电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2025年第2期

• 基于多层代理模型的高转矩低噪声IPMSM多目标协同优化

  李晓华， 李光旭， 韩忠川， 韩旭， 魏书荣

  为在电机设计阶段提高电机转矩性能的同时降低电机的振动噪声，实现高转矩低噪声永磁同步电机有序高效的快速优化，本文提出了一种基于结构参数灵敏度分级的多层代理模型内置式永磁同步电机（IPMSM）优化方法，首先通过“有限元+单位力波响应”混合模型获得电机多工况电磁噪声源关键阶次电磁力谐波，将其幅值与电机平均输出转矩、转矩脉动同时作为优化目标，通过随机森林算法分析结构参数灵敏度，实现对结构参数的筛选与分级，综合多岛遗传算法、多目标粒子群算法、参数化扫描等优化方法进行分级优化。本文方法和传统电机多场耦合优化方法相比，节约算力的同时减少了54.9%的计算时间。优化后平均输出转矩较优化前提升34.6%，电机关键阶次电磁力幅值较优化前降低13.7%，转矩脉动较优化前降低67.8%。

• 升压变压器对阻性有源滤波器端口阻抗的影响分析及补偿策略

  覃日升1， 况华2， 姜訸1， 于辉1， 李虹3， 万明凯4， 李磊5， 雷万钧5

  随着电力系统的“双高”特征越来越明显，谐波污染的问题越来越受到大家的关注。面向传输线路上的谐波谐振放大现象，阻性有源滤波器(RAPF)可以很好地抑制这种情况。为了进行电压匹配，通常需要在RAPF和配电网之间串联升压变压器，但由于变压器的结构会给原有控制带来一定的影响，导致谐波抑制的效果被减弱，因此，分析得到变压器在谐波传输中的等效模型并补偿变压器对控制的影响十分有必要。本文首先分析并建立了在谐波传输下的变压器等效模型，然后分析了其对电流控制的影响机理，最后提出了补偿策略，消除了变压器对控制的影响并提高了RAPF抑制谐波的能力。

• 双馈风机送出线路的暂态响应特征及保护适应性分析

  韩伟1， 张宇轩2， 郝高锋1， 黄太昱1， 刘磊1， 李笑宇1， 宋国兵2

  本文从相量提取的角度分析双馈风机暂态响应特征对工频量保护的影响。首先分析不同故障深度下，双馈风机暂态响应与转子侧换流器以及Crowbar电路之间的关系，得到不同深度故障下双馈风机暂态响应特性；然后在暂态响应分析结论基础上，从相量提取的角度分析不同故障深度下，双馈风机暂态响应对交流线路差动保护和距离保护的影响，给出了保护不正确动作的场景，并结合故障分析结论说明不正确动作的原因。

• 基于多周期复合目标的大型建筑物综合能源系统多元储能规划

  檀晓林1， 安佳坤1， 张润凡2， 赵阳1， 杨书强1， 刘子玄2

  综合能源系统的科学规划和优化配置对大型建筑物能源系统优化运行和整体性能提升有着重大实际工程意义。本文提出了一种针对含风光新能源、燃气以及混合储能的综合能源系统多目标优化配置方法。首先提出兼顾运行经济、储能系统全生命周期成本经济以及低碳的多周期复合目标函数，考虑冷热电联供建立了新能源和储能系统协同运行等约束模型。然后针对新能源出力和冷热电所对应的多个典型场景进行复合目标优化规划计算，求解出混合储能系统的最优配置设计。最后通过YALMIP建模并基于CPLEX实现了对某大型建筑物综合能源算例的求解，并验证了该方法的可行性。结果表明，该方法可用于综合能源系统源网荷储规划问题，提高系统整体经济性和效率。

