华北电力大学学报(自然科学版)


  • 结合AdaBoost和代价敏感的变压器故障诊断方法

    刘云鹏;和家慧;许自强;刘一瑾;王权;杨宁;韩帅;

    数据集类别分布非均衡极大制约了人工智能技术在电力变压器故障诊断领域中的应用。为克服数据非均衡导致自适应算法(adaptive boosting, AdaBoost)分类精度提升有限的缺陷,研究提出了一种结合AdaBoost和代价敏感的Adacost算法,以有效提升诊断模型的综合分类性能。首先,确定专家打分和混淆矩阵结合的代价敏感矩阵以保证模型的合理性和客观性;然后,构建基于Adacost算法的电力变压器故障诊断模型,并以油中溶解气体无编码比值作为诊断模型的输入特征参量;最后进行算例仿真,同时选用准确率、F1度量以及G-mean作为诊断模型的评价指标。研究结果显示,相较于决策树和AdaBoost分类器,Adacost模型的各评价指标均有大幅提升,其中F1度量分别提升了22.03%、10.07%,表明所提方法有效提升了非均衡数据集下诊断模型的故障识别性能。

    2022年05期 v.49;No.219 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1494K]
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  • 圆形利兹线高频变压器绕组损耗解析公式的实验验证与理论分析

    骆仁松;汪涛;李琳;刘任;袁轩;虞晓阳;

    圆形利兹线高频变压器凭借其体积小、重量轻、功率密度高等优点,在特高压交直流输电、智能电网等场合的换流单元中具有广泛的应用前景。然而,随着频率的提升,其绕组损耗将会随之增大,如何准确、高效地计算它的绕组损耗对整体的全局优化设计至关重要。现有专门针对圆形利兹线高频变压器绕组损耗计算的解析公式仅为Tourkhani公式,但是尚未有研究通过实验或仿真的方式验证该公式的求解精度。为此,首次利用实验的方式客观验证了Tourkhani公式的计算精度,发现其最大误差可高达63.1%;同时,将Tourkhani公式的计算精度与常用Dowell公式的计算精度进行了对比,分析了Tourkhani公式产生上述误差的基本原因,为圆形利兹线高频变压器绕组损耗的准确求解及其全局优化设计提供了有益参考。

    2022年05期 v.49;No.219 10-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1152K]
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  • 谐波环境下配电线路损耗的计算方法与实验研究

    夏越婷;尹忠东;王毅;

    谐波流过配电线路会产生额外的谐波损耗,引起电能损失等经济性问题。为了准确计算线路的谐波损耗,需要明确线路谐波电阻的计算方法。首先总结了线路谐波电阻的理论计算方法,基于此对谐波作用下导体内的电流密度分布函数进行分析,推导出导体表面谐波电阻的计算公式。然后基于导体内谐波电流密度分布情况提出了加入修正系数计算多芯绞线谐波电阻的方法,仿真验证了贝塞尔函数计算导体表面谐波电阻的正确性,明确了经验公式的适用范围,并确定了计算铝绞线谐波电阻的修正系数。最后通过实验测量验证了修正系数法计算多芯绞线谐波电阻的可行性。该方法所需参数少,计算简单,适用于工程上快速计算线路的谐波损耗,对配电网节能降损具有重要意义。

    2022年05期 v.49;No.219 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1168K]
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  • 交流电压下架空输电线路巢材类异物放电特性研究

    王胜辉;郭奉天;董兴浩;王玺铭;律方成;李浩;

    鸟巢类故障是涉鸟故障中造成输电线路跳闸的主要原因之一,为研究巢材闪络与雨水的电导率、巢材的长度及其空间位置等因素的关系,论文测量了不同种类及湿度下巢材的电阻,研究了影响巢材导电性能的因素;模拟巢材在杆塔上的情况,研究了导线-杆塔间隙中有巢材时的闪络特性;建立了110 kV酒杯型杆塔边相的三维仿真模型,研究了巢材对空气间隙电场畸变的影响。结果表明:喷淋在巢材上的雨水模拟液电导率越大,其在固定间隙距离下的间隙击穿电压和击穿场强越小;严重情况下,巢材与均压环的击穿平均场强为3.96 kV/cm,可以等效为棒-棒间隙的击穿过程。论文研究结论可为输电线路鸟巢类故障防治和闪络预警提供一定的参考依据。

    2022年05期 v.49;No.219 24-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1703K]
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  • 弱电网中直驱风机对称短路故障电流暂态特性

    盛四清;田颢璟;孙大卫;刘辉;王倩;邢楚铭;

