随着配电网建设的持续推进以及架空绝缘导线的广泛应用，雷击断线故障呈多发态势。在新型电力系统的建设背景下，配电网中分布式电源被大量接入，使得单相断线故障特征改变。本文考虑逆变型分布式电源(IIDG)大量接入配电网的情况，在综合考虑各种单相断线故障影响因素的基础上，分析了IIDG不同接入位置下配电线路单相断线故障断口两侧电压差特征，以此为基础，提出单相断线故障的检测判据。理论分析和仿真结果表明位于故障点上游的IIDG对断口两侧电压差无影响，但位于故障点下游的IIDG容量与负荷等效阻抗满足一定关系时会使得电压差幅值降低，基于电压差异的单相断线方法存在灵敏度问题。

分布式光伏(DPV)大规模接入使得配电网出现潮流反送、重过载等问题。反送率不仅与光伏出力相关，与背景负荷也有关联，且光伏出力与温控性负荷之间存在一定的正相关性，计及源荷相关性能更准确地评估配电网的新能源承载力。因此本文提出了一种基于优化拉丁超立方采样的源荷关联样本生成策略。该方法通过构建DPV与负荷出力的概率模型，综合运用Spearman秩相关分析、Cholesky矩阵分解、Nataf转换及拉丁超立方采样技术，实现了DPV与负荷的联合概率分布建模。基于DPV和负荷的概率密度函数，采用改进的采样方法可有效生成具有时序相关性的DPV-负荷样本集。抽样样本经改进IEEE-33节点算例测试表明，该抽样方法具备更高的精度，为配电网规划提供了良好的场景集。

为了充分发挥智能楼宇群系统能源互补的优势，本文构建以电、气、冷、热负荷为主体的智能楼宇结构，结合能源管理控制中心实现对多种能源的调度。建立楼宇群能源共享协调调度策略，提出了考虑综合需求响应的楼宇群联合运行模型，构建含信誉评分和忠诚度在内的楼宇多能源共享奖励机制。进一步搭建智能楼宇群双层优化调度模型，并采用协调遗传算法求解模型。算例分析表明，采用以电、气、热、冷负荷为基础的楼宇群系统联合运行模式，相比独立运行模式，能有效提升楼宇群对能源的配置效率，促进可再生能源的利用率，在一定程度上提升了楼宇群运营的经济性。

风机齿轮箱是风力发电机组能量传递的核心部件，振动信号作为风机齿轮箱故障诊断的关键数据源，能够精准反映风电机组内部动态特性。然而，在实际运行中齿轮箱内部振动信号易受多源复合噪声干扰，使得传统信号去噪技术难以有效分离噪声而面临瓶颈，亟需开发风机齿轮箱在服役复杂环境下的自适应去噪。因此，本文提出一种融合自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)、遗传算法(GA)与小波阈值降噪(WTD)的复合去噪方法，通过构造真值未知条件下时-频-能三维评估指标，建立参数空间映射模型，实现小波基函数、分解层数、阈值规则及相关系数阈值的多元协同优化，该体系通过平滑度、谱熵与残差能量比的互补验证，克服了单一指标的局限性。实验结果表明，该方法在模拟信号中能够将信噪比提升至12.16 dB，均方根误差为0.78×10-2。通过CEEMDAN模态分解与WTD的层次化噪声滤除机制，结合GA的全局参数优化能力，突破了传统方法依赖人工经验、参数耦合优化困难的瓶颈。为风机齿轮箱早期故障诊断提供了高保真信号预处理方案，对提升风电机组状态监测可靠性具有重要工程意义。

转子绕组匝间短路是汽轮发电机组中普遍存在且危害较大的典型故障。本文首先分析了转子绕组匝间短路故障产生的主磁场不对称特征，指出转子绕组匝间短路会导致发电机主磁通中偶数或分数次谐波的增强。鉴于汽轮发电机定子壳体铁磁性引发的主磁场外泄现象，以及内部传感器布置受限的技术难题，提出采用开口式铁心结构，使其与机壳外壁实现紧密接触，从而对漏磁通实施定向引导，同时通过绕制在铁心表面的感应线圈捕获特征电压谐波，以检测转子绕组匝间短路故障。最后，完成了故障模拟实验以进行验证。实验结果表明，基于磁通引流效应的故障检测方法能有效判断汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障，对机组运行安全无影响且易于实现。

