【目的】在“双碳”目标推动下,高比例新能源并网导致系统惯量和阻尼特性削弱,严重威胁了电网稳定性。构网型虚拟同步机控制技术虽然能够主动为电网提供惯量支撑,但新能源系统复杂非线性特点使传统VSG控制在非理想工况下面临着角频率和输出电压失稳的风险,传统方法控制效果不理想。针对这一问题,提出一种基于无源控制的构网型换流器控制策略,突破传统线性控制方法的局限,提高系统动态响应性能、抗干扰能力和鲁棒性。【方法】采用非线性控制设计框架,根据VSG控制原理模拟同步发电机转子运动方程,实现有功频率调节,同时模拟励磁系统实现无功电压控制,建立了包含构网型控制的哈密顿系统模型。基于无源控制理论的核心思想,对建立的哈密顿模型进行数学变换,将其转化为具有端口特性的耗散哈密顿标准形式,该模型具备天然的稳定分析优势,可为控制器设计提供理论基础。同时,根据系统稳定运行需求,设定期望的工作平衡点。为加速系统能量向期望平衡点的耗散,有效抑制振荡并加快收敛速度,注入阻尼项,最终推导得到适用于构网型换流器的有功和无功控制律,实现非线性系统的全局渐进稳定。【结果】仿真测试结果表明,在功率变化、电网电压不平衡、短路故障以及负荷变化的非理想条件下,基于无源控制的构网型换流器控制策略在系统角频率的稳定性方面显著优于传统VSG控制,频率波动幅度明显变小,恢复至期望值的时间大幅缩短。输出电压的超调量降低,调节过程更为平滑,电压恢复稳定的速度更快,有效增强了电压稳定性。【结论】本文提出的基于无源控制理论的构网型换流器并网稳定控制策略,通过将无源控制理论引入到VSG控制设计中,建立了基于耗散哈密顿模型的非线性设计框架。本文设计了基于能量整型和阻尼注入的控制策略,所推导的控制律具有强鲁棒性,无需依赖精确系统模型即可适应复杂运行条件,有效解决了传统VSG控制在面对系统非线性特性时稳定性不足、动态响应慢的缺陷,突破了线性控制参数固化的局限性,为新能源并网系统提供了抗干扰能力强、动态响应快的控制策略,能够支撑新型电力系统稳定运行。

【目的】在电力系统中,输电线路作为关键组成部分,常因地处偏僻且绵延千里,易遭受雷击等自然灾害影响导致故障。我国输电线路雷击故障约占总事故的50％。雷击会引发杆塔绝缘闪络、电压异常甚至供电中断,还会损坏电子设备,造成较大经济损失。为提高输电线路对雷击的抗性,本文对110 kV线路绝缘子雷击闪络电压特性进行分析,以改进输电线路设计,增强其抗雷电能力。【方法】基于电场理论和能量守恒原理,构建电场内电子的能量守恒方程,结合3种粒子(正属性粒子、负属性粒子、中性粒子)的运动方程和泊松方程,建立绝缘子雷击数学模型。通过数学模型计算雷击电流过电压,获取雷电冲击输电线路的电流标准波形。同时,分析输电线路耐雷电水平与绝缘子串闪络电压的关系,通过过电压分析绝缘子雷击闪络电压特性,进而获取雷击点的电流值与雷击电流过电压。此外,选用110 kV线路的硅橡胶绝缘子进行实验,模拟不同呼高、接地电阻、雷电电流波形和绝缘距离等参数,分析各参数对电压波形的影响。【结果】实验结果表明,绝缘子在遭受不同波形雷击时,电压值会在12 μs后趋于平缓。其中双指数型电压峰值最大,斜角型模型对电压的控制效果最优,绝缘距离大于5 m时电压波形更趋于稳定。与其他方法相比,本文方法得到的电压波形与实际情况更为接近,误差低于1 kV,准确性较高。【结论】杆塔呼高为25 m时绝缘子对雷击冲击响应最敏感,接地电阻增大,电压峰值随之增大,斜角型雷击电流模型控制电压效果最佳,绝缘距离大于5 m时可提高绝缘子抵抗雷电冲击的能力。研究将数学模型与电场理论结合,综合考虑多种参数对绝缘子的影响,建立了更全面准确的绝缘子串电压波形和数学方程。该研究成果为输电线路设计提供了科学依据,对提高输电线路抗雷电能力,保障电力系统安全稳定运行具有较高的工程应用价值和借鉴意义。

【目的】强雷电活动区域的输电线路运行时易遭雷击,同塔双回线路因结构紧凑、电磁耦合效应显著,雷击故障率一直偏高。现有防雷措施多依赖统计经验,无法有效区别绕击、反击等不同类型的雷击故障,难以实现精准防护,导致线路跳闸事故仍时有发生,严重威胁电网安全稳定运行。为此,本文提出一种基于深度学习的雷击故障识别方法,可实现绕击与反击的高精度自动识别,为输电线路的差异化防雷设计及运行维护提供有效的技术支撑。【方法】采用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,构建220 kV同塔双回输电线路雷击故障仿真模型,获取不同雷电流幅值、接地电阻条件下的过电压响应数据。针对雷击信号的非平稳性及模态混叠问题,引入集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法,通过加入高斯白噪声抑制模态混叠,提取前4阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)以保留主要特征成分。随后采用频率切片小波变换(frequency slice wavelet transform,FSWT)计算多频段能量比,并与雷电流幅值、接地电阻共同构建多维特征集。在分类模型方面,提出CNN-LSTM-Attention深度学习架构:利用CNN提取空间特征,通过LSTM捕捉时序依赖特征,借助Attention机制聚焦关键信息,从而实现复杂信号特征的有效融合与识别。【结果】实验结果表明,本文方法在绕击与反击识别任务中表现优异。模型整体识别准确率达98.6％,查准率与查全率均超过98.5％,F₁分数最低为0.99。与SVM、CNN等基准模型相比,该方法在识别精度上具有明显优势。10次独立对照实验结果显示,模型平均准确率达到99.7％,方差为0.000 93,充分验证了该模型的稳定性和可靠性。【结论】基于EEMD-FSWT特征提取与CNN-LSTM-Attention融合模型的雷击故障识别方法,能有效表征同塔双回输电线路雷击信号的时频特性,实现绕击与反击的高精度区分。该方法不仅提升了故障诊断的准确性和实时性,更为电网差异化防雷策略的制定提供了重要数据支持。研究成果对降低输电线路雷击跳闸事故率、保障电力系统安全稳定运行具有重要工程应用价值与良好推广前景。

【目的】在电力系统运行过程中,继电保护装置起到至关重要的作用。然而,设备长期运行,老化和损坏现象不可避免,其会导致继电保护装置产生异常变位数据,这些异常数据如果不能得到妥善处理,将会影响电力系统的安全稳定运行。因此,如何有效处理继电保护装置的异常变位数据成为一个亟待解决的问题。【方法】研究提出了一种自主可控的容错存储算法,该算法通过对继电保护装置的状态进行评估,分析潜在的扰动因素。在此基础上,运用模型预测控制(MPC)技术预测可能出现的异常数据。MPC是基于系统的动态模型,通过预测未来系统的状态来提前进行决策,并针对预测到的异常数据实施校正,旨在将数据恢复到原始状态。同时,利用数据弹性理论和粒度率来计算补偿存储强度,数据弹性理论有助于衡量系统在面对故障时的承受能力,而粒度率则与数据的细化程度相关,通过将两者结合确保数据的准确性和完整性。在研究过程中,构建了基于上述算法的实验环境,通过模拟继电保护装置在不同工况下产生的异常变位数据对算法进行测试。【结果】通过实验验证该算法的效果,算法的容错率高于0.89,意味着在面对大量异常数据时,算法能够成功处理其中绝大部分的数据错误。存储所需占用内存在20 MB以下,表明算法在存储数据时对内存资源的占用较少。在数据量为10 000个的情况下,数据传输次数仅为401次,体现了算法在数据传输方面的高效性。【结论】通过研究可知,所提出的自主可控容错存储算法能够有效增强继电保护装置的数据容错能力。对异常数据的准确预测、校正以及合理的存储策略,确保了数据的准确性和完整性,从而提升了继电保护装置在面对设备老化和损坏时的应对能力。在电力系统中采用本文算法有助于提高继电保护装置的可靠性,进而保障电力系统的安全稳定运行。本研究创新之处在于将模型预测控制、数据弹性理论和粒度率相结合,构建了一种全新的容错存储算法。这种综合运用多种技术的方法在处理继电保护装置异常变位数据方面具有独特的优势。本文算法能够提高继电保护装置的数据处理能力,减少因数据异常导致的电力系统故障风险,对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

