智能直流配電網研究綜述

宋強，趙彪，劉文華，等

摘要：智能直流配電網研究綜述在輸配電系統(tǒng)產生時，直流就被作為最主要的配電方式，但是由于當時直流輸配電電壓等級低、容量小等原因使得直流配電被交流配電所取代。20世紀末，隨著功率半導體技術的發(fā)展，直流供電技術克服了原有的技術缺陷，線路成本低、輸電損耗小、供電可靠性高、具有環(huán)保優(yōu)勢等技術和經濟優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。另外，分布式電源，變頻器、電子設備等廣義直流負荷的發(fā)展，也加速了直流配電的發(fā)展。本文對直流配電的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、關鍵技術等進行了全面的闡述，以促進直流配電網的發(fā)展。目前，很多國家已經紛紛開展了直流配電網的研究，提出了各自的直流配電網概念和發(fā)展目標。在 2007年，美國弗吉尼亞理工大學 CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative（SBI）”系統(tǒng)，具有直流母線DC 380 V和DC 48 V電壓等級，為未來住宅和樓宇提供電力。在2011年，美國北卡羅來納大學提出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management （FREEDM）”系統(tǒng)結構，包含有DC 400 V直流母線，用于構建未來自動靈活的配電網絡。除此之外，日本、韓國、歐洲等國家和地區(qū)也提出和建設了各自直流配電系統(tǒng)。自2009年開始，中國的相關單位也逐步對直流配電網展開了相關研究。清華大學在國家自然科學基金項目中提出了基于高頻隔離和公共直流母線的電池儲能電網接入系統(tǒng)，該項目的側重點在于研究用于直流配電系統(tǒng)中的新一代功率變換技術，包括新一代功率器件應用以及高頻隔離變換技術等。另外，2012年，中國還以深圳供電局為主成立了城市電網先進技術研究中心，計劃于2012年至2015年建立柔性直流配電技術實驗室，并實施柔性直流配電相關關鍵技術的研究。直流配電網的系統(tǒng)架構涉及到系統(tǒng)供電質量、安全性和經濟性等方面的問題，對直流配電網的標準形成具有重要意義。直流配電網的系統(tǒng)架構主要包括高壓配電母線的供電方式、低壓直流配電母線的構成形式、分布式電源的組織形式、高壓配電母線到低壓配電母線的連接方式、分布式電源及負載到低壓配電母線的連接方式等。直流配電網中存在著各種電壓等級的配電母線、形式多樣的分布式電源及負載，而不同電壓等級的配電母線需要經過功率變換器實現(xiàn)功率變換，各類分布式電源及負載也需要經過不同的功率變換器接入直流母線，直流配電網在不同工作模式下各微源及變換器的運行狀態(tài)也不同。因此，為了保證直流配電網正常運行，控制技術起著重要的作用。這里將直流配電網中的控制技術按單元級、微網級到配網級歸結為3類，依次為電力電子變換器的基本控制、多源協(xié)調控制、多端多電壓等級配電網絡的運行控制。直流配電網的保護是直流配電網安全運行的關鍵問題。相比交流配電網，直流配電網的系統(tǒng)架構、工作模式等均有不同，因此傳統(tǒng)的交流保護方案并不完全適合直流系統(tǒng)。所以，在直流配電網的保護技術的研究中，應該吸取交流配網保護技術的經驗，通過對比研究分析直流配網的保護標準、執(zhí)行準則以及操作經驗等。目前，關于直流配電網保護技術的研究方向主要包括直流配電網的保護設備、直流配電網的接地方式、直流配電網的故障診斷與處理方法等。總之，目前各國對直流配電網的研究都還處于試驗探索階段，研究重點集中在以直流微網為核心的低壓直流配電網方面。目前，也還沒有見到有較為系統(tǒng)的示范工程的報道。但是可以預見的是，在世界各國對節(jié)能減排和能源綜合利用的需求增長的今天，直流配電網將以其強大的技術和經濟優(yōu)勢而擁有廣闊的發(fā)展前景，也必將對生活生產產生巨大的影響。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(25): 9-19

