电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2023年第12期

• 计及饱和磁化的铁磁材料EEL损耗模型研究

  赵志刚1,2， 赵安琪1,2， 王丽美1,2， 高鹏旭1,2， 卢子奇1,2

  通过搭建复杂工况下磁特性测试系统，实验获得铁磁材料在正弦及不同谐波工况下的磁滞特性和损耗特性数据；基于磁滞回线等效的思想，在椭圆回线面积等效法（EEL）的基础上，充分考虑饱和磁化的影响，引入既能有效反映磁滞回线形状变化，又能准确描述动态磁化损耗特性的形状因数，对饱和磁滞回线进行有效的形状表征，建立适用于饱和磁通密度下的正弦EEL损耗模型，提高了EEL损耗模型在正弦高磁通密度工况下的计算精度。在此基础上，综合考虑畸变磁通所引起的局部磁滞回环对磁损耗的影响，采用磁滞回线解耦的方式，分别对主磁滞回环与局部磁滞回环做近似等效处理，进而建立谐波激励下的损耗模型，对磁心损耗进行有效的分析计算，扩宽了EEL模型的应用范围。最后结合磁特性装置进行相关实验验证，证明了本文所提铁心损耗建模方法具有良好的适用性和有效性。

• 考虑仿真步长延时的MMC高频阻抗模型

  伍双喜1， 闫斌杰1， 杨银国1， 满九方2， 刘洋1， 姚增慧3， 谢小荣3

  近年来，在基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电系统中出现了多起新型电力系统高频振荡事件。目前，通常采用阻抗分析法探究柔直系统高频振荡的机理，现有研究开展了大量的MMC阻抗建模工作。为了验证理论推导所得到MMC阻抗模型的准确性，一般采用基于时域仿真的阻抗辨识法来验证。但在高频下，即便微小的仿真步长延时也将对阻抗辨识结果产生很大影响。如果在建模过程中未考虑仿真步长和控制延时的影响，即使考虑了所有的控制和调制环节，理论推导结果与阻抗辨识结果在高频下仍无法完全对应。鉴于此，本文分析了仿真步长对于MMC控制环节输入、输出动态的影响。然后，基于分析结果提出了一种考虑仿真步长和控制延时的MMC建模方法，确保其在高频范围下也能够与阻抗辨识结果相互验证各自的准确性。最后，通过时域仿真验证了该建模方法的正确性和有效性。

• 带电作业螺丝紧固机械臂作业规划研究

  张博研1， 李钰强2， 吴晗1， 杜锦华1

  通过一台单目相机采集目标物体图像，采用灰度化、中值滤波处理、Canny边缘检测、直线检测实现对图像的处理，识别定位目标空间信息。根据机械臂模型的建立和对正、逆运动学的求解，结合ROS和OpenCV实现对目标的识别和定位功能，完成对机械臂关节转动角度的求解，实现了机械臂关节变量空间和笛卡尔坐标空间双可控。针对当前带电紧固螺丝作业机器人存在的弊端，设计将人工智能启发式算法与机械臂笛卡尔空间路径规划设计结合，由算法自动规划得出最短路径，实现机械臂末端跟踪控制，并确保环境重建和任务设计不超界，进而实现自主作业。最后进行了机械臂的抓取全过程仿真和实验。结果表明：机械臂在抓取过程中运行平稳，能够准确识别目标并进行抓取。

• 考虑一次调频死区的风电机组虚拟同步控制参数优化研究

  曹俊英1， 姚骏1， 刘育明2， 罗艺1， 李登峰2， 李小菊2

  风电机组基于虚拟同步发电机(VSG)控制参与系统频率支撑时，调频参数设置不当可能导致转速低于约束值或变流器功率超出限值，且现有研究较少计及风电机组一次调频死区对系统频率响应的影响。因此，本文提出一种考虑一次调频死区及调频物理约束边界的风电机组虚拟同步控制参数优化方法。首先，更为精细化地计及一次调频死区的建模，建立含VSG控制的风电机组系统全过程频率响应模型。其次，通过轨迹灵敏度分析方法研究风电机组调频参数发生变化对频率响应全过程动态轨迹影响的强弱程度，分析结果表明虚拟阻尼系数在调频过程中起关键作用。在此基础上，综合考虑风电机组的不同运行工况及系统频率动态响应过程，以转子转速约束和变流器容量限值为条件获得风电机组调频物理约束边界下虚拟阻尼系数优化值，充分利用了风电机组可用调频容量。最后，基于Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型，仿真结果表明所提方法可充分发挥风电机组的频率调节能力，避免响应超出调频物理约束边界，有效提高了系统频率稳定性。

