- 孙媛媛;
<正>伴随大规模新型源荷接入和配用电系统的电力电子化趋势，电力系统中谐波源分布广泛，谐波含量增加，谐波来源呈现大规模、高频次、宽频域、广分布等特性，威胁配用电系统优质供电水平，甚至影响系统安全稳定运行。研究新型源荷接入背景下的配用电系统谐波问题产生机理、电能质量治理关键装备及其控制方法，对于开展谐波溯源和针对性治理工作、提升配用电系统优质供电水平、支撑新型电力系统高质量建设意义深远。
2023年10期 v.40;No.275 1页 [查看摘要][在线阅读][下载 493K] - 孙媛媛;
<正>伴随大规模新型源荷接入和配用电系统的电力电子化趋势，电力系统中谐波源分布广泛，谐波含量增加，谐波来源呈现大规模、高频次、宽频域、广分布等特性，威胁配用电系统优质供电水平，甚至影响系统安全稳定运行。研究新型源荷接入背景下的配用电系统谐波问题产生机理、电能质量治理关键装备及其控制方法，对于开展谐波溯源和针对性治理工作、提升配用电系统优质供电水平、支撑新型电力系统高质量建设意义深远。
2023年10期 v.40;No.275 1页 [查看摘要][在线阅读][下载 493K] - 侯晓蕾;孙慧如;孙凯祺;孟广泽;李博文;
由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性，可再生能源发电与负荷需求的时空错配给电网的安全可靠运行带来了新的问题。为了解决新能源高比例接入下的电能质量问题，同时保证储能的安全稳定运行，提出了一种综合考虑储能荷电状态（state of charge,SOC）和电能质量提升的多约束储能自适应控制策略。首先，通过Logistic回归模型和指数函数模型分别分析了储能SOC、频率变化率和虚拟惯性之间的动态联系，建立了储能系统运行安全约束分析和频率变化率约束模型，并加权得到储能系统虚拟惯量的自适应控制规律；然后，针对电压越限和电压波动问题，构建了基于节点电压约束模型的储能逆变器功率因数角自适应控制规律；最后，结合某县实际储能工程现状，仿真验证了所提控制策略能够根据储能SOC和频率变化实时改变储能功率输出，快速响应频率波动，有效抑制电压越限和电压波动，有力保障储能并网系统的安全稳定运行。
2023年10期 v.40;No.275 2-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2444K] - 侯晓蕾;孙慧如;孙凯祺;孟广泽;李博文;
由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性，可再生能源发电与负荷需求的时空错配给电网的安全可靠运行带来了新的问题。为了解决新能源高比例接入下的电能质量问题，同时保证储能的安全稳定运行，提出了一种综合考虑储能荷电状态（state of charge,SOC）和电能质量提升的多约束储能自适应控制策略。首先，通过Logistic回归模型和指数函数模型分别分析了储能SOC、频率变化率和虚拟惯性之间的动态联系，建立了储能系统运行安全约束分析和频率变化率约束模型，并加权得到储能系统虚拟惯量的自适应控制规律；然后，针对电压越限和电压波动问题，构建了基于节点电压约束模型的储能逆变器功率因数角自适应控制规律；最后，结合某县实际储能工程现状，仿真验证了所提控制策略能够根据储能SOC和频率变化实时改变储能功率输出，快速响应频率波动，有效抑制电压越限和电压波动，有力保障储能并网系统的安全稳定运行。
2023年10期 v.40;No.275 2-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2444K] - 游奕弘;谢懿晗;张华赢;于德硕;易皓;
LCL型并网逆变器引发高频谐振是造成并网系统失稳最严重的原因之一，对系统的可靠运行造成了巨大的威胁。传统的基于逆变器自身端口阻抗重塑的有源阻尼方法不具备通用性，同时加大了控制环路的复杂程度，不利于用作多电力电子设备并网系统的谐振抑制。关注到有源电力滤波器（active power filter,APF）动态控制环节的特点，基于无源性理论分析了APF用作阻尼输出的可行性及优势，提出了对APF进行模态切换以实现高频谐振的阻尼控制策略。该方案对谐振频率具备良好的跟踪效果，能够准确地识别系统模态并使APF迅速动作于对应频段的有源阻尼模态切换，具有通用性强、可靠性高、实现成本低的特点。通过仿真平台PLECS对提出的APF模态切换及高频谐振镇定策略进行验证，其结果与理论分析相符，进一步印证了APF用作有源阻尼抑制谐振的有效性。
