期刊信息
双月刊，2014年12月创刊
主管单位：南方电网数字传媒科技有限公司
主办单位：中国能源建设集团
广东省电力设计研究院有限公司
编 辑：《南方能源建设》编辑部
出 版：
《南方能源观察》杂志社有限公司
名誉主任委员：杜祥琬 院士
主任委员：彭雪平 全国工程勘察设计大师
期刊社长：郭逸晴
主 编：范永春
副 主 编：张春文
编辑部主任：郑文棠
地 址：广州市黄埔区科学城天丰路1号
电 话：(020)32116683; 32115630
标准刊号：ISSN 2095-8676
CN 44-1715/TK
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RSS专辑征稿围绕双碳领域学术前沿和热点问题，不定期刊出特约专栏、专题和专刊。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.010
摘要:
目的 风力机组的尾流效应是风电场能量损失的重要因素，研究机组尾流有利于优化机组排布，提升风电场的经济性。 方法 本文分别对8种常见尾流模型的尾流风速衰减、湍流强度预测情况进行对比研究。为确保评估的合理性，基于风场测量数据及风洞实验数据进行定量分析，对比数据范围限定于风机下游距离3倍到10倍风轮直径。 结果 分析结果表明：对于尾流风速预估，二维模型较一维模型与实际尾流风速分布结构更契合，其中Jensen-Guass有着更好的尾流宽度预测，而2D-k-Jensen尾流中心风速预测精度更高且多工况适应性更强，最大平均偏差及偏差标准差分别为8.7%、5.5%，均适用于机组尾流风速预估。一维模型中的Jensen模型尾流中心风速预估能力虽最好，部分工况平均偏差低于10%，但Park模型在尾流风速水平分布预测上表现更佳，案例2中预测性能与二维模型相当，各工况平均偏差均低于10%，较前者更适合尾流速度预测。对于湍流强度的预测，Ishihara模型在湍流结构的预测展现出明显优势，平均偏差均低于10%，但尾流中心处湍流强度预测结果较差，不利于下游机组位置处湍流强度的预测，其余模型中Frandsen、Jensen-Guass在低环境湍流强度工况的预测相对较好，但高环境湍流强度下两者存在相反趋势，Frandsen模型预测精度更高，适合机组湍流强度预估，而Jensen-Guass的预估结果远大于实验值，预测结果较不稳定。高上游风速下各模型尾流风速预估精度均有较大的提升，环境湍流强度的提高对模型尾流风速和湍流强度预估精度有一定的促进作用，Jensen-Guass模型除外。 结论 Jensen-Guass和2D-k-Jensen模型尾流风速预测值与实测数据吻合较好，Frandsen模型湍流强度预测性能更佳，可作为海上风场机位排布优化及尾流控制分析的参考尾流模型。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.001
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目的 随着风能、太阳能等清洁能源快速发展，电力系统的能源结构发生了重大变化，这使得电网安全运行的不确定性增大，也给精准用电量预测带来了新的挑战。电网用电量受众多因子的影响，而气象因子的影响显著，因此，分析气象因子对用电量精细化预测的影响显得尤为重要。 方法 利用2017年逐日用电量以及最高气温、平均气温、最低气温、气压、相对湿度、风速等气象数据，采用集合模态经验分解（EEMD）和BP神经网络组合预测方法，探讨气象因子对集合模态经验分解回归模型（EEMD-BP）方法预测用电量的影响。 结果 研究发现，平均气温、最高气温、最低气温、气压和相对湿度与用电量序列经EEMD分解后的低频分量存在较好的相关关系，而与高频分量和周期分量的相关性较弱。 结论 利用BP回归模型预测的用电量与实况误差较大，引进气象因子后，EEMD-BP得出的预测准确率有了明显的提高。研究表明，基于气象因子的EEMD-BP组合预测方法可有效提高用电量预测的准确率，可为完善短期用电量预测方法提供有效的技术支撑。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.004
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目的 风功率密度是风资源评估重要参数之一，准确的计算风功率密度有赖于风频威布尔分布拟合的准确性，对它进行正确地分析和评估有助于降低投资风险和提高投资决策的可靠性。针对目前风资源评估缺少威布尔分布拟合准确性方面的研究，文章旨通过研究比较那种威布尔分布拟合具有较高的精度，从而提高风资源评估的准确性。 方法 对目前国内外采用的5种威布尔模拟风频分布的方法进行研究，引入决定系数来确定威布尔模拟的准确度，比较威布尔函数计算风功率密度与实测数据计算风功率密度绝对误差和相对误差大小。 结果 结果表明：能量因子法EPF和最大似然法MLE模拟出来的威布尔拟合决定系数高于其它方法，包括经验法（EPJ和EPL)和最小二乘法(LLSA)。用这两种方法所得的参数计算风功率密度，与实测数据计算所得的风功率密度相比较，其绝对误差和相对误差也小于其它3种方法。 结论 研究结果可为风资源评估时选择何种威布尔方法计算风功率密度提供参考依据，客观地反应风电场风资源情况，提高风资源评估的准确性。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.003
