网络首发 |《电工技术学报》2025年6月22日更新

《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

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作者：王长江, 尹浩帆, 姜涛, 刘先超, 刘辉

摘要：新能源电力系统中电力电子设备控制切换特性增加了暂态电压稳定状态准确评估难度,现有暂态电压稳定指标和稳定判据在噪声干扰和控制切换影响下易发生电压稳定状态误判。为此,本文提出一种基于切换补偿李雅普诺夫指数（Switching Compensation Maximum Lyapunov Exponent, SCMLE）的新能源电力系统暂态电压稳定评估方法。首先,依据最大李雅普诺夫指数（Maximum Lyapunov Exponent, MLE）稳定判别机理,将电压稳定问题转化为积分终值矩阵的特征值变化问题,进而分别构建系统受扰前后的电压轨线变分方程,充分计及控制环节动态特性对电压稳定性的影响;然后,采用电压轨线变分方程积分终值矩阵特征值计算SCMLE,克服现有MLE指标需设置符号观测窗口的缺陷;其次,构建了表征系统非光滑扭曲程度的切换补偿矩阵用于修正积分结果,弥补指标在系统非光滑点处的计算误差,实现暂态电压稳定状态的快速、准确评估;最后,通过光伏场站接入单机无穷大系统和某实际电网系统的仿真分析,验证了所提方法的准确性和有效性。

作者：段师琪, 余娟, 杨知方, 陈涛, 朱晟毅

摘要：运行方式调整是确保电力系统安全稳定运行的关键措施之一,目前工业界仍以人工调整为主。但随着大量新能源接入和电力电子设备应用,电网规模和复杂程度不断增加,导致依靠人工经验以试凑法进行反复调整的人工调整方法面临如下严峻挑战：效率低下、理论指导欠缺。对此,本文提出了基于N/N-1潮流内嵌图卷积神经网络的电网运行方式智能调整方法。首先,以N/N-1潮流物理模型推导设计图卷积模块前向传播表达式,提出了基于N/N-1潮流内嵌的图卷积前向传播策略,高效提取了电力系统复杂拓扑特征和潮流物理特征;进而,以电力系统N/N-1状态下潮流特征作为输入/输出特征,构建了基于多层图卷积和卷积神经网络模块协同的运行方式N/N-1潮流耦合关系模型,表征N/N-1状态下的数据驱动潮流耦合关系;其次,针对N/N-1状态下潮流越限的运行方式,提出了基于N/N-1潮流耦合关系的运行方式智能对抗调整方法,以获得运行方式精准调整策略,确保其满足静态N-1安全校验;最后,在IEEE 30节点和某实际大电网341节点系统上进行算例分析,结果验证所提方法可智能调整N/N-1状态下潮流越限的运行方式至满足静态N-1校验。

作者：陈胜, 陈明健, 卫志农, 孙国强, 臧海祥

摘要：高比例新能源并网与管道掺氢为配电网灵活运行带来了巨大挑战。为定量评估配电网运行的灵活性,该文以电-气-氢耦合为载体,提出了一种了电-气-氢混联综合能源配网灵活运行域模型。首先,考虑配电网管道掺氢的准动态运行过程,建立了电-气-氢混联综合能源配网运行模型;其次,考虑光伏预测误差和系统多断面时域耦合特性,提出了考虑管道掺氢的配电网机会约束灵活运行域模型;然后,提出了一种径向自适应重构算法获取灵活运行域边界运行点,并基于运行点构建灵活运行域空间;最后,在由33节点配电网和20节点配气网构成的电-气混联系统中开展测试,基于可视化灵活运行域空间准确、直观地刻画了光伏不确定性和灵活资源调控特性对于配电网灵活调控能力的影响,验证了所提模型的有效性。