入選年份：2017

微電網技術綜述

楊新法，蘇劍，呂志鵬

摘要：目的：微電網作為分布式電源接入電網的一種有效手段，逐步引起了廣泛關注。從運行控制、供電可靠性和電能質量、經濟運行與安全機制、仿真平臺和示范工程等4個方面介紹國內外微電網研究的最新進展，最后結合中國未來智能電網建設規(guī)劃，對微電網技術的發(fā)展前景進行了展望。方法：從運行控制、供電可靠性和電能質量、經濟運行與安全機制、仿真平臺和示范工程等4個方面介紹國內外微電網研究的最新進展。對于微電網的運行控制，分別介紹了微電網中電源數(shù)學模型及優(yōu)化配置、電力電子技術在微電網中的應用、微電網多源協(xié)調控制與能量管理。從微電網與配電網交互影響及供電可靠性、電能質量治理和評估兩個方面介紹了微電網供電可靠性和電能質量。對于微電網經濟運營與安全機制，分微電網經濟運行、微電網安全機制與保護兩個方面進行了闡述。從分析、計算和仿真、工程建設情況等方面介紹了微電網仿真分析和工程建設。最后對微電網技術進行了探討與展望。結果：文章通過對運行控制、供電可靠性和電能質量等方面的論述，所得結果如下：（1）相比于常規(guī)的電力系統(tǒng)，微電網中的可調節(jié)變量更加豐富，如分布式電源的有功出力等，通過對這些變量的調節(jié)控制，可以在滿足系統(tǒng)運行約束的條件下，實現(xiàn)微電網的優(yōu)化運行與能量的合理分配，最大限度地利用可再生能源。同時，當微電網并網運行時，可通過適當?shù)娜嚎夭呗詫ξ㈦娋W輸出進行有效控制。（2）隨著微電網滲透率的增加，即使大部分負荷均由微電網承擔，由于微電網自身的穩(wěn)定性和可靠性都要優(yōu)于分布式電源，因此微電網滲透率的增加可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。微電網的電能質量治理主要從兩個方面著手：一是配置電能質量治理裝置，二是從控制策略方面主動提高電能質量。（3）微電網具有發(fā)電方式靈活、線路損耗小等優(yōu)點，但由于目前微電網內部儲能裝備及控制中心價格水平較高，微電網建設初期投資較大，所以目前微電網的建設主要以保障特殊重要用戶供電可靠性需求和滿足偏遠地區(qū)電力供應為主。（4）目前流行的仿真軟件與建模方式，不能完整反映分布式供電系統(tǒng)/微電網網架結構與配電網間結構信息的不對稱性，在時間尺度上不能確切反映微電網電力電子電磁暫態(tài)過程與配電網中長期機電暫態(tài)過程的交互，亟需根據接入配電網比例，從控制特性和物理特性兩方面著手，建立分布式電源和其他組件仿真程序包。工程建設方面，目前國外建成的微電網工程，大都以微型燃氣輪機為主要供電電源，兼有小容量的光伏和風力以及其他形式能源，用于科研的微電網工程主要實現(xiàn)檢驗微電網各部分動態(tài)性能等。國內微電網示范工程由于供電環(huán)境復雜、運行模式多樣，在保證供能的基礎上更多關注能量綜合控制等。（5）微電網是未來智能配電網實現(xiàn)自愈、用戶側互動和需求響應的重要途徑，隨著新能源的發(fā)展，微電網將具有一些新的特征：滿足多種能源綜合利用需求、與配電網實現(xiàn)更高層次的互動以及承載信息和能源雙重功能。結論：微電網技術自提出以來，在國內外已有較多的成果積累，本文通過對近年來微電網在運行控制等方面成果的總結，得出如下結論：（1）在微電網規(guī)劃方面，微電網的網架結構多樣、電源特性差異大、應用模式多變等，微電網的定容與選址還應與電網規(guī)劃相協(xié)調；（2）在供電可靠性和電能質量方面，微電網與配電網既相互影響又相互支撐，且微電網具有可利用的儲能裝置和控制保護裝置實現(xiàn)聯(lián)絡功率平抑和網內局部保護的顯著優(yōu)勢；（3）在微電網經濟運行方面，微電網的經濟運行目前上缺乏電力市場運營的大背景，離商業(yè)化運營還有一定的距離；（4）在微電網仿真分析與示范工程方面，開發(fā)適用于我國微電網及分布式發(fā)電的分析、計算和仿真工具仍是目前的重要工作。

