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电工技术学报 2019年第06期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论与新技术

电弧作用下浸铜碳材料烧蚀过程的数值模拟1119-1126

摘要：电弧侵蚀是影响浸铜碳材料使用寿命的关键因素之一。首先,将电弧等效为高斯分布的热源,基于热传导理论和流体理论,考虑材料相变,探讨了浸铜碳材料的温度变化过程、材料发生相变的熔化-凝固过程;接着,分析了液体表面张力是烧蚀熔池流动的主导因素,影响材料内部的温度分布;最后,考虑浸铜碳材料的蒸发升华,求解了材料表面的形貌及温度分布。仿真研究结果表明:电弧作用下,浸铜碳材料相变形成熔池域,电弧熄灭后,熔池域继续扩大一段时间才逐渐减小;熔池表面散热较内部散热快。液体表面张力导致熔池表面流动,进而加快材料表面散热。电弧持续作用下,浸铜碳材料表面逐渐形成烧蚀熔池和烧蚀凹坑。烧蚀熔池的半径和深度随着时间的变化近似线性增长,材料表面烧蚀凹坑处的温度最高,其值在碳的升华温度附近波动。

基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型电场耦合电能传输系统1127-1136

摘要：电场耦合电能传输(ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线传能方式。在实际应用中,有些用电设备在不同的运行阶段需要不同类型的输入电源。当ECPT系统为此类设备供电时,不仅要求系统的输出不能随着负载的改变而发生较大的浮动,还需要系统的输出特性能够在电压源与电流源之间转换。针对这种需求,提出一种基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型ECPT系统,分析T-CLC网络、F-LCLC和F-CLCL网络的传输特性,分别建立T网络与两种F网络的恒流输出和恒压输出条件,给出恒流T网络和恒压F-CLCL网络的拓扑转换方法,并在网络传输特性的基础上给出系统的主要参数设计方法。最后通过仿真与实验验证了所提系统的恒压和恒流输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。

多负载多线圈无线电能传输系统各路输出的恒压特性设计1137-1147

摘要：在多负载多线圈无线电能传输系统中,非期望耦合线圈之间的磁场交叉耦合导致系统建模复杂以及各路负载恒压设计难以实现。为此,本文提出多层结构的隔离方案以实现非期望耦合线圈间的磁交叉去耦,基于此,给出多路负载无源恒压输出设计。在磁交叉去耦方案中,采用三层结构(铁氧体-铝-铁氧体)的隔离方案对同轴线圈的非期望耦合进行去耦,采用双层结构(铁氧体-铝)实现对非同轴线圈的磁交叉去耦。把所提的磁交叉去耦方案应用到一个三负载六线圈的级联式无线电能传输系统中,系统中非期望耦合线圈间的互感降低至小于原来的6%,而期望耦合线圈间的互感得到一定提升。进一步利用T参数矩阵法设计出无源补偿网络,实现各路负载恒压特性。最后实验结果表明,各路负载在10~100Ω的变化范围内负载的最大电压偏差不超过其设计值的9.3%。

电工技术学报杂志电机与电器

低速大转矩永磁直驱电机研究综述与展望1148-1160

摘要：低速大转矩永磁直驱电机替代传统的感应电机加机械减速机构的传动模式具有明显的优势,受到越来越广泛的关注。转矩密度是衡量低速大转矩直驱电机的关键指标之一,本文主要从结构特点、应用现状和科研进展等方面,介绍了真分数槽集中绕组永磁电机、永磁游标电机、永磁盘式电机、横向磁通电机和双定子/双转子电机等几类高转矩密度低速大转矩永磁直驱电机。概述了转矩脉动、气隙偏心故障、机械强度和温度场研究等的必要性和方法。基于研究现状展望未来发展方向,为实现高性能低速大转矩永磁直驱电机提供参考。

