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电工技术学报 2016年第14期杂志 文档列表

储能技术融合分布式可再生能源的现状及发展趋势1-10

摘要：分布式发电能够充分利用可再生能源实现节能减排，是集中式发电的有效补充，利用储能系统的双向功率能力和灵活调节特性可以提高系统对分布式电源的接纳能力，具有广阔的应用前景。首先汇总了多种主流储能技术目前在电力系统中的应用规模及其本体关键参数，并从储能设备自身特点和电力系统对储能的需求出发，分析各储能技术的优势和不足，提出了可能突破的方向及发展预期，然后从应对分布式可再生能源大量接入给电网带来的问题出发，归纳了储能技术在融合分布式可再生能源方面的应用模式，分析了国内外的应用现状及不足，最后从本体发展和应用技术层面探讨了储能技术的未来发展方向。

采用熔融盐蓄热的非补燃压缩空气储能发电系统性能11-20

摘要：提出一种采用熔融盐蓄热的非补燃压缩空气储能发电系统，通过将熔融盐储热与压缩空气储能相结合，实现电能的大规模存储和高效转换。利用熔融盐作为蓄热介质，将低谷电、弃风电、弃光电等电能转换为高品位热能存储，同时利用压缩机将空气压缩至高压，存储在储气装置中，发电时利用熔融盐储存的热能加热高压空气驱动涡轮机发电。完成了系统的流程设计，采用热力学基本原理分析了系统的运行特性，探索影响系统储能效率的关键因素，分析了涡轮机进口温度、涡轮机进口压力等参数对压缩机功耗、储气室容积、储能密度、储能效率等系统性能的影响。研究结果表明通过提高储热温度和涡轮机进口压力，可以显著提高系统的储能效率。该系统可以广泛消纳大规模的波动性电能，为大规模储能提供了一种新的技术途径。该研究结果可以为压缩空气储能以及新能源消纳提供参考。

风电-氢储能与煤化工多能耦合系统设备投资规划优化建模21-30

摘要：以氢储能为媒介将风电与煤化工进行有机整合，是提升风电消纳能力、降低煤化工耗能与污染的有效技术路线。提出以风电全额消纳和煤化工低耗能、低污染的风电—氢储能与煤化工多能耦合系统（W-HES＆CC）集成架构设计方案；以多能耦合系统设备一次性投资最小为目标，以风电全额消纳与 W-HES＆CC 稳定运行为约束，构建多能耦合系统设备投资规划数学模型，进而使用遗传算法对上述模型求解；基于新疆某地区风电场与煤化工企业为算例背景，仿真结果表明提出的多能耦合系统设备投资优化规划数学模型的正确性，并进一步基于规定应用场景分析了不同风电并网比例与风电非电形态消纳比例条件下系统的投资成本变化规律。

基于成本和效益分析的并网光储微网系统电源规划31-39

摘要：随着微网的迅速发展，电源规划对微网的建设具有重要指导意义。针对并网光储微网系统电源规划问题，提出基于成本和效益分析的并网微网系统电源规划方法。在考虑光伏补贴政策与两部制用户分时电价基础上，根据成本和效益分析理论，建立以生命周期净收益最大为目标的微网电源规划模型，分别采用粒子群算法、人工鱼群算法与量子遗传算法对模型进行求解。通过对上海某地区实际负荷数据仿真分析，给出该地区并网光储微网系统的电源规划结果及其经济效益，以及三种算法的对比结果。仿真结果表明粒子群算法在该微网电源规划模型求解中具有优越性。

净效益最大的平抑风电功率波动的混合储能容量配置方法40-48

摘要：通过分析不同功率分配方法对储能容量配置的影响，提出了一种利用滑动平均和经验模态分解（EMD）获得储能参考功率的混合储能（HESS）功率和容量配置方法，并基于全寿命周期成本（LCC），考虑减少风电场旋转备用和缓建并网通道容量效益，以净效益最高为目标实时平抑风电功率波动。该方法首先利用滑动平均法得到 HESS 参考功率，采用 EMD 将其分解成一系列本征模态函数（IMF）。根据功率型和能量型储能的特性，以瞬时频率-时间曲线混叠最少为原则选择分界频率，将分解后的子分量重构成高、低频信号，分别作为功率型储能和能量型储能的参考功率。然后，考虑储能系统的充放电效率和荷电状态（SOC），配置不同储能组合方案下各储能的功率和容量，并与其他功率分配方法下的配置结果进行对比分析。最后，构建 HESS的成本-效益模型，比较不同方案的净效益，得出经济最优的配置方案。

区域风电场群储能电站的优化配置及运行策略49-57

摘要：风电场群的空间规模效应使其自身具备波动平滑调节能力，由此使得区域风电场群中配置电池储能电站（BESS）具备理论可行性。基于此，分析了区域风电场群配置BESS的运行形态和工作模式，指出当前规模的 BESS 可参与功率波动平抑和适度的电网调峰。基于构建 BESS充放电策略，提出了以运营成本最小为目标的成本优化模型，由此确定风电场群最佳 BESS 容量配比。同时，利用风功率出力波动的季节性规律差异，探讨 BESS 在低风电出力季节参与电网调峰的可行性，提出了以实时运行效益最大为目标的 BESS 运行策略，使其在该目标下根据风电出力季节性差异调整运行模式。利用风电场实际运行数据验证该方法，计算结果表明所提 BESS 优化运行策略的有效性和可行性。