來源出版物：中國電機工程學報, 2014, 34(1): 57-70

入選年份：2017

模塊組合多電平變換器的研究綜述

楊曉峰，林智欽，鄭瓊林，等

摘要：目的：模塊組合多電平變換器（modular multilevel converter，MMC）具有高度模塊化、易于擴展、輸出電壓波形好等特點，尤其適用于中高壓大功率系統(tǒng)應用。本文旨在提煉MMC的主要技術特點、總結MMC現(xiàn)階段的研究進展，在此基礎上指出MMC今后亟待研究的關鍵問題。方法：結合MMC自身的結構特點，將MMC與傳統(tǒng)的兩電平或者三電平拓撲進行對比分析，提煉出MMC的主要技術特點。此外，采用歸納概括的方法，對已公開發(fā)表的文獻進行了總結，分別回顧MMC在脈沖調制、直流電壓控制、預充電、環(huán)流、諧波、數(shù)學模型、主電路參數(shù)設計、故障保護等關鍵問題的最新研究進展，以及其在電力傳動、電能質量問題治理領域的工程應用現(xiàn)狀。結果：MMC具有許多適用于高壓大功率應用場合的結構和輸出特征：具備高度模塊化的結構，便于系統(tǒng)擴容，易于冗余設計；具有公共直流母線，可實現(xiàn)對公共直流母線電壓的有源控制；對系統(tǒng)主回路的雜散參數(shù)不敏感，便于工程實現(xiàn)；MMC各相橋臂均可獨立控制，可在交流不平衡故障下運行；網側發(fā)生故障時，MMC公共直流母線電壓仍然連續(xù)，具有很強的交流故障穿越和恢復能力；MMC輸出電平數(shù)高，并且開關器件的開關頻率低，開關損耗較小；MMC顯著降低了對交流輸出濾波電感的要求。本文對MMC關鍵問題的研究進展進行了總結：（1）MMC的脈沖調制技術，包括傳統(tǒng)的脈寬調制技術、空間矢量脈寬調制技術、階梯波調制技術、最近電平逼近控制等。在實際應用中，應綜合考慮開關損耗、諧波特性、可擴展性等指標，選取合適的脈沖調制技術方案。（2）MMC的直流電壓控制技術。在預充電階段，利用三相交流電網或者公共直流母線電壓的預充電策略具有一定的成本優(yōu)勢，有助于MMC在高壓大容量系統(tǒng)中推廣應用。在正常工作階段，可采用電壓閉環(huán)控制，但系統(tǒng)復雜性較高，目前多數(shù)文獻采用更容易實現(xiàn)的基于排序方法的直流電容電壓均衡控制方法。（3）MMC的環(huán)流分析和抑制技術，MMC的環(huán)流疊加在橋臂電流中，會提高器件的電流容量增加損耗和成本，已有文獻提出增大橋臂阻抗、添加環(huán)流控制器等抑制方法。（4）MMC的諧波分析和抑制技術，MMC功率單元的直流側電容電壓中含有大量基頻和二次諧波，會影響交流輸出電流特性，可以通過三次諧波注入、改進開關函數(shù)等方法進行抑制。（5）MMC的建模，目前對MMC的建模研究主要集中于電磁暫態(tài)模型、等效簡化模型、開關函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型等方面，對研究系統(tǒng)特性、主電路參數(shù)設計和控制系統(tǒng)設計具有重要的指導作用。（6）MMC的主電路參數(shù)設計，根據功率單元直流電容電壓的低頻脈動要求，設定其電容值；而橋臂電感參數(shù)受MMC輸出電流特性、系統(tǒng)故障管理能力等方面制約。（7）MMC的故障保護，MMC的功率單元直流電容閉鎖后不會自動放電，因此具備在故障后一定時間內“黑啟動”的能力。此外，橋臂電感對沖擊電流也具備一定的抑制作用。（8）電力傳動應用的低頻運行控制，MMC在低頻運行下電容電壓脈動較大，可以通過注入高頻共模電壓和相間環(huán)流分量，或優(yōu)化脈沖寬度的方法進行改善。（9）MMC的電能質量問題治理應用，MMC作為STATCOM能實現(xiàn)靈活的無功發(fā)生控制及對諧波、負序和無功電流在內的綜合補償，具備良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制效果。結論：通過本文的分析看出，MMC在電力系統(tǒng)中有廣泛的應用前景，是未來中高壓大功率系統(tǒng)，尤其是高壓輸電技術的重要發(fā)展方向。然而，從已公開發(fā)表的文獻來看，MMC的理論分析和數(shù)學模型仍不完善、脈沖調制和電壓控制仍需要進一步的簡化、MMC交流電壓不平衡故障控制方法、故障冗余及保護有待深入研究，此外，MMC在電力系統(tǒng)能量治理、新能源接入輸電、大功率電力傳動領域中的應用具有重要的意義，需要進一步推廣。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(6): 1-14

入選年份：2017

特高壓直流分層接入方式在多饋入直流電網的應用研究

劉振亞，秦曉輝，趙良，等

摘要：目的：基于 LCC（電網換相換流器）的高壓直流輸電技術，需要受端交流電網提供足夠的換相電壓，且在換相失敗后的功率恢復過程中還需吸收大量的無功功率，多饋入直流將給受端交流電網帶來嚴重的安全穩(wěn)定問題。多饋入直流集中落入東中部電網將是未來我國電網發(fā)展面臨的突出問題之一。為了綜合解決這一問題，結合當前特高壓直流直接接入特高壓交流技術取得的突破，本文提出了一種特高壓直流分層接入交流電網的新方式，并理論證明和仿真驗證了其系統(tǒng)技術特性和技術優(yōu)勢。方法：首先結合當前特高壓直流直接接入特高壓交流技術取得的突破，提出了分層接入的新方式；然后研究了分層接入方式下多饋入短路比計算方法及CIGRE多饋入短路比指標的適用性；并從理論上對比了特高壓直流不同接入方式的系統(tǒng)特性，證明了特高壓分層接入方式在提高受端系統(tǒng)電壓支撐能力、引導潮流合理分布方面的技術特性和技術優(yōu)勢；最后結合電網規(guī)劃，對特高壓直流分層接入方式進行仿真分析，進一步驗證了理論分析的結論。結果：本文創(chuàng)新性地提出了特高壓直流分層接入交流電網的新方式，從理論上證明了其系統(tǒng)技術特性和優(yōu)勢，并結合電網規(guī)劃，對特高壓直流分層接入方式進行仿真分析，進一步驗證了理論分析的結論。具體包括：（1）特高壓直流分層接入交流電網的新方式，即：特高壓直流高端換流變、低端換流變分別接入500 kV和1000 kV電網，交流濾波器和無功補償裝置也分別接入500 kV和1000 kV交流母線。（2）對于分層接入的特高壓直流，多饋入短路比計算公式仍可適用，但須注意：需要對接入的兩個母線i和j都分別計算多饋入短路比。（3）從電壓支撐的角度來看，采用多饋入直流分層接入方式，一般情況下既能夠發(fā)揮1000 kV電網系統(tǒng)等值阻抗zi小的優(yōu)勢，又有利于在一定程度上增大換流母線之間的聯(lián)系阻抗zij，從而使系統(tǒng)從整體上獲得較大的多饋入短路比和電壓支撐能力。（4）從功率分配的角度來看，特高壓直流分層接入方式通過改變兩級電壓注入功率，可以更加靈活主動地引導潮流在不同電壓層級間合理分布，有助于兼顧當?shù)刎摵捎秒娕c剩余功率通過1000 kV電網轉移輸送。（5）在長三角地區(qū)的多饋入直流系統(tǒng)中，分別從多饋入短路比、潮流分布等方面，對±800 kV錫林浩特—泰州、±1100 kV呼倫貝爾—皖南兩回直流不同接入交流電網方式進行了仿真計算比較，結果表明特高壓直流分層接入方式的多饋入短路比高，可以提高電網的安全穩(wěn)定運行水平；且能夠減輕500 kV通道潮流，發(fā)揮特高壓線路輸電能力強、損耗小的優(yōu)勢。結論：本文提出的特高壓直流分層接入方式是提高多饋入直流系統(tǒng)的電壓支撐能力、引導電網潮流合理分布的重要技術手段，對解決多饋入直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題、促進交直流電網協(xié)調發(fā)展具有重要意義，有廣闊的應用前景，結論如下：（1）CIGRE提出的多饋入短路比計算方法對于特高壓直流分層接入方式仍基本適用。（2）分層接入方式的1000 kV和500 kV母線短路比相應均高于單層接入方式的1000 kV和500 kV母線短路比。通常情況下，對于單層接入方式和分層接入方式，1000 kV母線短路比均高于500 kV母線短路比。分層接入方式有利于發(fā)揮1000 kV電網系統(tǒng)等值阻抗小的優(yōu)勢，并在一定程度上增大1000 kV和500 kV換流母線之間的聯(lián)系阻抗，可使系統(tǒng)從整體上具有較大的多饋入短路比和電壓支撐能力。（3）特高壓直流分層接入方式可通過引導直流功率在1000 kV與500 kV間合理分布，充分發(fā)揮兩級電網的輸電能力，具有較好的經濟和社會效益。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(10): 1-7