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目的 利用气候预测模式的气温数据对未来长江经济带湖北段武汉、黄石、宜昌夏季日最大电力负荷进行预测。 方法 基于武汉、黄石、宜昌2008~2019年逐日最大电力负荷数据、同期平均气温、最高气温、最低气温等气象要素资料以及RegCM4区域气候模式预测数据，对3个地区的气象敏感电力负荷特性进行分析。在此基础上，通过回归法和群粒子优化BP神经网络算法，对未来（2020~2096年）日最大电力负荷进行定量滚动预测。 结果 结果表明，夏季平均气温与气象敏感负荷关联度最大。预测武汉和宜昌两地的夏季日最大电力负荷相似，两种预测值较近10 a日最大电力负荷稳步增长，回归预测的增长率要略高于神经网络预测；宜昌增长率比武汉高，最高超过40%。黄石日最大电力负荷的预期值较其他两地呈现出明显不同预测结果。 结论 预测长江经济带的中大型城市夏季日最大电力负荷的变化规律，有助于规划未来所需额外的电网容量。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.0000-00
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目的 针对广东省燃煤电厂联合储能AGC调频项目经济效益情况问题，通过建立典型工程案例的方法进行展示。 方法 文归纳总结了最新版本南方区域调频辅助市场收益结算规则，计算出广东省内典型2典型00 MW燃煤机组采用磷酸铁锂电池储能的调频性能指标，然后建立收益模型，对成本、里程、出清价格、运行时间等关键参数等进行了估算或假定，最后在采用合同能源管理模式下，从投资方角度测算其经济性并分析了在不同总投资、投运年份及收益分成情况下的财务指标变动情况。 结果 结果表明在已有测算的情况，除了第一种分成方案外，其他场景下的资本金内部收益率均超过7%。 结论 在广东地区四年内磷酸铁锂电池储能的调频项目具有较好的投资回报，此后随着总投资的降低和分成的提升，依然可以吸引投资方参与此类型项目。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.****.**.***
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目的 “节能减排”是近些年来国家对工业项目的技术要求，变频技术可使工艺设备在不同工况下调整出力，从而节约资源。但变频器属于电力电子设备，IGBT元件本身故障率相对较高，且对运行环境要求苛刻，因此提高高压变频器的安全性、运行可靠性十分重要。 方法 在高压变频器个别功率单元故障退出情况下，依据中性点漂移技术，调整中性点位置及三相电压之间的夹角，使高压变频器可以在旁路掉部分故障功率单元后仍可以正常运行；将高压变频器的实时状态送至DCS，根据DCS逻辑组态，实现高压变频器整机自动旁路技术；设置单独的高压变频器室，通过空调、通风、风道系统等，为高压变频器提供一个相对较好的运行环境。 结果 通过对高压变频器采取内部策略和外部环境策略后，高压变频器的故障率有所降低，延长了高压变频器的无故障安全运行时间。 结论 采用中性点漂移技术及整机自动旁路技术，可以降低高压变频器的故障概率及频次；联合改善运行环境的温度和湿度条件，可以提高变频器持续可靠运行时间，对提高变频器的安全性及运行可靠性有显著帮助。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.011
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目的 为检验中国气象局风能太阳能预报模式（CMA-WSP）风速产品在风资源短期预报中的可靠性，对CMA-WSP 100 m风速3 d预报产品进行检验分析。 方法 文章利用湖北省枣阳周楼、麻城蔡家寨和大金中部3个风电场100 m风速实测数据开展研究。 结果 研究结果如下：（1）CMA-WSP对枣阳风电场3 d内风速的整体预报效果较好，预报结果与实测风速变化趋势较为一致，逐15 min、小时平均和日平均风速第1天的预报与实测风速相关系数可达0.728、0.740和0.860，随着预报时效增加，预报与实测相关性逐渐降低。（2）CMA-WSP预报风速与实测风速相对误差变化规律性强，逐15 min、小时平均和日平均风速第1天预报相对误差分别为68%、70%和92%，预报风速整体高于实测风速；小时平均风速及相对误差均呈现白天小、晚上大的特征；月平均风速变化与MRE值变化呈相反趋势，且在1~6月和10~12月最低、7~9月最大。（3）从地区差异来看，CMA-WSP对枣阳周楼风电场风速的预报效果最好，第1天预报与实测风速相关性可以达到0.728，第2~3天的预报相关性也超过0.6，CMA-WSP对蔡家寨和大金中部风电场的预报与实测风速相关系数均低于0.6。 结论 CMA-WSP风速预报效果整体较好，且相对误差具有一定的规律性，有利于下一步对该产品进行订正、降低误差水平。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023-150