基于使用寿命模型的大容量电池储能系统变步长优化控制方法58-66

摘要：大容量电池储能系统（BESS）配合风电场调度可以提高风电场的可调性。为了研究延长 BESS 使用寿命的控制方法，建立了多因素聚合寿命模型，该模型考虑了大容量 BESS 的串并联特性和充放电特性，能够反映充放电倍率、控制步长、充放电次数和温度等多种因素对电池老化的影响。讨论了 BESS 控制步长和调度周期对 BESS 使用寿命和并网跟踪性能的影响，提出了BESS的变步长优化控制方法。设计了模糊变步长控制器，根据当前BESS的充放电倍率和跟踪性能指标实时调节控制步长。算例仿真表明，所提模糊变步长优化控制方法结合了大步长下使用寿命长和小步长下跟踪性能好的优点，并网功率能够较好地跟踪调度指令，实现了风电场的可调性，同时提高了BESS的使用年限。

混合液气压缩储能机电系统控制策略67-74

摘要：微小规模压缩空气储能是一种环保且很有发展前景的储能方式。本文分析了混合液气压缩储能系统中机电转换环节的工作特性，进而对储能系统的电机控制策略进行研究，提出了利用最大效率点和最大功率点跟踪混合控制策略。针对混合液气压缩储能系统中能量形式转换多的特点，利用宏观能流表示法对混合压缩空气储能系统进行建模，重点对机电转换环节进行仿真。分别利用最大效率点跟踪、最大功率点跟踪以及两种方法的混合控制作为系统控制策略，对比分析仿真结果，证明控制策略的控制效果。

基于混合储能系统跟踪光伏发电输出功率的控制策略75-83

摘要：混合储能系统兼备能量型储能和功率型储能的技术特性，可以有效缩减光伏功率的预测误差，提高将光伏预测出力作为电力调度参考的可靠性。为此，提出了混合储能系统提升光伏电站跟踪目标出力能力的优化控制策略。该策略采用内部能量协调控制和多目标优化控制的复合控制方式，合理地分配了电池与超级电容器的充放电功率，控制混合系统的出力弥补光伏电站预测功率和实际功率的偏差。通过国内某40MW光伏电站250天输出功率数据进行仿真分析，表明该策略不仅可以有效跟踪光伏的预测出力，而且能够充分发挥不同储能介质的特性，降低电池的充放电深度，使混合储能得到更好的应用。

直流微网系统中混合储能分频协调控制策略84-92

摘要：针对直流微网架构的特点，设计了一种分频段响应的控制策略。通过母线电压的反馈来提取功率波动，利用直流母线电压环和超级电容电压环设置高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器这三个“隐形”滤波器。其中母线功率波动的高中低频分量依次由母线电容、超级电容和蓄电池响应，从而充分利用了蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环使用寿命长的优点，有效提升了储能系统的性能。而且，隐形滤波器的实现完全由软件控制完成，具有很好的灵活性和适应性，且无需增加额外的硬件成本。最后，通过实验验证了所提出的混合储能控制策略的有效性。

一种储能改善低电压穿越期间风电场注入电流特性的致稳策略93-103

摘要：风电场根据并网导则在低电压穿越期间向系统注入无功电流可能引起风电系统失稳，导致风电场低电压穿越失败。针对该问题，建立了该运行工况下含有锁相环环节的风电系统状态空间模型，有效揭示了系统失稳的原因，提出了利用储能装置改善风电场注入电流特性进而维持系统稳定的措施。仿真结果表明：所提风电系统低电压运行工况下的状态方程能够有效地描述系统的小扰动稳定特性；储能装置通过合理注入有功电流改善了风电场注入电流特性，有效提高了风电场低电压情况下的系统稳定性。

链式储能系统共模电流的分析及抑制104-111

摘要：链式变换器具有适合用于大容量电池储能系统的结构特点，但是，储能电池较低的能量密度以及变换器功率模块与电池柜间较长的直流连接电缆，为链式储能系统引入了不可忽略的寄生参数，从而导致较大的共模电流，危及功率器件的安全。本文首先建立链式变换器的简化模型，分析链式变换器中共模电压通路及共模电流路径，并估算共模电流峰值，研究链式储能系统共模电流的抑制方法；最后通过仿真和实验验证了分析的正确性。