入選年份：2017

C-MMC直流故障穿越機理及改進拓撲方案

薛英林，徐政

摘要：目的：難以有效處理直流故障是目前基于模塊化多電平換流器（modular multilevel converter，MMC）的柔性直流輸電系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)之一，也是在架空線領域必須得到解決的關鍵問題。本文提出一種改進的MMC拓撲，無需交流斷路器動作即可實現(xiàn)直流側故障的自清除和系統(tǒng)快速恢復。所提出的MMC拓撲每個橋臂由不同子模塊混合級聯(lián)構成，兼具半橋子模塊（half bridge sub-module，HBSM）的經濟性和從箝位雙子模塊（clamping double sub-module，CDSM）的直流閉鎖特性。在箝位二極管處串聯(lián)動態(tài)阻尼電阻，用于耗散故障期間系統(tǒng)儲存能量加快熄弧過程。方法：首先，研究了箝位雙子模塊正常和閉鎖工作模式，根據模塊電流方向和輸出電壓不同，分為4種正常工作模式和兩種閉鎖模式，繪制了不同模式下子模塊的等值電路。然后，分析閉鎖前后換流器故障等值電路和故障電流特性，將故障發(fā)生到清除分為兩個階段：故障檢測階段，故障發(fā)生后直流電流上升，模塊電容放電導致電壓下降；故障穿越階段，換流器閉鎖后，直流側故障電流下降直至零，直流網絡儲存的能量回饋到模塊電容里，導致電容電壓上升。無論故障電流方向如何，電容器總是被充電。此時，交流系統(tǒng)饋入直流網絡的潛在故障通路有兩條：（1）經換流器內部兩相上橋臂（或下橋臂）構成的路徑；（2）經換流器兩相上下橋臂和直流側故障弧道構成的路徑。上述兩個回路內級聯(lián)模塊電容提供的反電勢大于交流線電壓幅值，這樣迫使故障電流在數(shù)個毫秒內就下降至零。期間直流線路和電抗器內儲存的能量會饋入交流系統(tǒng)和模塊電容內。最后，提出兩點改進措施：（1）橋臂由半橋子模塊和箝位雙子模塊混合而成，降低了穩(wěn)態(tài)運行損耗和半導體器件數(shù)量；（2）在子模塊內部箝位二極管處串聯(lián)阻尼電阻，以加快閉鎖期間能量耗散和降低電容電壓增高幅。與傳統(tǒng)基于CDSM的MMC相比，本拓撲可以節(jié)省nT個IGBT和nD個二極管。結果：算例分析可知，在目前已知的幾個故障穿越能力的換流器拓撲中，本文所提改進拓撲所需半導體器件和損耗最少。本文所提拓撲的二極管、IGBT和損耗，比傳統(tǒng)采用CDSM的MMC分別減少6%、12.9%、8.1%；比采用全橋子模塊的MMC分別減少41.3%、23.8%、27%。PSCAD/EMTDC仿真結果表明，直流故障發(fā)生后，系統(tǒng)可在17 ms內即完成換流器閉鎖；由于吸納了直流網絡能量，箝位雙子模塊的電容電壓有所上升；而半橋子模塊由于電容電壓被旁路掉，保持原有電壓不變。故障期間，阻尼電阻耗散了部分直流網絡儲存能量，減少了電容電壓上升幅值，縮短故障電弧熄滅時間；阻尼電阻越大，電容電壓平均增幅越小，系統(tǒng)進入完全閉鎖狀態(tài)時間越短。結論：本文分析了采用CDSM的MMC直流故障穿越機理，指出其本質在于：模塊電容在故障回路提供的反電勢足夠大，利用二極管單向導通特性完成故障電弧切斷。提出了兩點的改進措施：（1）橋臂由箝位雙子模塊和半橋子模塊混合構成；（2）在箝位雙子模塊箝位二極管處增加阻尼電阻。該拓撲有兩點顯著特點：（1）同傳統(tǒng)采用CDSM的MMC相比，IGBT和二極管數(shù)量減少，特別是高定值的T0/D0數(shù)量減少；（2）正常運行時動態(tài)阻尼電阻不在電流通路中，不會引入通態(tài)損耗，直流故障發(fā)生時，它會通過耗散直流網絡能量加速故障弧道清楚。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(21): 63-70

