中低压直流配电系统的主动保护研究
摘要：分布式发电和储能的大量接入、直流负荷的快速增长、电力电子技术的迅速发展,使得直流配电越来越受关注。直流配电系统将会成为未来配电技术的一个重要组成部分。但直流配电保护是直流配电系统快速发展的一个关键问题,亟需深入研究。针对中低压直流配电网中常见的短路、接地、环网、交直流混接、绝缘下降等典型故障类型,该文分析了这些故障的特点和发展过程,并提出了一种基于电力电子技术的主动保护方案,即将直流保护与电力电子变换器有效集成,基于变换器的拓扑结构和运行机理,保护动作逻辑与器件控制逻辑协调配合,实现快速保护和故障自然隔离。该文阐述了直流主动保护的应用场景,分析了主动保护各功能的实现原理和方法,论述了直流配电系统的短路主动保护和接地主动保护,以及直流环网、交直流混接故障的出现机理和基于主动保护的解决方法。最后通过试验进行验证,结果表明,主动保护能够有效可以实现故障的快速切断和准确隔离,从而保障系统的稳定。直流配电网功率控制策略与电压波动研究
摘要：给定结构的直流配电网的电压水平由负荷功率和控制策略决定,功率控制策略及其电压波动是直流配电网建设需要研究的问题之一。为得到不同控制策略下的直流配电网的电压波动特性,针对环状结构的直流配电网及其交直流电源的接口变流器,建立了直流配电网及其控制系统的动态模型,提出了基于不均衡度法评估直流配电网电压波动特性的方法;在此基础上,考虑风电机组接入和退出等因素的影响,研究了基于主从和下垂控制方式下的直流配电网的电压波动。结果表明,对环状直流配电网,主从控制的电压调节能力更强,下垂控制的电压波动的均衡性更好。研究成果可供建设直流配电网以及选择电网控制方式参考。直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究
摘要：该文以下垂控制直流微电网为研究对象,首先推导直流系统的小信号模型,通过特征值分析,研究负荷功率及类型、变流器下垂系数等参数变化对系统稳定性的影响,发现当变流器采用详细建模时,系统中由线路的等效电抗与变流器的稳压电容构成的低阻尼LC环节会与电压源型变流器的输出阻抗相互影响,导致直流微电网发生高频振荡失稳现象,给稳定运行带来不利影响。文中利用阻抗匹配准则,提出基于低通滤波的有源阻尼方法,通过改变变流器的等效输出阻抗,使主导特征根向s域平面左侧移动。仿真与实验结果表明,系统参数变化对稳定性的影响与理论分析一致;该有源阻尼方法能有效增大系统阻尼,改善系统的稳定性。混合电网的交直流解耦潮流算法
摘要：潮流计算是电力系统分析的基础,基于交替迭代的混合潮流计算,便于灵活处理换流器的各种控制方式,而且对交流子系统的计算,可以直接利用成熟的交流潮流计算方法。但是,该类算法需要分别迭代求解交、直流潮流,并且需要交替进行多次。文中分析了该类算法的迭代过程需要多次交替进行的原因,提出一种适用于电压源换流器（voltage source converter,VSC）型混合电网的交、直流解耦潮流算法,该算法通过调整交、直流子系统的划分界限以及VSC的有功控制参量,避免了迭代的多次交替,从而使混合潮流的计算量大为减少。通过算例验证了新算法的有效性,以及在处理直流电压控制方式上的优势。柔性直流电网串联直流潮流控制器及其控制策略研究
摘要：首先给出直流电网的线路直流潮流控制原理,分析直流电压及线路等效电阻对直流潮流的影响。在此基础之上,结合双极柔性直流输电系统,提出一种基于双有源桥（dual active bridge,DAB）拓扑的线路直流潮流控制器。与已有研究相比,所提出的直流潮流控制器无需额外配备外部电源,能够实现直流输电线路功率的双向灵活控制。通过PSCAD/EMTDC软件仿真平台所搭建的包含直流潮流控制器的两端双回路双极柔性直流输电系统,对直流潮流控制的静态、动态响应特性进行仿真分析,并研制实验原理样机,进行相应的动模实验验证。仿真和动模实验结果表明,该直流潮流控制器能够实现直流电网线路直流潮流的有效控制。具备直流故障穿越能力的混合MMC可靠性分析和冗余配置方法
摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）已经成为高压直流输电领域具有很大应用前景的换流器技术。目前已有许多具有直流故障穿越能力的MMC子模块（sub-module,SM）拓扑,并且由不同类型的SM构成的混合MMC同时具备了较强的直流故障箝位能力和低投资、低损耗的优点。重点研究具备直流故障穿越能力的混合MMC的可靠性分析和冗余配置方法,首先研究同时满足支撑直流电压和直流故障穿越能力的混合MMC中两类不同拓扑子模块的初始临界数目比例,进而同时考虑半导体器件的有效利用率及MMC的可靠性,通过计算三维曲面的一阶差分,提出两种子模块的最优冗余配置方案,最终得到具备直流故障穿越能力的混合MMC中子模块的最优配置方案。以实际工程参数为基准,分别计算两种混合MMC的最优子模块冗余配置方案,与采用单一可切断直流故障电流子模块拓扑的MMC相比,在满足可靠性需求的前提下,混合MMC所需器件数目明显降低。基于机会约束目标规划的高风电接入比例下大规模储能与火电协调调度
摘要：针对大规模风电不确定和波动性对电力系统调度的影响,提出了基于双层规划（bi-level programming,BLP）和机会约束目标规划（chance constrained goal programming,CCGP）结合,求解高风电渗透率下的火电储能协调调度模型的方法。首先,引入具有很好灵活性和优先性的机会约束目标规划处理含多个机会约束的不确定模型。然后基于双层规划的分层思想,提出＂先分类后分单元＂的求解思路。上层规划侧重不同类电源间的互补运行,以系统安全性和消纳风电为目标;下层规划侧重同类机组（单元）的出力分配,以运行经济性为目标。最后,利用算例对模型的有效性进行验证,对储能在含风电系统中的作用进行分析。结果表明：模型能够很好地兼顾系统安全性与经济性对风电进行消纳,储能的合理调度能够进一步提高系统对风电的消纳能力。确定应用场景下的储能系统典型运行曲线挖掘
摘要：通过对确定应用场景下的储能系统运行曲线进行典型特征的挖掘,可以实现对该应用场景下储能系统运行特性的整体认知,为储能系统容量配置提供计算依据。依托储能系统平抑光伏电站功率波动的应用场景,提出一种基于云模型的典型运行曲线挖掘算法。将储能系统纵向时序功率值的频率分布分解为若干个不同粒度的云模型,对正态云模型组的期望加权求和,从而整合出储能系统典型运行曲线。在分析6种典型天气类型下储能功率分布与典型运行曲线功率分布的基础上,采用非参数估计法实现功率值分布的拟合,计算得出拟合偏差,验证所提取典型运行曲线的合理性。根据该曲线给出了储能系统的容量配置。通过仿真实例验证了典型运行曲线的有效性和正确性,为实现储能系统的容量配置提供了理论支持。混压同塔四回线跨电压故障的短路计算
摘要：混压同塔四回线路运行中因弱电强磁导致线路保护不正确动作的现象时有发生,同时混压同塔四回线跨电压故障影响系统的安全稳定运行。对弱电强磁系统的跨电压故障进行故障分析对电力系统的继电保护配置和整定有着重要意义。该文着眼于整个系统,提出统一2个电压等级系统的零序等效网络图,并根据混压同塔四回线跨电压故障时2个双回线系统边界条件的相同点,将2个双回线系统的复合序网络图进行扩展,得到统一两系统的改进复合序网图。在此基础上得到各种不同故障类型下故障电流的正、负、零序分量计算方法,此结果可以直接用于各序分量构成的继电保护原理的计算,计算量小,物理意义明确,工程应用价值高。利用PSCAD软件对一500 k V/220 k V同塔四回线路不同类型故障进行了仿真,验证结果证明了理论分析的正确性。低温等离子体耦合氯化钙模拟烟气脱汞实验研究
