特邀专栏

特邀专栏：电力电子化配电网关键设备和运行控制



客座编辑：张犁  教授 （河海大学）    蒋玮  副教授 （东南大学）    何晋伟  教授 （天津大学）

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的关键环节，随着清洁能源占比持续提升，高比例可再生能源和高比例电力电子设备成为未来新型电力系统的主要特征。分布式电源大规模接入，以及电动车辆充电桩和储能电站的规模化建设，使得海量灵活资源通过电力电子设备接入配电网，由此带来的电网安全稳定和源网荷储协调控制等问题更加突出，故有必要对以下问题内容开展研究：

在关键设备方面，需要研究应用柔性软开关、电力电子变压器、能量路由器等新型电力电子化配电设备，为大规模分布式电源提供接口，解决分布式电源间歇性和波动性问题，优化配电网潮流和电能质量；
在运行控制方面，需要研究通过源-网-荷-储协同的预测、调控技术，以及动态配电网孤岛稳定运行技术，提高配电网的电能质量和供电连续性，促进新能源消纳；
在信息技术方面，需要研究通过安全加密与区块链等技术，解决配电物理信息网络的安全主动防护难题，支撑P2P电能交易与可信结算，为碳电市场提供底层基础架构。







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1. 序 电气工程学报    2022, 17 (1): 1-1.   DOI: 10.11985/2022.01.001 摘要 （161）   HTML （47）    PDF（pc） （113KB）（128）    可视化    收藏 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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2. 脉冲功率负荷接入下微电网的稳定性研究现状与展望* 孟志远, 徐海亮, 刘春震 电气工程学报    2022, 17 (1): 2-14.   DOI: 10.11985/2022.01.002 摘要 （465）   HTML （30）    PDF（pc） （432KB）（982）    可视化    收藏 近年来,微电网和电力电子技术的快速发展为脉冲功率负荷提了新的应用环境和平台,脉冲功率负荷在全电化战车和船舶电力系统中得到大量应用。然而,这些脉冲负载由于其特有的运行特性,给车载微电网的稳定、安全运行带来了重大挑战,相关技术研究较为丰富。对此,聚焦脉冲功率负荷对微电网稳定性的影响,总结国内外研究情况,包括电子雷达、电磁发射与回收装置、脉冲武器等脉冲功率负荷类型,周期性扰动、强非线性负荷对母线电压和频率的影响等失稳机理,稳定性分析方法、储能技术、虚拟同步技术等应对策略。最后,对下一步脉冲功率负荷下微电网稳定性的研究方向进行分析,并对后续研究进行展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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3. 基于动态一致性算法的直流微电网高品质协同控制* 张昊, 李昱, 尹亚飞, 李真, 张祯滨 电气工程学报    2022, 17 (1): 15-21.   DOI: 10.11985/2022.01.003 摘要 （371）   HTML （14）    PDF（pc） （318KB）（377）    可视化    收藏 针对孤岛运行状态下的直流微电网,提出一种基于一致性算法的协同控制策略。该方法中各分布式电源控制单元仅通过与邻居单元进行信息交换,便可实现精确的电压控制和功率分配。然而,经典的协同控制方案需要同时获取其邻居节点的电压和电流信息,但是这往往会导致有较大的通信压力。因此提出一种统一的分布式控制架构,该架构将电压控制和功率分配两个控制目标合并在一起,消除了对邻居节点电流信息的需求,大大减少了对通信带宽的需求。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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4. 光储微电网功率优化方法及协调控制策略研究* 刘艳东, 胡祎文, 陈楠, 王菁月, 邵鑫铭, 裴忠晨, 刘闯 电气工程学报    2022, 17 (1): 22-30.   DOI: 10.11985/2022.01.004 摘要 （416）   HTML （16）    PDF（pc） （583KB）（530）    可视化    收藏 光储微电网作为一种友好发电模式具有平抑网侧功率波动、光伏发电产能趋稳以及可调度性等优点,是实现“源-网-荷-储”系统稳定运行和可再生能源充分消纳的优选方案。围绕光储微电网功率优化与灵活运行提出了组件级配置方案和协调控制策略,进一步释放光伏发电潜力以及促进储能单元高效运行。首先,针对光伏组件失配导致的“木桶效应”及储能变换器效率低的问题,分别配置组件级光伏功率优化器和储能部分功率变换器,实现太阳能和电能最大化利用。其次,讨论光伏阵列和储能单元在并/离网工况下多种模式切换,考虑微电网各单元间功率动态平衡,提出一种光储微电网协调控制策略,实现各单元在不同控制模式之间平滑切换及功率自主分配。最后,利用Matlab/Simulink搭建30 kW光储微电网仿真平台,验证所提协调控制策略的可行性与有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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5. 交直流混合微电网并联双向互联变换器环流抑制与功率控制* 郭强, 向文凯, 李山 电气工程学报    2022, 17 (1): 31-40.   