摘要:
[目的] 探索10MW级半潜型浮式风机的一体化计算方法并分析其在40~50m近海深水区的耦合动力响应特性。[方法] 本文以10MW混凝土半潜型浮式风机为例，构建一体化时域数值计算模型，统计分析其额定发电和极端工况下的平台动力响应和系泊张力特征。[结果]平台水平运动主要受波浪荷载、风荷载和系泊刚度特性的影响，最大水平运动和系泊张力发生在生存工况，垂向运动主要受波浪荷载影响，摇摆运动的均值主要受风荷载影响，上述浮式风机动力响应均满足设计指标。[结论] 一体化数值计算方法较好地考虑浮式风机耦合动力特性，由于水深限制，近海深水区的海上漂浮式风机对水平运动约束和系泊非线性问题的优化更为重要，响应极值主要发生在极端工况，上述结论为此类漂浮式海上风机基础结构的研究与设计工作提供了一定的参考。
[目的] 探索10MW级半潜型浮式风机的一体化计算方法并分析其在40~50m近海深水区的耦合动力响应特性。[方法] 本文以10MW混凝土半潜型浮式风机为例，构建一体化时域数值计算模型，统计分析其额定发电和极端工况下的平台动力响应和系泊张力特征。[结果]平台水平运动主要受波浪荷载、风荷载和系泊刚度特性的影响，最大水平运动和系泊张力发生在生存工况，垂向运动主要受波浪荷载影响，摇摆运动的均值主要受风荷载影响，上述浮式风机动力响应均满足设计指标。[结论] 一体化数值计算方法较好地考虑浮式风机耦合动力特性，由于水深限制，近海深水区的海上漂浮式风机对水平运动约束和系泊非线性问题的优化更为重要，响应极值主要发生在极端工况，上述结论为此类漂浮式海上风机基础结构的研究与设计工作提供了一定的参考。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.002
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目的 文章旨在研究空中风力发电系统（Airborne Wind Energy System, AWES）的测风需求及设备选型。 方法 文章以某空中风力发电示范工程为依托，开展测风激光雷达与风廓线雷达的对比观测试验，并对数据获取率、垂直廓线特征和时间变化特征进行分析。 结果 结果显示，在3 km高度范围内，测风激光雷达的数据获取率随高度递减至不足0.4，风廓线雷达的数据获取率则维持在0.98以上，具有更好的观测适应性；两种测风设备的风速、风向垂直廓线以及逐日、多日波动特征均具有一致性，并且能被再分析资料和高空气象站同期探空资料所验证。测风激光雷达观测结果的中位数、极差、标准差等统计特征与再分析资料更接近，相关性更好；风廓线雷达观测结果的极差和标准差整体偏大，测风精度不及测风激光雷达。 结论 文章研究表明，应根据项目所在地的气候状况，在空中风力发电站工程的不同设计阶段合理选择测风设备，科学设置测风方式。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.02.005
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目的 随着新能源的大规模应用，新能源发电并网面临的挑战不断突显，储能系统的重要性日益上升。二氧化碳储能（CES）技术是近年来兴起的一种压缩气体储能技术，具有储能密度大、寿命长、系统设计灵活等优势。其中液态二氧化碳储能（LCES）技术在系统高压侧和低压侧均采用液相存储二氧化碳，储能密度高、运行稳定性强。 方法 文章首先介绍了LCES系统的运行原理和关键技术指标，指出二氧化碳液化的重要性和常见工艺。然后介绍了针对LCES系统低压侧CO2液化的研究现状，包括采用混合储能工质、自冷凝、利用LNG冷能、采用蓄冷器，详细分析了各种方式的特点。 结果 研究表明，采用蓄冷器是最具优势的方式。进一步分析蓄冷液化面临的技术挑战及发展前景具有必要性。 结论 研究为LCES系统CO2液化技术的进一步发展提供了指导。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.009
摘要:
目的 港口面临着巨大的生产用电需求和碳减排压力，港区丰富的风能资源使得风电在港口具有较大应用前景。风电机组选址及选型设计将直接影响电站的经济效益和港区生产安全，在风能系统工程化设计中具有重要的研究意义。 方法 以宁波舟山港穿山港区为例，研究了港口特定环境下大型风电机组的工程化设计原则与限制因素，分析了港区风能资源情况与风资源能源化潜力，基于历史统计信息，分析了影响港区的特殊气候；基于港区实景，考虑港区特定环境下的限制因素，对风电机组的选址设计进行分析；研究了风电机组的选型设计方法，并以市场上4种主流机型为例，从多个维度对港区风机选型设计进行了分析。 结果 最终，选用IEC I类及以上且具备抗台特别设计的WTG2型风电机组风机，年发电量可达24.53 GWh，节约用电成本0.233亿元，减少CO2排放约1.425 1万t。 结论 所提出的港口实景下大型风电机组工程设计方法经验证可行，且可以实现较大的经济和生态效益，助力港口实现碳达峰和能源自给，对港口风电场工程设计具有一定的借鉴参考价值。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.008
