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电工技术学报 2018年第03期杂志 文档列表

电-气综合能源系统能流计算的改进方法467-477

摘要：综合能源系统框架下, 电力和天然气系统紧密耦合, 有必要开展电-气综合系统的能流计算.现有电-气综合系统能流计算方法多以 Newton法为核心算法,对初值依赖性强,而现有研究并未有效解决天然气系统的初值问题;此外,现有研究对电-气互动特性的分析亦不充分.为此,该文提出从能流算法和互动特性两个方面改进现有研究.算法方面,结合遗传算法（GA）的全局搜索和 Newton 法的局部搜索能力,提出电-气综合系统能流计算的混合 GA-Newton 法;互动特性方面,考虑燃气机组和P2G两种耦合方式,提出“以气定电”和“以电定气”两种电-气互动模式.分别用 14节点天然气系统以及 IEEE-57 节点系统和 14 节点天然气系统构成的电-气综合系统两个算例验证了所提改进方法对电-气综合系统能流计算和互动特性分析的有效性.

基于智能优化算法的互联电网负荷频率控制器设计及其控制性能分析478-489

摘要：互联电网负荷频率控制对保障电网安全可靠运行具有重要作用,适宜的控制器参数整定使得电网在各种随机扰动下维持系统频率稳定和联络线功率交换值恒定.针对两区域互联电网的负荷频率控制器参数优化整定问题,提出-种基于智能优化算法的控制器参数整定设计方案.该方案采用最小化时间乘误差绝对值积分作为目标函数,运用灰狼优化算法搜索获得最优化的负荷频率控制器参数.灰狼优化算法模拟了狼群的社会分层机制和群体狩猎行为,使得控制器参数优化整定过程具有快速、高效、自适应和精度高等优点.此外,重点考虑了控制器参数不确定性可能导致的控制器性能衰减,讨论了控制器的脆弱性问题.建立了两区域互联电网负荷频率控制系统仿真模型,采用所提优化算法获取 PI/PID 型负荷频率控制器参数,仿真结果显示所提算法设计 PI/PID 控制器相比于传统方法和其他的智能优化算法具有更好的寻优能力和控制性能,并且优化获得的控制器在系统参数和控制器参数不确定性下具有鲁棒性和非脆弱性.

独立直流微网中混合储能系统的改进多滞环控制策略490-497

摘要：在传统的基于母线电压值的多滞环控制策略下,母线电压必须达到对应的阈值才能触发较高的电流参考值,因此在某些条件下会出现母线电压持续偏离额定值较多的情况.为解决这一问题,提出了一种改进的多滞环控制策略,在传统控制策略的基础上,定义了电压等级信号,并对其进行积分,从而可根据积分值的大小来辅助切换蓄电池电流参考值,使蓄电池能够在母线电压未达到对应阈值的情况下也能根据需要进行大电流充放电,从而使母线电压更接近额定值.为避免反向积分值延长母线电压正向偏离时参考电流值的自动切换时间,使用两个积分器分别控制正、负向参考电流值的切换.仿真结果验证了所提出的控制策略在维持母线电压、提升供电质量方面的优越性.

基于端口能量的含VSC-HVDC的交直流混合系统暂态稳定评估498-511

摘要：提出一种基于端口能量的含电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC）的交直流混合系统暂态稳定评估方法.将端口能量描述为端口状态变量和控制变量的函数,进而借助端口能量表征VSC一HVDC系统的暂态能量聚集效应,以避免VSC-HVDC内部复杂控制过程的建模,降低能量函数的构造难度,且可扩展到网络中任意含电力电子器件的端口;进一步,构建基于端口能量的全系统能量函数,通过迭代势能边界面法（IPEBS）进行暂态稳定评估,借助点积判据在系统失稳的转子运动轨迹上搜索势能最大值作为临界能量,确定极限切除时间,实现暂态稳定的快速判别;然后,研究VSC-HVDC接入及VSC-HVDC有功功率、无功功率传输容量对系统暂态稳定性的影响,并评估了不同故障位置对所提能量函数计算精度的影响.最后,通过对修改的IEEE-39节点系统、IEEE-68节点系统和厦门电网柔直工程算例进行仿真分析,验证该方法的准确性和有效性.