作者：吕婉煜, 赵红生, 韩应生, 胡德, 彭晓涛

摘要：考虑新能源并网对系统调峰和爬坡灵活性供需平衡的影响,首先在建立供需两侧灵活性考虑强迫停运和预测误差的概率密度函数基础上,提出基于卷积概率加权和量化系统灵活性供给不足的的方法;其次分别以减小灵活性供给不足和系统运行成本、提高抽蓄调节灵活性运行经济效益作为上下层优化目标,建立抽蓄提升系统灵活性供给能力的分层优化调度模型;然后采用粒子群算法求解上层模型优化调度抽蓄参与灵活性调节的分时电价,利用Gurobi求解下层模型优化抽蓄的出力,两层模型通过交互迭代彼此最优解进行协同寻优;最后通过对比不同不确定性影响下的灵活性供给能力不足、抽蓄优化调度策略的鲁棒适应性,验证了所提灵活性供给能力量化方法和抽蓄优化调度策略的有效性。同时对比仿真表明变速抽蓄较定速抽蓄具有在提升系统灵活性方面具有更好的运行效益。

作者：余洋, 王卜潇, 陈晓, 吕廷彦, 霍宇航

摘要：针对异质性电池储能系统(Heterogeneous Battery Energy Storage System, HBESS)在平抑微电网不平衡功率时寿命损耗高、电池单体(Battery Unit, BU)均衡度低及控制精度不足的问题,本文提出了时滞环境下基于改进分组模型的HBESS固定时间比例功率控制策略。首先,在考虑电气参数与运行状态差异进行BU调控能力评估的基础上,依据评估结果,构建基于竞争合作机制的改进分组模型。其次,利用改进分组模型设计梯次调控方法,将功率梯次分配至调控能力较高的电池组来降低寿命损耗。接着,提出计及时滞的固定时间比例一致性算法(Time-delay based Fixed-time Proportional Consensus Algorithm, TFPCA),并证明其数学特性,探究提升其迭代精度的方法。最后,基于梯次调控方法与TFPCA,考虑运行状态均衡,设计电池组精准梯次功率控制策略。通过某微电网典型日不平衡功率的仿真与实验验证,结果表明,TFPCA不仅可以实现固定时间一致性与比例一致性,还可提升迭代精度;所提功率控制策略可以有效降低寿命损耗,促进BU运行状态均衡,实现HBESS精准功率控制。

作者：詹修瑜, 袁辉, 胡光, 辛焕海

摘要：未来电力系统将呈现大量跟网型与构网型设备混联并网新特征。然而,强网背景下系统存在构网型设备引发的低频振荡问题,构网型设备异构特性以及跟网型与构网型设备交互作用如何影响该类低频振荡问题尚不清晰。为此,首先构建了适用于低频振荡分析的构网型和跟网型设备的简化模型;然后,基于矩阵摄动理论,分别针对考虑异构特性的构网型设备多馈入系统以及跟网型和构网型混联多馈入系统,构造了近似反映原系统低频主导模态的等效同构系统,保留了原系统网架结构特征,并得到了能反映原系统低频主导模态的特征子系统。在此基础上,从系统强度的视角提出了考虑异构特性的系统低频段稳定性评估指标,并揭示了构网型设备异构特性以及跟网型设备动态对系统低频段稳定性的作用机理;最后,仿真算例说明了所提分析方法的有效性。

作者：高爽, 李辰昊, 李泽宇, 孔祥玉, 刘孟孟

摘要：围绕近海漂浮式光伏发电场在海上风浪环境下长期稳定运行与智慧运维的需求,该文基于海上环境与光伏电气系统运行状况的一体化智能监测装置,提出一种考虑波浪作用和时序特性的故障诊断方法。首先将海上波浪运动规律与漂浮式光伏阵列的等效电路模型相结合,构建多模型融合的漂浮式光伏发电模型。在此基础上仿真分析正常状态下和海上多种故障类型的发电特性,针对海上环境下特有的故障类型进行特征提取,构建时序故障特征矩阵,所提出的特征提取算法考虑了波浪环境对故障特征量的影响和故障发展的时序特性。最后,提出空间注意力机制（SAM）与卷积-双向长短期记忆神经网络（CNN-BiLSTM）结合的故障诊断模型并进行了仿真及波浪实验数据验证。该模型可兼顾波浪影响的局部特征与故障发展的时序特征的提取,结果表明所提出的基于时序故障特征矩阵的诊断方法相较于其他方法有4.4%~20.3%的准确率提升。