入選年份：2017

中國火力發(fā)電能耗狀況及展望

楊勇平，楊志平，徐鋼，等

摘要：目的：針對中國燃煤火力發(fā)電在相當長時期占據發(fā)電主體地位這一特點，通過橫向、縱向對比分析，總體上把握中國火力發(fā)電的能耗狀況，以明確中國燃煤火力發(fā)電能耗所處的水平，給出中國燃煤火力發(fā)電能耗的客觀評價，讓社會各界正確理性看待中國燃煤火力發(fā)電。結合 2010年電力統(tǒng)計數(shù)據，通過理論分析驗證分析方法的可行性，對2015年和2020年中國火力發(fā)電能耗進行預測，并提出中國進一步降低火力發(fā)電能耗的方法和途徑。方法：根據2010年中國火力發(fā)電統(tǒng)計數(shù)據，應用火力發(fā)電機組熱經濟性評價方法計算分析得到中國火力發(fā)電能耗與統(tǒng)計能耗數(shù)據基本相符，在此基礎上對比世界發(fā)達國家的火力發(fā)電能耗，按照同樣火力發(fā)電裝機構成進行煤耗折算，以明確中國燃煤火力發(fā)電所處的水平。同樣參考2010年中國電力企業(yè)聯(lián)合會指標競賽統(tǒng)計數(shù)據及其負荷率，結合不同類型燃煤發(fā)電機組變工況熱力計算，得到75%負荷工況下機組的設計能耗，進而從縱向對比不同類型燃煤火力發(fā)電機組實際運行能耗與設計能耗大小，以判斷機組的實際能耗水平。結合2011年之前火力發(fā)電能耗變化趨勢，預測到2015年和2020年時中國火力發(fā)電的總體能耗，并結合理論分析提出進一步降低大型燃煤火力發(fā)電機組能耗的思路和途徑。結果：（1）按2010年中國6000 kW及以上電廠燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、燃油發(fā)電的標準煤耗率計算，中國的煤電、油電和氣電比重分別與日本、德國、韓國2009年的比重相當，可得到的供電煤耗率分別為 283、300和299 g/(kWh)，比日本供電煤耗率低10 g/(kWh)，與德國、韓國水平相當，可見中國的火力發(fā)電煤耗率已處于世界先進水平；（2）1000 MW超超臨界濕冷機組、660 MW超超臨界濕冷機組、600 MW超臨界濕冷機組、600 MW亞臨界空冷機組的實際運行水平達到甚至超過設計水平，其他類型機組實際運行煤耗稍高于設計水平，但在10 g/(kWh)之內，可見在現(xiàn)行技術條件下現(xiàn)役大型燃煤機組本身的節(jié)能空間有限，火力發(fā)電節(jié)能進入深層次節(jié)能降耗階段，需要在理論上、技術上尋求突破；（3）根據中國電力企業(yè)聯(lián)合會對電力工業(yè)發(fā)展預測數(shù)據，考慮新增發(fā)電量多為600 MW級以上濕冷機組、空冷機組和300 MW級以上熱電聯(lián)產機組，不考慮脫除二氧化碳，初略估算2015年新增燃煤發(fā)電機組煤耗率290 g/(kWh)，新增燃氣聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電煤耗率236 g/(kWh)；到2020年新增燃煤機組的發(fā)電煤耗率 280 g/(kWh)，燃氣聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電煤耗率224 g/(kWh)，考慮到技術改造及老機組退役后的大機組代替使得燃煤電站的發(fā)電煤耗率較 2010年分別下降 2 g/(kWh)和 4 g/(kWh)，預測 2015年的火電機組的供電煤耗率分別是323.5 g/(kWh)、322 g/(kWh)和319.6 g/(kWh)。預測2020年的火電機組的供電煤耗率分別是 314 g/(kWh)、313 g/(kWh)和 310 g/(kWh)；（4）可通過進一步優(yōu)化燃煤火電結構（增加 1000 MW 級機組、300 MW級以上聯(lián)合循環(huán)機組、300 MW級以上熱電聯(lián)產機組等）、深度利用火電機組余熱（鍋爐排煙、汽輪機排汽等）、全工況優(yōu)化、原煤干燥、合理利用外部資源實現(xiàn)多能互補等途徑降低燃煤火力發(fā)電的能耗。結論：采用詳實的數(shù)據對中國火力發(fā)電機組的能耗狀況進行深入、細致的分析，并與國內外火力發(fā)電進行對比分析，摸清了當前中國火力發(fā)電機組的能耗水平，指出火電機組構成差異是導致我國火電機組整體效率水平偏低的主要原因；并以 2010年的數(shù)據為基礎，預測了2015年和2020年中國火力發(fā)電的能耗水平，并對今后火力發(fā)電的節(jié)能降耗技術進行展望，為今后火力發(fā)電裝備的節(jié)能對策研究和節(jié)能政策的制定奠定基礎。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(23): 1-11