摘要:
目的 为提高光伏支架的发电效率，以基于Fourier拟合算法的视日运动轨迹光伏跟踪器为研究设计对象。 方法 借助MATLAB分析了传统视日运动轨迹算法的跟踪精度情况，更进一步地在此基础上提出了精度更优的8阶傅里叶拟合视日运动轨迹跟踪算法，并结合GNSS定位技术，得出太阳实时运行轨迹。系统设计以STM32单片机作为微处理器，采用6轴加速度传感器，通过重力矢量在其轴上的投影确定光伏跟踪支架的实时倾斜度，以此二者建立跟踪支架三维运行模型，通过分析太阳光线在支架上的余弦效应即可得到电机需要运行的动作角。同时为解决晨昏时刻光伏组件间的阴影遮挡问题，系统增加逆跟踪算法。并考虑到大规模机组的应用，提出主从电机同步控制策略。 结果 傅里叶拟合算法拥有更高的跟踪精度，精度可达到10的－2数量级，高于传统算法一个数量级。同时采用逆跟踪技术可节约24.3%光伏阵列用地面积，大幅提高了土地利用率。 结论 本研究采用更为精准的视日运动轨迹跟踪模型，较好地解决了太阳辐射利用的余弦效应，提升了电站的发电效率，实现了安全高效绿色能源体系的建设，促进了我国“双碳”目标的推进与达成。
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doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2024.01.006
摘要:
目的 我国提出“碳达峰、碳中和”目标，意味着到2030年，我国风电光伏发电总装机要在现有基础上增加2倍以上，大力开发包括太阳能资源在内的可再生清洁能源已成为国际社会的共识，文章以湖北省房县为例，通过引入再分析资料及地形数据，开展太阳能资源的精细化评估，计算技术可开发量，为合理开发利用太阳能资源提供数据支撑。 方法 通过位于该县境内的1个辐射观测站（A站）2012~2020年辐射观测数据对临近的ERA5再分析资料进行订正，形成2000~2020年精度为0.1°×0.1°的辐射格点产品，同时考虑坡度、坡向、海拔高度等对辐射的影响，采用GIS技术方法建立基于地理信息的辐射模型。基于Landsat TM/ETM/OLI遥感影像资料，引入土地利用类型数据，考虑光伏开发的限制因素和不同土地类型的可利用率。 结果 将模型模拟结果与区域内另外2个辐射观测站（B站、C站）实际观测数据进行对比，从整年总体情况看，B站年平均相对误差为5.7%，C站年平均相对误差为3.4%，从各月辐射看，B站相对误差在2%（1月）~14.1%（8月）之间，C站相对误差在0.1%（2月）~15.4%（6月）之间，所建模型能较好反映实际辐射情况。 结论 根据模拟结果，得到房县太阳能资源分布情况，年总辐射在4.00~4.13 GJ/m2，空间上呈现中部河谷风地区的资源多，南、北高海拔山区的资源少的分布。经计算，得到房县光伏发电可开发面积为60.7 km2，技术开发量为4.501 GW。
2023, 10(5): 1-8
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.001
摘要:
目的 广东电网区域由于负荷密集，网架结构复杂，电气联系紧密，长期存在大面积停电风险、交直流相互影响、短路电流超标三大问题，难以满足未来电源负荷发展和系统灵活调控的需求。 方法 为解决上述问题，在广东电网核心区域建设高性能柔性直流背靠背工程，研究并采用新一代高性能柔性直流背靠背技术。在复杂电网柔性直流互联控制，高可靠、高性能换流阀研发，绿色高效换流站设计等方面开展了深入研究，实现了柔性直流背靠背技术升级。 结果 工程成功实现了异同步潮流自动控制，大幅降低了控制保护系统链路延时，研制出了高性能、高可靠性柔性直流换流阀，并在换流站降噪、降损、节水等方面做了优化设计，建成换流站全景感知系统，实现了智慧运维。目前该工程运行良好。 结论 广东电网直流背靠背工程解决了多直流馈入受端电网长期以来面临的三大稳定问题，增强了粤港澳大湾区电力长期安全可靠供应能力。
2023, 10(5): 9-16
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.002
摘要:
目的 柔性直流技术由于其灵活性、快速的控制能力，可应用在异步电网互联、可再生能源并网、城市电网供电等。文章提出城市电网柔性分区互联紧凑型方案以实现城市电网分区间的互联、互济，提高电网安全稳定水平。 方法 根据电网现状，考虑到城区新建输电通道的实施难度以及建设工期难以控制等因素，利用已有的交流互联通道进行布点，将交流弱互联改为柔性强互联，互联端数及规模结合系统需求、原有线路的输送能力、增容改造的可行性等综合确定。由于城市用地紧张，选用紧凑型设备，采用户内紧凑布置。 结果 采用柔性直流背靠背实现城市电网分区间互联、互济，可显著降低系统短路电流水平，提高电网互济能力和安全稳定水平；采用户内紧凑布置，可节省约40%的空间，满足缓解城市土地资源稀缺的需求。 结论 提出的柔性分区互联紧凑型设计方案对柔性直流技术在城市互联的应用中起到很好的指导作用，具有较高的参考价值。