作者：郑新铖, 邹贵彬, 逯哲, 王凯琦, 李清泉

摘要：大量分布式电源（DG）的接入使有源配电网拓扑结构与故障特征愈加复杂,特别是逆变型DG的弱故障特征、不可测分支负荷的T型接入使得传统差动保护在有源配电网中的灵敏性下降。对此,本文提出了一种能量积分型无功电流差动保护,通过挖掘暂态过程中无功差动电流的非线性能量积分在区内外故障时的差异特征,构造了能量积分型保护判据,正常运行或区外故障时无功差动电流的能量积分为0,而区内故障时能够灵敏的感知无功差动电流幅值、频率的变化,无功差动电流的能量积分远大于0。所提方法降低了区内故障穿越性电流对差动保护灵敏度的影响,解决了不可测分支负荷引起的不平衡电流与故障电流辨识困难的问题。仿真结果表明该方法能够可靠地识别区内外故障,具有一定的抗同步误差能力。最后,开发了具备5G通信功能的智能终端样机,通过RTDS闭环测试进一步验证了该方法的有效性。

作者：颜湘武, 李秉桢, 易兴平, 甄天泽, 于佳豪, 生涵竹, 贾焦心

摘要：电气化铁路同相牵引供电系统取消了牵引变电所出口电分相,当单相牵引功率较大的交直交车型运行时往往导致电网侧公共连接点产生较大电压不平衡度。为改善这一状况,该文结合旋转潮流控制器的连续调节特性,提出一种并联型旋转负序补偿器(PRNC)拓扑电路。首先通过分析PRNC特殊接线,研究PRNC工作原理。其次结合PRNC输出的负序补偿电流特性构建同相牵引供电系统,提出基于双dq旋转坐标系锁相环的负序补偿策略,以线路电气量的正负序作为数字信号处理器输入,运算处理后输出调节信号改变PRNC移相角,大幅降低电力机车在供电线路产生的负序电流。接着针对PRNC同相牵引供电应用场景,在计算定转子绕组每相电流的基础上提出了PRNC容量设计方法。最后通过仿真和实验验证所提拓扑以及控制的有效性,结果表明同相牵引供电系统中PRNC能在恒定负载和波动负载情况下显著降低电网侧三相电压不平衡度。

作者：赵博宇, 刘灏, 毕天姝, 刘昕宇, 鲍志鹏

摘要：电力系统故障后电磁暂态期间电气量波形畸变严重、动态变化快速,传统基于傅里叶基底和动态相量的测量方法难以捕捉电气量在时间窗内的局部动态行为,导致暂态期间的同步相量和频率测量结果无意义,且容易发生较大偏差,难以支撑稳定性分析等暂态应用。针对该问题,提出了一种基于Takenaka-Malmquist (TM)系统的电力系统暂态电气量测量方法。分析了基于传统傅里叶基底和同步相量的表征方法在暂态电气量测量中的局限性,揭示并证明了暂态期间基于傅里叶基底的动态相量表征存在冗余;定义了形式类似传统相量和频率的TM相量和TM频率,提出了兼容现有同步测量体系的TM表征方法;在表征的基础上,提出了基于自适应傅里叶变换的TM表征量快速计算方法。仿真和现场故障数据测试表明,相比动态基频相量测量方法和宽频相量测量方法,所提方法可以捕捉暂态电气量在时间窗内的局部特征,且支持高精度、无冗余的暂态电气量波形重构,可还原更完整的暂态信息。

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