入選年份：2017

關于短期及超短期風電功率預測的評述

薛禹勝，郁琛，趙俊華，等

摘要：目的：隨著風電并網規(guī)模的快速擴大，風電的不確定性對電力系統(tǒng)與電力市場的穩(wěn)定性、充裕性及經濟性的影響也日益彰顯，故精確而及時地預測風電功率的動態(tài)、建立反映風電預測結果對電力系統(tǒng)實際影響的誤差評估體系具有重大意義。方法：首先討論了風電功率預測的誤差特性及其誤差對電力系統(tǒng)的影響。然后從信息流觀點解讀風電功率預測過程，包括信息源、各種風電預測方法的信息流向、輸出量的轉換與評估等；接著歸納了影響風電功率預測精度的因素，包括數(shù)據采集與處理、預測策略、預測方法、數(shù)值天氣預報、風電場的地形地貌、預測時效等；并對風電功率預測的研究現(xiàn)狀歸類與梳理，包括基于 NWP的物理模型計算、基于統(tǒng)計觀點的外推模型、組合預測方法、概率性預測方法等。在此基礎上，討論了對風電功率預測結果評價指標的要求，提出誤差評估指標應該反映整個時間窗口內的預報質量，并展望風電功率預測可能的突破。結果：（1）當前基于絕對值及平均值準則的風電預測誤差評估指標既不能正確反映誤差正、負符號的影響，也不能正確反映誤差影響的非線性。（2）基于NWP的物理模型預測方法除了能夠充分考慮風電場的物理和環(huán)境因素，最大的優(yōu)勢在于不需要積累大量的歷史數(shù)據，因此特別適合新建風電場的 WPP。但由于NWP的更新頻率較低，難以滿足超短期預測的要求，僅適合短期及中長期預測。NWP本身的預測精度也常常制約著最終的預測效果。（3）組合預測方法的核心思想是分攤單獨預測方法的誤差風險，以消除大偏差。第1類組合預測方法是將基于不同統(tǒng)計方法的預測值加權平均。第2類組合預測針對的是中尺度NWP，各模型可由相同NWP模式的不同變量構成，也可以由不同的NWP模式構成。第3類將物理模型和統(tǒng)計模型相結合。（4）單一的預測模型及固定的參數(shù)難以滿足對風電預測有效性及強壯性的要求。對于不同規(guī)律的風電動態(tài)，若能分別采用適用的預測模型及參數(shù)，就可以改進預測效果。但如何選擇并綜合不同的預測模型，并確保所聚合的是各自的優(yōu)點，而非缺點，從而進一步使其對風電動態(tài)過程自適應是研究的難點。（5）基于概率區(qū)間的WPP能夠同時量化預測誤差和相關概率，提供重要的概率分布信息，進而降低預測誤差所引入的風險。結論：精確、可靠的WPP是降低風電并網風險的最有效手段之一，但風速的高度不確定性使WPP的誤差，特別是最大誤差很難有效地控制。既然不可能用同一外推公式及同樣的參數(shù)值來反映WP的各種時變形態(tài)，那么除了提高氣象預報的精度與時空分辨率外，如何提高預測模型及參數(shù)的自適應能力，及采用概率區(qū)間技術應對不確定性是可能的突破口。為此，還需要建立物理意義明確的評估指標，來引導預測模型及其參數(shù)的協(xié)調優(yōu)化，而該指標應該反映整個時間窗口內的預報質量。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2015, 39(6): 141-151