【目的】在新型电力系统建设背景下,高比例可再生能源的大规模接入及柔性负荷的广泛普及,显著加剧了系统的随机性、波动性,叠加电网规模的不断扩大,导致控制变量急剧增多,对传统电网电压和潮流控制策略提出了严峻挑战。现有电网分区方法主要依赖节点间电气距离进行无功分区,难以适应源荷双侧特性剧烈变化的新型电力系统运行需求。为此,本研究提出一种综合考虑多重因素的电网分区优化方法,旨在降低高比例新能源接入下的电网整体控制难度,提升分区自治运行能力。【方法】本研究的核心在于建立了一套分区指标体系及优化模型,突破传统分区仅关注拓扑连接的局限,创新性地同时考虑分区内部电气连接紧密程度和源荷匹配程度,分别构建了基于电气距离的无功分区指标和基于源荷匹配的有功分区指标。以此为基础,构建了电网分区优化模型,以最小化无功分区指标为主要优化目标,旨在最大化分区内部电气紧密程度,简化无功电压控制。将有功分区指标满足要求作为关键约束条件,用以限制分区间有功功率的频繁交互,并减少分区内部净负荷的剧烈波动,保障分区内部源荷平衡。同时,为高效求解所构建的非线性复杂优化模型,提升寻优速度并避免算法陷入局部最优解,本研究创新性地提出一种仿生联合优化策略,充分利用了遗传算法的全局搜索能力和萤火虫算法的快速局部求精能力。【结果】采用标准IEEE 39节点系统进行算例验证。仿真结果表明,本文算法能够显著提升分区内部源荷匹配度,有效降低分区之间及分区内部的净负荷波动,减少了不必要的潮流交互,有效降低系统无功控制难度,使分区内部节点电气紧密性增强,简化了分区内部的电压无功调节过程。萤火虫-遗传仿生联合算法表现出优越的求解性能,能够快速、有效地获得优化的分区方案。【结论】本研究的创新点主要是在电网分区模型中同时集成了基于电气距离的无功控制优化目标和基于源荷匹配的有功平衡约束,克服了传统方法对源荷变化适应性不足的缺陷。提出了高效、鲁棒性强的萤火虫-遗传仿生联合优化算法以求解分区模型,有效提升了寻优速度和精度。本文算法为解决新型电力系统复杂网络结构下的分区运行控制难题提供了新的技术途径,对提升电网安全稳定运行水平和促进新能源高效消纳具有较高的理论价值与实际意义。

【目的】针对常规继电保护受光伏助增和汲出电流的影响,导致保护装置难以发挥有效作用的问题,提出了一种适用于含高渗透率分布式光伏接入条件的配电网继电保护定值多目标整定方法,以期在满足经济性和实用性的基础上,提高保护的速动性、灵敏性及选择性,有效保护电网安全,支持分布式光伏的广泛接入。【方法】分析了光伏助增和汲出对配电网保护配置的影响,将距离保护与电流速断保护作为保护判据,规避了光伏接入导致的配电网保护误动和拒动问题。以确保速动性、灵敏性及选择性指标参数最优构建保护定值多目标优化模型,并利用动态分裂算子对粒子群算法进行了改进,使得保护定值的求解能够满足实际应用需求。【结果】高渗透率光伏接入会导致配网保护误动或者拒动,而采用距离保护结合电流速断保护作为保护判据有效规避了这一问题。研究构建了多目标优化的保护配置模型,形成了对某一区域整体保护效果的评价指标,基于粒子群算法完成了对保护定值的求解,实现了高渗透率光伏接入情况下保护效果的整体评估,同时提升了保护的速动性、灵敏性和选择性。【结论】研究结果表明,采用距离保护结合电流速断保护的方式可以有效避免光伏助增作用对传统电流速断保护的影响。利用多目标优化方案,可有效提高保护性能。采用均衡策略时,其速动性指标提升约82.2％,灵敏性指标提升约3.8％,选择性指标提升约33.1％。本文创新点在于:采用距离保护结合电流速断保护的方式形成保护判据,规避了由于光伏接入导致的配电网保护误动和拒动的问题;构建了保护定值的多目标优化方案,并利用动态分裂算子对粒子群算法进行了改进,避免了粒子群算法的局限性,同时提高了保护定值的可靠性和适用性。

【目的】随着AI与5G技术的不断发展,数据中心已经成为未来发展的重要基础设施。数据中心的高能耗特性与当前低碳发展需求间存在突出矛盾,而单纯依赖清洁能源供电的优化路径又存在多重瓶颈,如废热回收难和效率低等问题。因此,本文针对数据中心的余热回收问题展开研究,提出一种规模化制氢容量配置方法,以期为数据中心供能系统的绿色低碳发展与绿氢生产效率提升提供新思路。【方法】首先,分析数据中心能耗架构,构建水冷模式数据中心输出热能的数学模型,并建立有关电解液温度变化对电解制氢效率影响的数学模型,将电解液温升系数作为数据中心与电解制氢的耦合节点,为后续废温水协同机制的构建奠定基础。其次,分析数据中心能耗特征与氢能需求,基于废热回收加热电解液理论,构建数据中心+清洁能源+绿氢运行架构并设计与之匹配的运行模式。建立系统整体动态供需平衡模型后,根据清洁能源出力情况与数据中心运行情况制定电解制氢的多种运行模式。最后,综合考虑数据中心负荷特性、清洁能源出力波动、氢能市场需求等因素,构建了以系统经济性、碳排放量、可再生能源消纳率为优化目标的制氢容量配置模型,设计了基于改进时序差分算法和粒子群算法的多目标优化求解方法,并采用Matlab软件进行了仿真分析。【结果】数据中心+清洁能源+绿氢协同运行模式能够在典型日场景下减少2.59％的年用电量能耗,辅助调峰市场的定价方法可以引导系统按不同目标运行,并能在不同程度上满足系统的经济性与低碳性需求。多维度技术的创新性耦合,推动了数据中心能源系统的结构性变革。【结论】本文提出的规模化电解制氢容量配置方法,既能满足数据中心废热利用的消纳需求,又能降低供能系统对化石能源(柴油)的依赖程度,可为数据中心构建可调负荷-储能-供能三位一体的新型能源系统提供新的技术路径,进而助力我国经济的数字化转型及“双碳”目标的稳步推进。

