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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Delivery期刊2025年issue5文章推送（第2期/共4期）。本期推送共包含11篇研究论文简介，内容聚焦于新型电力系统关键技术领域，主要包括柔性直流配电网故障保护、模块化多电平换流器控制优化、电力设备状态监测与故障诊断、新能源并网稳定性分析以及电力系统安全检测等前沿研究方向。这些研究为提升电力电子化电力系统的可靠性、安全性和运行效率提供了创新性解决方案。
本期目录
📖 第1篇：基于时域偏度和积分能量的柔性直流配电网单极接地故障保护方案
📖 第2篇：基于模块化多电平换流器的主动信号注入策略性能分析与改进
📖 第3篇：基于光致热弹性光谱的瓦斯继电器非侵入式自由气体检测方法及其在电弧故障识别中的应用
📖 第4篇：多构网型变流器接入低阻抗电网的建模与稳定性分析
📖 第5篇：基于半桥子模块下IGBT热应力分析的MMC变流器寿命优化控制策略
📖 第6篇：基于时间序列区间预测与等效电路模型的低压直流电弧电流建模
📖 第7篇：不依赖电缆参数的低电压供电线路窃电检测方法
📖 第8篇：双极VSC-HVDC系统中XLPE电缆暂态故障特性研究——电缆建模与现场验证
📖 第9篇：基于内部电压等效RMS模型的风力发电暂态稳定性评估
📖 第10篇：基于机器学习的高压输电线路电晕损耗预测研究
📖 第11篇：弱电网中基于电压定向矢量控制的光伏逆变器强迫振荡分析
📖 第1篇
📌 基于时域偏度和积分能量的柔性直流配电网单极接地故障保护方案
Pole-to-Ground Fault Protection Scheme for Flexible DC Distribution Network Based on Time Domain Skewness and Integral Energy
作者：Xiaowei Wang，Ying Tian，Jie Gao，Xiangxiang Wei，Fan Zhang，Yu Zhang
随着大规模分布式能源并网、区域电网互联和城市电网扩容需求的增长，基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流配电网展现出广阔应用前景。然而，这类系统具有低惯量和弱阻尼特性，一旦线路发生故障且未能及时切除，将损坏电力电子器件甚至烧毁换流站。本文通过分析系统接地故障时各测量点零模电流的时域和复频域模型，提出了基于时域偏度和积分能量的保护新方法，并创新利用零模电流偏度符号表征方向特性，积分能量表征幅值特性，实现高精度故障识别。
该方法在理论上分析了区内与区外故障零模电流同向与反向趋势的差异，并针对线路长度差异提出补偿方案，显著提升了保护系统的适应性和鲁棒性。偏度作为三阶累积量，有效捕获弱暂态电流分布，积分能量准确表征故障幅值，形成互补判断机制。
基于PSCAD/EMTDC仿真，构建四端柔性直流电网模型，检验在噪声干扰、数据缺失及通信延迟等复杂工况下的性能表现。结果显示，该方法在接地电阻达到500Ω，伴随5dB高斯噪声时仍能实现准确区内外故障识别，且无误动作发生。与传统方法相比，故障区分能力显著提升。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11052870
📖 第2篇
📌 基于模块化多电平换流器的主动信号注入策略性能分析与改进
Performance Analysis and Improvement of MMC-Based Active Signal-Injection Strategy
作者：Ruidong Xu，Guobing Song，Zhongxue Chang，Chenhao Zhang，Jiayi Yang，Ke Jia
针对电力系统向电力电子化架构转型带来的故障非线性和低惯量特性，本文系统分析了模块化多电平换流器（MMC）中基于信号注入策略的主动检测保护方案中存在的谐波泄漏和注入精度不足两个主要问题。创新地建立了基于瞬时功率平衡原理的外部电路响应模型及控制-响应框图，深入探讨注入性能的结构特性及闭环传递函数频率响应。
研究发现，受限于PI控制器带宽及控制目标耦合，现有策略在交流侧产生谐波泄漏，导致电能质量下降和保护误动；且注入信号与预期存在明显偏差。针对此，提出基于控制目标解耦和分压补偿的改进方法，采用陷波滤波器和补偿增益，有效提升了注入精度。
通过定义交流侧电流谐波变化量（ΔTIac）和注入信号误差率（ρdet）评价指标，在仿真与实验中成功将注入信号误差显著降低，并控制交流侧谐波电流幅值低于3.2A，整体性能好于现有策略。该改进为提升MMC主动检测保护可靠性提供了重要技术支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11077913
📖 第3篇
📌 基于光致热弹性光谱的瓦斯继电器非侵入式自由气体检测方法及其在电弧故障识别中的应用
Non–Invasive Free Gas Detection Method for Buchholz Relay to Determine the Occurrence of Arcing Events
作者：Zhicheng Wu，Jiajia Wang，Jiahao Du，Heli Ni，Zhijun Ai，Yizhou Jiao，Qiaogen Zhang
本文针对油浸式变压器瓦斯继电器的非侵入式自由气体检测问题，提出基于光致热弹性光谱（LITES）的新型检测方法。该方法无需对继电器进行侵入式改造，通过将激光与石英音叉（QTF）探测器分别置于继电器观察窗两侧，实现对乙炔（C2H2）含量的准确测量，避免了传统气相色谱分析的时间滞后与安全隐患。