基于拓扑图元信息融合的电网故障诊断模型512-522

摘要：电网发生故障后快速准确地识别故障元件是缩小停电区域、快速恢复供电的首要前提.针对现有电网故障诊断方法基于单个元件独立建模,难以适应网络拓扑变化的不足,提出一种基于拓扑图元信息融合的电网故障诊断模型.从电网拓扑结构出发,形成系统各元件、保护和断路器的拓扑关联矩阵,以此为图形单元构建信息融合诊断模型,并根据保护配合逻辑及出口方式,定义了远后备保护拓扑映射规则及完整的信息融合推理流程,最后分析了模型对网络拓扑变化及连锁故障的适应性.IEEE 14 节点系统仿真算例表明,该方法可以快速准确地判定故障元件,能够适应网络拓扑变化,具有较强的容错性.

提升风电消纳区间的鲁棒机组组合523-532

摘要：基于日前风电功率点预测的传统调度方法没有充分地考虑风电不确定性,难以有效挖掘电热联合系统的风电消纳能力.该文提出提升风电消纳区间的鲁棒机组组合优化方法.基于可用风电功率区间,构建有效的风电功率允许出力区间.基于仿射策略,考虑供热机组电热耦合等约束,建立鲁棒机组组合模型,优化风电消纳区间,对于风电消纳区间内任意可能的风电波动,该模型均能保障调度策略的可行性.所建模型可转换为混合整数线性规划进行求解.最后,在修改的IEEE39节点系统上进行测试,并与传统调度方法对比,验证了所提方法的有效性.

居民配电网负荷谐波电流发射水平评估方法533-542

摘要：提出一种居民配电网负荷谐波电流发射特性的评估方法,采用节点谐波电流贡献率和谐波概率分布两项评估指标,通过符号判别法和典型相关性分析方法计算系统侧和负荷侧谐波阻抗,进而划分谐波责任,计算居民负荷谐波电流发射水平.仿真和案例分析结果表明,典型相关性分析方法谐波阻抗估计精度优于符号判别法,且适用于系统侧谐波波动大于负荷侧谐波波动的场景,居民配电网谐波电流幅值概率密度曲线呈多峰特性,可反映谐波源电器及其组合,对配电网谐波源识别和谐波抑制措施制定具有重要意义.

基于自由能理论的电力系统扰动能量评估543-552

摘要：准确、快速地辨识扰动对于保障电力设备安全和维持电力系统稳定有重要意义.现有研究多关心扰动类型与位置的辨识,而忽略了扰动能量大小的评估.但是扰动能量的大小反映了该次扰动对于系统产生冲击的强弱,若能在线对其进行评估,即可按扰动强弱程度有针对性地制定控制策略.该文将热力学领域中的能量熵与自由能的关系引入到扰动能量大小描述的过程中,定义了扰动的自由能的概念用以描述扰动后能量转移程度的强弱,提出了一种基于自由能理论的扰动能量大小评估方法.为考虑发电机的初始注入能量的影响,分别分析了不同类型扰动产生的自由能变化,进一步修正了扰动的自由能函数.最终,利用BPA软件搭建了标准的IEEE39节点和IEEE118节点系统,分析了不同类型、不同位置扰动下的自由能大小,对比了扰动强弱与所提的自由能量间的关系.仿真结果表明扰动自由能可以描述扰动后一段时间内对于系统产生的能量冲击的强弱.所提评估方法为按扰动强弱程度有针对性地制定控制策略奠定了基础.

一种用于谐波分析的高精度多谱线插值算法553-562

摘要：为了减少快速傅里叶变换在非同步采样下产生的频谱泄露影响,提高谐波分析的准确度,提出了一种高精度多谱线插值的频谱校正算法.通过分析加窗信号离散频点附近谱线分布的多种可能性,利用紧邻峰值谱线频点的六条谱线进行运算,充分考虑了这些谱线包含的谐波信息,并依据不同的泄露情况分别给出不同的谐波修正式.详细推导了多谱线插值算法和修正式的拟合过程,进行了数值分析仿真和实验平台的搭建,研究了基波频率波动和非整数次谐波对多谱线插值算法准确度的影响.仿真和实验结果验证了多谱线插值校正算法的有效性和优异的高精度性.