• 强对流灾害下计及移动储能预布局的电力系统弹性评估

  李哲1， 王建2， 刘善峰1， 王德琳2， 王津宇1

  针对极端灾害下电力系统运行风险评估与弹性提升的需求，论文提出了计及移动储能预布局的电力系统弹性评估方法。首先，以强对流气象预报信息为输入，构建了电网设备故障概率预测模型和气象条件相依的分布式电源出力模型，用于评估系统时变风险水平。其次，以移动储能的数量、运输成本和负荷削减成本最小为目标，考虑移动储能资源、时空调度、路径规划及网络潮流约束，提出了移动储能灾前预布局方案。然后，以系统功能曲线缺失面积、持续供电的负荷水平和失负荷速率为弹性指标，评估电力系统的弹性水平。最后，针对某次强对流天气过程，在改进的IEEE 30节点系统中，对所提方法进行算例验证。结果表明，相比于不采用移动储能预布局方案的情况，可将总成本降低78.05%，提升了电力系统的弹性，可为强对流灾害下电力系统制定应急预案提供参考。

• 接地故障下配电网柔性互联系统主动消弧技术研究

  杨金东1， 张锡然1， 黄春辉2， 荣飞2

  针对无源装置消弧精度低、有源装置消弧成本高的问题，本文提出通过复用配电网柔性互联系统应对配电网单相接地故障。该互联系统由分相组网装置和两个配电网组成，可在电网正常运行期间提升电能质量，改善供电变压器负载率。在单相接地故障发生后，该互联系统断开用于接入故障配电网的非故障相断路器，通过故障相桥臂注入电流的方式实现可靠消弧。本文分析了配电网柔性互联系统在各种配电网运行状态下的控制模式及模式切换的必要性。仿真结果表明，本文所提方法无需额外配置消弧装置即可实现故障消弧，同时保持对非故障配电网的电能质量治理功能，具备优越的消弧效果和经济性。

• 基于对抗神经网络和K-means++的配电网光伏接入能力评估方法

  张家美1， 孙凯1， 孙沛2

  分布式光伏的大量接入对配电网的规划与运行产生了重大影响，如何评估现有配电网的光伏最大可接入能力是指导分布式光伏安全消纳的基础。考虑光伏出力不确性对评估结果的影响，本文提出基于生成式对抗网络(GAN)和K-means++聚类的配电网光伏可接入容量评估方法。该方法通过GAN的生成器和判别器之间的博弈，学习光伏时序数据的分布特征，并产生足量可以反映真实天气情况的伪造光伏出力场景。通过K-means++聚类方法进行场景削减与典型场景生成。基于典型场景，在满足安全运行约束的情况下构建以光伏接入容量最大为目标的优化模型。运用二阶锥松弛将非线性的配电网潮流模型转化为凸优化模型。最后，基于IEEE 33节点配电网对所提出方法进行测试，并与机会约束优化、鲁棒优化等随机优化方法进行对比。结果验证了本文所提的优化评估方法可以综合考虑不同天气类型的影响，提供更符合实际运行要求的光伏接入方案。

• 基于二阶锥松弛最优潮流的Copula函数与鲁棒加权K-Means方法的光伏承载能力评估

  李翠萍1， 王艳丽1， 朱星旭1， 綦雪松2， 关潇卓2， 李军徽1， 常志华2， 白艳阳2， 李花顺2

  本文在考虑光伏不确定性与源荷相关性的基础上，对光伏承载能力评估以及光伏承载能力的提升进行了研究。首先，提出了基于Copula函数结合改进拉丁超立方采样的源荷相关性方法，生成了源荷相关性矩阵。之后采用鲁棒加权的K-Means方法对源荷相关性矩阵聚类生成典型场景。然后考虑到经济性和技术性指标对光伏承载能力结果的影响，建立了以投资运行总成本最小为目标的光伏承载能力评估二阶锥松弛最优潮流规划模型，通过配置储能的方式研究储能配置对光伏承载能力提升效果的影响，并进一步分析了不同储能配置方案下光伏承载能力的提升效果，采用YALMIP矩阵和CPLEX求解器对模型进行寻优求解。最后，通过IEEE-33节点算例仿真验证了本文提出方法的有效性。

