉层次时序信息导致预测精度提升受限的问题，提出基于周期信息增强的Informer光伏发电功率预测方法。首先，提取光伏发电功率序列标量投影、局部时间戳和全局时间戳建立周期信息增强的预测模型嵌入层；然后，通过Informer模型概率稀疏自注意力主动筛选光伏发电功率与特征变量间重要联系，采用卷积层和池化层对模型变量维度和网络参数进行自注意力蒸馏；最后通过解码层生成式机制进一步预测单序列和长序列发电功率。通过仿真验证，所提模型预测精度更高，能够对光伏发电功率进行长时间预测。

基于改进支持向量机的数字化变电站安全措施生成技术

严亚兵, 褚旭, 肖豪龙, 梁文武, 李辉, 夏振兴

2023, 56(10): 194-201. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303067

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针对数字化变电站二次检修安全措施工作效率低的问题，提出一种基于改进支持向量机的数字化变电站安全措施自动生成技术。首先，构建基于邻接矩阵的二次回路模型及设备模型，进一步综合二次安全措施规则库形成样本数据集；其次，利用支持向量机对二次安全措施进行分类，并引入细菌觅食算法对惩罚因子和核参数进行优化，有效提高了安全措施自动生成模型的训练效果；最后，通过算例验证了所提方法的有效性。

储能锂离子电池包冷却系统的数值模拟与结构优化

刘周斌, 朱涛, 姜巍, 张晓波, 王炯耿, 管茜茜, 张秋实, 赵庆良

2023, 56(10): 202-210. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306114

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储能电池包的热管理设计是保证储能系统安全运行的重要因素。基于STAR-CCM+平台对不同冷却方式的储能电池包进行结构优化。对比分析了传统间接式液冷、浸没式冷却以及优化后浸没式模型的散热性能，为浸没式储能电池包的设计和开发提供了重要参考。通过仿真与实验对比，验证了所提模型的准确性，所提方法可为储能锂离子电池包热管理设计提供指导。

考虑出力与电价不确定性的光伏集群有功功率分配方法

李华, 程子月, 李旭东, 李振兴, 牛志雷, 陈斌, 王扬赜

2023, 56(10): 211-218. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202304042

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针对配网高渗透率光伏集群经济运行以及参与系统功率调整问题，提出一种区域光伏集群的有功功率优化调度分配方法。首先，将集群内部光伏站按照储能配置与受控能力进行分类；以多场景法将光伏出力、市场电价不确定性问题转化为确定性场景，引入条件风险价值量化不确定风险；建立区域光伏集群功率分配优化模型，以集群运行成本最小为优化目标，求解最优的日前出力计划与储能运行策略；最后，针对系统扰动导致运行方式改变，提出光伏集群参与系统调整的功率重新分配策略。算例结果表明区域光伏集群具有参与系统功率调整能力，验证了本文方法的有效性。

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