入選年份：2017

廣域相量測量技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望

段剛，嚴亞勤，謝曉冬，等

摘要：目的：電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)在國家電網公司的電網調度控制系統(tǒng)（D5000）的集成，標志著中國的WAMS建設重點從專用獨立系統(tǒng)向一體化應用系統(tǒng)的轉換。與國外相比，國內在PMU/WAMS應用上具有以下優(yōu)勢和特點：（1）PMU布點數(shù)量多、監(jiān)測范圍廣；（2）WAMS主站數(shù)目多、規(guī)模大；（3）將 PMU擴展應用于發(fā)電機轉速和內電勢角的測量；（4）將 PMU/WAMS應用于發(fā)電機控制系統(tǒng)性能評估，并大規(guī)模應用；（5）首先工程實現(xiàn)了WAMS主站系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)了協(xié)同低頻振蕩分析和故障分析；（6）首先工程實施了基于WAMS的廣域阻尼控制?，F(xiàn)階段PMU/WAMS的發(fā)展進入了一個相對平穩(wěn)的發(fā)展階段，本文對目前PMU/WAMS在工程實際應用中存在的問題進行了總結和簡要分析，并對今后的研發(fā)方向給出了建議?，F(xiàn)狀：智能電網調度控制系統(tǒng)D5000中WAMS、數(shù)據采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)以及保護與故障信息系統(tǒng)已經實現(xiàn)圖模庫一體化整合，多調度中心WAMS數(shù)據實現(xiàn)了按需共享。迄今在電網中得到普遍應用的主要應用依次為動態(tài)過程監(jiān)視、對仿真分析計算的驗證、低頻振蕩監(jiān)視、機組并網特性評估、擾動識別等。其他應用如暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)視、電壓穩(wěn)定監(jiān)視、設備參數(shù)識別等功能的效果還沒有達到期望。遇到的問題：（1）目前大多數(shù)實際發(fā)生的低頻振蕩歸結為強迫振蕩，現(xiàn)有的文獻偏重于對強迫振蕩及振蕩源的識別，而對于強迫振蕩發(fā)生的系統(tǒng)條件和系統(tǒng)層次的預防控制方法還沒有明確闡述。（2）由于相量的定義以及PMU對工頻以外成分的濾波，PMU不適于電磁暫態(tài)現(xiàn)象的分析，這包括發(fā)電機次暫態(tài)過程分析和參數(shù)辨識以及次同步振蕩分析。（3）現(xiàn)有PMU和WAMS主要是側重于對電網動態(tài)過程的在線監(jiān)視，由于在通信協(xié)議、緩存處理、CT選擇等方面的原因，其實時性和擾動期間的測量精度，以及可靠性方面還無法達到快速實時廣域控制的要求。（4）受時間同步精度、性價比以及對暫態(tài)過程監(jiān)測能力的影響，PMU/WAMS應用還不能在地調及以下電網推廣。（5）海量PMU數(shù)據對對通信和存儲資源的占用大，并且目前也未找到好的數(shù)據挖掘算法對其進行有效利用。未來發(fā)展建議：（1）利用PMU的時間同步以及WAMS對廣域高速高密度數(shù)據的集中處理能力，將PMU/WAMS應用于高壓直流的動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)交直流系統(tǒng)的聯(lián)合分析。（2）為解決PMU大規(guī)模應用對通信和存儲資源的消耗問題，需研究PMU的變幀率傳輸。（3）對PMU問題數(shù)據的原因進行統(tǒng)計分析，找到影響現(xiàn)有PMU數(shù)據質量問題的主要因素，有針對性地提出解決方案。（4）研究利用PMU量測同時性好、具有相角量測、基波提取準確、高傳輸幀率的特點，提高非穩(wěn)態(tài)、有諧波和暫態(tài)污染電網的狀態(tài)估計精度；基于PMU的高傳輸幀率相量數(shù)據，研究線性狀態(tài)估計和動態(tài)狀態(tài)估計在實際電網中的應用。（5）研究基于PMU子站就地分析的WAMS主站高級應用的分布式實現(xiàn)技術。（6）研究多WAMS主站聯(lián)合事件分析和決策技術。（7）研究基于事件時序特征的故障識別和穩(wěn)定問題分析技術，彌補 PMU在快速暫態(tài)波形監(jiān)測上的不足。（8）PMU適合于辨識與長時間常數(shù)密切相關的動態(tài)過程參數(shù)和等值參數(shù)，研究相關的辨識應用。（9）研究強迫振蕩的系統(tǒng)控制機理，從而實現(xiàn)對強迫振蕩的預防性控制。（10）拓展PMU/WAMS在風電、新能源和儲能在線動態(tài)監(jiān)測中的應用。（11）研究測量PMU和控制PMU的專有算法，以及相應的檢測平臺和校準方法。（12）基于IEC 61850研究智能站PMU與過程層設備的信息交互方法，以及相關的PMU功能和性能的檢測方法。結論：基于PMU的廣域測量技術已經深入到大電網運行人員的日常工作中，這使得對電網安全穩(wěn)定的監(jiān)控，由基于準穩(wěn)態(tài)斷面或局部的非同步暫態(tài)數(shù)據，進步到基于同步實測的全網動態(tài)過程。但需克服PMU/WAMS在電磁暫態(tài)分析、實時廣域控制、海量數(shù)據處理方面存在的缺點，以促進PMU/WAMS的進一步發(fā)展。建議的研發(fā)方向可以分成以下幾個類別：（1）擴展PMU應用領域；（2）解決海量數(shù)據處理的相關問題；（3）基于分布式計算和時序特征分析提高 WAMS的問題分析能力；（4）提高PMU本身的動態(tài)量測性能。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2015, 39(1): 73-80