针对电力变压器油中溶解气体浓度序列非线性和非平稳特性对预测精度的影响，本文提出了一种基于特征多样捕捉的多模型融合的预测方法。首先，通过粒子群优化(PSO)算法对变分模态分解(VMD)的关键参数进行自动优化，最大程度地去除序列中的噪声成分，并确保分解后信号的准确性。其次，KNN用于初步特征提取，DLinear模块负责趋势性信息的捕捉，而GRU则建模气体浓度的时间依赖关系，从而提高整体预测精度。实验结果表明，在预测变压器油中溶解气体H2时与GRU单独预测相比，该方法的决定系数提高了22.71%，均方根误差降低了4.972，显著优于单一模型。通过对其他气体成分(如C2H2、总烃)浓度进行预测，结果表明本模型在多种气体成分的预测中均表现出良好的泛化性能，证明了该方法在实际工程中能够有效提高系统的预测准确率。

电力系统惯量水平是影响电力系统稳定性的关键因素。针对基于类噪声扰动下电力系统惯量评估精度不高的问题，本文提出了一种基于改进子空间辨识算法（N4SID）的惯量评估方法。首先，选用预报误差法（PEM）优化N4SID子空间辨识算法，将辨识出的机组状态空间模型降为一阶等效模型；同时，考虑数据质量因素，通过均一化均方根误差（NRMSE）选择最优数据窗长度对类噪声有功-频率扰动信息进行分段辨识并估计惯性时间常数。将所提改进辨识算法与现有传递函数估计算法（TFSET）、输出误差模型辨识算法（OE）、N4SID三种辨识算法进行比较，验证了本文所提辨识算法在类噪声扰动情况下辨识的正确性。利用本文所提方法在IEEE 39节点系统仿真验证，结果表明本文方法估计的惯性时间常数相对误差均在5%范围之内；且在含噪声样本中依然具有较高的惯量估计精度。

阐明不同软磁材料间宽频磁损耗分布规律，尤其在考虑集肤效应的条件下对研究软磁材料的宏观损耗特性具有重要意义。本文对主流的软磁材料动态损耗特性方法进行了对比分析，在分析不同工况下多种损耗模型的适用性基础上，提出了一种考虑剩余损耗耦合影响的外推Preisach模型，并将其应用于一维有限元计算框架中。为进一步验证有限元模型的准确性，采用复数磁导率方法进行对比检验，进一步地，通过弦长比与Jaccard相似系数对不同材料在多种工况下的集肤效应强度进行量化评估。最后引入集肤效应因子λ系统分析磁通密度幅值与励磁频率对集肤效应的耦合作用机制。结果表明，材料集肤效应程度受到励磁频率与样片中磁通密度峰值的共同作用。

基于磁耦合式的无线电能传输技术有望对电能传输、用电方式提供新的途径。相比于传统基于整数阶理论的分析方法，基于分数阶电路理论的无线电能传输模型能够更加精确地描述现实电路元器件的电气参数特性。在发射线圈和接收线圈间增加中继线圈是提高无线传能系统传输距离的有效方法之一，但是目前分数阶无线传能理论研究大多在“接收线圈-发射线圈”模式的双线圈系统开展，缺少对含中继线圈无线传能系统传能特性的研究。本文开展了基于分数阶电路理论的含中继线圈无线传能系统传能特性研究，获得了分数阶含中继线圈无线传能系统传能特性方程；发现了当阶数α>1时，系统传能效率曲线与整数阶含中继线圈无线传能系统相等；指出了小负载条件下应注意阶数α>1时中继线圈无线传能系统功率过高导致系统损坏。本文研究内容能为基于分数阶电路理论的多中继线圈无线传能系统的分析提供依据。

海上风电离网制氢是降低海上风电输运成本、促进消纳的重要手段。固体氧化物电池(SOCs)因其可逆、高效的特点受到广泛关注，是海上风电离网制氢的重要技术路线。固体氧化物电解池（SOEC）模组热惯性大、电堆陶瓷材料脆弱，现有的启停策略缺乏对灵活性和安全性的充分考虑和挖掘。本文针对与高温热箱集成的平板式SOCs电堆模组，建模并实验验证了其热动态特性，并提出了基于模型预测控制(MPC)的快速安全冷启动策略，并基于COMSOL-Simulink联合仿真平台通过三维模型在环仿真实验验证了所提策略的有效性。相较于恒速升温策略，所提策略在保证模组的热安全性的前提下，将冷启动时间缩短了28%。