同塔四回线路分布参数的测量563-572

摘要：提出一种长距离同塔四回线路分布参数的测量方法.建立了同塔四回线路的分布参数模型,引入变换矩阵对参数矩阵和传输线方程进行线性变换.使用拉普拉斯变换法进行求解,推导了分布参数的数学解析式.通过四回线路双端同步或非严格同步测量得到电压和电流数据,对四回线路的分布参数进行精确计算.采用增量法减小感应电压干扰对测量结果的影响.利用PSCAD 软件验证了该方法的有效性.仿真结果表明,该方法克服了单端法测量步骤繁琐的缺点,也克服了现有双端法对测量数据同步的高度依赖,可在双端测量数据非严格同步的状态下精确测量线路的分布参数.该方法充分考虑了线路的分布效应,极大地简化了测量过程,能够在线路停电和带电条件下准确测量长距离线路的正序参数和零序参数.

同塔双回直流输电线路行波时域计算方法573-580

摘要：同塔双回直流输电线路作为不平衡线路,行波在传播过程及端口折反射所涉及的频变特性是其故障行波精确计算中需要解决的关键问题.为此,提出了一种适用于同塔双回直流输电线路的暂态行波时域计算方法.该方法利用矢量拟合法和叠加定理,将故障行波在直流线路端口的折反射特性等效为时序波矩阵形式,并利用时域阶跃响应矩阵计及故障行波在直流线路上传播时的频变特性,从而避免了复杂的时频域转换过程.基于 PSCAD/EMTDC 对实际同塔双回直流线路的仿真测试验证了所提算法的有效性和准确性.

基于虚拟阻抗的恒压恒频微电源的故障控制策略581-590

摘要：微电网孤岛运行时,恒压恒频控制模式的逆变型分布式电源（DG）支撑整个网络的电压与频率,其控制策略对微电网的故障穿越能力具有重要影响.该文采用虚拟阻抗法设计了U/f-DG 的故障控制策略,分析了基于虚拟阻抗的逆变型 DG 控制原理,并推导出 DG 在正、负序网络下的等效模型,设计了故障情况下 DG 的限流算法.考虑到 U/f-DG 对并网点电压的支撑效果,提出了一种虚拟阻抗阻感比的设计方法,使不对称故障时并网点电压不平衡度最小化.并提出一种 U/f-DG 与从属 DG 的协调控制策略,使得微电网平稳度过故障暂态阶段.最后,Simulink算例仿真验证了所提故障控制策略的有效性.

基于奇异值分解的同调机群识别方法591-600

摘要：提出一种基于奇异值分解的同调机群识别方法.该方法直接面向发电机实时功角数据,利用奇异值分解技术提取反映机组同调性的关键信息.从能量的角度出发,根据定义的能量贡献率指标自适应地选择奇异值数量,构造低维权矩阵,进而实现数据的显著降维.最终通过对权矩阵进行聚类分析实现同调机群识别.该方法具有原理简单、易于实现、计算量小等特点,能够十分方便地实现大型复杂电网中机群的同调识别.提出了该方法的在线应用框架,测试结果表明该方法分群速度快,具备在线应用潜力.此外,同调识别的结果可直观地进行图形展示,有利于电网的运行控制与分析.通过 IEEE 39 节点系统和南方电网算例验证了该方法的有效性和正确性.

直流叠加交流电压下交联聚乙烯中电树枝特性研究601-608

摘要：电树枝在直流电压和交流电压下具有明显不同的引发和生长特性.为了研究直流电缆系统中直流成分和交流成分对电树枝特性的影响,该文研究了直流叠加交流电压情况下电树枝的引发和生长特性.研究结果表明,交流分量的引入极大地降低了电树枝的引发电压,并使得电树枝的生长速度较单纯直流电压下大大增加.直流叠加交流复合电压下电树枝的引发主要受交流分量的影响,而直流电压对其影响较小.负极性直流偏置电压下,电树枝主要为双结构的松枝状树枝,生长速度较慢,且直流电压的增大并未对其生长速度造成明显影响;而正极性偏置电压下,电树枝分支较少,生长速度较快,生长速度随着电压的增大而迅速增加.实验结果表明直流电缆系统中若存在较大的交流分量,将对直流电缆系统的绝缘安全构成较大威胁.