【目的】在变电站继电保护装置定值校核过程中,传统方法主要依赖人工校核或简单程序校核。人工校核的准确性存在较大差异,且校核效率较低;简单程序校核在效率方面有所提升,但在准确性上仍有改进空间。针对上述不足,本研究提出一种基于深度学习的智能变电站继电保护装置定值校核方法。【方法】首先采用改进卷积循环神经网络(convolutional recurrent neural network,CRNN)对继电保护定值进行识别并利用卷积神经网络(CNN)将文本图像转换为特征序列,其次通过循环神经网络(recurrent neural network,RNN)对特征序列进行识别,最后使用基于词典的连接时序分类(connectionist temporal classification,CTC)损失函数实现转录,从而获得定值文本信息。在此基础上,引入转换门控单元对RNN模块进行改进,形成双向转换门控长短时记忆(bidirectional convert gate long short-term memory,Bi-CGLSTM)网络模型,以实现数据权值的自适应调节。随后,结合中文分词技术开展定值校核并构建完整的定值名称词典,采用Levenshtein距离算法计算待校核文本与标准文本的相似度,并结合改进的正向最大匹配算法完成定值文本匹配,从而实现对继电保护装置定值的逐一校核。【结果】为验证本文方法可行性和有效性,选取某供电公司240份包含10种常用设备型号的定值单作为实验样本进行验证。深度学习模型的训练参数设置为迭代次数100、学习率0.001,权重和偏置参数优化器为Adam。实验结果表明,改进CRNN模型的识别准确率高于97％,本文方法的校核准确率达97.07％,平均校核时间较短,整体性能显著优于对比方法。【结论】改进的深度神经网络能够有效提升大规模数据条件下继电保护装置定值文本的识别精度。基于Levenshtein距离算法与改进正向最大匹配算法的联合应用,不仅保证了校核准确率,还显著提升了校核效率。该方法为智能变电站的智慧运维提供了有力的技术支撑。

【目的】随着风能和太阳能等可再生能源在电网中的高比例接入,其固有的间歇性和波动性对电网末端电压稳定性提出了严峻挑战。特别是在区域电网末端,风光荷出力的不确定性导致电压快速下降风险加剧,可能引发设备损坏甚至连锁故障。现有研究在风光荷出力预测误差处理和多目标协同优化等方面存在明显不足,例如全纯嵌入灵敏度分析方法未能充分考虑预测误差的影响,而源网荷协调控制框架忽视了预测误差对协作效果的影响。针对这些问题,本文提出了一种新的低电压快速调节算法,通过量化风光荷出力的不确定性,构建安全、效能与成本兼顾的多目标优化模型,实现电网末端低电压的快速稳定调节,从而提升高比例可再生能源接入电网的可靠性和适应性。【方法】采用协同进化遗传算法(CGA)作为核心求解方法,首先针对风电、光伏及负荷出力的随机性建立了精确的概率密度函数模型。风电出力通过结合风速的Weibull分布及预测误差正态分布进行量化;光伏出力则关联光照强度与光电转化效率并引入预测误差项进行表征;负荷出力通过概率密度函数反映其波动性。在此基础上,构建了以安全、效能和成本兼顾为优化目标的低电压调节模型,其中安全指标量化电网末端缺电总损失量,效能指标综合计算网损值与电压偏差,成本指标计算全寿命周期成本。通过整实数混合编码方案和动态调整的交叉概率与变异概率,能够有效优化种群并输出满足电压稳定裕度要求的最优解。【结果】基于广州市某地区实际电网数据进行仿真实验,结果验证了本文算法的有效性。在不确定性处理方面,本文算法对风电和光伏出力的预测结果与实际数据吻合度显著高于其他传统方法,这得益于本文算法将出力功率预测误差作为随机变量进行建模,更准确地反映了实际系统中的不确定性。在电压调节效果方面,当风光荷出力波动和负荷增加导致电压降低时,该算法能够快速有效地将节点电压恢复至正常水平,调节效果优于基于电网稳态模型和双环电压-电流控制算法的传统方法。在静态电压稳定裕度方面,本文算法在多种测试场景下均能保持较高的电压稳定裕度,始终维持在0.8以上,表现出良好的电压调节能力。此外,本文算法在保证电压稳定的同时,兼顾了电网运行的经济性和效能。【结论】低电压快速调节算法通过深度融合风光荷出力不确定性建模与多目标优化,有效解决了高比例可再生能源接入电网末端低电压失稳问题。该算法创新性地引入概率密度函数量化预测误差,显著提升了风光荷出力预测精度;通过CGA协同优化安全、效能与成本兼顾的目标,实现了电压的快速动态调节。实验结果表明,本文算法在调节速度、稳定裕度及经济性等方面均优于其他传统算法,为高比例可再生能源电网的智能化调控提供了可靠技术支撑。该研究成果不仅具有重要的理论价值,在实际工程应用中也展现出广阔前景,未来可进一步探索多时间尺度下的电压协同控制策略,以持续提升电网运行的稳定性和经济性。

【目的】在电力系统的运行与管理中,中低压配电网作为连接电源与用户的关键环节,其运行效率和稳定性直接关系到整个电力系统的安全性与可靠性。三相线损作为衡量配电网运行效率的重要指标,不仅反映了电能传输过程中的能量损耗,还直接关系到电网的电压质量、电力消耗以及设备的安全运行。然而,配电网的三相线损数据具有复杂的分布特性,呈现多峰、非对称等特征,在动态变化过程中,难以准确捕捉数据的内在模式和结构,从而降低了异常识别的准确性。为此,本文提出一种中低压配电网三相线损异常智能识别方法。【方法】配电网三相线损数据在采集过程中易受电磁干扰、设备误差等多重因素的影响,导致数据中夹杂着大量噪声和异常值。这些噪声不仅降低了数据的信噪比,还会掩盖数据的真实特征,进而影响后续分析的准确性。由此,采用径向基函数(RBF)神经网络对采集到的三相线损数据进行特征提取,通过对输入数据的非线性映射,有效抑制噪声的干扰,提高数据的信噪比。对预处理后的数据进行归一化处理,可进一步提高数据采集的完整性和准确性。基于回路电流的方法,将配电网中的电路分解成多个独立的回路,并在每个回路中计算电压和电流的实部值和虚部值。通过对这些值在时间和相位上的变化特性进行详细分析,可以深入理解电路的运行状态,并准确识别出潜在的异常模式。根据三相分支电路上的电压和电流的实部值和虚部值结果,构建高斯混合分布模型。该模型利用多个高斯分布描述三相线损数据的复杂分布特性,更准确地捕捉数据的内在模式和结构。再利用极大期望值方法拟合归一化后的线损率,构造一个由多个高斯混合分布模型构成的混合型高斯模型,计算维本征矢量的似然概率函数,并根据预设的概率阈值判断数据是否异常。若似然概率低于阈值,判定为异常;否则,判定为正常。【结果】由实验结果可以看出,本文方法可以准确辨识三相线路损耗节点,降低误判、漏判的危险。【结论】本文方法可以及时发现和处理配电网中的故障,对提高电力系统的运行效率和可靠性具有重要意义。

【目的】针对电力应用中无人机通信环境安全进行评估,并设计提出一种有效的安全架构与设计方案,以解决电力巡检中无人机通信面临的电磁干扰、数据安全等问题,确保无人机在复杂电磁环境下的高效协同作业和数据安全传输。【方法】研究分析了无人机协作无线网络结构及其面临的安全威胁,特别是电力线附近强烈的电磁干扰对无人机通信的影响。提出了一种基于身份密码学的无人机协作无线网络解决方案,通过设计增强型通信协议与防干扰机制,确保无人机在强电磁环境下仍能稳定地传输关键数据。此外,研究还引入了实体间的相互验证、签名及通信数据的身份验证机制,以提升无人机通信的整体安全性。【结果】实验结果表明,所提出的安全评估架构设计方案在不同无人机数量、通信失败率、电磁干扰强度和数据包大小下均表现出较高的数据恢复率和较少的资源消耗。特别是在高电磁干扰环境下,系统仍能保持较高的数据恢复率和容错能力,可有效抵御潜在的网络入侵和数据窜改威胁。【结论】提出的安全评估架构与设计方案能够显著提升电力巡检中无人机通信的安全性和可靠性,降低信息泄露的风险,并在复杂电磁环境下实现高效协同作业。研究创新之处在于:结合了身份密码学和公钥机制,设计了一种轻量且高效的安全解决方案,为电力巡检任务中的无人机通信网络提供了有效安全保障。