2023, 10(5): 17-23
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.003
摘要:
目的 电阻型超导限流器的工作原理基于超导体的零电阻效应，串联于线路中，正常工作时基本没有电阻。线路发生短路，电流超过临界电流时超导体失超而阻值迅速增大，从而起到限制短路电流的作用。因此超导直流限流器正常运行时对电网基本无影响，系统短路电流超出临界电流后，会迅速限制电流值，有效降低对直流设备的要求。文章基于南澳±160 kV多端柔性直流输电系统，讨论超导直流限流器可能的多种运行工况，分析如何实现限流器的各种工况。 方法 对于可能的5种运行工况，建议设置隔离开关来实现工况的自动切换。 结果 结合设备的配置，给出了超导直流限流器和相关设备的电气主接线、紧凑化平面布置的建议方案；针对不同的运行工况，给出了对应的电流路径图。 结论 对于其他的柔性直流输电系统，可通过类似分析得出超导直流限流器可能的工况及自动切换的电气主接线方案、布置方案。
2023, 10(5): 24-33
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.004
摘要:
目的 现有换流站无功补偿方案下，调相机仅提供暂态无功支撑，交流滤波器承担稳态无功补偿与调整任务，两者间缺少协调方案，经济性不足。 方法 在保证调相机动态特性的基础上，基于直流送、受端系统运行特性，首先提出以调相机置换部分交流滤波器容量，两者共同参与稳态无功补偿的换流站无功优化方案。随后按照动作顺序先后提出换流站双层无功调整策略。第一层无功调整由调相机承担，通过在稳态运行范围内调节出力实现。第二层无功调节在第一层无功调整后启动，逐组投切交流滤波器进行无功调整，直至达到换流站无功调整要求。最后，在PSCAD中搭建LCC-HVDC（Line-Commutated Converter High Voltage Direct Current，LCC高压直流输电）系统仿真模型进行仿真验证。 结果 仿真结果表明文章提出的换流站无功补偿方案和双层无功调整策略能优化换流站交流滤波器配置组数，减少换流站交流滤波器投切频次。 结论 所提方案实现了对现有LCC-HVDC换流站无功补偿方案和无功调整策略的优化。
2023, 10(5): 34-40
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.005
摘要:
目的 随着清洁能源的战略地位不断提高，越来越多的新能源发电设备接入电网，但其电能质量不稳定，对交流输电网产生了较大的冲击。柔性直流输电网络可以有效隔离交流网络和直流网络，具有较好的发展前景。柔性直流输电的关键部件是由全控型IGBT（Insulate-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）元件为核心的换流阀，因此IGBT元件的安全稳定运行对整个柔性直流系统的稳定起到重要作用。为了提高IGBT元件的安全性和运行稳定性，必须控制其运行电流和电压，避免承受过流、过压损害，且需要控制环境的温度、湿度以及设备防腐性，改善运行条件。 方法 采用内外两方面措施：内部设置启动电阻、电抗器、避雷器等，进而控制回路的电流和电压；外部设置空调，提高房间严密度，设备防腐处理等保证工作环境的良好。 结果 内部回路配置启动电阻、电抗器、避雷器等设施的措施，限制回路电流、电压，进而控制极端情况下作用于IGBT元件上的过电流倍数、过电压倍数；外部通过控制IGBT所在房间的温度、湿度及其设备防腐性，为IGBT元件的运行提供一个适宜的环境，对提高IGBT元件的安全性及运行可靠性有所帮助。 结论 柔性直流输电可以很好地解决电能质量较差的新能源发电设施的电能传输问题。通过优化柔性直流输电系统回路的内部措施及提高IGBT元件运行环境适宜度的外部措施，提高IGBT元件乃至整个柔性直流系统的安全性和运行可靠性。
2023, 10(5): 41-49
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.006
摘要:
目的 针对换流站运维的痛点，提出了换流站三维数字化应用及智能巡检系统的设计方法，并将其在工程中进行实际应用。 方法 首先阐述了系统的总体架构、技术架构、数据架构和功能模块，利用数字孪生技术实现了智能巡视、智能操作、智能安全等运维业务；接着研究了系统的关键技术，包含换流站建模及精细化处理、模型数据融合技术、全景可视化技术，实现了三维场景下全站集中运维管控；最后，将系统部署在工程现场，大幅提升了运维效率与体验。 结果 系统的应用情况表明，日常智能巡视项目人工替代率达大于80%，现场操作时间减少60%，提高作业风险管控能力与安全水平，节省65%工时。 结论 换流站三维数字化与智能巡检系统能有效提高运维人员对设备的精准管理，实现运维业务的降本增效。
2023, 10(5): 50-56
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.007
摘要:
目的 随着交直流配电网及分布式发电技术的快速发展，直流微电网在配电网中的作用愈发重要，将成为未来配电网中的重要组成部分。由于直流微电网覆盖面积小，线路阻抗小，当发生极间短路故障时，故障电流上升速度快，幅值大，可达到额定工作电流的10倍以上。这使得直流微网保护整定困难，设备选型要求高，制约了直流微网的快速发展。 方法 针对上述问题，文章以直流微电网为研究对象，从直流微电网的极间故障的工作原理出发，分析直流微电网直流侧的故障特征，针对现有主要限流方法的不足，提出利用一种电压可控的故障电流控制器，来实现对故障电流的精确控制并搭建了直流微电网和故障电流控制器的仿真模型进行仿真验证。 结果 仿真结果显示，该故障电流控制器可大幅降低故障电流，并可实现精确控制故障电流，使得故障前后系统均处于可控状态而不会闭锁保护。在稳态运行时，故障电流控制器还可辅助VSC（Voltage Source Converter, VSC）进一步稳定直流母线电压。 结论 为配合继电保护装置正常动作，同时避免VSC触发过流保护闭锁，建议故障电流控制范围设置为1～2 pu。
2023, 10(5): 57-64
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.008
摘要:
目的 随着电力电子设备以及人工智能等高新技术的高速发展，直流系统已经在变电站内普及应用。而变电站直流系统的接地故障已然成为影响变电站安全稳定运行的重要因素。 方法 首先对变电站直流系统进行简介，分析其组成部分和直流接地故障的典型类型及其恶劣影响；然后重点阐述了目前常见的5种直流接地故障查找策略的原理。 结果 结合其各自的研究现状及应用场景，对比分析得出各种查找策略的优缺点。 结论 文章结合当今存在的问题和技术发展趋势，从故障精准定点，复杂故障判别，检测精度及便携式绝缘检测装置续航能力提升等多个角度，对直流接地故障查找在国内外的未来研究方向进行了展望。
2023, 10(5): 65-71
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.009
摘要:
目的 随着分布式电源以及电动汽车等新型负荷的发展，直流微网相较于交流微网有着换流环节少，系统损耗低等优点，成为目前的研究热点。直流微网覆盖范围小，且接入了大量的分布式电源，因此发生极间短路故障时，故障电流上升速度快，幅值大，使得传统交流配电网采用的过流保护难以实现级差配合，给故障定位造成了极大的困难。 方法 对此，针对直流微网故障电流的特点，提出限流与保护相融合，基于故障电流精确控制值设计过流保护整定值的方法，结合各支路合理的容量设计，可轻松实现级差配合，准确定位故障。 结果 文章在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建相应的直流微网模型，对所提保护方案进行了仿真验证，结果表明该方案能正确定位故障点并迅速切除故障。 结论 所提的保护方案保证了过电流的选择性。这验证了所提保护方案的合理性。
2023, 10(5): 72-79
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.010
摘要:
目的 文章旨在研究全桥MMC（Modular Multi-Level Converter，模块化多电平变流器）型直流融冰装置在不同工作模式下的融冰容量与无功输出容量问题。 方法 以某500 kV变电站实际工程全桥MMC型直流融冰装置参数设计为例，详细阐述了全桥MMC型直流融冰装置换流器桥臂电流交流分量、直流分量、有效值及峰值计算，桥臂模块数量选取，IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）功率模块支撑电容计算，桥臂电抗器电感计算，启动回路电阻计算；详细分析了在设定融冰容量下装置最大无功输出能力以及在设定无功输出容量下装置最大的融冰能力，并探究融冰容量与无功输出容量之间耦合关系及解耦计算。 结果 研究表明在融冰装置参数确定后融冰容量与无功输出容量存在此消彼长的耦合关系。 结论 其原因在于桥臂电流中既含有交流分量，也含有直流分量，而交流分量由融冰模式和无功补偿模式共同决定，直流分量仅取决于线路融冰电流。
2023, 10(5): 80-86
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.011
摘要:
目的 虚拟惯性阻尼控制（Virtual Inertia and Damping Control，VIDC）潜在的正反馈可能加剧控制环路内部的相互作用进而引起母线电压低频振荡，破坏电动汽车直流充电站（Electric Vehicle DC Charging Station， EVCS）的稳定性。虽然已有多时间尺度阻抗模型解释VIDC的稳定机制和VIDC控制下EVCS的低频振荡机理，但其本质上是一个高阶传递函数，获取阻尼控制策略的解析表达式。 方法 针对这一问题，文章对环路虚拟阻抗进行了详细的阻抗分析，直观地揭示了每个控制环路阻抗高阶属性的根本原因。 结果 通过伯德图近似提出了控制环路闭环增益的降阶拟合方法，建立了低阶阻抗电路模型。 结论 通过Matlab/Simulation仿真结果验证了所提出的多时间尺度低阶阻抗电路模型的有效性。