电池单体之间的不一致可能会影响电池组寿命，增加储能成本，并带来安全风险。本文提出了一种电感型电池均衡电路，通过精细控制每个MOSFET的通断，利用其寄生二极管，实现电感的续流，完成电池单体间的能量转移。电路包括电池选择电路、充放电控制电路、均衡电感三部分。相邻的电池共享一组MOSFET，显著降低了电路成本。此外，相邻的电池可以成组同时进行均衡，提高均衡速度。基于电路特性，设计了成组均衡策略。通过搭建电路进行均衡实验，验证了所提电路拓扑和均衡策略的有效性，证明本方案能够在降低成本的同时实现更快速高效的电池均衡。

机器人关节电机运行于高过载工况时，绕组端部短时高温升会危害电机绕组绝缘，对永磁电机运行性能及可靠性带来隐患。本文针对一台带有绕组端部环氧灌封结构的永磁电机在高过载工况下的瞬态短时高温升，提出了一种基于集总参数热网络（LPTN）法的瞬态等效热网络建模方法。该方法考虑了环氧比热容随时间的变化，并计及了各个节点的等效热容，采用有限差分法推导了瞬态温度迭代计算公式。采用所提出的模型及计算方法，针对样机4倍过载短时运行工况，分别计算了自然对流及绕组端部环氧灌封两种冷却方式下的瞬时温升特性，与计算流体力学（CFD）方法的仿真结果进行了对比验证；此外，采用所建立的模型分析了环氧热导率、过载时长占比对温度特性的影响。最终通过样机过载温升实验，证明了所提出瞬态热网络建模方法的合理性和瞬态温度计算方法的准确性。

针对传统双向LLC谐振变换器在宽范围输出电压场合调频范围宽、软开关范围窄等问题，本文构造了一种带辅助桥臂的宽输出双向DC-DC变换器。所提变换器在正、反向功率传输时均能实现升压、降压。在正向升压模式，谐振电感通过辅助桥臂提前储能，不仅提高了LLC变换器的最大电压增益，还拓宽了输出电压范围；在反向升压模式，通过短路谐振腔，谐振电感由谐振电容充电，进一步提高了电压增益。所有模式均采用脉冲宽度调制（PWM），在轻载时也可实现软开关，提高了电路的效率。本文具体阐述了4种模式下变换器的运行原理，对各个模式的增益公式进行了推导，并对器件参数进行了设计。最后搭建了一台输入380 V、输出50~100 V的实验样机，实验结果验证了所提变换器能够满足宽范围输出电压应用场合。

长定子直线电机通常采用分段供电的方式运行，在直线运动过程中定子单元需在短时间内完成供电切换，然而切换过程中负载突变易引发电流冲击，威胁电机与供电系统可靠运行。本文提出一种基于时间最优控制与比例积分(PI)控制相结合的快速平滑供电切换策略，建立了切换时直线电机数学模型，根据时间最优控制理论分析了时间最优关断/开通电压以及相应的切换时间。通过施加时间最优关断电压实现离开段电流快速衰减，同时结合时间最优开通电压与PI控制器输出复用机制完成新投段电流的准确建立。与常规分段供电切换策略相比，所提策略在消除电流过冲的同时，将切换过程所需电角度压缩至2 rad以内。最后搭建了计算机仿真模型，仿真结果验证了所提切换策略的有效性。

针对配电网架空-电缆混合线路短路故障后是否重合断路器的问题，本文基于行波能量解析，提出一种用于判定混合线路故障区段的判据及其相应策略。首先分析了故障电压、电流行波在导体中的传播特征及其折反射规则。然后研究了架空-电缆混合线路中行波电压的传递特征，并根据混合线路波阻抗不连续的特点，对在连接点测量到的不同区段发生故障电压、电流行波进行解析分析。最后根据不同区段的电压、电流行波特征设计了基于行波能量判别故障区段的流程，并考虑基于馈线自动化测控终端进行应用。在PSCAD中搭建了混合线路模型，在不同故障类型、过渡电阻、故障瞬间相位等条件下进行了仿真验证，证明了该方法的可靠性。该方法仅需在架空线-电缆混合线路的连接处设置测量点，即可判别故障区段，适用于所有故障类型，也适用于多段混合线路，并且各个测量点之间无需严格同步采样。