• 暂态方向法对配电网单相断线不接地故障的适应性分析

  黄吕超1， 何清余2， 崔明涛1， 邢玉龙1， 胡源源1， 张航1， 常仲学2， 宋国兵2

  暂态方向法广泛应用于单相接地故障检测，明确其对单相断线故障的适应性可指导单相断线故障检测方法的研究。本文首先推导了单相断线不接地故障下电源侧和负荷侧的零序电压幅值特征，分析了启动判据的适应性，在此基础上分析了暂态零序电压和零序电流的分布特征，给出了暂态方向法的适应性。理论分析和仿真验证表明零序电压启动判据存在死区，而零序电压满足启动判据的情况下暂态方向法可适用于单相断线不接地故障的检测。

• 温度时间常数对油纸绝缘间水分动态迁移过程的影响研究

  王琼1， 段井娜2， 杨波1， 窦冰杰1， 车传强1， 刘卓1， 周游2

  油纸绝缘之间的水分含量会随着运行温度发生动态迁移，严重时可能会聚集在油纸界面处或析出诱发放电。本文基于Fick第二定律和双膜模型建立了油纸绝缘相间水分动态扩散和迁移模型，分别对比分析了不同升温、降温时间常数下油纸绝缘间的水分暂态分特性。研究表明，升温过程绝缘纸板和油在界面处不会发生水分的线性积聚，而降温阶段水分容易在绝缘纸板界面上发生积聚。降温速率越快，主体油中水分的相对饱和度和界面处绝缘纸板绝对水分浓度最大值越大。当降温速率的时间常数小于9.49 h，油中水分的相对饱和度最大可超过100%，严重危害变压器的安全运行。

• 基于小波变换的Bi-LSTM-TCN短期电价预测

  竺筱晶， 薛睿萌

  随着可再生能源大规模并入电网，电价预测变得越来越困难。为更准确预测含新能源电力市场中的电价，本文提出一种基于离散小波变换(DWT)的双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)和时间卷积网络(TCN)的短期电价预测模型。首先利用DWT提取数据的时频图，并对重构后的子序列进行相关性分析；然后对于受不同因素影响的子序列建立不同的模型分别进行预测，最后叠加预测结果得到最终预测值。并在北欧丹麦DK1电力市场数据集上进行实验，该方法的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为3.081%和2.588%，与一些基准模型和现有预测模型相比，该方法的预测精度更高。

• 基于自编码器与生成对抗网络的风电周度场景生成方法

  孙义豪1， 郭勇1， 冯健冰2， 全少理1， 丁岩1， 于昊正1， 任洲洋2

  随着“双碳目标”的提出，发展低碳清洁能源发电技术势在必行，模拟其出力特性对电力系统可靠运行提供重要保障。针对周度出力场景时序性与不确定性模拟难度大的问题，本文提出了一种结合自编码器与生成对抗网络的周度场景生成方法，首先通过深度卷积自编码器(DCAE)的特征自提取能力高效地抽象序列隐特征，起到降维的作用；其次结合K-means聚类技术与对抗生成网络(CGAN)生成典型周度场景；最后通过算例验证了本文所提方法在模拟具有时序性与不确定性的周度场景上有较高的适用性。

• 计及冶金负荷参与安全辅助服务的电网紧急负荷控制策略

  张路1， 陈军1， 南东亮1， 李铭益2， 王建2， 李玉敦3

  随着清洁能源装机容量不断增加，电力系统转动惯量呈下降趋势，使得系统在大扰动下的频率稳定问题更加严峻。为充分利用全网各种可控资源，本文提出了计及冶金负荷参与安全辅助服务的电网紧急负荷控制策略。首先，选取了典型冶金负荷——电解铝和炼钢作为主要控制对象，分析了两种负荷的用电特性。其次，以生产工艺环境要求作为限制条件，评估了两种冶金负荷可削减潜力。然后，构建了电网投资和用户侧需求响应收益的博弈模型，实现对冶金负荷参与安全辅助服务的合理补偿。最后，在IEEE 39节点系统中对所提策略进行验证，仿真结果表明：本文所提策略能迅速抑制频率下降，对冶金负荷的调用集中在低频减载前两轮，能够有效减少普通负荷切除量和用户的经济损失，为含高比例新能源送端系统的紧急频率控制提供了新方法。

• 开关柜内部热点温度非接触反演计算研究

  陈隽1， 任劼帅1， 何松2， 吴泳聪2， 李劲彬1， 牛博瑞2

  内部过热是开关柜运维过程中的常见缺陷。现有的开关柜内部接触式测温技术在可靠性与安全性方面不足，存在着推广的局限；外部非接触式红外巡检则具有难定量诊断缺陷的问题。本文以KYN28-12A型630 A的自冷型开关柜作为研究对象，建立其温度流体场仿真模型，通过流线分析寻找合适的表面测温点，并通过正交计算得出不同工况、缺陷下开关柜负荷电流，将表面测点温度与内部热点温度之间的关系作为反演样本，最后基于支持向量机回归方法完成样本训练，形成反演计算用的降阶模型并进行了现场验证。研究成果实现了在无需内置温度传感器条件下开关柜内部热点温度的定量测算方法，在实施环节具有安全性与便捷性，尤其适用于大量难以停电改造的存量开关柜。