采用P(11)吸收峰1531.588 nm波长，有效抑制水蒸气和杂气干扰。实验表明传感器检测限为89.7 μL/L，能快速响应自由气体含量变化，且在瓦斯继电器动作后20秒完成判定，实现电弧故障快速现场识别。
该方法故障条件下检测限为306 μL/L，远高于非故障事件C2H2浓度，确保判定准确性。技术创新首次实现了真正非侵入式、实时监测，为变压器故障诊断提供智能化技术支撑，未来将拓展多组分气体同步检测能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11053698
📖 第4篇
📌 多构网型变流器接入低阻抗电网的建模与稳定性分析
Modeling and Stability Analysis of Multi Grid-Forming Converters With Connected to Low-Impedance Grid
作者：Xiaotong Ji，Jinyu Wen，Yunhui Huang
由于新能源大规模并网及电力电子设备比例升高，多构网型变流器在低阻抗电网中的稳定性问题变得突出。本文提出改进的多构网型变流器动态模型，创新定义了自稳定和互稳定分量，揭示深层物理机理，以量化变流器间相互作用。
研究进一步分析阻尼分量随电网阻抗与控制参数变化的演化，指出随着互联线路或输电线路阻抗减小，构网变流器间强耦合效应增强，系统稳定性恶化。具体包括对输电线路阻抗、互联线路阻抗、有功输出及控制带宽的影响规律分析。
研发团队基于StarSim HIL及RCP平台搭建详尽的时域仿真模型，理论与实验结果均表明所提模型准确描述系统动态，稳定性分析为弱电网中多构网型变流器的安全稳定运行提供理论指导。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11034747
📖 第5篇
📌 基于半桥子模块下IGBT热应力分析的MMC变流器寿命优化控制策略
MMC Control Strategy for Converter Lifetime Optimization Based on Thermal Stress Analysis of Lower IGBT Device in Half-Bridge Submodules
作者：Jeroen van Ammers，Gu Ye，Aleksandra Lekić，Bojana Mihić，Marjan Popov
针对海上吉瓦级风电场对MMC供电可靠性提出的挑战，本文提出基于IGBT热应力分析的MMC寿命优化控制策略。该策略通过对半桥子模块下桥臂IGBT器件热应力的技术状态评估，动态调整子模块开关频率，实现智能寿命管理。
关键技术包括建立半导体损耗精确模型，引入基于器件状态的扩展排序方法以平衡电容电压，设计灵活控制架构实现寿命与电压平衡的权重分配。
仿真结果表明该策略能够通过动态调整开关频率实现“有控劣化”，在预定维护期内优先劣化特定子模块，显著提升了运维灵活性与系统可靠性，对大型海上风电场运维管理意义重大。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11079235
📖 第6篇
📌 基于时间序列区间预测与等效电路模型的低压直流电弧电流建模
Low-Voltage DC-Arc-Current Model by Time-Series Interval Prediction and Equivalent Circuit Model
作者：Wenchao Miao，Qiqi Chen，Fengyun Zhi
本文针对直流电弧故障检测的关键技术挑战，创新提出基于时间序列区间预测结合等效电路模型的混合电流建模方法，充分刻画电极分离及稳定电弧两个明显阶段的动态与静态特性。
动态部分利用反向传播神经网络点预测并结合核密度估计统计预测误差分布，实现了置信区间的区间预测，显著提高了不确定性处理能力；静态部分建立包含等效阻抗和功率源的电路模型，精准反映电弧稳定特性。
实验验证覆盖48V至300V电压、3A至30A电流范围，动态预测区间覆盖概率高于98.48%，归一化平均宽度小于4.93%，静态模型误差仅0.10051，相似度突破94.95%，优于传统模型，为电弧故障保护提供可靠依据。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11082433
📖 第7篇
📌 不依赖电缆参数的低电压供电线路窃电检测方法
Low Voltage Service Line Energy Theft Detection Method Independent of Cable Parameters
作者：Felipe V. Lopes，José Maurício R. de S. Neto，Helon D. M. Braz，Thales M. Bezerra，Iury M. L. Ursulino，Daniel S. Sarmento，Fabrício B. S. Carvalho，Cleonilson P. de Souza，Yuri P. M. Rodriguez，Sidnéia Cavalcante，Elayne Madruga，Jéssica Henriques，Manoel M. V. Menezes，Flávio L. Loução
针对低电压供电线路窃电行为检测难点，本文首次提出SID窃电识别解决方案，摒弃依赖电缆电气及物理参数的传统思路，可检测窃电负载关闭状态，适用于由独立相线和零线构成的网络架构。
通过分析相线和零线电压阶跃响应特性，计算电压差值的数值积分Γ并与阈值ρ对比，实现对窃电分支的准确判定。采用1kΩ串联电阻实现过阻尼响应，保证了监测信号稳定性。