2023, 10(5): 87-93
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.012
摘要:
目的 和独立接地极不同，共用接地极为多个直流系统连接，其参数和运行方式需要由其相连的各个系统决定，系统之间存在相互影响，设计时需要全方位考虑各种因素。 方法 采用CDEGS软件，首先分析两个接地极之间的相互影响因素和规律，特别是深井接地极和垂直接地极间的相互影响；然后研究实际场景下多个接地极同时运行和共用时，同极性运行和异极性运行对跨步电势的影响。 结果 仿真结果表明，接地极间的相互影响程度随着土壤电阻率特性、电极间距离的变化而改变。深井接地极对垂直接地极的影响有别于垂直接地极相互之间的影响。 结论 文章研究了垂直接地极和深井型接地极之间相互影响的一般规律，为共用接地极方案提供理论和技术支持，为今后接地极的设计工作打开新的思路。
2023, 10(5): 94-105
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.013
摘要:
目的 作为我国“新基建”的重要推力，互联网数据中心迎来蓬勃发展的机遇，成为新增用能领域，对所在地配电网的供电水平和能力提出了更高要求。柔性输配电技术和关键设备的创新应用，让供配电系统更智能、更灵活、更可靠，更能够应对互联网数据中心这类直流负载占比大、集中的高载能负荷所带来挑战，实现互联网数据中心建设运营更低碳、更高效、更可靠、更经济。 方法 首先讨论了互联网数据中心负荷的基本需求，同时分析了互联网数据中心整体的分级和性能需求，研究了柔性技术在配用电网络中的应用，着重分析并比较了“整流配电、直流配电、交直流混合供配电”3类技术路线。 结果 为系统可靠性、稳定性、电能质量、用电效率和接纳新能源等方面的问题提供了因地制宜的解决方案。 结论 通过总结归纳已有的研究成果可知，柔性输配电技术是建设互联网数据中心的核心技术。应从器件、算法等不同方面研究有针对性的数据中心控制方案。文章在对不同方面的研究成果进行综述后，还对头型输配电技术在互联网数据中心中的实践及推广进行了展望。
2023, 10(5): 106-115
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.014
摘要:
目的 磷酸铁锂电池储能电站是新型电力系统消纳大规模新能源的重要基础，然而电池单元的热失控严重威胁储能电站的运行安全。对储能电站局部过热进行实时监测和科学预警具有重要意义。 方法 在此工作中，制备了一种具有感知过热温度并产生颜色变化的热敏微胶囊，将其适量添加到环氧树脂基体中构成具有感知外部过热温度场特性的复合绝缘材料。 结果 测试结果表明，所制备的热敏微胶囊/环氧树脂绝缘示温涂层的颜色可以灵敏地随外界温度变化而发生变化，在60 ℃左右时发生颜色突变。当热敏微胶囊的掺杂质量分数为0.25%时，复合涂层的绝缘强度、介电特性和纯环氧树脂材料相当，保持良好的本征电气性能。 结论 研究提出的热敏变色复合绝缘涂层可对外界局部过热状态的温度可视变化，为储能电站的热失控预警应用提供了一条新的技术路线，具有一定的工程应用价值。
2023, 10(5): 116-128
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.015
摘要:
目的 输电线路的舞动会引发线路跳闸、金具磨损、绝缘子串破碎、塔臂损坏等事故，严重时可能出现倒塔事故，因此建立输电线的舞动模型并对其进行舞动分析是一项十分有意义的课题。 方法 系统地研究了国内外经典、前沿的文献，全面地总结了输电线路弯曲刚度、气动力系数、数值仿真、舞动方程的解析法等方面的研究现状，分析了现有研究的优点、缺点，并总结了有关输电线路舞动课题的发展趋势。 结果 文章的相关成果将对我国的覆冰输电线路舞动发展具有较高借鉴价值。 结论 现阶段对架空覆冰输电线路舞动的研究取得了一定的进展和结论，但仍有许多挑战和问题需要解决。
2023, 10(5): 129-138
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.016
摘要:
目的 柔性直流的快速发展为MMC（Modular Multi-Level Converter，模块化多电平变流器）拓扑确定了实践支撑。文章以半桥MMC换流器为例，研究MMC稳态电容电压波动、谐波交互规律及桥臂开关函数的关系，以对MMC系统设计、控制策略给予理论支持。 方法 通过建立子模块电容电压、桥臂开关函数的解析表达式，得到MMC换流器上下桥臂能量波动及电容电压波动的数学近似表达式，进而研究了上下桥臂电流、交流阀侧、直流侧中各次谐波的分布规律及相间环流的正负序关系，基于谐波公式得到二次环流的估算方法；进一步，采用变量对照法研究了桥臂开关函数、子模块电容电压随阀侧功率因数、子模块电容大小的变化关系；最后基于实际工程参数搭建了详细的PSCAD/EMTDC模型，开展了理论解析与离线仿真的一致性对比。 结果 研究表明：MMC相间环流只含偶数次谐波，且其中6k+2次环流呈负序、6k+4次环流呈正序、6k次环流呈零序特性，同时稳态下MMC阀侧出口交流电压电流只含奇数次谐波，MMC直流侧电压电流只含偶数次谐波，且在功率因数角φ<0的某些范围内桥臂开关函数峰值会大于1，在低功率因数下子模块电容电压波动峰值大于高功率因数下的波动。 结论 可由此开展换流器电容容值的选型设计及暂稳态策略研究，并通过理论解析掌握MMC拓扑的运行本征特性。