入選年份：2017

基于SNOP的配電網運行優(yōu)化及分析

王成山，孫充勃，李鵬，等

摘要：目的：對SNOP的功能和原理進行詳細介紹，并提出含SNOP的配電網運行優(yōu)化模型，將其和網絡重構進行詳細對比分析，從降損能力、電壓改善能力、應對分布式電源突變能力等方面驗證了SNOP的有效性和可行性。方法：含SNOP的配電網運行優(yōu)化模型為非線性優(yōu)化問題，本文采用錐優(yōu)化算法進行求解。錐優(yōu)化是線性優(yōu)化的一種推廣，因凸錐所具有的優(yōu)美的幾何結構和特殊的處理方式，使其不僅能在有效的時間內實現(xiàn)問題的求解，還能保證所求解的最優(yōu)性。結果：網絡重構和SNOP均能有效降低系統(tǒng)有功損耗，網絡重構通過改變系統(tǒng)拓撲結構來達到降損，無法進行實時調整，降損能力有限。而SNOP可以跟系統(tǒng)狀態(tài)的改變而動態(tài)調節(jié)，降損效果隨著接入個數(shù)的增多而愈加鮮明，實現(xiàn)系統(tǒng)的經濟、高效運行。在電壓水平改善方面，SNOP優(yōu)化效果也要比網絡重構明顯。在SNOP接入的配電網中，分段開關和其他聯(lián)絡開關基本上不用參與配電網運行優(yōu)化，只需要進行故障下的自愈控制，降低了開關變位帶來的風險，提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。SNOP的實時調節(jié)可以減小分布式電源對配電網的沖擊，及時消除電壓越限，保證系統(tǒng)安全運行。在緩解電壓抬升和提高分布式電源滲透率等問題上，SNOP的實時調整和連續(xù)調節(jié)能力均表現(xiàn)出比網絡重構更好的效果。隨著SNOP接入個數(shù)的增多，系統(tǒng)損耗越來越小，電壓改善越來越明顯，當所有的聯(lián)絡開關都被SNOP替換時，整個網絡成為了一個多環(huán)網，系統(tǒng)損耗降到最小。但是，新接入SNOP的優(yōu)化效果卻在逐漸下降，考慮到經濟成本問題，對接入SNOP的個數(shù)以及位置還需要進一步分析。結論：SNOP的合理控制不僅可以降低系統(tǒng)損耗、改善電壓水平，還可以保證負荷的不間斷供電，提高配電網消納分布式電源的能力，給配電網的運行調節(jié)帶來諸多益處。將SNOP應用到配電網具有很大的潛力，甚至有可能形成一種全新的配電網供電模式。此外，直流型分布式電源、電動汽車、直流負載等設備的接入使得直流配電網成為了研究的熱點。SNOP亦可以作為直流配電網發(fā)展的一個過渡階段，通過發(fā)展多端 SNOP，并在直流側配以儲能、分布式電源以及其他智能終端，形成一個直流配電網，進而形成未來交直流混合配電網的運行模式。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2015, 39(9): 82-87

入選年份：2017

大能源思維與大數(shù)據思維的融合（一）大數(shù)據與電力大數(shù)據

薛禹勝，賴業(yè)寧

摘要：目的：大能源思維將電力視為能源生產與消費全流程中的樞紐環(huán)節(jié)，藉此推動上游一次能源的清潔替代與下游終端能源的電能替代，支撐能源的可持續(xù)發(fā)展。大數(shù)據思維將各種數(shù)據資源從簡單的處理對象轉變?yōu)樯a的基礎要素。本文強調兩種思維的融合，促使電力大數(shù)據成為大能源系統(tǒng)廣泛互聯(lián)、開放互動及高度智能的支撐，包括：廣域多時間尺度的能源數(shù)據及相關領域數(shù)據的采集、傳輸和存儲，以及從這些大量多源異構數(shù)據中快速提煉出深層知識并發(fā)揮其應用價值。方法：在演繹大數(shù)據基本概念、結構類型及本質特征的基礎上，歸納電力大數(shù)據的特點，闡述了大數(shù)據的采集、集成、存儲、分析、應用及安全性等方面的技術挑戰(zhàn)。從信息創(chuàng)新必須與能源革命在更高層次上深度融合的需求出發(fā)，將電力大數(shù)據的思維應用到電力的廣義可靠性、大能源安全及環(huán)境安全。將單一維度轉向多維度統(tǒng)籌融合，開發(fā)知識處理的新方法，從更深刻的視角，以更高的時效發(fā)掘多源異構數(shù)據，從而發(fā)現(xiàn)新知識和新規(guī)律。最后，從電力大數(shù)據對電力可靠性的支撐探究電力大數(shù)據未來的發(fā)展方向。結果：大數(shù)據研究應該遵循問題導向、需求牽引及數(shù)據共享的原則。必須結合具體的目標問題，將采集到的低價值的大數(shù)據加工成高價值的思想或知識，大數(shù)據技術才有生命力。雖然當前關于大數(shù)據的應用案例大多發(fā)生在互聯(lián)網企業(yè)中，但傳統(tǒng)的電力及能源企業(yè)也在思考如何從關于大數(shù)據的空泛介紹走向實際應用。特別是除了直接依賴互聯(lián)網的電力金融業(yè)務及面向消費的個性化服務以外，在基于傳統(tǒng)數(shù)據的系統(tǒng)分析與控制領域中，如何融合電力及能源的統(tǒng)計關系數(shù)據、因果關系數(shù)據及博弈行為數(shù)據，發(fā)揮大數(shù)據的價值。例如：間歇性能源及負荷預測，引導需求響應及節(jié)能減排，降低停電風險，反竊電，堵塞經營漏洞，優(yōu)化資產全壽命周期管理等方面。特別是，如何使企業(yè)決策從當前基于常規(guī)數(shù)據及主觀經驗的模式，發(fā)展為基于數(shù)學模型、參與者及多代理模型的混合仿真的沙盤推演模式。其中的多代理模型就需要大數(shù)據技術的支撐。這關系到電力大數(shù)據技術能否進入到通常由因果關系數(shù)據一統(tǒng)天下的物理系統(tǒng)分析領域。為此，思維方式需要重大變革。結論：已有信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)研究中存在藩籬和孤島，必須遵循以電力系統(tǒng)為核心環(huán)節(jié)的大能源系統(tǒng)在大數(shù)據時代下的發(fā)展理念，順應管理體制及技術路線的變革。針對綜合能源，建議通過基于數(shù)學模型的因果型數(shù)據、無因果關系的統(tǒng)計型數(shù)據以及參與者博弈型數(shù)據的融合，構建信息能源系統(tǒng)的知識挖掘平臺。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2016, 1(1): 1-8

入選年份：2017