2023年10期 v.40;No.275 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2590K] - 游奕弘;谢懿晗;张华赢;于德硕;易皓;
LCL型并网逆变器引发高频谐振是造成并网系统失稳最严重的原因之一，对系统的可靠运行造成了巨大的威胁。传统的基于逆变器自身端口阻抗重塑的有源阻尼方法不具备通用性，同时加大了控制环路的复杂程度，不利于用作多电力电子设备并网系统的谐振抑制。关注到有源电力滤波器（active power filter,APF）动态控制环节的特点，基于无源性理论分析了APF用作阻尼输出的可行性及优势，提出了对APF进行模态切换以实现高频谐振的阻尼控制策略。该方案对谐振频率具备良好的跟踪效果，能够准确地识别系统模态并使APF迅速动作于对应频段的有源阻尼模态切换，具有通用性强、可靠性高、实现成本低的特点。通过仿真平台PLECS对提出的APF模态切换及高频谐振镇定策略进行验证，其结果与理论分析相符，进一步印证了APF用作有源阻尼抑制谐振的有效性。
2023年10期 v.40;No.275 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2590K] - 丁玉昊;刘建波;曹立明;谢香敏;
随着非线性电力电子装置的广泛应用，配电网中的谐波含量日益增加，为有效地应对谐波日益严重的负面影响，需对谐波电流进行预测。居民负荷是常见的谐波源，由于其具有很强的随机性，导致其产生的谐波电流数据具有概率性波动。为此，提出一种基于RBF-ARX模型的时序概率谐波电流预测方法。首先，采用RBF-ARX模型对谐波电流的确定性分量进行点预测；然后，采用统计学的概率预测方法预测谐波电流的随机性分量；最后，基于实测谐波数据，验证了所提时序概率谐波电流预测方法的准确性与实用性。
2023年10期 v.40;No.275 19-27+45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2798K] - 丁玉昊;刘建波;曹立明;谢香敏;
随着非线性电力电子装置的广泛应用，配电网中的谐波含量日益增加，为有效地应对谐波日益严重的负面影响，需对谐波电流进行预测。居民负荷是常见的谐波源，由于其具有很强的随机性，导致其产生的谐波电流数据具有概率性波动。为此，提出一种基于RBF-ARX模型的时序概率谐波电流预测方法。首先，采用RBF-ARX模型对谐波电流的确定性分量进行点预测；然后，采用统计学的概率预测方法预测谐波电流的随机性分量；最后，基于实测谐波数据，验证了所提时序概率谐波电流预测方法的准确性与实用性。
2023年10期 v.40;No.275 19-27+45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2798K] - 张磊;徐恭德;孙慧如;李国斌;李亚辉;
随着分布式发电、电力电子技术以及直流负荷在低压配电系统的迅速发展和广泛应用，采用直流供用电方式的低压直流（low voltage direct current,LVDC）系统，能够适应可再生能源的大规模接入以及实现新能源发电的就地消纳，同时直流系统还具有高效可靠、灵活性强、电力稳定性高等优势，将成为未来电力系统的发展方向。首先，介绍了LVDC系统电压等级与拓扑结构，给出了常见电压等级的确定方法以及LVDC的常用拓扑结构；然后，结合交流系统电能质量问题从原因、定义、指标等方面深入分析并总结了典型直流电能质量问题；最后，概括了当前直流电能质量控制与治理方法的研究现状，为LVDC系统电能质量研究提供参考。
2023年10期 v.40;No.275 28-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1703K] - 张磊;徐恭德;孙慧如;李国斌;李亚辉;
随着分布式发电、电力电子技术以及直流负荷在低压配电系统的迅速发展和广泛应用，采用直流供用电方式的低压直流（low voltage direct current,LVDC）系统，能够适应可再生能源的大规模接入以及实现新能源发电的就地消纳，同时直流系统还具有高效可靠、灵活性强、电力稳定性高等优势，将成为未来电力系统的发展方向。首先，介绍了LVDC系统电压等级与拓扑结构，给出了常见电压等级的确定方法以及LVDC的常用拓扑结构；然后，结合交流系统电能质量问题从原因、定义、指标等方面深入分析并总结了典型直流电能质量问题；最后，概括了当前直流电能质量控制与治理方法的研究现状，为LVDC系统电能质量研究提供参考。