变压器油纸绝缘绕组过载条件下的热老化试验方法研究609-617

摘要：油浸式电力变压器在超过铭牌额定值运行时,绕组导体发热量增加,绝缘纸由于温度上升而发生热老化,缩短其使用寿命.传统试验采用加速热老化研究油纸绝缘材料的热老化速率以获得热寿命模型.变压器实际运行中,由于绕组结构及绝缘油的流动散热作用,绕组绝缘纸层间温度场并不均匀,且绝缘油温度也低于绕组热点温度.采用传统的整体加热方式,将会由于绝缘油在高温下性能的快速劣化而使试验结果严重偏离实际情况.该文提出了一种新的绕组油纸绝缘热老化试验方法,采用电流发生器产生电流使绕组发热,将安放于绕组上的温度传感器信号反馈至电流发生器的调压装置,以控制输出电流的大小,从而获得试验所需的恒定老化温度.基于该试验平台开展了绕组油纸绝缘加速热老化试验,测试了老化过程中绝缘纸的聚合度变化规律.结果表明,与传统的加速热老化方法相比,该文提出的加速热老化试验方法不但更贴近变压器运行的实际情况,而且可以在同一个容器中,同时实现多个温度下的加速热老化试验,大大节省了老化所需的时间及成本.

植物油-纸绝缘气隙放电形态及发展特征618-626

摘要：气隙缺陷是油纸绝缘常见的局部放电缺陷模式.随着植物绝缘油变压器的推广应用,研究植物油-纸绝缘气隙放电及其特征具有重要的意义.论文采用气隙放电模型和模拟油箱,从放电机理的角度对比分析了植物油-纸绝缘与矿物油-纸绝缘气隙放电的起始放电参数,结合电流脉冲波形和RGB统计图谱,对比分析了整个气隙放电发展过程中的形态特征.结果表明,相比于矿物油-纸绝缘,植物油-纸绝缘气隙放电阶段特征更加明确,具有较低的起始放电电压,较小的初始相位,较少的气隙放电双峰脉冲,较小的放电量,较多的放电次数和更明显的“兔耳”谱图.实验结果为有效识别植物油-纸绝缘气隙放电及其发展特征提供了参考.

典型植被灰烬颗粒对导线-板间隙放电特性的影响627-633

摘要：为分析典型植被灰烬颗粒对导线-板间隙放电特性的影响,利用模拟山火试验平台研究茅草、秸秆、杉树枝叶三种典型植被灰烬颗粒下间隙的交流击穿特性;同时建立仿真模型,系统分析颗粒对间隙击穿特性的影响机制。结果表明：在交流电压下,灰烬颗粒的存在使间隙的绝缘强度大幅度下降,平均击穿电压梯度约降至纯空气间隙的54%,茅草的灰烬颗粒对间隙交流击穿特性的影响大于其他植被;颗粒的存在会使间隙背景电场发生明显的畸变,长条形颗粒附近的最大电场强度约增大为背景电场强度的10-2倍,当长条形颗粒的长度由15 mm增至25 mm时,间隙的最大电场强度增大约55-7%;颗粒离模拟导线越近,相对介电常数越大,其对间隙电场的畸变程度越大。

一种单绕组无轴承开关磁阻电机抑制转矩脉动和悬浮力波动的控制方法634-641

摘要：由于定、转子的双凸极结构,无轴承开关磁阻电机在采用传统控制方法时存在较大的转矩脉动和悬浮力波动.为解决这一问题,该文提出一种直接瞬时转矩和直接悬浮力控制方法（DITC＆DFC）.该方法通过转矩滞环控制以及等效电压符号选择的方式,同时对电机转矩和悬浮力进行直接控制,并且省去了传统算法中的电流环,在控制性能得到提升的同时简化了控制算法.基于12/8极单绕组无轴承开关磁阻电机,详细分析了电机悬浮机理和所提控制方法的工作原理,基于Matlab/Simulink仿真环境和原理样机实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法的可行性和有效性.