DOI: 10.11985/2022.01.005 摘要 （313）   HTML （10）    PDF（pc） （896KB）（454）    可视化    收藏 针对交直流混合微电网中多台双向互联变流器(Bidirectional interlinking converter,BIC)并联运行时功率流动、分配以及环流问题,提出一种用于多并联BIC的分布式电源管理控制策略,其中每个BIC设计有独立的局部分布式控制器,计算出各自的功率参考值,并可根据不同功率额定值按比例分配,实现两子网间功率流动及不同BIC间的功率分配;此外,在零矢量前馈控制策略的基础上,提出一种虚拟BIC概念,以实现多并联BIC环流抑制。仿真与硬件在环试验结果表明该策略可有效控制两子网间的功率流动及多模块间环流抑制。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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6. 基于组合赋权和改进灰色关联分析的配电网可靠性影响因素研究 王梦帆, 郑建勇, 梅飞 电气工程学报    2022, 17 (1): 41-48.   DOI: 10.11985/2022.01.006 摘要 （694）   HTML （11）    PDF（pc） （264KB）（417）    可视化    收藏 为了对配电网可靠性进行准确、快速评估,为合理选择可靠性提升措施提供依据,构建了基于组合赋权和改进灰色关联分析的可靠性评估及其影响因素分析模型。首先,采用G1-CRITIC法(Order relation analysis method-criteria importance though intercrieria correlation,G1-CRITIC)并结合基于最小二乘的组合赋权模型进行合理赋权,确定可靠性综合评价指标。其次,选取关键因素构建可靠性影响因素指标体系。然后,引入动态分辨系数增强数据差异性以弥补传统灰色关联分析的不足,并结合理想解法(Technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)思想,计算各影响因素相对于可靠性综合评价指标的综合灰色关联度并排序,作为可靠性提升措施参考依据。最后,通过实际算例验证所提方法的有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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7. 柔性多状态开关的改进协调控制策略* 周飞杨, 王楚扬, 张犁, 林金娇, 孔祥平, 郑俊超 电气工程学报    2022, 17 (1): 49-55.   DOI: 10.11985/2022.01.007 摘要 （617）   HTML （12）    PDF（pc） （323KB）（482）    可视化    收藏 在分布式新能源技术的快速发展下,柔性多状态开关(Soft open point,SOP)的各端口协调控制对配电网的稳定运行至关重要。当SOP采用主从控制时,只有定直流电压控制的主换流器进行功率平衡。然而,当系统出现较大的功率波动时,有主换流器功率超调和直流侧电压越限的问题出现。为了防止只有单个换流站进行功率调节而影响系统的稳定运行,提出一种改进型协调控制策略。利用直流电压波动值与系统中不平衡功率的正相关性,在定功率外环控制器引入直流电压变化跟随器,动态调整从换流器的功率指令值,进而使从换流器在功率波动时也参与功率调节。该策略使多个换流器同时参与功率调节,且SOP可以在不同控制模式中平滑切换。最后,搭建了三端SOP的PLECS仿真模型,验证了改进协调控制策略的正确性和有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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8. 基于电动汽车V2G技术的多端口集成车载变换器研究* 李春杰, 陈心雨, 黄文新, 赵明伟, 张宏涛 电气工程学报    2022, 17 (1): 56-62.   DOI: 10.11985/2022.01.008 摘要 （287）   HTML （11）    PDF（pc） （902KB）（399）    可视化    收藏 双向功率变换器是实现电动汽车V2G(Vehicle to grid)技术的关键性设备。引入集成技术,利用共享车载驱动电机和驱动电力电子变换装置,提出一种新的集成式双向车载功率变换器。它既可以将电动汽车蓄电池能量回馈给电网,又可完成蓄电池充电功能。集成式功率变换器具有单相、三相充/放电接口,实现了一机多口,增强了车载系统的紧凑性。分析不同充/放电模式下的集成功率变换器拓扑,给出了充/放电模式下的控制策略。最后,给出了仿真和试验结果,验证了多端口集成车载功率变换器的可行性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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9. 多变换器系统无源控制策略研究* 王振业, 王久和, 张梦壕 电气工程学报    2022, 17 (1): 63-70.   DOI: 10.11985/2022.01.009 摘要 （311）   HTML （10）    PDF（pc） （453KB）（325）    可视化    收藏 在多变换器系统中,电力电子变换器之间的相互作用以及闭环控制下的电力电子变换器在输入端呈现的恒功率负载特性会对系统的稳定性造成影响。同时,随着多变换器系统复杂程度的增加,基于系统模型的稳定性分析和控制策略面临更多的挑战。针对以上问题,运用无源控制理论从能量角度对多变换器系统控制进行研究。通过保证子系统的无源性来保证整个系统的无源性,进而保证整个系统的稳定。为了实现更好的控制效果,将自抗扰控制技术与无源控制相结合设计混合无源控制器。与PI结合无源控制相比,在即插即用的情况下,所提出的控制策略具有更好的动态与稳态性能。利用Matlab/Simulink搭建多变换器系统的仿真模型,仿真结果验证了该控制策略的可行性和优越性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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10. 