2023年10期 v.40;No.275 28-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1703K] - 田新成;李华;晏坤;沈宋文;亓德民;孙媛媛;
随着“双碳”目标的推进，大规模新能源并网使电网背景谐波呈现强波动性，导致现有系统谐波阻抗估计方法精确度降低，进而影响谐波主导扰动源定位与后续针对性治理。因此，针对新能源场站并网场景，研究系统谐波阻抗的精确估计对解决电网谐波污染问题有重要意义。从数据驱动的角度出发，在新能源场站并网点建立了谐波阻抗评估模型。首先，针对背景谐波波动干扰的非理想条件，引入伊潘涅切科夫核函数拟合背景谐波电压的概率密度函数；其次，对于系统侧谐波阻抗值的估计，提出了基于改进贝叶斯的谐波阻抗估计方法，应用贝叶斯方法评估谐波阻抗时，基于熵最大原则和自分析法确定先验均匀分布区间范围；然后，针对样本容量过大导致估计过程耗时较长的问题，提出了基于最大最小优化拉丁超立方体采样法对公共连接点（point of common coupling,PCC）的数据样本进行筛选；最后，通过MATLAB/Simulink仿真分析的计算，验证了所提系统侧阻抗估计方法在背景谐波波动干扰时具有较高精度。
2023年10期 v.40;No.275 35-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2091K] - 田新成;李华;晏坤;沈宋文;亓德民;孙媛媛;
随着“双碳”目标的推进，大规模新能源并网使电网背景谐波呈现强波动性，导致现有系统谐波阻抗估计方法精确度降低，进而影响谐波主导扰动源定位与后续针对性治理。因此，针对新能源场站并网场景，研究系统谐波阻抗的精确估计对解决电网谐波污染问题有重要意义。从数据驱动的角度出发，在新能源场站并网点建立了谐波阻抗评估模型。首先，针对背景谐波波动干扰的非理想条件，引入伊潘涅切科夫核函数拟合背景谐波电压的概率密度函数；其次，对于系统侧谐波阻抗值的估计，提出了基于改进贝叶斯的谐波阻抗估计方法，应用贝叶斯方法评估谐波阻抗时，基于熵最大原则和自分析法确定先验均匀分布区间范围；然后，针对样本容量过大导致估计过程耗时较长的问题，提出了基于最大最小优化拉丁超立方体采样法对公共连接点（point of common coupling,PCC）的数据样本进行筛选；最后，通过MATLAB/Simulink仿真分析的计算，验证了所提系统侧阻抗估计方法在背景谐波波动干扰时具有较高精度。
2023年10期 v.40;No.275 35-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2091K] - 沙广林;刘璐;马春艳;丛炘玮;段青;吴云召;
为适应电动汽车充电负荷复杂且多样化充电需求，提升配电网对规模化电动汽车的接纳能力，提出一种考虑集群特性差异与车网互动关系的电动汽车有序充电策略。首先，考虑不同空间区域电动汽车出行特性与充电需求差异，利用充电行为概率特征，建立电动汽车充电负荷充电行为特征模型；其次，根据不同电动汽车剩余容量、排队等待时长等因素，构建反映充电优先级的电动汽车充电需求指标；最后，兼顾配电网调控与电动汽车用户充电满意度要求，考虑配电网与电动汽车互动关系以及电压约束，建立电动汽车多目标有序充电模型，提出考虑充电优先级的电动汽车集群协同优化策略，通过不同区域负荷特性的电动汽车接入场景对比分析验证所提策略的正确性。仿真结果表明，该有序充电策略具有较好的扩展性，可满足不同场景下电动汽车多样化充电需求。
2023年10期 v.40;No.275 46-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2496K] - 沙广林;刘璐;马春艳;丛炘玮;段青;吴云召;