【目的】高压断路器作为电力系统中关键的控制和保护设备,其可靠运行对电网的安全稳定至关重要。然而,高压断路器在长期运行过程中,会因机械磨损、部件老化等问题引发各类故障。当前,对高压断路器的检测面临检测信号多样、故障检测难度大和精度低等问题。因此,研究一种高效、准确的高压断路器机械状态检测方法,对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。【方法】本文提出了一种基于多模态高效Transformer的高压断路器机械状态检测模型。在数据采集环节,综合运用振动传感器、电流传感器和位移传感器,同步获取高压断路器运行过程中的振动信号、电流信号和位移信号,构建多模态信号数据集。在信号预处理阶段,采用小波变换技术对采集到的多模态信号进行处理,将信号分解到不同的频率尺度上,从而有效去除信号中的噪声成分,同时增强故障特征信号,进而显著提升信号质量。在模型构建方面,引入高效Transformer模块。Transformer模块凭借其强大的自注意力机制,能够有效捕捉信号序列中的长距离依赖关系,对多模态信号中的复杂特征进行深入挖掘,通过将高压断路器的运行状态分为正常运行、合闸无法保持、软连接松动、单相触头磨损、绝缘拉杆松动和分闸弹簧断裂,实现对断路器机械状态的准确诊断。【结果】在仿真实验中,构建了高压断路器不同故障类型的仿真模型,模拟实际运行中的各种工况,生成多模态信号数据。将这些数据输入到本文检测模型中进行测试,结果显示模型能够准确识别不同故障类型。在实际实验中,选取了多台高压断路器作为实验对象,在其正常运行和设置不同故障状态下,采集多模态信号数据。实验结果表明,相比传统检测方法,本文方法在保证检测速度的同时,使检测精度有了显著提升。【结论】本文提出的基于多模态高效Transformer的高压断路器机械状态检测模型,有效解决了检测信号复杂、噪声干扰大的问题;借助高效Transformer的强大特征提取和分类能力,实现了对高压断路器多种机械状态故障的准确识别。仿真分析与实验结果证明,本文方法在检测精度和速度上均表现良好,能够为电力系统中高压断路器的状态监测和故障诊断提供可靠的技术支持,有助于及时发现设备潜在故障,在保障电力系统的安全稳定运行方面具有一定的应用价值和推广前景。

【目的】随着输变电工程在配电网中地位的日益提升,传统造价估算方法因误差较大、耗时较长等问题,难以满足现代工程管理的需求。为提高输变电工程的执行效率和估算精度,设计提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)和显著性成本理论的造价估算技术。该技术旨在通过优化神经网络结构和特征筛选,打破传统方法在复杂工程造价估算中的局限性,同时提升模型的鲁棒性和适应性。【方法】基于显著性成本理论对历史工程数据进行特征筛选,确定影响输变电工程造价的关键因素,并将其作为神经网络的输入特征。通过引入径向基函数(RBF)对传统人工神经网络(ANN)结构进行深度改造,设计适用于输变电工程的造价估算模型。该模型采用高斯函数处理输入层数据,结合K-means聚类算法初始化隐含层中心值,并利用最小二乘法和梯度下降法分别完成输出层和隐含层的训练。此外,为验证模型的有效性,通过100组输变电工程项目的仿真数据,对比传统造价估算方法(单位造价法和指标估算法)与本文模型的累计绝对误差率和平均执行时间,并采用SHAP值分析法量化关键因子对估算误差率的影响。【结果】仿真结果表明,基于径向基函数神经网络的造价估算方法在累计绝对误差率和平均执行时间上均优于传统方法。当测试样本量增至20组时,单位造价法的累计误差率达440％,指标估算法为180％,而本文模型的累计误差率稳定在110％以内。在执行时间方面,传统方法平均耗时5 s,而本文模型仅需0.5 s。此外,对SHAP值分析显示,电线截面积、钢管杆和回路数量等显著性因子对造价估算误差率的影响最为显著,其SHAP值远高于其他因子。这一发现为模型优化和成本控制提供了重要依据。【结论】本文提出的基于径向基函数神经网络和显著性成本理论的造价估算技术,能够有效提升输变电工程造价估算的精确度和运行效率。尽管该方法在复杂施工环境下仍存在一定的误差,但其整体性能优于传统方法,具有较强的实用性和推广价值。未来研究将进一步结合回归分析、支持向量机等机器学习算法,优化模型的精确度,以更好地适应输变电工程的复杂性和多样性。

【目的】随着新能源占比的持续提升,基于锁相环同步的传统跟网型控制在弱电网条件下逐渐暴露出稳定性不足的缺陷,具备自主同步源特性的构网型控制逐步成为热点解决方案,但当前研究大多聚焦于其电压或同步稳定特性,较少关注其频率调节能力和特性。【方法】本文概述了下垂控制、虚拟同步机控制、匹配控制和虚拟振荡器控制这4种主流构网型控制方式的发展进程和调频控制原理,并从控制环路、适用场景等方面分析了以上方式的优势与不足。在此基础上,构建了新能源并网仿真模型,模拟分析了不同调频控制在多样化场景下的调频响应特性,总结了构网型控制在策略优化、参数整定和多机协同等方面所面临的挑战,并对其发展趋势进行了展望。【结果】下垂控制通过响应系统频率偏差调节机组有功功率,具有结构简单、电网强度适应性强的优点,但该控制方式缺乏惯量支撑,调频性能相对较弱;虚拟同步机控制在下垂控制的基础上,模拟了传统同步机的惯量响应特性,能更好地抑制系统频率变化性能,但面临参数整定、故障穿越和多机协同等挑战;匹配控制以直流电容的动态特性模拟传统同步机惯量特性,抑制了系统频率变化性能,但难以在频率暂稳态区间长期为系统提供支撑;虚拟振荡器控制因幅值和频率由振荡器动态方程直接生成,调频响应类似下垂控制,但输出谐波含量较高难以满足并网要求。【结论】虚拟同步机控制在参与系统调频中凭借其兼顾调频性能和电网强度适应性的技术优势,成为构网型控制中最具前景的研究方向,但需要突破同步稳定、故障穿越和协同控制等技术难题。未来应针对控制策略与参数优化、多机协同控制等方面进行深化研究,进而推动构网型控制的规模化应用。

【目的】配电网工程造价受规模容量、设备材料成本、地理条件等多维度因素影响,传统统计方法难以有效处理高维非线性数据,而现有机器学习方法虽引入特征降维技术,但仍存在一定局限性,主成分分析(PCA)虽能降低维度却牺牲了预测精度,而灰色关联分析(GRA)忽略了特征间的交互作用。因此,亟须构建一种既能保留关键特征信息、又能兼顾特征间复杂关系的预测方法。通过融合递归特征消除(RFE)法与随机森林(RF)算法构建RFE-RF预测模型,旨在解决特征冗余与非线性建模难题。【方法】采用“特征选择-模型构建-实验验证”技术路线,选用RFE法进行特征选择,通过迭代训练模型逐步剔除对预测贡献最小的特征并保留最优特征子集。采用RF算法进行模型构建,基于集成学习思路构建多棵决策树,通过平均化输出结果有效抑制过拟合,提升模型鲁棒性。RF对噪声数据不敏感且能量化特征重要性,可为RFE提供可靠的特征排序依据,从而可将RFE嵌入RF训练流程形成闭环优化过程。【结果】选用某电网公司190个配电网工程项目数据,数据涵盖电压等级、线路长度、设备价格等21个初始特征,对分类型特征进行数值化映射并保留原始分布特征。通过五折交叉验证与均方根误差优化,确定包括线路长度、电缆综合价格、电压等级等关键因素的12个最佳特征子集。与传统线性回归(LR)算法、随机森林算法、基于互信息的随机森林(MI-RF)算法相比,RFE-RF算法在测试集上的预测平均绝对误差为8.6579,预测平均绝对百分误差为6.97％,显著优于其他算法。RFE-RF算法在测试集的平均绝对误差仅比训练集增加约4.5％,其过拟合风险低于其他算法,表明可以通过特征选择有效提升算法稳定性。【结论】特征选择成为提升配电网造价预测精度的关键,RFE法能够通过动态迭代来剔除冗余特征,显著降低数据维度与噪声干扰。RFE-RF模型兼具高精度与强解释性,其平均绝对误差相比传统模型大为降低,且能够清晰量化不同特征对造价的影响权重。将RFE与RF结合应用于配电网造价预测,能够解决特征交互与冗余筛选难题,可为复杂工程系统的数据建模提供新范式。RFE-RF模型可为电网企业提供精准造价预测工具,辅助投资决策与成本控制,推动配电网工程建设的智能化与精细化,并可通过揭示特征选择对机器学习模型泛化能力的影响机制,为高维非线性数据的特征优化提供实践参考。