2023, 10(5): 139-148
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.017
摘要:
目的 低频交流输电技术已受到广泛关注，虽然其理论研究在不断深入，但距离其在大容量远距离的海上风电送出场景下的工程实现还有许多问题亟待解决，海上低频主变压器的研发与选型问题就是其中之一。 方法 在详细阐述海上风电低频交流输电系统的结构及工作原理的基础上，分析了海上主变压器的低频运行特性。 结果 若采用增加铁心截面及绕组匝数的常规改造方式，低频变压器在重量体积和总损耗方面均会有所增加，会给海上风电整体送出方案经济性、海上升压站荷载及布置带来极大影响。需要研究海上低频变压器的小型化、轻量化和低损化设计。 结论 最终详述了海上低频变压器改造的关键技术。在铁心改造方面，研发高磁密、低损耗的高性能取向硅钢片是备受关注的低频变压器改造技术。利用海上优势，设计水冷冷却方式及智能监控的变压器冷却方式也可以实现变压器整体质量与体积的优化。酯类高燃点油变压器具有油可降解、难燃、可靠性较高等优点，与常规矿物油变压器相比更适用做海上低频变压器。展望上述关键技术的未来发展，为大容量、高电压等级海上低频变压器的研制与应用提供参考，以推动大容量远距离海上风电低频送出技术的工程实践。
2023, 10(5): 149-156
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.018
摘要:
目的 供电部门记录的正确的拓扑信息有助于工作人员监测电网信息，分析故障，优化电网运行以满足低压配电台区精益化、智能化管理的需要。目前，各式新型用电设备及用户的加入使低压配电网络结构呈现出持续变化的特征，线路维护成本被大大提高。 方法 为此，提出基于密度聚类的低压台区归属关系识别方法。首先，提取智能电表有效电压数据生成高维时序电压矩阵；其次，采用t分布随机近邻嵌入方法（t-distributed Stochastic Neighbor Embedding，t-SNE）对高维时序电压数据进行特征提取与降维；然后，应用基于数据密度的噪声应用空间聚类方法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise，DBSCAN）对降维后的数据进行聚类分析，实现低压用户台区归属信息的识别；最后，对海南省三亚市某台区实际数据进行分析，并将所提方法与其他主流的拓扑识别算法进行对比。 结果 分析结果表明所提方法能够达到95%以上的台区识别准确率，高于目前其他主流的拓扑信息识别方法。 结论 文章中的方法在解决此类问题上具有有效性与优势性，可以为实际工程应用提供参考，为低压台区拓扑信息识别领域提供不一样的研究思路。
2023, 10(5): 157-165
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.019
摘要:
目的 采用统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)技术提高电网关键断面输电能力主要是通过向系统注入一定的串联电压，进而转移目标线路的潮流。 方法 文章重点针对关键送电断面，按照功能将区域电网划分为送端电网、互联网络和内部网络，按照高斯消去法将系统网络等值成两通道恒功率交换系统。在此基础上，分别针对单机无穷大系统和恒功率交换系统，基于能量守恒原理，应用向量法给出了UPFC投入前后，UPFC支路和等效支路之间电压、功角、阻抗、有功关系向量图，并利用经典功率传递函数，推导了UPFC的优化串联容量以及注入电压的计算方法。 结果 该计算方法简单实用，尤其适用于系统规划设计研究阶段。 结论 将上述方法应用于深圳电网实例计算，并与PSCAD仿真结果进行对比分析，验证了上述方法的有效性和实用性。
2023, 10(5): 166-173
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.020
摘要:
目的 随着新能源的发展，新能源不确定性和时段特征对电网的影响日增，传统的新能源指标难以刻画电网与新能源的交互关系，需要建立评估体系和指标来量化新能源对电网的影响。 方法 从多维度、多尺度构建评估体系，建立新能源出力特性指标、电量特性指标、调峰特性指标和灵活性需求指标，分析电网关键时刻新能源出力特性、新能源出力与电量的关系、新能源对调峰的影响和新能源波动性对电网的影响，通过应用不同时间尺度（年、季、月、日和小时）的指标来挖掘典型场景特征。 结果 以某地区实际风光荷情况为例，进行评估体系的各类指标计算，结果定量显示了地区新能源对电网的影响和在不同时间尺度的分布特性，验证了所提指标体系的工程实用性。 结论 所提指标计算方法快速简明，指标物理意义清晰直观，有利于指导新能源的规划和调度运行。