基于动态相对增益阵列的永磁同步电机电流控制器解耦分析1161-1169

摘要：永磁同步电机电气系统经过坐标变换,可以化为一个含有交叉耦合的双输入双输出系统,需要设计适当的控制器进行解耦控制。目前对电流解耦控制器已经有较多研究,主要分为直接补偿解耦、矩阵对角化解耦和状态反馈解耦。然而对于不同控制器的解耦效果没有直观统一的判断标准。动态相对增益阵列(DRGA)可以衡量多变量控制系统的耦合含量,本文将DRGA引入电机的电流解耦研究中,分析电机频率与参数估计误差对解耦性能的影响,并对比不同的解耦控制器。仿真与实验结果表明所提方法可以有效地分析不同控制器的解耦效果。

基于小波包变换的电流互感器饱和识别及有效数据运用策略1170-1179

摘要：为解决电流互感器(CT)发生饱和时其二次电流畸变进而导致母线差动保护误动的问题,提出一种电流互感器饱和识别及有效数据提取方案。首先基于采样信息时频特性的相似性将连接于同一母线的CT划分为一组,然后在保护启动后采用优化小波包算法识别组内所有CT采样电流的突变点,通过对比识别CT饱和,同时提取故障发生后的有效数据段,根据其长度采用不同的滤波算法进行保护计算。基于PSCAD的仿真表明所提方案能够准确识别各种不同类型的CT饱和,对于快速饱和、干扰以及转换性故障也能有效应对。

电工技术学报杂志电力电子

基于直流侧无源电压谐波注入法的串联型24脉波整流器1180-1188

摘要：为抑制串联型多脉波整流器的输入电流谐波,提出一种直流侧电压谐波注入法。该方法通过谐波注入电路产生6倍电网电压频率的电压谐波,并通过谐波注入变压器注入串联型多脉波整流器的直流侧,使整流器输入电流的波形近似为正弦;借助开关函数法,分析移相变压器输入电压24阶梯波的形成过程;从移相变压器输入电压总谐波畸变率(THD)值最小角度出发,设计注入变压器的最佳匝比。仿真和实验结果表明,使用谐波注入电路后,整流器的输入功率因数由97.43%提高到98.94%,电能质量得到明显提高;移相变压器的输入电压由12阶梯波变为24阶梯波,其THD值由9.74%降到3.34%,输入电流THD值由7.62%降到2.65%,整流器的谐波抑制性能得到显著提升。

输入串联输出并联LCL型并网逆变器系统的目标多重化控制策略1189-1200

摘要：输入串联输出并联(ISOP)逆变器组合系统适用于高直流电压输入、大功率交流输出的应用场合。如果将ISOP逆变器的拓扑应用在并网场合,那么一个大容量的并网逆变器就可以由多个小容量的标准化逆变器模块组成,这将有效提高系统的可靠性并且有利于系统的设计。本文基于ISOPLCL型并网逆变器组合系统,给出其优化拓扑以降低系统的体积和质量,并据此筛选控制变量,进而提出一种分布式控制策略以实现并网系统的多重控制目标,其包含模块间的功率均衡、谐振尖峰的抑制和进网电流的高功率因数。然后,论文在所提分布式控制的基础上给出一种冗余运行方案,保证ISOP逆变器并网系统中故障模块的平滑退出和备份模块的顺利投入。最后通过实验,验证了所提方案的有效性。

电工技术学报杂志电力系统

光伏发电出力预测技术研究综述1201-1217

摘要：准确的光伏发电出力预测对于保障高比例光伏接入后系统的安全稳定与经济运行具有重要意义。目前我国对于光伏发电出力预测技术的研究尚处于广泛研究阶段,本文对光伏发电出力预测技术的研究成果进行归纳总结。首先,分析光伏发电系统的发展及预测现状;然后,从点预测、区间预测和概率预测三个方面,分别对当前的预测方法及技术、预测效果的衡量指标等进行了梳理、归类、总结和评述;最后,根据目前我国光伏产业的现状及发展趋势,探讨未来光伏发展及出力预测的研究方向。