【目的】随着全球能源结构的转型与清洁能源的大力发展,高渗透率光伏电源在配网台区中的接入比例日益增加。然而,光伏电源受光照强度、温度等自然因素影响,其输出功率具有显著的波动性和不确定性。当大量此类电源接入配网台区时,会引发电网电压波动、频率变化等一系列问题,进而给停电故障预测工作带来巨大挑战。传统的停电故障预测方法在面对含高渗透率光伏电源的复杂配网环境时,难以准确捕捉故障特征,导致其预测准确度下降、效率降低,无法满足配网台区稳定运营的需求。【方法】为了提升预测准确度和效率,提出含高渗透率光伏电源的配网台区停电故障预测方法。建立光伏电源接入电网模型,分析接入后的光伏电源对配网台区故障电流的影响机制。通过该模型清晰了解光伏电源在不同运行工况下对电网故障,电流大小、分布等方面的影响,为后续故障区域推断提供理论基础。结合电网拓扑结构和负载不均衡特征,推断可能发生停电故障的区域。电网拓扑结构反映了电网中各元件的连接关系,负载不均衡特征则体现了不同区域负荷的差异情况,综合考虑这两方面因素,更准确地定位潜在故障区域。引入潮流熵判断电路负荷是否处于临界状态。同时,提取发生故障区域线路包含故障发生时的关键信息的潮流值特征。将提取的特征输入经过优化的SA-SAE中进行训练,通过对大量样本数据的学习,自动挖掘数据中的潜在规律,实现配网台区停电故障的精准预测。【结果】实验结果表明,本文方法在含高渗透率光伏电源的配网台区故障定位中预测准确度较高,准确识别了故障区段(K5~K8线路的3~6段)和故障类型,且预测耗时仅为2.236s,显著优于对比方法。【结论】通过综合考虑光伏电源接入影响、电网拓扑、负载特征等多方面因素,并运用潮流熵和SA-SAE,可以实现对配网台区停电故障的高准确度、高效率预测。本文方法不仅有助于提高配网台区停电故障预测的准确性和及时性,降低停电事故发生的概率,减少经济损失,还能为电网的规划、运行和维护提供有力支持,保障配网台区的稳定运营,推动清洁能源在配网中的大规模应用。

【目的】随着无人机在电力巡检、应急救援等复杂场景中应用需求的不断提升,单架无人机在任务执行时的局限性日益突出。多无人机编队能够有效提升巡检效率、扩大作业覆盖范围,但在实际应用过程中,编队队形保持、航迹协同优化及对复杂环境的适应能力仍面临诸多挑战。针对无人机集群在平面大机动飞行过程中的队形保持与路径优化难题,提出了一种结合虚拟弹簧力和hp自适应伪谱法的最优控制方法,旨在提升无人机编队协同飞行的稳定性、灵活性及抗干扰能力,为电力巡检等无人机高要求场景提供技术支撑。【方法】建立多无人机系统的动力学模型,并将虚拟弹簧机制引入编队控制体系,实现机间柔性约束和弹性自调节。通过将虚拟弹簧法与传统领航跟随法结合,设计了一种可兼顾队形刚性支撑与自适应调整能力的编队策略。在此基础上,采用hp自适应伪谱法对无人机编队的最优控制问题进行求解。该方法通过在Legendre-Gauss节点上离散状态量与控制量,构造全局插值多项式,将无人机编队路径优化问题转化为非线性规划问题,并结合动力学、能耗、速度等约束条件进行高精度数值求解。仿真实验中,设定了典型的四机菱形编队场景,全面考察了算法在不同地形、风扰和任务需求下的适应性。【结果】仿真结果显示,基于虚拟弹簧的hp自适应伪谱法能够有效实现无人机编队的平滑转弯和速度控制。在编队90°大机动转弯过程中,无人机不仅能够满足航迹偏转、速度变化等多重约束,还能保持良好的编队队形。与传统领航跟随法和人工势场法相比,本文方法在位置误差、队形保持、抗风扰能力等方面均表现出显著优势。在10m/s强风干扰情形下,本文方法队形稳定性可达70％以上,显著优于其他对比算法。三维地形仿真和实际飞行测试进一步验证了算法的适应性和鲁棒性,方法在丘陵、山区、峡谷等多种地形下,依然能够维持较低的队形变形率和较小的航迹跟踪误差,能耗控制合理,具备较强的工程实用性。【结论】本文创新性地将虚拟弹簧弹性约束机制与hp自适应伪谱法深度融合,提出一种适用于复杂环境下多无人机编队航迹规划的最优控制技术。该方法不仅突破了传统编队的刚性约束,实现了队形的柔性保持和自适应调整,还显著提升了编队航迹优化的精度与效率。研究结果为无人机集群在电力巡检、应急救援等高难度任务中的协同编队飞行提供高效、可靠的技术路径。后续研究可进一步拓展该方法在多编队协同、复杂障碍环境下的应用潜力,推动无人机编队的智能化、实用化发展。

【目的】内置式永磁(interior permanent magnet,IPM)电机因具有结构稳定、效率和功率因数高等优点被广泛用作井下潜油电机,油井井筒直径的限制和高温工作环境要求潜油永磁电机具有较高的转矩密度和较强的永磁体抗退磁能力。本文提出一种由一字型磁极和弓形磁极合成的正弦磁极,充分利用一字型磁极上方的转子空间,增加永磁体用量和d轴永磁体厚度,达到提高IPM电机功率密度和抗退磁能力的目的。【方法】保持一字型磁极尺寸恒定,采用有限元法分别研究了弓形磁极矢高对IPM电机短路电流、抗退磁能力以及空载和负载电磁性能的影响,并分析了内在原因。此外,采用等效圆环法研究了磁极矢高对转子铁心最大应力影响,保证转子机械强度。【结果】随着正弦磁极矢高的增加,尽管IPM电机的短路电流会随之增加,但其永磁体展现出更强的抗退磁能力;增加矢高虽会增加转子铁心的最大应力,但其最大应力远小于铁心材料的屈服应力,机械强度能满足实际需求;矢高较小时对IPM电机磁阻转矩的影响可以忽略,当矢高大于3 mm后,其磁阻转矩最大值随矢高的增加而下降明显,但总输出转矩一直随着矢高的增加而增加,转矩波动则随之减小。【结论】综合考虑磁极矢高对电机性能影响,选择了合适的正弦磁极尺寸,制造了样机并进行试验;试验结果与二维有限元仿真结果吻合良好,验证了提出的正弦磁极结构能有效提高IPM电机的转矩密度和抗退磁能力,为内置式永磁电机转子磁极设计提供了新的思路。