    风电汇集地区一般地处偏远,电网强度较弱,因此针对弱电网中风机短路故障电流暂态特性的研究十分必要。现有永磁直驱风机交流送出线路对称短路的故障暂态特性的研究很少考虑弱电网中电流对电压的影响及锁相环的锁相准确度,难以精准刻画电流故障特性。该文基于典型电压穿越策略建立PMSG并网模型,充分考虑短路故障后的机端电压幅值、相位跳变与锁相环动态特性,建立了故障过程中电压深度跌落和浅度跌落两种情况下的暂态电流数学模型,利用龙格-库塔算法求出考虑锁相环动态特性的故障电流数值解,揭示了PMSG机端电压与输出电流的相互耦合关系及锁相环动态特性对风机电流的影响机理。研究结果表明该文提出的电流模型更加准确地反映了实际弱电网系统中PMSG的故障暂态特性。

    2022年05期 v.49;No.219 33-41+51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1336K]
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  • 基于感应电特征聚类停运母线接地状态识别方法

    梁海平;冯美琳;王鑫明;李少博;梁华洋;李世泽;刘英培;

    为防范停运母线重合闸时不明确母线接地状态引起带接地点送电事故的发生,在研究母线感应电压特征的基础上,引入模糊C均值(FCM)聚类建立停运母线接地状态识别模型。首先针对传统母线感应电模型计算结果与实测相差较大的问题,考虑断路器断口电容等实际影响因素构建改进的母线感应电模型。对停运母线感应电压进行监测,采用小波包变换(WPT)对感应电压波形信号进行分层能量谱特征提取,再通过主成分提取和归一化形成能反映母线接地状态的感应电特征向量,基于FCM聚类模型划分感应电特征向量并构建停运母线接地识别判据。在ATP-EMTP中搭建某5个实际变电站500 kV母线模型,验证了改进的母线感应电模型仿真结果与实测误差较小,适用于实际工程,所提出的接地识别方法对停运母线接地状态的辨识准确率达到99.4%,具有较高可靠性,可为防范停运母线带接地点送电提供参考。

    2022年05期 v.49;No.219 42-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1446K]
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  • 基于工频故障行波的半波长交流输电纵联保护

    杨明玉;陈浩杰;秦天洋;

    半波长线路电压电流特征受分布电容影响很大,基于集中参数的保护原理不再适用。为此从行波角度出发,首先分析了半波长线路的区内外故障特征,得到其正反向行波的幅值和相位关系。然后为解决现有行波保护易受噪声干扰和小故障初始角时灵敏度不足的缺陷,提出了一种基于工频故障行波的幅值比较式方向纵联保护原理,并对积分时间和门槛值整定进行了理论分析。最后在MATLAB/Simulink中搭建了半波长输电线路模型,针对影响保护可靠性的各种因素进行了仿真分析。仿真结果表明,在各种故障场景下,该保护方案均能够快速准确的识别故障方向。保护可靠性基本不受故障初始角、故障点位置和噪声干扰等影响,抗过渡电阻能力较强。

    2022年05期 v.49;No.219 52-61+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1456K]
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  • 高压IGBT芯片换流运行的热稳定性分析

    范迦羽;郑飞麟;和峰;王耀华;彭程;李学宝;崔翔;

    为保证高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件换流运行时的热稳定性,需要根据IGBT芯片的电热特性和器件的散热设计,确定芯片运行的热稳定工作区,从而指导器件的运行条件控制。虽然针对芯片动静态损耗的热稳定性分析已经发展了许多年,但目前针对高压芯片的相关研究还较少。首先,通过实验测量了3.3 kV非穿通(Non-Punch Through, NPT)型和场截止(Field Stop, FS)型IGBT芯片的动静态特性,获得并分析了温度、电流及电压对动静态损耗特性的影响规律。在此基础上,给出了IGBT芯片的损耗拟合公式,通过对器件内部的热反馈过程进行分析,提出了具有解析形式且包含占空比、换流频率及电压电流等器件运行工况的IGBT芯片的热稳定性判据。根据所提的判据,分析了高压NPT型和FS型IGBT芯片的换流运行的热稳定性,可方便确定IGBT芯片在不同的换流条件下的最大工作频率和最大工作电流,简化了高压IGBT芯片的热稳定性分析,并可为高压器件的选型和损耗评估提供依据。

    2022年05期 v.49;No.219 62-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1941K]
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  • 基于锁相环主导的D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性研究

    崔意婵;高本锋;刘琳;沈琳;杨大业;

    直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)装机占比不断增加,大规模风电需经电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)送出。该背景下,D-PMSG锁相环主导的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)特性尚不清晰,且鲜有文献开展相关方面的研究。针对上述问题,首先利用模块化分块建模法建立D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的小信号模型。然后,基于锁相环主导的SSO模式,采用参与因子确定了与SSO模式强相关的变量。最后,通过分析特征值根轨迹,探究了系统参数对SSO特性的影响。研究结果表明:当D-PMSG锁相环比例系数、直流电容容值、LCC-HVDC定电流控制器比例系数增大时,SSO模式阻尼增大;当D-PMSG锁相环积分系数、GSC控制器外环比例系数以及积分系数增大时,SSO模式阻尼减小。基于PSCAD/EMTDC时域仿真模型,验证了理论分析的正确性。所得结论可以为实际工程提供一定的理论参考。

