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基于表面磁场反演的三芯电缆相电流测量方法

中国电机工程学报 2023年

作者：王航黄炳廖雁群南保峰黄邦斗邵涛新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 中国科学院电工研究所广东电网有限责任公司珠海供电局

相电流是反映三芯电缆运行情况的重要状态量，传统的铁磁式电流互感器无法在三芯统包电缆上非侵入式测量相电流。该文建立相差60的环形霍尔阵列测量三芯电缆表面磁场的模型，基于安培环路定理构建了相电流与测量点磁场的非线性方程组，... 详细信息

相电流是反映三芯电缆运行情况的重要状态量，传统的铁磁式电流互感器无法在三芯统包电缆上非侵入式测量相电流。该文建立相差60的环形霍尔阵列测量三芯电缆表面磁场的模型，基于安培环路定理构建了相电流与测量点磁场的非线性方程组，提出基于差分进化算法的表面磁场反演相电流的数值计算方法，采用数值仿真和模拟试验验证了传感模型和数值计算方法的有效性。仿真结果表明，差分进化算法优于粒子群和遗传算法，在电缆芯线对称情况下，差分进化算法反演得到的ABC相电流幅值误差绝对值分别为0.02、0.01、0.01A，电流相位误差绝对值分别为0.00°、0.01°、0.01°。在偏芯情况下反演得到的ABC相电流幅值最大误差绝对值分别为0.48 A、0.88 A、0.71 A，电流相位最大误差绝对值分别为0.14°、0.11°、0.08°。试验结果表明，偏芯情况下，差分进化算法反演得到的三相电流误差较小，三相电流幅值误差小于4.14%，电流相位误差小于0.23rad。提出的环形霍尔阵列比差角差接近1.0级电流互感器，可满足三芯电缆工程测量需求。

关键词：三芯电缆表面磁场磁场反演相电流差分进化算法

基于VMD-ARIMA-DBN的短期电力负荷预测

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电力系统及其自动化学报 2023年第6期35卷 59-65页

作者：方娜陈浩邓心肖威湖北工业大学电气与电子工程学院太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室武汉430068 湖北工业大学电气与电子工程学院新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068

针对短期电力负荷预测精度不足的问题,提出一种基于变分模态分解、深度信念网络、差分自回归移动平均模型的组合预测模型。首先选取电力负荷影响较大的相关参数,采用变分模态分解将负荷数据分解为低频和高频两种分量;然后利用差分自回... 详细信息

针对短期电力负荷预测精度不足的问题,提出一种基于变分模态分解、深度信念网络、差分自回归移动平均模型的组合预测模型。首先选取电力负荷影响较大的相关参数,采用变分模态分解将负荷数据分解为低频和高频两种分量;然后利用差分自回归移动平均模型和深度信念网络分别对低频和高频两种分量进行预测,为克服深度信念网络参数随机化的缺陷,采用粒子群优化算法优化模型以进一步提高精度;最后组合各模型结果得到最终预测值。实验结果表明,该组合模型较其他模型具有更好的预测性能。

关键词：短期负荷预测变分模态分解深度信念网络粒子群优化算法差分自回归移动平均模型

基于开放光路FLRDS技术的C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)气体检测

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电力工程技术 2023年第5期42卷 56-62页

作者：张引蔡逸杰李晓涵张晓星王邸博卓然湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心湖北武汉430068 南方电网科学研究院有限责任公司广东广州510080 南方电网公司先进电工材料及装备基础联合实验室广东广州510080

磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原... 详细信息

磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原因。因此,实时准确监测储能预制舱内C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)等可燃气体的浓度是保障其安全稳定运行的关键。文中提出一种基于开放光路光纤环形腔衰荡光谱(fiber loop ring-down spectroscopy,FLRDS)技术的气体检测方法,可实现自由空间内微量气体在线监测。对梯度折射率(gradient index,GRIN)透镜的空间光耦合光学损耗进行理论和实验分析,建立插入损耗为0.95 dB的开放光路FLRDS气体检测系统。根据C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)红外光谱特性,开展激光光源性能测试。模拟开放空间气体环境研究了C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)的气体浓度检测方法,结果表明,该系统具有较好的稳定性,N_(2)背景下测量信号标准偏差S仅为平均值的0.156%。衰荡时间与气体浓度之间存在良好的线性关系,C_(2)H_(2)线性拟合度R2为0.99832,C_(2)H_(6)线性拟合度R^(2)为0.99472。反演计算结果表明,C_(2)H_(2)和C_(2)H_(6)的最大相对误差分别为3.215%和4.72%,最大绝对误差分别为16.86μL/L和12.74μL/L,测量精度良好。

关键词：磷酸铁锂电池开放光路光纤环形腔衰荡光谱(FLRDS) 可燃气体在线监测模拟开放空间气体浓度检测

基于SF_(6)混合气体绝缘性能的设备补气策略研究

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电力工程技术 2021年第4期40卷 175-181页

作者：周倩柯锟张晓星田双双胡军台王波湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心湖北武汉430068 国网重庆市电力公司重庆400015 国网河南省电力公司平顶山供电公司河南平顶山467001