【目的】开展电力系统二次设备的状态评价工作,有助于防范电网运行风险,提升电网运行可靠性。针对电力系统二次设备评价模型在数值差异处理方面的局限性,为解决层次分析法的逻辑性问题和熵权法主观判断能力方面的不足,设计提出了一种改进熵权法的二次设备健康状态评估算法。【方法】按照电力系统二次设备的基本特征,分别构建了用于二次设备状态评估的技术指标和管理指标,并采用正向映射、反向映射和梯形映射关系对指标参数进行了标准化处理。在此基础上,采用基于正态分布的隶属度函数进行评价,既保留了高隶属度区间的有效信息,又涵盖了低隶属度区间的信息,而且避免了低隶属度区间比重过大而造成的误判。利用层次分析的权重原则建立各评价指标的判断矩阵,根据各个指标算术平均值和标准差引入熵权法的变异系数,实现了对评价指标权重的客观表达。建立了电力系统二次设备状态评价综合模型,以某变电站内36套保护装置为例对模型进行验证。【结果】验证结果显示,评价结果和站内实际保护装置运行状态一致。评语为“良好”的隶属度值为0.890 1,“一般”的隶属度值为0.097 9,由此可以判断出该变电站内的220 kV主变保护装置处于良好运行状态,与变电站内实际保护装置的运行状态一致。样本数据的对比分析结果显示,采用层次分析法得到的评价指标隶属度函数极差为0.321 0,熵权法极差为0.341 4,可能出现误判。纵向比较AHP-熵权法、熵值法赋权算法后发现,两者隶属度极差值分别为0.125 0和0.1849,最小值分别为0.806 5和0.708 8,不会出现误判。本文算法得到的隶属度极差值为0.048 1,最大值和最小值分别为0.900 0和0.851 9,数据的波动范围更小,判断的可靠性更高。【结论】本文创新点在于:一方面采用层次分析法和熵权法相结合的组合赋权方式,有效规避了主观赋权法带来的人为因素干扰;另一方面充分考虑了设备评价的客观因素,引入了基于变异系数的熵权法权值计算方法,使得权值计算更好地反映了设备的实际运行状态。实际测算结果显示,本文方法能够更优地反映设备运行的实际状态,为设备运维提供了关键支撑。

【目的】随着电网规模不断扩大和结构日益复杂,传统电网建模和可视化方法逐渐暴露出诸多问题,如建模准确度难以满足复杂电网结构的精细化展示需求、受限于应用场景而无法有效应对多样化业务需求,且建模普遍缺乏科学有效的校验机制,难以保障结果的准确性和可靠性。为解决这些问题,提出了一种融合GIS-GIM与DETR网络的三维电网建模及校验方法,以实现高准确度的三维电网建模,并建立有效的校验体系,为电网规划、运维与管理提供坚实的数据基础和可靠的决策支持。【方法】首先,将电网信息模型(GIM)集成到地理信息系统(GIS)中,利用GIS强大的地理空间分析与展示能力,结合GIM对电网设备和拓扑结构的详细描述,实现更宏观、更全面的三维电网建模,从地理空间维度直观呈现电网的整体布局与设备分布。其次,对DETR网络进行改进,通过优化网络结构、调整参数设置以及采用更有效的训练策略,使其能够更准确地对三维电网设备进行检测和分类。在训练过程中,收集大量的三维电网设备数据,构建丰富多样的数据集,并对数据进行标注和预处理,以提高模型的泛化能力。最后,将改进后的DETR网络应用于三维电网建模过程中,对建模结果中所涉及的设备进行逐一检测和分类,确保设备信息的准确性,从而保障整个建模结果的准确性。【结果】为验证本文方法的有效性,对基于3座新建变电站的100组设备数据展开实验分析。实验结果显示,相较于传统建模方法,融合GIS-GIM与DETR网络的三维电网建模方法在建模准确性上有显著提升,能够更精准地还原电网设备的空间位置、结构形态以及设备间的连接关系。在建模结果校验方面,校验网络展现出良好性能,其准确率达到93.14％,表明该方法能够有效检测出建模过程中可能存在的错误和偏差,确保建模结果的可靠性。【结论】融合GIS-GIM与DETR网络的三维电网建模及校验方法,在提高电网建模准确率和建立有效校验机制方面表现优异,能够满足实际电网建模的高准确度需求。该方法能够为电网的日常运维、故障诊断与抢修等管理工作提供直观、准确的三维可视化信息,为电网规划和管理提供可靠的决策依据,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

【目的】变电站作为电力传输和分配的核心枢纽,其安全稳定运行是保障电力系统高效、可靠供电的关键。然而,传统的变电站监控方式存在自动监控能力有限、目标监测精度欠佳等问题,难以满足当下电力系统日益增长的安全需求。本研究致力于开发一种基于区域全卷积网络(R-FCN)的变电站目标识别与安全监控技术,旨在攻克传统监控方式的短板,大幅提升变电站安全保障的整体水平,为电力系统的稳健运行筑牢根基。【方法】方法融合了区域提取和全卷积网络的独特优势,构建起一套高效智能的监控体系。在数据采集环节,部署高清视频监控摄像头,从多个角度全方位、不间断地实时捕捉变电站内的图像数据,为后续的深度分析提供海量且精准的原始素材。针对采集到的图像,运用先进的R-FCN模型进行目标检测。R-FCN凭借其全卷积特性在处理不同尺寸的图像时能够巧妙地维持特征图的高分辨率,避免了传统方法在降采样过程中容易出现的信息丢失问题,极大地提高了目标监测的精度。同时,精心设计并引入区域提取模块,该模块犹如智能导航系统,能够在错综复杂的变电站背景中,精准定位各类关键设施,确保对设备的运行状态进行实时、精准的监测。对于异常行为,如人员未经授权闯入危险区域、设备突发冒烟起火等,也能及时察觉,为后续的应急处置争取宝贵时间。【结果】通过大量的模拟实验以及在实际变电站监控场景中的测试验证,本系统展现出了卓越的性能表现。在与传统目标监测方法的对比实验中,本系统的目标监测准确率相较于传统方法有了显著提升,有效提高了监控的可靠性,避免了不必要的人力、物力。【结论】基于R-FCN的变电站目标识别与安全监控技术,兼具高效的实时处理能力和精准的目标定位能力。在面对海量监控数据时,能够迅速做出响应,快速准确地识别各类目标和异常情况,为电力系统的安全稳定运行提供了强有力的技术支撑,对提升变电站整体监控水平、保障电力系统的可靠供电具有深远意义。

【目的】由于架空线路长期暴露在野外且受自然环境因素的影响较大,及时监测其运行状态对电网安全运行具有关键作用。随着无人机飞控技术的发展,在其上搭载红外、紫外与激光雷达等检测模块被广泛应用于输电线路的巡检中。但目前传统方法仅在单一场景线路巡检过程中具有较优的处理效果,而面对混合输电线路巡检等复杂环境,难以快速准确地分析输电线路巡检数据,为此提出了一种面向混合输电线路巡检的点云数据处理优化方法。【方法】构建输电线路巡检点云数据处理平台,通过搭载在无人机平台上的激光雷达采集输电线路混合点云数据,且点云数据处理包括数据管理、预处理、分类与智能巡检4个环节。利用八叉树方法对混合点云数据进行抽稀处理以减少冗余数据量,从而保证数据的精准性。设计了一种神经网络模型对抽稀后的数据进行优化处理,该模型主要包括特征学习层、卷积层和分类层。特征学习层通过多次投影和最大池化处理可以避免三维点云数据自身的无序性对特征提取造成的影响;卷积层用于提取各个体素栅格与周边个体的共同特征,并引入传统输电线路特征提取算法提取体素栅格特征;分类层包含全连接层与ReLU激活函数,并以Softmax模型作为分类函数以获得混合点云数据的分类结果。【结果】选择LDLRS3100激光雷达采集某地区输电线路通道的点云数据,无人机雷达系统测距范围为360 m,飞行速度为20 km/h,飞行高度为150 m。基于Pytorch平台进行实验分析,结果表明,面向混合输电线路巡检的点云数据处理优化方法能够有效识别输电线路与地物的差别,并获取清晰的杆塔及其所处环境信息,总体准确率达到了92.71％,明显优于其他对比方法。为兼顾最高抽稀率和最佳点云数据视觉效果,可将抽稀密度设置为0.02 m。【结论】利用八叉树抽稀法和神经网络模型对混合输电线路巡检的点云数据进行优化处理,能够快速准确地划分各类点云数据,有效提升输电线路智能巡检的可靠性。