团队在露天实验室搭建多场景检测平台，开展13700次现场测试覆盖137种情形，均实现100%准确检测，表明SID具备极高实用价值。整体方案仅需采样率不低于250kHz示波器，平均决策时间约1.6分钟，极大简化现场巡检流程。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11060849
📖 第8篇
📌 双极VSC-HVDC系统中XLPE电缆暂态故障特性研究——电缆建模与现场验证
Investigating Transient Fault Characteristics of XLPE Cable in a Bipolar VSC-HVDC System-Cable Modeling and Field Verification
作者：Yuxiao Hu，Hui Ma，Jiangtao Li，Junyao Li，Chandima Ekanayake，Yang Xu
针对VSC-HVDC系统中交联聚乙烯（XLPE）电缆的暂态过电压与过流冲击问题，本文提出了考虑多层结构、频率和温度相关参数及电缆接头效应的改进暂态模型。
实验通过采集±320 kV XLPE电缆材料参数，分析高温对波传播阻尼及半导电层频率依赖介电常数的影响，发现接头虽不明显影响衰减却引起波形畸变。此外，模态分析揭示半导电层降低同轴与层间模式波速超过10%。
现场在真实±320 kV、10.9公里电缆端点完成冲击试验，结果表明改进模型计算结果与现场测量高度吻合，有效克服传统模型如Bergeron模型的二十百分点误差，提升了暂态分析及绝缘配合的准确性和可靠性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11131669
📖 第9篇
📌 基于内部电压等效RMS模型的风力发电暂态稳定性评估
Internal Voltage Equivalent RMS Models of Wind Generation for Transient Stability Assessment
作者：Mingxuan Zhao，Tao Xue，Ilhan Kocar，Evangelos Farantatos，Deepak Ramasubramanian
随着风电渗透率提升，准确分析含风电系统的暂态稳定性成关键需求。本文针对III型和IV型风机，开发基于内部电压矢量的RMS模型，集成内外环控制、PLL及直流母线动态，显著提升仿真精度和计算效率。
通过改进EPRI及IEEE 14总线系统测试，该模型在III型机临界切除时间(CCT)预测与EMT仿真误差为0.03秒以内，紫型机CCT误差仅2.2%（5毫秒），明显优于传统模型，同时仿真速度提升约100倍。
该研究提供了高比例风电系统在暂态稳定性分析中的高效建模工具，助力安全稳定运行。但对频率范围和机器侧动态存在限制，特殊谐波或振荡分析仍需EMT仿真补充。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11034751
📖 第10篇
📌 基于机器学习的高压输电线路电晕损耗预测研究
Forecasting Corona Losses on High Voltage Transmission Lines Using Machine Learning
作者：Pradeep Kumar Gupta，Kaur Tuttelberg，Jako Kilter
电晕放电引起的电力损耗在高压架空输电线路中较为普遍，准确预测电晕损耗对电网经济运行和可靠性至关重要。本文创新采用机器学习技术，结合爱沙尼亚两年330kV线路气象及PMU测量数据，实现电晕损耗的精确预测。
构建集成随机森林、XGBoost及多元线性回归模型，系统分析不同时间分辨率、季节特性、多线路组合和特征降维对预测精度的影响，随机森林模型表现最佳。
在2分钟时间分辨率下，模型对高电晕损耗事件的捕捉显著提升，预测误差范围±0.5kW/km的数据占比达到98%，RMSE为0.16kW/km。气温、气压、湿度被确认是主要影响因素。不同季节性建模进一步提升了精度。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11105462
📖 第11篇
📌 弱电网中基于电压定向矢量控制的光伏逆变器强迫振荡分析
Forced Oscillation Analysis of Voltage-Oriented Vector Control-Based PV Inverter Connected to Weak Power Grids
作者：Zhen Gong，Xiaorong Xie，Chengxi Liu，Yonghao Gui，Filipe Faria da Silva，Mingyuan Liu
本文专注于弱电网条件下采用同步参考坐标系矢量控制（SRF-VC）的单级光伏逆变器在强迫振荡现象的机理分析。研究揭示了最大功率点跟踪（MPPT）控制产生的直流电压谐波引发有功功率参考值震荡，进而通过SRF-VC中的超调效应和有功-无功耦合放大并导致振荡。
研究建立了包含功率耦合通道的频率域输入-输出模型，分析了低阻尼模式频率下的振荡放大机理。激光带宽、功率控制环PI参数及电网阻抗对振荡严重程度影响进行了深入解析。
仿真及硬件在环实验验证结果表明，当振荡频率处于4-6 Hz时，逆变器输出有功与无功功率振荡显著增强，凸显参数设计及MPPT采样频率对预防强迫振荡的重要性，提升了光伏系统在弱电网的稳定运行能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11066252
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