    2022年05期 v.49;No.219 71-83+92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1947K]
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  • 基于多类别Focal Loss损失函数的变电站场景图像语义分割研究

    毛昊;李新利;王孝伟;杨国田;彭鹏;邵宇鹰;

    图像语义分割技术在变电站智能机器人抢险作业以及日常巡检中起重要作用。针对变电站场景中的类别不平衡问题,提出了一种用于训练多类别图像语义分割模型的多类别Focal Loss损失函数。多类别Focal Loss损失函数可以动态调整各类别的权值,对出现频率小的类别更加友好。基于深度学习和变电站场景图像,分别使用多类别Focal Loss损失函数和交叉熵损失函数训练基于FCN、SegNet和DeepLabV3网络的图像语义分割模型进行对比实验,并通过平均交并比和像素准确率等评价指标进行模型评价。实验结果表明基于多类别Focal Loss损失函数的图像语义分割模型具有良好效果,有助于缓解类别不平衡现象。

    2022年05期 v.49;No.219 84-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1750K]
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  • 结合尺度约束与空间信息的输电线路多金具检测方法

    翟永杰;杨旭;

    为有效提高输电线路多金具检测准确率,解决金具小目标与互相遮挡等问题,提出结合尺度约束与空间信息的输电线路多金具检测模型(Scale Constraint and Spatial Information R-CNN, SCSI R-CNN)。首先采用金具标注框的聚类中心作为优化变量,以kmeans++算法的聚类结果作为依据改进锚框尺度参数。然后采用候选框的相对几何特征作为潜在空间模块的输入,以多层感知机计算候选目标间的潜在空间关系与空间信息增强特征。通过现场采集的输电线路航拍数据集实验可知,与基线模型Faster R-CNN相比,所述算法可促进模型与任务目标的适配性,能够有效提高金具检测准确率,为后续检测模型落地应用提供改进指导。

    2022年05期 v.49;No.219 93-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1627K]
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  • 基于演化博弈的电力征信商业模式研究

    王智敏;崔维平;李立峰;

    随着信用体系的建设的不断发展和完善,征信业务由传统征信向大数据征信发展转变,将电力数据引入国家征信体系生成了电力数据征信产品。如何选择电力数据征信产品的商业模式?假设电网公司与金融机构为有限理性,运用演化博弈理论,建立电网公司和金融机构关于电力数据征信产品商业模式的动态模型。通过对该模型的演化分析,给出电网公司与金融机构关于电力数据征信产品商业模式的演化趋势。电网公司与金融机构两群体经过长期演化,系统最终趋于两种稳定的策略,即(模式A,合作)与(模式B,合作),金融机构愿意将电力数据征信服务并入银行的业务体系。研究表明满足相应的参数条件电网公司可以得到不同商业模式选择策略,电网公司可以通过调解参数变化将条件来达到想要的稳定均衡,为电网公司做出最佳的策略决策提供了指导性的建议。

    2022年05期 v.49;No.219 101-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 942K]
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  • 基于极差最大化AHP-CRITIC的现货市场监测评估研究

    金骆松;沈广;王伟;吴伟鸿;吴晶;许晓敏;

    电力现货市场作为促进消纳新能源的重要保障,对其实施监测有利于维持电力健康有序的发展,实现对新能源的最优调度。浙江电力现货市场目前处于结算试运行阶段,相对于远期成熟的现货市场,其市场管理和市场监测方面会有所区别,针对浙江电力现货市场结算试运行方案及试运行情况,运用产业组织分析理论(SCP理论)详细梳理了试运行期间产生的市场一次监测数据,在此基础上,结合电力市场建设要求和电力市场对监管的要求,制定了适用于浙江现货结算试运行阶段的市场监测指标体系,并采用基于极差最大化AHP-CRITIC组合赋权法对各项监测指标进行组合赋权和案例分析,评价结果可以有效综合专家主观因素和市场客观因素。

    2022年05期 v.49;No.219 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1070K]
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  • 纳米复合掺杂对高温二元熔融盐传热性能影响

    方立军;王绪成;

    为探索纳米氧化硅颗粒的添加对二元熔融盐传热流动的影响,对圆管中掺杂纳米氧化硅颗粒的二元熔融盐流动传热进行了数值模拟。设计了9组工况,计算得到了温度和速度分布以及各工况下的Nu数,计算结果与传热关联式进行了对比,分析了比热容、导热系数、粘度三个参数对传热的影响。结果表明,传热关系式适用于熔融盐基纳米流体,当掺杂的纳米氧化硅颗粒使得熔融盐具有一个较高的比热容和粘度时增强传热效果更好。纳米熔盐的比热容、导热系数和粘度分别提高了15%、5%、5%时,管内传热的Nu数最大可以提高6.7%。Nu数随着Re数的增大而增大,当Re数增大到一定程度时,Nu数对Re数增大的响应灵敏度有所降低。

    2022年05期 v.49;No.219 118-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1684K]
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