星形CHB STATCOM启动冲击电流的抑制方法* 吴天红, 魏缪宇, 陆道荣, 胡海兵 电气工程学报    2022, 17 (1): 71-77.   DOI: 10.11985/2022.01.010 摘要 （312）   HTML （12）    PDF（pc） （522KB）（381）    可视化    收藏 软启动对星形级联H桥(CHB)STATCOM的正常运行至关重要。传统的CHB STATCOM启动策略通过在不控整流过程中串联限流电阻来抑制浪涌电流。然而,由于不控整流后直流侧电容电压仍然较低,CHB STATCOM进入正常运行时会产生较大的浪涌电流。为了消除这种浪涌电流,提出一种新的CHB STATCOM启动控制方法,在不控整流阶段后引入可控升压阶段,继续串联限流电阻,进一步提高直流电容电压。在可控升压阶段中,建立了调制电压与直流电压的关系,在此基础上提出了一种直流电压的闭环控制方法。最后,搭建400 V/5 kVar CHB STATCOM样机,试验结果验证了所提启动控制策略的有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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11. 基于时域的多新息随机梯度法VSG参数辨识* 朱军, 曲玉博, 刘鹏辉, 郭向伟, 杜少通, 杨明 电气工程学报    2022, 17 (1): 78-85.   DOI: 10.11985/2022.01.011 摘要 （274）   HTML （11）    PDF（pc） （487KB）（449）    可视化    收藏 针对采用虚拟同步发电机技术(Virtual synchronous generator,VSG)控制的新能源并网逆变器,提出一种基于统一模型的VSG实际输出惯性和阻尼的辨识方法,定量评估逆变器提供给大电网的惯性和阻尼。首先分析不同的VSG接建模方法,建立统一的VSG控制模型结构,然后提出一种适用于时域的多新息随机梯度法VSG关键参数的辨识方法,利用指令功率阶跃激励出系统功率动态信息,根据所推导的VSG控制模型参数之间的关系,动态地辨识出系统输出的惯性和等效阻尼参数,然后分析辨识模型的误差。最后,通过仿真验证与对比证明所提方法的有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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12. 基于自适应灾变遗传-循环神经网络的锂离子电池SOC估计* 陈诚, 皮志勇, 赵英龙, 廖玄, 张明敏, 李勇 电气工程学报    2022, 17 (1): 86-94.   DOI: 10.11985/2022.01.012 摘要 （396）   HTML （33）    PDF（pc） （714KB）（649）    可视化    收藏 锂离子荷电状态(State of charge,SOC)的精准估计是锂离子电池安全稳定运行的基础。传统的误差反向传播(Back propagation,BP)神经网络估计SOC的精度不高,而循环神经网络(Recurrent neural network,RNN)也容易陷入局部最优。针对这些问题,提出了自适应灾变遗传-循环神经网络(ACGA-RNN)联合算法,将自适应灾变遗传算法(Adaptive cataclysm genetic algorithm,ACGA)用于优化RNN的初始权值和阈值,提高了最优权值和阈值的全局搜索能力,从而有效提升锂离子电池SOC的估计精度。基于锂离子电池充放电的试验数据,将所提ACGA-RNN联合算法与RNN、GA-RNN算法分别用于锂离子电池的SOC估计。测试结果显示,相较于传统的RNN算法与GA-RNN算法,提出的ACGA-RNN联合算法获得了最佳的SOC估计精度,在DST工况下的估计平均绝对误差为1.74%,低于传统RNN和GA-RNN的估计精度3.68%和2.49%;另外,在45 ℃和0 ℃条件下,ACGA-RNN联合算法估计的平均绝对值误差分别为1.75%和2.05%,符合国家标准要求。因此,提出的ACGA-RNN联合算法在锂电池的SOC估计方面具有良好的应用价值。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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13. 基于KPCA与IHHO-LSSVM的电力变压器故障诊断方法研究* 宋立业, 范抑伶, 王燚增 电气工程学报    2022, 17 (1): 95-103.   DOI: 10.11985/2022.01.013 摘要 （436）   HTML （16）    PDF（pc） （888KB）（525）    可视化    收藏 为提高电力变压器故障识别精确度,提出基于核主成分分析(Kernel principal component analysis,KPCA)与改进哈里斯鹰算法(Improved Harris hawk algorithm,IHHO)优化最小二乘支持向量机(Least square support vector machine,LSSVM)的电力变压器故障诊断方法。首先,利用核主成分分析对变压器原始故障数据进行预处理,去除冗余数据;其次,结合Sigmoid变形函数以及点对称策略改进传统哈里斯鹰算法(HHO),并与HHO和遗传算法(Genetic algorithm,GA)进行性能对比,证明求解精度和网络收敛速度有所提升;最后,采用IHHO对LSSVM的相关超参数进行优化求解,获取KPCA与IHHO-LSSVM相结合的变压器故障诊断模型。结果表明所提模型的诊断精度为95.6%,同其他故障诊断模型相比分别提高了8.9%、16.7%,证明了所提方法能够有效地提升变压器故障诊断性能。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价