为适应电动汽车充电负荷复杂且多样化充电需求，提升配电网对规模化电动汽车的接纳能力，提出一种考虑集群特性差异与车网互动关系的电动汽车有序充电策略。首先，考虑不同空间区域电动汽车出行特性与充电需求差异，利用充电行为概率特征，建立电动汽车充电负荷充电行为特征模型；其次，根据不同电动汽车剩余容量、排队等待时长等因素，构建反映充电优先级的电动汽车充电需求指标；最后，兼顾配电网调控与电动汽车用户充电满意度要求，考虑配电网与电动汽车互动关系以及电压约束，建立电动汽车多目标有序充电模型，提出考虑充电优先级的电动汽车集群协同优化策略，通过不同区域负荷特性的电动汽车接入场景对比分析验证所提策略的正确性。仿真结果表明，该有序充电策略具有较好的扩展性，可满足不同场景下电动汽车多样化充电需求。
2023年10期 v.40;No.275 46-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2496K] - 伍双喜;刘洋;朱誉;何宏亮;肖晃庆;杨苹;
为了提高城市输电走廊容量，增强城市电网灵活性，在难以对原有交流电网进行进一步扩建改造的前提下，将交流线路转换为直流线路可能是一种可行方案。为了促进城市中直流系统的改造，首先提出了城区负荷直流互联改造方案；接着针对直流系统中普遍存在的逆变器短路故障后过电压问题进行了理论分析，阐明了过电压产生的控制学原理；然后为了解决逆变器短路故障后过电压问题，遏制故障后电能质量的恶化，提出了过电压抑制策略，对逆变器内部PI环节进行控制，以期实现抑制过电压、优化电能质量的目的；最后结合实际电力系统中一处小型配电网的数据，建立了直流-交流互联系统模型进行仿真验证，仿真结果证实了过电压抑制策略的有效性。所提出的过电压抑制策略不仅可以降低短路故障切除后过电压水平，而且还可以缩短故障后恢复时间，优化电能质量，一定程度上可以促进直流系统的应用。
2023年10期 v.40;No.275 55-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2407K] - 伍双喜;刘洋;朱誉;何宏亮;肖晃庆;杨苹;
为了提高城市输电走廊容量，增强城市电网灵活性，在难以对原有交流电网进行进一步扩建改造的前提下，将交流线路转换为直流线路可能是一种可行方案。为了促进城市中直流系统的改造，首先提出了城区负荷直流互联改造方案；接着针对直流系统中普遍存在的逆变器短路故障后过电压问题进行了理论分析，阐明了过电压产生的控制学原理；然后为了解决逆变器短路故障后过电压问题，遏制故障后电能质量的恶化，提出了过电压抑制策略，对逆变器内部PI环节进行控制，以期实现抑制过电压、优化电能质量的目的；最后结合实际电力系统中一处小型配电网的数据，建立了直流-交流互联系统模型进行仿真验证，仿真结果证实了过电压抑制策略的有效性。所提出的过电压抑制策略不仅可以降低短路故障切除后过电压水平，而且还可以缩短故障后恢复时间，优化电能质量，一定程度上可以促进直流系统的应用。
2023年10期 v.40;No.275 55-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2407K]
- 吴佳庆;顾洁;金之俭;游铭豪;王耀健;
为辅助电网运行部门能够及时采取有效的风险防控措施，提高配电网供电可靠性，提出一种基于长短期记忆网络（long short-term memory network,LSTM）和模糊C均值（fuzzy C-means,FCM）聚类算法的配电网故障预警模型。首先，通过对电网运行数据进行归类，筛选出配电网25个特征变量，并采用主成分分析法进行特征变量融合，形成可表征配电网运行状态的低维特征变量；然后，基于已融合的特征变量，选用FCM聚类算法对配电网故障状态和非故障状态区分的边界条件进行辨识，并采用LSTM对短期内配电网特征量进行预测，进一步结合特征量预测结果和所得出的状态区分边界条件，预测未来短期内的故障发生时刻，实现故障预警；最后，以某地级市39条馈线配电网运行数据为例，验证了所提方法的有效性。
2023年10期 v.40;No.275 63-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2526K] - 吴佳庆;顾洁;金之俭;游铭豪;王耀健;
为辅助电网运行部门能够及时采取有效的风险防控措施，提高配电网供电可靠性，提出一种基于长短期记忆网络（long short-term memory network,LSTM）和模糊C均值（fuzzy C-means,FCM）聚类算法的配电网故障预警模型。首先，通过对电网运行数据进行归类，筛选出配电网25个特征变量，并采用主成分分析法进行特征变量融合，形成可表征配电网运行状态的低维特征变量；然后，基于已融合的特征变量，选用FCM聚类算法对配电网故障状态和非故障状态区分的边界条件进行辨识，并采用LSTM对短期内配电网特征量进行预测，进一步结合特征量预测结果和所得出的状态区分边界条件，预测未来短期内的故障发生时刻，实现故障预警；最后，以某地级市39条馈线配电网运行数据为例，验证了所提方法的有效性。