随着电力需求的增长和环境保护要求的提高,SF_(6)气体的使用逐渐受到限制。SF_(6)混合气体在一定程度上减少了SF_(6)气体用量,目前已经在电气设备中应用。文中针对SF_(6)混合气体在220 kV气体绝缘组合电器(GIS)中发生泄漏引起的绝缘变... 详细信息

随着电力需求的增长和环境保护要求的提高,SF_(6)气体的使用逐渐受到限制。SF_(6)混合气体在一定程度上减少了SF_(6)气体用量,目前已经在电气设备中应用。文中针对SF_(6)混合气体在220 kV气体绝缘组合电器(GIS)中发生泄漏引起的绝缘变化展开研究,通过改变微量的气压值和混合比,探究混合气体的绝缘性能变化,分析气压、混合比因素对工频击穿电压的影响规律,获取各气压下各比例混合气体的绝缘强度曲线图,从而得到保证设备安全稳定运行的补气策略。研究发现,混合气体击穿电压的变化规律呈现出随着压强和混合比的提高,非线性程度增大的特点,并且得到了设备安全运行的混合比和气压的边界值。文中的研究可以为SF_(6)/N_(2)混合气体绝缘设备提供运维规程和技术标准,同时为制定混合气体的检测技术标准奠定基础。

关键词：气体绝缘组合电器(GIS)运维技术 SF_(6)/N_(2)混合气体击穿电压替代气体补气策略

交叉互联高压电缆护层保护器故障对同回路两端护层电流相量差的影响

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高电压技术 2023年第3期49卷 1244-1253页

作者：刘福源王航夏湛然杨斌杨帅周承科湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068 国网湖北电力公司武汉供电公司电缆运检室武汉430024 格拉斯哥卡里多尼亚大学工程与建筑环境学院英国格拉斯哥G40BA 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

高压电缆护层保护器故障对同护层回路两端护层电流相量差的影响规律是制定护层接地故障判据的理论基础。为识别护层保护器故障,在器件级别构建了电容和非线性电阻并联的护层保护器故障等效电路,在系统级别构建了三相9段交叉互联电缆在... 详细信息

高压电缆护层保护器故障对同护层回路两端护层电流相量差的影响规律是制定护层接地故障判据的理论基础。为识别护层保护器故障,在器件级别构建了电容和非线性电阻并联的护层保护器故障等效电路,在系统级别构建了三相9段交叉互联电缆在护层保护器正常和故障时的数学物理模型,推导了护层保护器故障阻抗与同护层回路两端直接接地点护层电流相量差的传递函数。以110 kV电缆为仿真案例,结果表明:同回路两端护层电流相量差既可以区分正常和故障状态,又可以区分不同位置护层保护器金属性接地故障;护层电流相量差相角对金属性接地和低阻接地敏感,同回路首端和末端护层保护器发生100Ω接地故障时,护层电流相量差相角偏差范围分别为17.9°~24.9°和33.4°~51.1°;216Ω接地故障时护层电流相量差相角偏差范围分别为9.4°~13.6°和12.4°~17.5°。护层电流相量差受电缆3小段不等长和相电流影响显著,受地阻抗和相电压波动影响不显著。

关键词：高压电缆护层电流相量差交叉互联护层保护器故障接地故障

GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究

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电工技术学报 2023年第4期38卷 1064-1075页

作者：张国治韩景琦刘健犇陈康张硕湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司武汉430074 武汉大学动力与机械学院武汉430072 电网环境保护国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 武汉430074

针对变电站气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷局部放电(PD)高灵敏监测需求,以及现有刚性基底特高频(UHF)天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题,该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天... 详细信息

针对变电站气体绝缘组合电器(GIS)绝缘缺陷局部放电(PD)高灵敏监测需求,以及现有刚性基底特高频(UHF)天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题,该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天线传感器,采用正弦波加载的方式以及提高天线本体间隙比的方式实现了天线本体小型化,同时巴伦与天线本体共面,大幅减小了天线整体体积,设计的柔性天线直径为150 mm,较未小型化径向距离缩小了25%。仿真和网分实测结果表明:在610 MHz~3 GHz频带范围内,柔性天线在弯曲半径为0 mm、100 mm、200 mm时的电压驻波比(VSWR)≤3.5;在790 MHz~1.8 GHz频段内VSWR≤2。最后利用搭建GIS典型缺陷局部放电模拟试验平台对设计的柔性天线进行PD检测性能实测。结果表明,设计的柔性天线在不同弯曲程度下均能有效检测到PD信号,具有较高的信噪比。

关键词：气体绝缘组合电器局部放电特高频柔性天线小型化间隙比

SF_(6)及SF_(6)故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

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电工技术学报 2023年第15期38卷 4050-4062页