【目的】传统电机优化设计方法是通过搭建电机体积、损耗和成本的解析模型,并选择优化算法对其进行改进,得到最优设计变量。然而,电机模型较为复杂,解析模型无法精确描述部分变量。定子磁密是无槽永磁直流电机的重要变量,其解析式精度较低。粒子群算法广泛用于优化设计,但是其寻优能力较差。【方法】针对上述问题,提出一种基于自适应改进粒子群算法的无槽永磁直流电机优化设计方法。首先,通过搭建无槽永磁直流电机解析模型,构建以电机体积、损耗和成本为优化目标的目标函数。利用Sobol法获取电机的高灵敏度变量,减少设计变量个数。然后,采用有限元仿真搭建电机磁路模型,调整设计变量参数大小,获取磁密数据。使用响应面法对磁密数据进行重新拟合,构建定子磁密响应面模型,代替定子磁密解析式。对粒子群算法进行改进,通过比较粒子迭代更新时个体适应度值与全局粒子平均适应度值的大小,选择不同的惯性权重与学习因子更新方式,实现算法精度上的提升。最后,分别采用原始算法和改进算法对目标函数进行优化,通过比较得到电机最优设计参数。【结果】通过比较定子磁密解析式与定子磁密响应面模型计算结果发现,定子磁密响应面模型计算结果误差较小。采用自适应粒子群算法、原始粒子群算法和其他经典算法对目标函数进行优化,改进粒子群算法优化得到的结果最优。【结论】实验结果表明,定子磁密响应面模型代替定子磁密解析式可以改善定子磁密解析式计算误差较大的问题。同时,自适应更新惯性权重与学习因子的粒子群算法寻优能力得到了提升,与经典算法相比,其寻优能力更强。

【目的】在交流电源系统中,分布式控制系统(DCS)控制器作为核心部件,负责实时采集和处理各类关键数据,这些数据对系统的稳定运行和故障预警至关重要。然而,在实际应用中,DCS控制器数据采集过程受外部电磁干扰、硬件故障等因素影响,导致数据丢失或其他异常问题发生,使数据密度变得难以确定,进而影响系统的可靠性和准确性。基于此,提出一种针对交流电源系统DCS控制器数据多通道同步采样方法,以解决数据采集过程中的干扰和缺失问题,提升数据质量和系统性能。【方法】信号调理电路预处理来自不同通道的模拟数据信号,确保信号质量满足模数转换器(ADC)转换要求。现场可编程门阵列(FPGA)作为控制中心,利用其并行处理能力和编程灵活性,精确控制各通道ADC转换过程,实现高精度、低延迟的同步采样,有效解决了采样不同步导致的相位偏差和数据不一致问题。针对数据缺失,采用Clearbout理论进行数据插补,基于信号时频特性和已知数据点相关性智能估计并填补缺失数据,保障数据连续性和完整性。同时,结合蚁群算法优化同步采样方法,通过模拟蚂蚁寻找食物的信息素更新机制,动态调整采样参数以提升采样效率和准确性。【结果】多通道同步采样方法显著提升了DCS控制器的数据采集性能。采集后的DCS数据频谱图与实际的数据频谱图高度一致,验证了采样方法的准确性和可靠性;采样速度明显提升,满足了交流电源系统对数据实时性的高要求。【结论】综上所述,方法结合FPGA控制实现了高精度、低延迟的多通道同步采样,解决了相位偏差和数据不一致问题;引入Clearbout理论和蚁群算法,有效保障了数据完整性并优化了采样方法;设计的多通道数据上传机制避免了数据上传过程中存在的冲突,确保了数据传输的顺畅。这些创新不仅提升了交流电源系统DCS控制器的数据采集能力,也为同类系统的设计和优化提供了参考,有助于提高整个交流电源系统的稳定性和可靠性,降低因数据异常导致的系统故障风险,对保障电力系统的安全运行具有重要意义。

【目的】农业园区可再生能源资源禀赋丰富,在“双碳”目标驱动下,其综合能源系统(IES)的高效运行对于推动绿色低碳转型具有重要意义。然而,当前农业园区普遍存在能源利用效率低、多能源系统调配不均、可再生能源就地消纳能力不足等问题,严重制约了农业生产效率和可持续发展水平。为此,提出了一种基于深度学习的农业园区IES运行优化方法,旨在构建更具经济性与低碳性的能源调度机制。【方法】首先,构建农业园区IES多目标优化调度模型,综合考虑燃气轮机燃料成本、电网交互成本及设备运维成本,形成涵盖多种能源形式的系统数学模型;其次,针对风光(风电、光伏)出力及负荷预测需求,设计改进型长短时记忆(LSTM)神经网络功率预测模型,并引入量子粒子群优化算法(QPSO)对网络的隐含单元数量、学习率等超参数进行动态优化,以提升预测精度;最后,针对传统黄金正弦算法(GSA)易陷入早熟收敛的问题,引入Lévy飞行机制提升更新效率,结合动态权重策略优化全局与局部搜索能力,构建改进GSA实现系统调度优化。【结果】在实例分析中,改进的QPSO-LSTM预测模型将预测误差稳定控制在5％以内,相较传统方法具有更高的预测精度和更强的全局搜索能力。在调度优化方面,改进GSA使系统日运行成本较未优化方案下降69.7％,风光就地消纳率提升27.9％,显著优于传统GSA,展现出优良的多能调度协调能力。【结论】所提出的基于深度学习的农业园区综合能源系统运行优化方法,能够实现对系统功率的高精度预测,并在此基础上有效降低系统运行成本,提升可再生能源就地消纳能力,在经济性与低碳性协同优化方面具有显著优势,为农业园区IES的高效、绿色运行提供了可靠的技术路径。

【目的】针对传统负荷预测方法信息利用效率低、误差较大及难以适应电力负荷变化的多样性和随机性等问题,提出了一种基于用地空间信息感知的电力系统负荷预测方法。该方法旨在提高负荷预测的准确性和可靠性,为电力系统的规划和建设提供关键数据支撑,满足经济社会发展的需求。【方法】算法结合城市用地空间信息和电网负荷数据,采用分区分类处理策略:对已开发区,利用历史负荷数据进行曲线拟合预测;对新开发区,以已开发区的同类用地性质负荷平均密度值进行等效处理,形成基础预测信息后,再开展负荷预测。对历史负荷数据和等效负荷数据进行精细化和颗粒化处理,整合指数模型、生长曲线模型和弹性系数模型,通过动态权重组合形成最优拟合方案,构建基于用地空间信息感知的电力系统负荷预测技术。以2014—2020年历史数据为基准进行参数拟合,统计工业用电、居民生活用电、商业用电、公共设施用电和其他用电类型的负荷数据,并以2021年负荷情况为目标进行预测。实验对比分析了指数模型、生长曲线模型和弹性系数模型在总量预测与分区分类预测方面的差异,结果显示分区分类预测准确度较总量预测提高约33%。在此基础上,对比分析了基于动态权重和均值权值的最优拟合效果,计算结果显示基于动态权重的最优拟合预测误差为1.12%,较均值权重误差值降低约12%,显著提升了预测精度和可靠性。【结果】研究表明,采用分区分类方法将空间信息按用地性质和负荷类型进行归类,可有效提升负荷预测模型的准确性。通过动态调整参数权重,整合单一预测模型,算法具有更好的动态适应性,能够实现最优拟合结果,得到更高的预测精度。【结论】本文创新点为:一是采用分区分类数据处理方式,提升城市电网空间信息和负荷信息的利用率;二是引入动态权值整合传统负荷预测模型,克服单一模型的局限性。通过这两种创新手段,显著提高了城市电网负荷预测的准确性和可靠性。

