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量子计算技术在新型电力系统优化决策中的应用

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电力系统自动化 2024年

作者：李知艺许悦韩旭涛浙江大学电气工程学院

新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点，而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性，为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原... 详细信息

新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点，而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性，为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原理可行性及实现思路展开探析。首先，梳理分析量子计算应用于新型电力系统决策优化过程的先进性与局限性，构建量子-经典计算混合的变分量子决策优化框架。在此基础上，提炼新型电力系统典型优化问题的共性，推导统一的问题结构，形成可利用量子比特系统描述的能量模型。随后，提出基于量子近似优化算法的求解流程，寻找能量模型的极值，并映射得到原优化问题的最优解。最后，从软硬件、算法框架以及行业发展等角度提出思考与展望。

关键词：量子计算变分量子算法量子近似优化算法混合整数规划分布式计算

GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

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仪器仪表学报 2024年

作者：史天一张昭宇张轩瑞韩旭涛李军浩西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室

针对气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear， GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知，本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证，使用蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy， BLE)... 详细信息

针对气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear， GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知，本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证，使用蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy， BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准，单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明，传感器100Hz～2kHz内平均振动灵敏度为511mV/g，20kHz～100kHz内超声灵敏度稳定在70～90dB之间，相对不确定度小于2%；工作距离小于8m时，数据传输速率在1Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验，结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量，为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。

关键词： GIS缺陷检测低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

冲击电压下GIS典型绝缘缺陷局部放电光-电信号特性研究

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电工电能新技术 2024年第6期43卷 70-78页

作者：顾朝敏庞先海董驰李天辉路士杰李燎韩旭涛国网河北省电力有限公司电力科学研究院河北石家庄050021 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

气体绝缘组合电器(GIS)是电力系统中重要的变电设备,发生故障时会为国民经济带来严重的损失。GIS设备在运行过程中既会受到运行电压的作用,还会受到暂态冲击电压的影响。大幅值的暂态冲击会激发工频运行电压下潜伏的微小缺陷产生局部放... 详细信息

气体绝缘组合电器(GIS)是电力系统中重要的变电设备,发生故障时会为国民经济带来严重的损失。GIS设备在运行过程中既会受到运行电压的作用,还会受到暂态冲击电压的影响。大幅值的暂态冲击会激发工频运行电压下潜伏的微小缺陷产生局部放电,关注冲击电压下的局部放电信号能够有效提升设备内部微小缺陷检出的灵敏度。针对于此,本文将绝缘缺陷设置在实体GIS上,基于光电一体化融合传感器,利用特高频法和光测法对振荡型冲击电压下的局部放电进行了测量和分析。振荡型冲击下实体GIS中的三种典型缺陷局部放电检测结果表明:尖刺缺陷下放电主要出现在外施电压的峰值附近,但当电压较高时,由于空间电荷形成的反向电场的影响,引发波谷放电。悬浮缺陷下放电会发生在更多的放电周期,主要发生在外施电压的上升沿和下降沿,其中一些放电幅值较大,特高频法和荧光光纤法可以同时检测到放电脉冲。沿面缺陷下的放电脉冲依次发生在外施电压的上升沿和下降沿,荧光光纤法只能检测到极个别的放电脉冲。

关键词： GIS 局部放电特高频法荧光光纤法

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高压组合电器水平母线振动特性研究

宁夏电力 2024年第1期 48-54,68页

作者：白涛牛勃韩旭涛吴旭涛刘威峰查辉国网宁夏电力有限公司电力科学研究院宁夏银川750011 国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司宁夏石嘴山753000 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

高压组合电器设备(gas insulated switchgear, GIS)运行中产生异常机械振动缺陷,对设备危害极大,因此,GIS正常运行时的振动特性对其运行状态评价与故障诊断具有重要意义。以三轴加速度传感器为核心搭建了振动检测系统,在某330 kV变电站... 详细信息

高压组合电器设备(gas insulated switchgear, GIS)运行中产生异常机械振动缺陷,对设备危害极大,因此,GIS正常运行时的振动特性对其运行状态评价与故障诊断具有重要意义。以三轴加速度传感器为核心搭建了振动检测系统,在某330 kV变电站GIS上测取振动信号,从时域和频域出发分析了振动的成因。研究结果表明,GIS表面信号可由径向、轴向和切向振动描述,由于受力模式不同,振动特性与测点位置有关:同一测量面的不同测量点,由上至下,径向振动幅值先降后升,切向振动幅值先升后降;同一测量点的不同测量面,越靠近母线中央,径向和切向振动幅值越大,轴向振动表现复杂。振动频率集中在100 Hz左右,存在2种特殊情况。