摘要：采用介质阻挡放电低温等离子体（dielectric barrier discharge non-thermal plasma,DBD-NTP）结合氯化钙（Ca Cl2）吸附剂进行了模拟烟气脱汞实验研究。实验结果表明,Ca Cl2能够有效的吸附经DBD-NTP氧化的汞化合物,而DBD-NTP中间耦合Ca Cl2氧化脱汞方式效果更佳,在输入能量为120J/L条件下,汞脱除效率在数分钟内就可达到98%以上;通过对Ca Cl2吸附的汞化合物采取程序升温脱附法（temperature programmed desorption,TPD）以及能谱分析（energy dispersive spectroscope,EDS）,推断汞化合物产物形态为HgC l2、Hg2O、HgO 3和HgO的混合物;在DBD-NTP中间耦合Ca Cl2氧化脱汞过程中,除了发生汞的气相氧化反应外,NTP还能够激发Cl元素参与到Hg~0的氧化过程,并且形成的汞氧化物能够提供一定的活性位,通过表面诱导反应进一步促进对Hg~0的氧化作用。无烟煤煤粉气流在特定高温氧气氛围下的点火特性
摘要：燃用无烟煤的大型电站锅炉在冷态启动过程中要消耗大量的燃油。为了解决该问题,提出了一种高温氧气直接点火技术,可用极少量燃油将氧气加热至最高1 480℃的高温,然后用高温氧气直接点燃无烟煤煤粉气流。采用热态点火实验和数值计算的方法验证了该技术的可行性与有效性。在热态实验部分,以山西阳泉无烟煤作为实验煤种,完成了4种工况下的高温氧气点火实验,证明了高温氧气可以直接点燃无烟煤煤粉气流,并给出了最佳的高温氧气点火热源参数。在数值计算部分,将热态实验部分的4种工况分别进行了数值模拟计算,从理论角度证明了该方法的可行性。为无烟煤煤粉气流的冷态点火提供了一种新的有效方法。转捩对风力机涡流发生器气动性能影响的数值模拟研究
摘要：转捩效应对叶片气动特性产生重要影响。考虑了转捩效应,采用SST全湍流模型和Gamma-Theta转捩模型对安装有涡流发生器的DU91-W2-250叶片微段进行了三维计算,并与文献试验数据对比,研究了转捩对风力机涡流发生器气动性能的影响规律。结果表明：在攻角0°~22°范围内,转捩模型计算的升力系数与试验值吻合更加良好,最大误差仅为7.9%;全湍流模型在攻角大于18°,升力系数最大误差达23.1%。转捩模型计算的升阻比曲线与试验值基本吻合,全湍流模型最大误差达51.8%。全湍流模型计算的叶片分离区尺寸明显大于转捩模型的,转捩效应使叶片分离区域变小,起到延迟失速的作用。在5°小攻角下,转捩发生在涡流发生器下游;在14°攻角下,转捩发生在涡流发生器上游,转捩模型能准确捕捉到叶片前缘的分离泡。非隔离型H6桥单相光伏逆变器无功补偿调制及并网电流波形改善控制
摘要：为满足新的并网标准对单相光伏并网逆变器无功补偿功能的要求,针对非隔离型H6桥单相光伏逆变器,该文提出一种具有无功补偿功能的分段调制策略。分析与讨论了H6桥单相拓扑输出无功功率时,在输出电压过零点及电流过零点,并网电流产生畸变的原因。采用比例–积分–谐振（proportion integration resonance,PIR）控制器来抑制并网电流的直流分量。并通过构造PIR全程滑模面,推导并网电流滑模控制律,平滑了H6桥在两种调制模式的过渡过程,改善了并网电流的波形控制。最后,搭建了5 k V？A单相光伏并网逆变器的实验系统,并通过对实验结果的分析,验证了理论分析的正确性以及所提调制方法与控制方案的有效性。考虑锁相环影响的LCL型并网变换器电流环控制器参数设计