作者：张国治胡栩焜邓广宇陈康张晓星湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068 湖北工业大学电气与电子工程学院武汉430068 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司武汉430074 武汉大学动力与机械学院武汉430072 襄阳湖北工业大学产业研究院襄阳441100

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法,而柔性UHF天线传感器基底材料和SF_(6)及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS... 详细信息

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法,而柔性UHF天线传感器基底材料和SF_(6)及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此,该文通过搭建SF_(6)及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台,结合GIS实际运行环境温度,开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF_(6)及其故障分解气体相容性实验研究,利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF_(6)气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现,聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF_(6)气体成分造成影响;常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF_(6)故障分解气体中的SOF_(2)发生反应,导致SOF_(2)含量明显减少;PET在纯SF_(6)最高允许运行温度110℃条件下会发生轻微氧化;PI、PET两种PD柔性UHF天线传感器基底表面均会生成较多的含氟化合物;在研制柔性UHF天线传感器时宜选用PDMS基底。研究成果对GIS柔性内置UHF天线传感器的设计和应用具有重要的参考价值。

关键词：柔性特高频天线传感器气体绝缘组合电器(GIS) 柔性基底相容性

基于正交实验法改进的蝠鲼算法优化BP在变压器故障诊断上的研究

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南方电网技术 2022年第7期16卷 46-54页

作者：徐龙舞张英张倩胡克林王明伟张国治贵州大学电气工程学院贵阳550025 贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳550002 贵州电网有限责任公司凯里供电局贵州凯里556000 新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 武汉430068

油浸式变压器在运行老化过程中难免会出现各种潜伏性故障,及时正确诊断出变压器的状态至关重要,传统利用基于油中溶解气体分析法(dissolved gas analysis, DGA)数据的三比值法因存在编码不足的缺陷,限制了故障的诊断效果。为此提出了一... 详细信息

油浸式变压器在运行老化过程中难免会出现各种潜伏性故障,及时正确诊断出变压器的状态至关重要,传统利用基于油中溶解气体分析法(dissolved gas analysis, DGA)数据的三比值法因存在编码不足的缺陷,限制了故障的诊断效果。为此提出了一种改进的蝠鲼算法(manta ray foraging optimization, MRFO)优化反向传播(back propagation, BP)网络的故障诊断模型。首先利用逻辑映射与反向学习(opposition based learning, OBL)融合的多阶段算法为MRFO提供初始位置,加强算法全局寻优能力;同时提出利用正交实验法优化蝠鲼算法的3种觅食策略,调节蝠鲼个体的探索与开发,以加强该算法在特定问题上的寻优能力;最后将改进的蝠鲼算法寻得的最优解赋予BP网络的权值和偏置,建立变压器故障诊断系统。利用IEC TC 10故障数据进行了实验,并与其他算法进行了结果对比分析。结果表明,所提方法与BPNN、未改进的MRFO-BP、三比值法的结果相比,分别高出16%、8%、24%,是一种积极有效的方法。

关键词：油浸式变压器 DGA数据蝠鲼算法 BP网络混沌映射反向学习正交实验法

不平衡样本下基于变异麻雀搜索算法和改进SMOTE的变压器故障诊断方法

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高电压技术 2023年第12期49卷 4993-5001页

作者：朱莉汪小豪李豪姜成龙曹明海湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室武汉430068 湖北工业大学电气与电子工程学院武汉430068

针对麻雀搜索算法同质化严重和变压器故障样本不平衡导致分类效果不佳的问题,提出了变异麻雀搜索算法优化支持向量机(variation sparrow search algorithm-support vector machine,VSSA-SVM)和改进合成少数过采样技术(improved syntheti... 详细信息

针对麻雀搜索算法同质化严重和变压器故障样本不平衡导致分类效果不佳的问题,提出了变异麻雀搜索算法优化支持向量机(variation sparrow search algorithm-support vector machine,VSSA-SVM)和改进合成少数过采样技术(improved synthetic minority over-sampling technique,ISMOTE)的变压器故障诊断方法。首先使用Tomek Link对数据集进行去噪,引入中心偏移权重(center offset weight,COW)改进SMOTE算法对不平衡数据集的少数类样本进行合成,得到平衡化处理后的变压器故障数据集。然后,基于变异的思想,构建VSSA-SVM的变压器故障诊断模型。最后,在413例油浸变压器的油中溶解气体分析(dissoived gas anaiysis,DGA)数据上,使用PSO-SVM、SSA-SVM和VSSA-SVM模型进行诊断,诊断结果分别为81.45%、88.71%和96.77%,同时与SMOTE-NND、SVM SMOTE、Borderline-SMOTE、SMOTE以及原始数据集方法相比,ISMOTE分别提升了3.22%、4.03%、6.45%、7.52%、11.29%。结果表明,该文所提方法能准确判别变压器的故障状态,有效解决故障数据不平衡导致分类精度低的问题,具有一定的工程实用价值。

关键词：变压器故障诊断不平衡样本改进合成少数过采样变异麻雀搜索算法