关键词：高压组合电器水平母线信号测取振动特性

环境友好型绝缘气体沿面放电特性及固体析出物研究现状

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电力科学与技术学报 2024年第1期39卷 13-27页

作者：钟理鹏刘祖龙唐文强梁坤伍洁汪沨梁凯彬唐念孙东伟韩旭涛湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

C_(4)F_(7)N、HFO1336mmz(Z)等全球变暖系数(global warming potential,GWP)低、绝缘强度高的环保气体有望一定范围替代高压电力设备中广泛应用的SF_(6),推动绿色低碳高压装备发展,助力“碳达峰、碳中和”目标。气固界面放电特性、异常... 详细信息

C_(4)F_(7)N、HFO1336mmz(Z)等全球变暖系数(global warming potential,GWP)低、绝缘强度高的环保气体有望一定范围替代高压电力设备中广泛应用的SF_(6),推动绿色低碳高压装备发展,助力“碳达峰、碳中和”目标。气固界面放电特性、异常情况下固体析出物的生成及抑制方法等会直接影响环保型设备绝缘系统的服役安全,有必要在规模化应用前完成系统深入研究,针对上述内容的现有研究进展进行综述。梳理环保绝缘气体及其相关高压设备的国内外发展和应用情况;分析环保气体中气固界面电荷积聚特性及沿面闪络特性的研究进展;讨论了环保气体深度分解形成固体析出物的成分、生成过程,以及析出物对界面绝缘的影响规律和抑制措施。该文可为环保气体的研究、环保型气体绝缘设备的研制等提供参考。

关键词：环境友好电力设备气固界面放电固体析出物

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基于实体GIS设备试验的局部放电光学信号传播特性研究

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广东电力 2024年第3期37卷 82-89页

作者：韩旭涛史天一王昊天周阳陈欢张轩瑞李军浩李兴旺姚聪伟孙帅西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 广东省电力装备可靠性企业重点实验室(广东电网有限责任公司电力科学研究院) 广东广州510080

光测法具有电磁免疫性,特别适用于具有封闭结构的气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)局部放电检测,但是光信号在传播过程中易因传播距离增加或部件遮挡而快速衰减。为此,基于110 kV实际GIS设备开展局部放电光学信号传播... 详细信息

光测法具有电磁免疫性,特别适用于具有封闭结构的气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)局部放电检测,但是光信号在传播过程中易因传播距离增加或部件遮挡而快速衰减。为此,基于110 kV实际GIS设备开展局部放电光学信号传播特性试验,研究传播距离和绝缘子遮挡对导杆尖刺缺陷和悬浮电位缺陷局部放电光信号的影响规律。结果表明,随着传播距离的增加:尖刺缺陷检测到光信号最大幅值和放电数均有所衰减,放电谱图变化不大;悬浮缺陷放电光信号幅值明显衰减,放电数不变,放电谱图特征逐渐失去“矩形”特征。此外,当光学信号透过带有通气孔的绝缘子传播时,光学信号明显衰减,且幅值波动较大。

关键词：气体绝缘开关设备光测法传播特性实体设备放电谱图

电力系统科学计算在云数据中心的优化任务调配算法研究

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电网技术 2022年第11期46卷 4336-4345页

作者：杨挺韩旭涛姜含张剑智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 国网天津市电力公司天津市河北区300010

随着互联电网的规模不断扩大、结构的日趋复杂,以及状态感知的精细化,电力系统静态/暂态稳定分析等科学计算愈加复杂。鉴于此,针对电力科学计算基本范式-节点导纳矩阵的分解–协调DC计算范式,研究了其在云计算数据中心中优化调度配置方... 详细信息

随着互联电网的规模不断扩大、结构的日趋复杂,以及状态感知的精细化,电力系统静态/暂态稳定分析等科学计算愈加复杂。鉴于此,针对电力科学计算基本范式-节点导纳矩阵的分解–协调DC计算范式,研究了其在云计算数据中心中优化调度配置方法,提出了一种新型的最小割二叉树任务调度优化算法。通过将高时间复杂度电力科学计算请求分解为了多任务计算–通信均衡型有向无环图(directed acyclic graph,DAG),并采用所提算法优先映射虚拟机至物理机,最小化了整体求解时间,实现计算加速。最后,通过CloudSim数据中心仿真平台进行了118节点至13659节点超大规模电力系统的多种科学计算混合运行实验,结果表明无论是在数据中心轻载或重载场景,所提算法均能通过提升底层物理机资源利用率,获得较好的计算加速性能,为大规模电网复杂电力科学计算的数据中心实时求解提供了技术支撑。