摘要：通常风电场位于大电网的末端,并网端口电压的大幅波动将引起锁相环不同程度的暂态响应,使并网系统无法呈现预期的控制性能,甚至出现暂态不稳定的现象。考虑锁相环的暂态特性以及线路参数对大功率直驱风电系统中LCL型并网变换器电流控制性能的影响,提出了一种基于多目标函数的电流环PI控制器参数设计方法。首先,建立了并网电流控制系统的精确静态模型。在此基础上,通过对系统响应特性的幅值裕度、相位裕度和静态误差的分析,得到了满足上述要求的PI控制器参数取值范围。随后,建立了受锁相环性能影响的并网电流控制系统的暂态模型,进一步对已有的PI参数取值区间进行优化,得到了性能更优的控制器参数组合。最后,基于典型参数下1.5 MW的LCL型并网变流器进行了仿真分析,在10 k W的直驱式风力发电并网变流器样机上进行了实验验证。结果表明,该方法可全面改善并网电流控制的动静态响应特性以及对电网环境的适应能力。双向全桥DC-DC变换器回流功率优化的双重移相控制
摘要：隔离式双向全桥DC-DC变换器（isolated bidirectional dual-active-bridge DC-DC converter,IBDC）采用单移相控制时会产生较大的回流功率和电流应力,导致损耗增加。该文通过建立IBDC采用单和双重移相控制时的输出功率及回流功率数学模型,推导出回流功率与移相比及输入/输出电压调节比之间的数学关系,提出一种以回流功率最小为目标的双重移相回流功率优化控制策略。该控制策略根据传输功率及输入/输出电压调节比所处的不同范围,采用分段优化方法,得出各范围内的最优内移相比。通过仿真计算,对比研究该优化策略与单移相控制下的回流功率曲线。文中给出详细的优化控制算法和系统控制方案,并基于该方案设计制作实验样机。实验结果验证了所提出双重移相回流功率最优控制策略的有效性与可行性。单相三电平脉冲整流器模型预测直接功率控制
摘要：该文以CRH_2（China railways highspeed-2）型高速电动车组牵引整流器为研究对象,以提高整流器响应速度和控制精度为研究目标。首先,给出整流器在d-q同步旋转坐标系下的数学模型,并给出d-q轴坐标分量的计算方法;然后,建立单相整流器瞬时功率数学模型,进而提出一种具有直流侧电容电压平衡功能的模型预测直接功率控制（model predictive direct power control,MP-DPC）,在此基础上,为降低该算法的复杂度,提出一种简易开关序列选择方法,与基于比例积分调节器的传统直接功率控制（proportional integral-based direct power control,PI-DPC）算法相比,该MP-DPC算法不仅提高了整流器的动态响应速度,而且考虑了中点电位的平衡控制对整流器瞬时功率的影响,无需功率内环PI控制器;最后,对该MP-DPC算法与传统定频PI-DPC算法进行了半实物实验对比验证,实验结果证明了所提控制算法的正确性。异步驱动电机流体流动特性数值研究
摘要：为研究异步驱动电机内外流体流动特性,该文以一台55k W异步驱动电机为例,基于计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）及数值传热学（numerical heat transfer,NHT）基本原理,根据电机冷却结构,建立外部包裹空气域的电机三维流固耦合求解域模型,在基本假设的基础上,施加边界条件,采用有限体积法对电机温度场及流体场进行数值计算,通过与实验数据对比分析,验证了计算方法的正确性和计算结果的准确性。最后,对电机内部流体流速、电机机壳及端部离心式风扇部分流体运动迹线等流变特性进行分析,揭示了中小型异步驱动电机冷却介质流动特性。基于二端口网络的三相异步发电机不对称稳态分析
摘要：对星接自激异步发电机三相不对称稳态运行进行分析计算,重点研究发电机电压变化情况。分析过程以Z参数的二端口网络和对称分量法为基础,推导发电机负载端的二端口网络模型及参数,该二端口网络输入端、输出端分别与异步发电机的正、负序等效电路相接合,建立异步发电机不对称稳态运行的等效电路。通过电路方法分析自激异步发电机不对称稳态运行性能,计算过程中实现了两个求解量的解耦。新分析方法通用性强,能大大提高计算速度。针对自激异步发电机带多种不同组合的三相不对称负载进行实验,实验值与计算值吻合好,由此验证了分析方法的有效性和准确度。