2023年10期 v.40;No.275 63-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2526K] - 周华锋;胡荣;聂涌泉;李金;马光;黄俊聪;左嘉志;
智慧园区内工厂流水车间和电动汽车充电站是重要的能源消费实体，在配电网中充分利用前者的运行特性和后者的储能特性对两者进行协同优化调度，可以实现系统运行灵活性和运行效率的提升。首先，考虑了包含碳排放的智慧园区配电网中流水车间和电动汽车充电站之间的电能交互，并提出针对流水车间和电动汽车充电站的协同优化问题，以降低系统的运行成本和碳排放量。然后，根据决策者的风险偏好，基于信息间隙决策理论，分别提出风险追求调度模型和风险规避调度模型，相应优化问题的求解结果可为决策者提供调度方案。最后，基于一个包含流水车间和电动汽车充电站组成的智慧园区配电网交互系统进行算例分析，验证了所提模型在降低系统运行成本和碳排放量方面的有效性。
2023年10期 v.40;No.275 73-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 3254K] - 周华锋;胡荣;聂涌泉;李金;马光;黄俊聪;左嘉志;
智慧园区内工厂流水车间和电动汽车充电站是重要的能源消费实体，在配电网中充分利用前者的运行特性和后者的储能特性对两者进行协同优化调度，可以实现系统运行灵活性和运行效率的提升。首先，考虑了包含碳排放的智慧园区配电网中流水车间和电动汽车充电站之间的电能交互，并提出针对流水车间和电动汽车充电站的协同优化问题，以降低系统的运行成本和碳排放量。然后，根据决策者的风险偏好，基于信息间隙决策理论，分别提出风险追求调度模型和风险规避调度模型，相应优化问题的求解结果可为决策者提供调度方案。最后，基于一个包含流水车间和电动汽车充电站组成的智慧园区配电网交互系统进行算例分析，验证了所提模型在降低系统运行成本和碳排放量方面的有效性。
2023年10期 v.40;No.275 73-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 3254K] - 宫德锋;乔东伟;张帆;杨雷;徐淼;王书源;薛永端;
谐振接地系统中，故障点残流的测算对于故障风险防范、消弧线圈补偿效果评估等运维管理工作具有重要指导意义，然而长期以来始终未找到合理的技术方向。针对谐振接地系统单相接地故障，首先分析了三相电流故障前后的突变量特征，分析表明：故障线路的故障相和健全相的电流突变量之差等于故障点残流，健全相之间的电流突变量之差等于0。然后基于此，构建了3种相间差电流，进而实现故障点残流的测算。为了克服系统不对称的影响，引入故障线路上除出口处之外的任意一个检测点，实现对方法的改进。该方法不需要专用的测量设备，而且MATLAB/Simulink仿真和现场实测证明该方法基本不受系统失谐度和过渡电阻的影响，具有较高的准确性和适用性。
2023年10期 v.40;No.275 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3398K] - 宫德锋;乔东伟;张帆;杨雷;徐淼;王书源;薛永端;
谐振接地系统中，故障点残流的测算对于故障风险防范、消弧线圈补偿效果评估等运维管理工作具有重要指导意义，然而长期以来始终未找到合理的技术方向。针对谐振接地系统单相接地故障，首先分析了三相电流故障前后的突变量特征，分析表明：故障线路的故障相和健全相的电流突变量之差等于故障点残流，健全相之间的电流突变量之差等于0。然后基于此，构建了3种相间差电流，进而实现故障点残流的测算。为了克服系统不对称的影响，引入故障线路上除出口处之外的任意一个检测点，实现对方法的改进。该方法不需要专用的测量设备，而且MATLAB/Simulink仿真和现场实测证明该方法基本不受系统失谐度和过渡电阻的影响，具有较高的准确性和适用性。
2023年10期 v.40;No.275 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3398K]