关键词：分解–协调计算范式电力数据中心虚拟机映射关键路径最小割

电力系统科学计算在云数据中心的任务优化映射算法研究

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电力系统科学计算在云数据中心的任务优化映射算法研究

作者：韩旭涛天津大学

学位级别：硕士

伴随多区域互联电力系统的持续延扩,以及电力信息物理系统的逐步完善发展,与电力系统优化、运行、控制等相关的静态稳定分析、潮流计算、无功优化、暂态稳定分析等多种核心电力科学计算的时间复杂度大幅提升,且计算实时求解要求也愈来... 详细信息

伴随多区域互联电力系统的持续延扩,以及电力信息物理系统的逐步完善发展,与电力系统优化、运行、控制等相关的静态稳定分析、潮流计算、无功优化、暂态稳定分析等多种核心电力科学计算的时间复杂度大幅提升,且计算实时求解要求也愈来愈高。然而,传统电力科学计算加速方式多在单一服务器或简单服务器集群进行,受计算资源限制,加速性能提升有限。电力云数据中心集计算、存储、通信为一体,基于虚拟化等技术为大规模互联电网科学计算实时并行协调求解提供了可能。而电力科学计算请求至数据中心的映射结果对数据中心计算性能的发挥至关重要,故本文针对复杂电力科学计算任务至数据中心的映射展开研究,并提出一种电力系统统一任务流有向无环图构建方法以及基于最小割二叉树的任务映射算法,助力电力科学计算加速求解。首先通过对若干重要电力科学计算求解模型深入分析,提取出其共有的加速内核--源于节点导纳矩阵的分解-协调计算范式,以构建形成与之对应的多任务计算-通信均衡型有向无环图新模型。继而分析此任务流有向无环图及数据中心网络架构特点,综合考虑任务流有向无环图中各节点任务的计算时间复杂度以及任务间的数据交互量权重,采用所提最小割二叉树算法优先映射关键任务所在虚拟机至物理机,以最小化科学计算整体求解时间。最后于Cloud Sim数据中心仿真平台进行了IEEE 118至case 13659＿pegase超大规模电力系统的多种科学计算混合运行实验,结果表明无论是在数据中心轻载或重载场景,所提算法均能通过提升底层物理机资源利用率并降低数据中心网络吞吐量,进而获得更好的计算加速性能,为大规模电网复杂电力科学计算的数据中心实时求解提供了理论指导与技术支撑。

关键词：分解-协调计算范式电力数据中心任务映射关键路径最小割

直流电压下绝缘油中杂质集聚特性及其影响因素

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高电压技术 2023年第11期49卷 4717-4725页

作者：侯嘉琛孟旋孙源宋颜峰韩旭涛李军浩西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

近年来特高压直流输电在我国迅速发展,换流变压器是特高压直流输电系统的核心设备之一,长期运行时其出线处电极表面易发生纤维固体杂质物的集聚沉积,影响绝缘油的耐受能力。改变电极间距以及杂质微粒的初始浓度和材料等参数进行仿真计... 详细信息

近年来特高压直流输电在我国迅速发展,换流变压器是特高压直流输电系统的核心设备之一,长期运行时其出线处电极表面易发生纤维固体杂质物的集聚沉积,影响绝缘油的耐受能力。改变电极间距以及杂质微粒的初始浓度和材料等参数进行仿真计算和实验,探究杂质的集聚特性及其机理。研究结果表明:改变电极间距会影响电场的分布和杂质的受力,长间隙下杂质会在电极表面进行聚集,短间隙时改变间距还会影响“纤维小桥”是否形成;杂质的浓度越高,其集聚程度越高;纤维杂质比金属杂质更易集聚。该研究有助于明确绝缘油中杂质在电极表面的集聚沉积机理,为合理设计换流变压器出线装置提供一定的理论基础,有利于防止电力设备出现绝缘事故、提高电力设备长期运行可靠性。

关键词：换流变压器绝缘油集聚特性纤维杂质机理探究