基于运行安全的频率控制性能评价新方法1218-1229

摘要：目前我国电网在频率控制性能评价方面实施的"时段CPS标准",存在指标设计缺乏理论依据、评价方式过于严苛等不足,导致一些电网出现机组调节频繁、评价结果与控制效果不匹配的现象。本文从系统安全运行的角度出发,以《电力系统安全稳定控制技术导则》为依据,抽象出频率控制的要求:正常运行情况下保证频率留有一定的安全裕度;Ⅰ类扰动情况下限制频率持续越限的时间。鉴于此,提出新的频率安全评价方法(FSAM),包括评价指标和评价方式的设计,以此对区域在正常情况和Ⅰ类扰动情况下的控制行为进行规范和评价。算例仿真表明:本文方法能够引导控制区域进行有利于系统安全运行的调节行为,保证频率在安全范围内变化,且能够减少机组调节次数,提高运行的经济性。

基于状态空间法的高压直流输电系统电磁暂态简化模型的解析算法1230-1239

摘要：提出一种基于状态空间法的高压直流(HVDC)输电简化模型的解析算法,用于模拟逆变侧交流故障下直流系统的暂态响应。首先利用准稳态模型对HVDC系统的整流侧做简化;然后把不同工况下的换流器写成统一的形式,并把简化后的HVDC系统模型用一个分时段线性的非齐次微分方程组来描述;最后,通过引入辅助变量,将非齐次方程转化为齐次,从而使计算复杂度大大降低,同时简化后的系统可以用解析算法求解。控制系统用微分-代数方程组描述,用变步长数值积分法求解。在Matlab里编写相应程序实现所提简化模型的解析算法,并与PSCAD里搭建的双端电磁暂态模型进行比较,以验证所提算法的准确性。

计及控制时间窗内功率波动的风电场群无功电压分层优化控制1240-1250

摘要：针对因风电场群的无功电压控制指令周期远大于风电场内有功无功控制周期而造成的场群电压控制指令没有考虑控制周期内有功出力波动带来的节点电压变化的问题,提出一种考虑控制时间窗内电压波动的大规模风电场群无功电压优化控制策略。区域场群控制层采用模型预测控制技术,通过对控制窗内风电出力的动态预测,求取控制窗内从当前至未来多个时刻的中枢点电压偏差和总网损的最优无功控制向量,然后对各风场下达当前无功控制指令。各风场进行自主优化跟踪。通过实时滚动优化,达到总体优化控制效果。在RT-Lab仿真平台上建立由9个大型风电场组成的场群模型,验证了所提出的控制策略比常规优化控制有更好的全局电压优化控制效果,可降低由于风电波动而产生的无功电压事故的风险。

一种基于消弧线圈和静止同步补偿器协同作用的配电网消弧结构与方法1251-1262

摘要：由于线路对地电容的存在,中性点非有效接地系统发生单相线路接地故障后会引起较大的接地故障电流甚至弧光。本文提出一种基于消弧线圈和三相级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)协同作用的新型配电网单相线路接地故障消弧结构和方法,该结构将STATCOM中性点通过消弧线圈接地,当单相接地故障发生后,消弧线圈补偿接地故障电流中的大部分基波分量,另外通过对STATCOM增加共模控制回路,来补偿接地故障电流中剩余的基波、谐波和有功分量。实现了无源与有源消弧措施的结合,提升了单相接地故障电流的补偿效果,避免了使用STATCOM中性点直接接地来补偿接地故障电流时直流侧电压大幅升高和所需级联H桥单元增加的问题。另一方面该方法能够同时实现STATCOM无功补偿功能与消弧功能,提高了设备利用率。最后,通过Matlab/Simulink仿真和低压版实验系统的结果验证了该方法的可行性和有效性。

含高渗透率可再生能源的主动配电网两阶段柔性软开关与联络开关协调优化控制1263-1272

摘要：主动配电网要求配电网满足灵活可控、弹性坚强的要求,然而高渗透率可再生能源(REG)的接入给主动配电网的经济安全运行带来了很大的挑战。针对REG出力的时序性与随机性,考虑REG预测误差,建立两阶段柔性软开关(SOP)与联络开关协调优化控制架构。在日前阶段以网损最小、弃风弃光最少为综合目标建立了SOP与联络开关时序协调优化模型;在日内滚动优化阶段,基于模型预测控制建立SOP反馈滚动优化控制模型,以减少REG出力随机性对配电网运行的影响。提出网络重构约束的二阶锥模型转化方法,以实现利用混合整数二阶锥规划方法统一求解SOP与网络重构的协调优化。算例结果表明,通过日前、日内滚动两阶段协调优化控制能充分考虑REG出力的波动性与随机性,增强配电网对REG的消纳能力,在提升配电网电压水平的同时改善配电网的经济效益,保障配电网经济安全运行。