• 基于机理模型和XGBoost的短期光伏功率区间预测

  袁威1， 裴玮1， 曾锃2， 张瑞2， 滕昌志2， 赵振兴1

  随着分布式光伏发电规模的不断扩大，准确预测光伏发电功率对于电力系统的安全稳定运行至关重要。为了提高光伏功率预测模型的准确性，提出了一种基于机理模型和极限梯度提升(XGBoost)算法的集成模型应用于短期分布式光伏功率概率区间预测。首先，结合气象数据，应用基于密度的空间聚类算法设计光伏功率数据治理方法，以剔除历史数据中的异常数据；其次，基于筛选后的优化样本构建集成模型，具体来说，基于机理模型构建基础预测模型对光伏功率进行初步预测，将预测结果和其他气象数据作为XGBoost模型的输入变量，进而对基础预测模型产生的预测误差进行修正；分别提取不同的特征数据对机理模型和XGBoost模型进行训练及预测。最后，通过非参数核密度估计建立预测误差概率密度函数，并在一定置信水平下预测光伏功率的波动范围。所提方法的有效性已通过光伏电站的实际数据及对比试验得到验证。

• 某型超高压压气式SF6断路器不同燃弧时间对非对称短路电流开断性能影响规律研究

  魏莹1， 王达奇2， 马飞越1,2， 项彬2， 李龙启2， 王东宇2， 杜慧鑫2， 刘志远2

  本文基于某型超高压压气式SF6断路器T100a试验，采用纳秒级别的电流零区测量装置，测试超高压压气式SF6断路器的T100a开断试验，研究不同燃弧时间下开断高直流分量非对称短路电流时电弧的关键参数如熄弧尖峰、零前电弧电导、电弧电流等参数的变化规律。同时，基于断路器的内部结构建立气体电弧焓流物理仿真模型，研究不同燃弧时间时的压气室压力与开距变化。研究结果显示，在相同开断电流下以及一定的燃弧时间内，燃弧时间越长，熄弧尖峰越大，零前电弧电导越小。同时，压气室压力和触头开距也随着燃弧时间正向增加，使得断路器开断更容易，为实际应用中SF6断路器开断非对称短路电流提供了理论依据。

• 基于振动和线圈电流信号的低压断路器故障诊断研究

  彭威1， 张钢2

  为确保低压断路器在供电系统中工作的稳定性和可靠性，提出了一种基于遗传算法（GA）和深度置信网络（DBN）的故障诊断方法。该方法使用多物理域信息的特征作为网络的输入，对低压断路器进行故障诊断。首先，通过传感器采集低压断路器的振动信号和电流信号，并采用小波软阈值法进行降噪处理，有效避免了传统方法中特征信息的丢失。其次，提取两类信号时域和频域特征形成多物理域信息的特征矩阵，作为后续模型的输入。最后，将多物理域特征矩阵输入DBN神经网络进行网络微调，用GA遗传算法优化DBN网络的权值和阈值，提高故障诊断模型的准确性。实验结果表明，本研究所提模型的诊断精度达到98.46%，相较于仅使用振动信号或电流信号的诊断模型，分别提高了1.49%和6.79%，充分证明了基于多物理域的GA-DBN诊断模型在低压断路器故障诊断中的优异性能。

• 基于多点阻抗的锂离子电池健康状态在线快速诊断方法

  于思琦1， 牟宪民1， 陈希有1， 范宪国2， 闫文倩2

  随着锂离子电池的广泛使用，锂离子电池健康状态的快速诊断引起人们的广泛关注。针对传统的阻抗诊断方法在在线测量过程中存在受荷电状态（SOC）变化的影响，涉及计算复杂，获取阻抗信息少等问题，本文对不同荷电状态和不同健康状态（SOH）的锂离子电池进行电化学阻抗谱测试，通过弛豫时间分布方法（DRT）解耦锂电池中的复杂动力学过程，建立了更具物理解读性的等效电路模型。根据弛豫时间分布函数特征峰对SOC和SOH的依赖程度，筛选用于在线阻抗测量的三个特征频点。提出多点阻抗的SOH在线快速估计方法，可根据一次多特征频点叠加注入的在线特征阻抗测量数据推断电池的健康状态。通过实验验证该方法在在线电池特征参数测量和健康状态估算过程中具有良好的准确性以及实用性。