城市轨道交通发展迅速，但关键电气设备直流断路器多依靠国外进口，国产技术仍存在技术难点尚未突破。在强迫过零直流开断中，换流支路依据短路电流固定设计，而轨道交通断路器需要频繁开断额定电流，寿命高达20万次，多次采用过大的反向电流开断小电流时会损害断路器。电感投切式强迫过零直流开断拓扑结构可以实现不同反向电流峰值的投入，解决真空强迫过零开断小电流困难的问题。首先搭建了等效电路模型，仿真计算了不同电容电感下的峰值电流、开断频率等数值，选取体积、成本以及开断性能适合的参数进行实验验证。其次，搭建强迫过零直流开断实验平台，测试双向电流开断，实验结果表明换流支路可在3 ms内成功反向开断3.6 kA过载电流、9.6 kA短路电流，能够正向开断3.6 kA过载电流、8.5 kA短路电流。其中，额定模式电流下降率仅为36~48 A/μs，开断情况良好，符合轨道交通频繁开断额定及过载电流的需求，极大地推进了轨道交通直流断路器国产化应用进程。

针对变压器局部放电信号的非平稳性和非线性特点，本文提出了一种基于变分模态分解(VMD)和多尺度排列熵(MPE)以及并行双支路的变压器局部放电模式识别方法。首先，利用VMD技术对局部放电波形进行层次分解，分离出若干带限本征模态函数(IMF)，并基于MPE提取各阶IMF分量的深层特征信息，构建特征向量样本集。接着，设计了一个并行双支路模型，其中支路一通过Transformer Encoder的多头注意力机制提取全局特征，支路二利用堆叠的一维卷积神经网络(1D-CNN)结合挤压与激励网络(SENet)进一步提取局部特征信息。通过特征融合拼接策略，将双支路提取的全局与局部特征信息有效融合，从而增强模式识别的表现力。实验结果表明，本文所提出的方法在变压器局部放电模式识别中的准确率达到96.37%，且具有较高的识别效率，能够有效提升变压器局部放电故障的诊断性能，为变压器设备的维护工作提供了坚实的技术保障。

随着可再生能源占比不断提高及电力电子接口设备的大规模应用，新型电力系统的动态特性日趋复杂。具有快速响应能力的动态无功源的合理配置对增强系统稳定性具有重要意义，但其本身复杂的暂态特性为电力系统设备规划提出了挑战。为降低复杂机电暂态模型带来的计算成本，本文构建了一种基于自适应的无参数化多项式混沌展开（PCE）代理模型，在保持PCE全局能力的同时，通过一种训练样本选择策略来进一步提高其局部预测精度，最终采用PCE代理模型替代传统复杂、计算量巨大的机电暂态时域仿真，显著提高了容量优化模型的计算效率。研究结果表明，所提基于自适应无参数化代理模型的电力系统无功源协同规划方法在保证精度的同时，大幅缩小了计算时间，具有良好的应用前景。

电化学储能系统中的锂离子电池核心温度实时监测对于电池管理系统(BMS)开发以及热失控风险预警有着重要的意义。受成本和空间制约以及电池系统内可供温度测点布放位置有限导致温度数据获取不全面，从而影响电池管理系统的精度。本文利用Gappy POD算法基于电池模组箱体外部少量温度测点数据，实时重构箱体内电池核心及表面多点温度。本文建立二阶RC等效电路模型，通过18650PF锂电池HPPC测试数据对模型参数辨识，并利用基于本征正交分解的径向基函数神经网络(POD-RBF)对等效电路模型辨识参数数据库扩充得到包含更多功率-时间信息的电池发热功率变化曲线；构建有、无水冷板的电池模组数值模型并导入真实及异常发热功率变化曲线，测试Gappy POD算法在稳定和异常工况下的温度实时重构能力。本文研究表明，Gappy POD算法仅需少量温度测点便可在复杂工况下实现较高的重构精度、较强的趋势预测能力，为算法在电池管理系统及热失控预警中的应用提供基础。

为解决电能结算中存在的电量数据缺失问题，准确恢复缺失电量数据，本文将压缩感知(CS)技术引入缺失电量数据恢复中，提出了兼具普适性及自适应性的稀疏字典构建方法，可适用于不同类型的用户用电数据特征的提取，并且克服了用户用电数据特征变化对缺失数据恢复准确度的影响；基于自适应稀疏字典和缺失电量数据，提出并构建了快速数据恢复算法。最后，通过某供电局的实测电量数据对算法进行测试。结果表明连续缺失1～3个数据点时，恢复准确度在90%以上的占比高于90%，能够高准确度地实现缺失电量数据的恢复。本文为缺失电量数据的恢复提供了新方法，在电能结算方面具有重要意义。