变频调速器电压暂降耐受特性试验及量化方法研究Ⅰ:机理分析与试验方法1273-1281

摘要：变频调速器(ASD)是电压暂降敏感负荷之一,其暂降耐受能力受到不同因素的影响。本文利用直流侧动态方程和异步电机动态方程,分析ASD电压暂降耐受特性受ASD自身(保护、控制方式)、负荷侧(负荷特性)以及源侧(暂降类型、电压暂降前/后电压幅值、暂降形状)因素的影响机理;在机理分析和现有标准测试项目与试验方案的基础上,提出一种基于源侧暂降特征、设备敏感机理和负荷特性的分区段全参数ASD电压暂降耐受特性试验方法,并针对ASD耐受特性曲线最左侧与时间轴垂直、水平部分向左下倾斜的特点,提出一种能够在一定程度上提高试验效率的测试点选择方法-改进封闭法。为量化变频器的电压暂降耐受能力提供基础,同时为标准制定、厂家设备制造和用户电能质量治理提供参考。

基于自适应积分滑模约束控制的电池储能系统能量管理1282-1289

摘要：针对电池储能系统中的能量管理问题,提出基于输入输出数据的无模型自适应积分滑模控制策略。首先设计自适应观测器对动态线性化方法中的伪偏导数进行估计,然后构造离散系统下的积分滑模面,设计反馈控制律和等效控制以跟踪期望输出功率。为了解决控制系统中的积分饱和与执行器饱和问题,在抗饱和控制算法中增加补偿信号,并对控制算法的稳定性进行了证明。最后通过仿真以及与无模型自适应控制策略对比,验证了控制方法在非线性离散系统上的有效性和优越性。

基于铁路功率调节器的高速铁路牵引供电系统储能方案及控制策略1290-1299

摘要：针对高速铁路牵引供电系统中大量再生制动能量不能得到有效利用的问题,提出一种基于铁路功率调节器(RPC)的牵引供电系统储能方案及其控制方法。首先,研究牵引供电系统储能方案的拓扑结构,分析四种典型工况下系统的能量传输特性;接着,分析RPC动态补偿电能质量的基本原理,并提出一种计及储能装置的RPC控制策略;然后,研究基于电流闭环的储能装置控制策略;最后,通过仿真算例证明本文所提出储能方案和RPC控制策略的正确性和可行性。结果表明,所采用的储能方案能有效回收利用高速铁路牵引供电系统产生的再生能量,所提出的RPC控制策略能更好地解决储能装置接入牵引供电系统后的负序和谐波电流补偿问题。

电工技术学报杂志高电压与放电等离子体

换流变压器阀侧套管油纸绝缘研究现状1300-1309

摘要：换流变压器作为连接高压直流输电系统交流侧和直流侧的关键设备,其阀侧出线装置可靠性直接关系到电力系统的安全稳定运行。油纸绝缘作为阀侧出线装置的主绝缘,长期受到交/直流复合电场以及极性反转等复杂工况的影响,在受到电场、热场以及机械应力等多场耦合作用下易发生绝缘劣化积累空间电荷,而油纸绝缘介电参数和电导参数的不匹配也将使得界面电荷积累严重,导致沿面闪络或绝缘击穿,这也是目前换流变压器阀侧出线装置油纸绝缘结构发展面临的严峻问题。本文综合国内外研究现状论述了换流变压器阀侧出线装置油纸绝缘研究进展,分析了油纸绝缘在不同环境工况下电荷行为、局部放电和击穿特性,探讨了电场、温度、水分、老化等因素对其的影响,并对绝缘纸改性进行论述,展望了未来换流变压器阀侧出线装置油纸绝缘结构改性的发展趋势。这些研究成果的总结能为油纸绝缘材料的发展、改善提供参考和借鉴。