【目的】电力工程因施工周期长,易受多种不确定因素影响,可能导致成本大幅增加。因此,合理估算应急成本对工程管理至关重要。然而,传统基于经验的方法误差较大,难以适应复杂的工程环境。基于模糊专家系统和机器学习的方法在性能上虽有所改进,但仍存在参数优化难、过拟合严重等问题。为此,提出了一种应急成本估算新方法,通过结合自适应网络模糊推理系统处理不确定性问题的优势,并引入主成分分析模块缓解过拟合问题,进而提高预测精度。【方法】提出了一种结合风险分析和自适应网络的模糊推理系统的应急成本估算方法,通过分析影响电力工程成本的13个风险因素,建立了应急成本与风险因素之间的关系模型;利用模糊逻辑处理不确定性问题,引入了自适应网络模糊推理系统。自适应网络模糊推理系统通过模糊化输入变量并利用神经网络进行推理,避免了传统模糊专家系统对模糊规则库的依赖。为进一步提高预测精度,在自适应网络模糊推理系统中引入了主成分分析模块,通过降维减少冗余信息,缓解了其在小数据集上可能出现的过拟合问题。【结果】实验选取210条电力工程应急成本数据,随机选取80%作为训练集、20%作为测试集,对比4种方法的性能:基于Mamdani模糊推理的方法、基于支持向量机的方法、基于自适应网络模糊推理系统的方法和基于改进型自适应网络模糊推理系统的方法。实验结果表明:对比两种现有方法,基于自适应网络模糊推理系统的方法在训练集上表现优异,但在测试集上过拟合严重;引入主成分分析模块后,基于改进型自适应网络模糊推理系统的方法在测试集上的表现明显更优、泛化能力更强且收敛速度更快。【结论】基于改进型自适应网络模糊推理系统的应急成本估算方法结合了模糊推理和神经网络的优势,提高了对电力工程应急成本的预测精度。主要创新点为:提出了一种应急成本估算方法,结合了模糊逻辑和神经网络的优势,能够有效处理不确定性问题;在自适应网络模糊推理系统中引入了主成分分析模块,通过降维减少了冗余信息,有效避免了模型过拟合问题,提高了其泛化能力。该方法可为电力工程预算管理提供智能化解决方案,也可推广至其他不确定性成本预测领域。

[目的]随着分布式能源的广泛接入,配电网的拓扑结构日益复杂,同时监控数据量呈指数级增长,对故障诊断提出了新的挑战。传统故障诊断方法主要依赖监控数据和人工经验,但随着云计算和通信技术的快速发展,人工智能方法在故障诊断领域得到了广泛应用。然而,现有人工智能方法高度依赖训练数据,需要大量基础数据支撑。为此,本文基于数字孪生技术,提出一种配电网智能化故障诊断方法,以提高故障诊断的效率和准确性。[方法]利用数字孪生技术构建配电网数字孪生体,通过虚拟诊断结果指导实际系统运行。同时,采用小波包分解方法提取信号各频带能量构成特征向量,输入改进的卷积自编码器模型中进行学习,以实现故障类型的准确识别。数字孪生系统由物理层、数据层、模型层和服务层组成,实现了虚实映射功能,虚拟孪生体能够实时反映实体运行状态。在仿真实验中,以某区域10 kV配电网的三端口环网结构为基础,构建了包含7 520个正常和故障样本数据的完备实验数据集。[结果]实验结果表明,经过100次迭代训练,改进的卷积自编码器模型的故障诊断准确率接近0.98。数字孪生系统的智能化诊断结果显示,本文方法能够准确识别故障类型,与实际故障类型基本一致。在对5种常见故障类型的诊断中,本文方法保持了较高的准确率,平均准确率达0.95,诊断耗时仅为5.39 s。与其他方法相比,本文方法的诊断准确率更高。[结论]通过将数字孪生技术应用于配电网智能化故障诊断,结合虚实一体化的诊断方式,显著提升了故障诊断的精确性和实时性。该方法为配电网智能化故障诊断提供了一种全新的技术手段,有助于提高配电网的可靠性和安全性,对智能电网的发展具有重要的理论意义和实践价值。此外,未来研究将重点探索应对配电网结构变化的技术方法,以进一步提升该故障诊断方法的适用性。

【目的】电力工程项目通常具有成本高和工期长的特点,且施工过程中受到多种因素的影响,如气候条件、原材料成本等。传统的成本和工期预测主要依赖经验,容易导致成本估算不足或冗余,进而造成工期延误或资源浪费。随着机器学习技术的快速发展,基于数据驱动的方法被引入成本和工期预测中,但由于电力工程领域的数据集规模较小,传统机器学习模型易出现过拟合问题,预测性能受限。基于该背景提出了一种结合支持向量回归(SVR)、分类与回归决策树(CART)、多变量线性回归模型(MLR)和灰狼优化算法(GWO)的混合模型,通过改进更新策略和参数搜索方法,以提升模型在小数据集上的预测精度和泛化能力。【方法】方案结合机器学习模型和改进的灰狼优化算法,搭建了一个高效的电力工程成本和工期预测框架。采用支持向量回归、分类与回归决策树和多变量线性回归模型作为基线机器学习方法,并利用灰狼优化算法对上述模型的参数进行搜索以防止过拟合,同时提出两项改进措施:采用混沌序列初始化狼群位置,确保种群多样性;优化灰狼位置的更新策略,通过周围群体信息共享提升搜索能力。【结果】实验结果表明,与传统方法相比,所提出的混合模型在成本和工期预测上具有较明显的优势。在训练和测试集上的性能结果对比显示,传统机器学习模型容易产生过拟合问题,导致泛化能力不足,而结合GWO的模型改善了该问题。其中,MLR+GWO混合模型在训练集和测试集上的表现均优于其他模型。进一步实验结果表明,通过改进灰狼优化算法(iGWO),混合模型的收敛速度显著加快,仅需6～8次迭代即可达到较优的适应度,而传统GWO算法需迭代11～12次才能达到类似效果。此外,改进算法有效避免了传统GWO算法容易陷入局部最优的问题。【结论】所提出基于线性回归和改进灰狼优化算法的混合模型在电力工程成本和工期预测领域展现出较为明显的性能优势。改进的灰狼优化算法通过优化初始化序列及更新策略,提升了算法的全局搜索能力和收敛速度。提出的混合模型泛化性能优于传统的机器学习模型,与传统方法相比,该方法在预测精度和训练效率方面均表现良好。

[目的]电力工程造价预测在电网企业资源优化、财务稳定、风险管理、效率提升、项目决策、政策制定、市场秩序维护和投资者决策等方面具有重要意义。针对传统预测方法综合性能较差的问题,并考虑电力工程造价数据的小样本特性,提出了一种基于梯度提升决策树(gradient boosting decision tree,GBDT)的预测模型,通过优化训练过程中的残差,显著提升预测精度。[方法]从自然环境和技术因素出发,深入分析了电力工程造价的影响因子,筛选出11个影响电力工程造价的关键变量。通过数据清洗、特征编码和对数变换,构建适配GBDT模型的特征工程。采用Optuna框架进行超参数调优,并利用5折交叉验证法评估模型性能。模型优化以拟合优度作为评价指标,迭代寻找最优超参数,直至满足预测精度要求或达到最大迭代次数,最终建立结合Optuna框架的梯度提升决策树预测模型。以某地区变电工程造价数据为例,90％的数据样本作为训练集和验证集,10％的数据样本作为测试集,对比分析随机森林、神经网络、GBDT和结合Optuna的GBDT模型的预测效果,通过拟合优度与均方根误差进行性能评估。[结果]实验结果显示,结合Optuna的GBDT模型预测效果优于随机森林、神经网络及GBDT算法,预测值在真实值的±10元/kVA区间浮动。在验证集上,拟合优度为0.892 3,均方根误差为8.01;在测试集上,拟合优度为0.886 6,均方根误差为8.09。[结论]基于GBDT的电力工程造价预测模型能够精准预测电力工程造价,相较传统方法具有更高预测精度,尤其适用于电力工程造价类的小样本数据集。结合Optuna框架进行超参数调优,进一步提升了预测效果。未来研究将引入更多样本数据,并结合神经网络算法,探索更优的预测方案,助力电网企业实现高效运营与良性发展。