目前非侵入式负荷分解研究主要针对居民负荷，对工业负荷研究较少，且未考虑负荷运行有功功率的时序特征，为此本文提出了基于时间卷积神经网络(TCN)-卷积块注意力模型(CBAM)-长短时记忆神经网络(LSTM)相结合的工业用户非侵入式负荷分解算法。首先构建TCN-CBAM模块，该模块利用TCN膨胀因果卷积扩大卷积核感受野并结合CBAM的空间和通道注意力机制实现特征的有效提取，之后通过2个TCN-CBAM模块从用户总进线有功功率中提取设备运行特征，最后利用LSTM学习训练运行特征与各设备运行有功功率的关系，实现负荷分解。通过某炼钢厂和某纺织厂的实际运行数据及HIPE数据集算例分析，相比于CNN、LSTM和TCN等算法，本文模型的分解准确率更高。

电缆接头在电力传输系统中起到至关重要的作用，但电缆接头制作过程中不可避免地引入各种杂质缺陷，对电力电缆的长期可靠运行带来严重的安全隐患。本文采用有限元仿真和试验相结合的方法，研究了不同类型的杂质缺陷对电缆中间接头电气性能的影响，通过COMSOL Multiphysics软件建立了10 kV电缆中间接头三维模型，设置了电缆接头运行环境中典型的金属杂质、半导电杂质、粉尘和受潮等缺陷，开展电场仿真计算。同时，制作无缺陷和含不同缺陷的中间接头试样，进行局部放电和耐压试验。结果表明，不同类型的缺陷对电缆中间接头的电场分布和局部放电特性均有显著影响，其中铜杂质和半导电层的残留对电气性能影响最大，造成电缆交联聚乙烯（XLPE）绝缘击穿，受潮缺陷局部放电量高，粉尘缺陷影响较小。本文提出了不同缺陷对电缆中间接头电气性能的影响规律，为电缆中间接头的运行和维护提供了理论参考。

本文通过研究灾前提升电网整体弹性的方法在应对具体故障的表现；然后将上述方法作为原预案进行校验更新，提供一种提高故障应对预案效果的预案离线更新策略；最后为应对当出现故障集以外的新增故障，需要在线计算生成应对预案时，提供一种利用已经更新的预案作为初始条件缩小故障集，从而快速更新的策略。本文以IEEE 30节点系统为算例进行仿真分析，结果表明了校验与更新策略能有效改进故障应对预案的系统失负荷情况。

针对传统单一变量预测模型预测精度不高的问题，本文提出了一种基于多元变分模态分解和时间卷积网络的变压器油中溶解气体浓度预测模型。首先，选择与待预测气体相关性较高的气体作为输入特征，并采用多元变分模态分解（MVMD）同时对多种输入特征进行模态分解，以克服不同序列的频率失衡问题；其次，利用时间卷积网络（TCN）对各子序列进行预测，挖掘气体时间信息特征，最后叠加重构得到预测结果。算例结果表明，与其他模型相比，该模型在预测中更具有优势，展现了好的迁移能力。

随着电动汽车、屋顶光伏、分布式储能等分布式资源接入台区系统，台区自治优化调度通过挖掘光储充荷等可调度资源调节潜力，可以促进分布式光伏的就地消纳，提升台区自治运行水平。本文针对含光储充荷的台区系统，分析电动汽车用户充电紧急度，提出了一种计及电动汽车灵活有序充放电的台区多时间尺度优化调度策略。该策略首先在日前调度阶段，以最小化系统运行成本及负荷波动和最大化计及台区电动汽车用户充电紧急度的充电满意度为目标，制定初始调度计划。其次，在日内调度阶段，以计及经调整后的出力与日前优化计划出力变化量作为惩罚项的运行成本最小为目标函数，考虑电动汽车实时接入并改变充电策略，充分调动电动汽车有序充放电的灵活性。最后，仿真结果验证了本文所提方法在有序管理电动汽车充放电、提高光伏就地消纳水平、实现台区自治优化控制等方面的有效性。

电网电压幅值跌落时，传统比例积分(PI)控制会导致SWISS整流器直流侧出现偶次谐波，交流侧出现奇次谐波，瞬时有功功率控制(IAPC)可以有效抑制有功功率波动和网侧电流谐波，但SWISS拓扑的特殊性使IAPC方法的应用存在边界问题。对此，本文深入研究了基于IAPC方法的SWISS整流器控制策略的电流与电压特性，针对单相和两相电网电压幅值跌落两种典型情况，推导了SWISS整流器在此控制策略下的运行边界。最后，在实验中比较了IAPC方法和传统PI控制在多种工况下的性能表现。实验结果表明：SWISS整流器中，IAPC方法在运行边界内相较于传统PI控制可有效抑制网侧电流谐波和有功功率波动，但若超出运行边界将导致网侧电流总谐波畸变率(THD)升高和有功功率波动变大。