在直流偏置电压下的材料介电常数测试系统设计112-121

摘要：集成型电磁干扰滤波器是抑制电力电子传导电磁干扰的一种有效手段，其结构中多采用高介电常数材料。为预测高介电常数材料在电力电子运行环境下的性能，需要完成其在该环境下的测试。因此提出了一种可用于阻抗测试仪器的直流偏置下电容测试电路，可以测量高直流偏置电压下的电容阻抗。根据电容自放电时间常数的大小，分成两种工作模式，可以完成材料在电力电子应用环境下的介电常数性能测试。以此测试电路为工具对 CaCu3Ti4O12陶瓷材料的介电常数特性进行了测试。通过建立电阻、电感和电容的高频模型，利用解析法提取其寄生参数，并将其用于测试数据的处理。通过一个实例测试，对测试系统的有效性进行了验证。

有限长圆柱磁屏同轴线圈电感计算方法122-129

摘要：对放置于有限长圆柱磁屏中的同轴载流圆环，借助其磁标势在复平面上的积分表达式，以围道变形和留数定理得到了一种收敛速度很快的屏蔽圆环互感级数表达式，该表达式比传统公式的运算速度快至少两个数量级。随后引入对磁标势的一种拟设，并借助磁标势在圆环所围区域上的跳跃性质求出屏蔽圆环磁标势的另一种级数表达式，其本征值依赖于零阶Bessel函数的正零点。在这种表达式基础上，求得放置于有限长圆柱磁屏中的同轴矩形截面圆柱线圈的自感和互感表达式，并将它们在数值计算中与有限元模拟的结果进行了对比，其结果显示所提出的表达式与有限元模拟结果具有很好的一致性。

考虑反电动势2次谐波的容错型磁通切换电机开路及短路故障控制策略130-138

摘要：六相永磁容错磁通切换电机（FTFSPMM）继承了传统永磁磁通切换电机的转子结构简单坚固、功率密度高的优点，同时具备故障隔离和抑制短路电流的能力。研究了考虑反电动势2次谐波时一相开路和短路故障时的容错控制策略。开路故障时，考虑到反电动势2次谐波，调节正常相中其中两相的电流幅值和相位使输出转矩平均值不变，转矩脉动为零。一相短路时，根据测量得出的短路电流，考虑电机的电阻和自感计算出短路相的反电动势。将一相短路时的转矩脉动分解为由该相开路引起的转矩缺失和脉动、由该相短路电流作用电感引起的转矩脉动和作用电阻引起的转矩脉动，分别计算用于补偿电感及电阻引起的转矩脉动的电流合成后即为短路时的补偿电流。在原理样机上进行了容错实验，验证了所提容错控制策略的有效性。

具有参数辨识的永磁同步电机无位置传感器控制139-147

摘要：转子磁极位置估计的准确性决定永磁同步电机无位置传感器控制系统的性能，为了实现转子位置和转速的精确控制，需要对电机参数进行在线辨识。根据实际冰箱制冷系统需求，采用模型参考自适应系统构建无位置传感器矢量控制方案，在仿真研究电机参数变化对位置估算影响的基础上，提出了一种具有参数辨识的内埋式永磁同步电机无位置传感器控制方案。利用电机的电流模型，运用扩展卡尔曼滤波器对转子磁链和交轴电感同时进行在线辨识，并将辨识出的参数用于更新无位置传感器矢量控制算法中的电机模型。仿真和实验结果表明，参数辨识算法可以有效地辨识出实际的转子磁链和交轴电感，具有参数辨识的无位置传感器矢量控制方案可行有效，在压缩机厂商提供的电机参数存在一定误差的情况下可以保证冰箱制冷系统的性能。

交流接触器虚拟样机设计技术148-155

摘要：采用虚拟样机技术，建立全面反映交流接触器动态特性的三维虚拟样机模型，模型包含完整触头系统、铁心系统及连接部件，从而考虑结构特点对其运动特性的影响。引入Ansys/LS-DYNA 动力学分析软件，采用基于连续介质力学的有限元法考虑机构之间的非线性接触、碰撞问题及弹性材料的形变作用，计算接触器动作过程中的触头弹跳情况。通过三维可视化界面得到触头、铁心等运动部件位移、速度随时间变化情况，对接触器动态特性进行直观地分析。通过交流接触器虚拟样机模型的仿真，从机械动力学角度，分析触头系统闭合速度和触头弹簧初压力、金属簧片物理特性及触头表面摩擦系数对触头弹跳的影响。交流接触器的三维虚拟样机设计对其结构优化设计具有良好的理论依据和实用价值。

高升压增益软开关DC-DC变换器156-164

摘要：在软开关 Boost 变换器基础上，通过引入 Flyback 单元，提出了一种高升压增益软开关DC-DC变换器，进一步提高了变换器的电压增益，避免了高占空比，减小了开关管电压应力。因此，可选取低电压等级低导通电阻MOSFET以降低变换器的成本，提高变换器的效率。在开关管关断期间，漏感能量向负载传递，有效利用了漏感能量，且无需额外的吸收电路。此外，变换器实现了开关管的零电压（ZVS）导通和二极管的零电流（ZCS）关断，进而消除了开关管的开通损耗和二极管的反向恢复损耗。研究了高升压增益软开关 DC-DC 变换器电路的工作特性和占空比丢失的主要原因，分析了该变换器的元器件应力及电路损耗。设计了一台160W的实验样机，实验结果验证了理论分析的正确性。