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中国电机工程学报 2016年第08期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

高性能电机系统的共性基础科学问题与技术发展前沿2025-2035

摘要：我国电机系统学科在能源动力、交通运输、高端制造和国防军工等领域的重大装备中已取得一系列标志性成果,但应用领域的不断拓展对电机系统高品质运行性能提出了更高的需求,具体体现为＂四高＂、＂一低＂、＂一多＂,即高功率密度、高可靠性、高适应性、高精度、低排放、多功能复合。针对不同领域以及恶劣环境的应用需求,该文从设计、实现、运行与控制层面提出了电机系统的若干共性基础科学问题,并对电机系统的前沿发展方向进行了展望,即：拓展材料和器件精确模型的边界,以适应极端环境和极端应用条件下的装备需求;采用多功能复合集成的思想,将感知和执行融为一体,实现高功能密度和高可靠性。

海上全直流型风电场的研究现状与未来发展2036-2048

摘要：随着海上风电场的快速建设,经济有效的大规模海上风能汇聚和传输方式已被日益关注。为了使未来的海上风电场更好地采用高压直流输电并网,先进的直流变换和直流风机的概念被引入,以形成全直流型风电场。针对海上全直流型风电场4大关键科技问题的国内外研究现状进行梳理,包括：组网方式（有无升压站）与评价方法;关键设备（直流风电机组、海上升压站中直流变压器、岸上换流站和直流断路器）技术;运行与控制;故障与保护。结合以上关键技术的发展趋势,对未来海上全直流型风电场进行展望,并给出一种基于模块化多电平技术的推荐配置。

一种基于模型预测的城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略2049-2056

摘要：集中式需求响应控制策略在非理想通信环境中易受到不良影响,因此提出一种基于模型预测的城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略,以达到辅助电力系统运行,平抑可再生能源波动,同时减少信息传输量,削弱非理想通信环境影响的目的。该文首先讨论典型温控负荷电热泵设备的二阶微分方程形式热力学参数模型。在此基础上,构建一种分层分布式需求响应控制策略,并将电热泵设备指数模型作为控制中心预测模型,进行电热泵设备模型预测,以减少数据传输量同时达到控制效果。最后完成模型预测不同校正时间间隔对目标跟踪以及可再生能源波动平抑效果的影响仿真分析。

无平衡节点孤岛运行微电网的连续潮流计算2057-2067

摘要：连续潮流（continuous power flow,CPF）是电力系统电压稳定分析的有效工具,也是解决常规潮流中病态潮流问题的方法之一。针对无平衡节点孤岛运行微电网系统的无平衡节点、且有下垂控制分布式电源装置的特性,提出一种无平衡节点孤岛运行微电网CPF计算方法。采用不要求雅可比矩阵非奇异,且具有全局收敛性的LM-TR方法求解初始点。预测环节采用结合局部参数化方法的切线法。校正环节提出新型的超球面参数化方法,并采用结合传统牛顿法和带Armijo型线性搜索牛顿法的组合牛顿法进行校正,以保证CPF校正计算成功,及实现整个CPF过程中在较高计算精度下一直采用较大定步长预测。对改造后的37节点和17节点无平衡节点孤岛运行微电网系统采用所提方法进行CPF计算,验证了其正确性和有效性。

中国电机工程学报杂志直流输电技术

LCC/VSC混合直流电网模型研究2077-2083

摘要：根据我国未来电网规划发展需求,提出了一种电网换相换流器（line commutated converter,LCC）和电压源换流器（voltage source converter,VSC）混合直流电网测试模型,用于研究LCC/VSC混合直流技术组网可行性及其用于可再生能源的大规模接入、电能大容量远距离输送和电网异步互联等场景的关键技术。文中详细描述了模型的设计理念、拓扑和功能,并给出了系统基本稳态参数。最后通过PSS/E程序对模型潮流进行了计算,并给出了系统在正常工况和N-1情况下的潮流结果和相关分析。

南方电网同步运行网架向异步运行网架的转变研究2084-2092

摘要：研究论证了南方电网同步运行网架向异步运行网架转变的必要性和可行性,指出云南电网与南网主网实施异步联网,可有效化解南方交直流同步运行电网中多回直流极闭锁等复杂故障引起的系统失稳风险,显著提升南网主网功角稳定性。同时,建立预防频率失稳的三道技术防线,即直流输电频率限制控制与发电机组调速器、响应故障事件的集中式切机、响应频率变化的分布式多轮次切机,可保障异步联网后云南电网的频率稳定性。此外,分析了实现云南异步联网的两个直流集中馈入弱交流系统引发的换流站无功补偿小组容量小数量多的问题,以及交流故障后直流振荡闭锁的问题,提出了综合应用静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）、串联补偿、柔性直流和常规直流相结合的解决措施。

基于同伦变换的VSC-HVDC分散协调鲁棒阻尼控制器设计2093-2102

摘要：针对含柔性直流的区域互联电力系统低频振荡,提出一种基于同伦变换的有功、无功分散协调控制方法。首先,通过数字子空间状态空间系统辨识算法辨识出系统多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）状态空间模型,并对系统进行振荡模态分析。其次,基于线性矩阵不等式鲁棒控制理论,设计出集中MIMO附加鲁棒控制器。最后,应用同伦变换将集中MIMO鲁棒控制器转化为分块对角化的结构,从而得到多个低阶单输入单输出鲁棒控制器。仿真验证表明,该文所设计的有功、无功相协调的分散鲁棒控制器能有效抑制低频振荡,控制器阶数低,无耦合,鲁棒稳定性强,在严重故障情况下能充分利用基于电压源换流器的直流输电的有功和无功调制能力,并且在信号丢失时能保持较好的阻尼性能。

基于虚拟阻抗的MMC交、直流侧故障过电流抑制方法2103-2113

摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）适用于高压大容量柔性直流输电。MMC-HVDC系统交、直流侧发生故障时产生的过电流直接影响着IGBT等电力电子器件的选型及系统安全运行,基于虚拟阻抗的过电流抑制策略可以有效对故障过电流进行抑制,且不影响系统的稳态运行。分别对MMC直流、交流侧故障产生的过电流机理进行分析,得出了不同电路参数对于过电流程度的影响;提出了基于虚拟阻抗的过电流抑制策略,基于通用的双闭环矢量控制策略,通过将实际电路元件的特性映射入控制系统以达到抑制故障过电流的目的;同时提出了系统故障过电流的评价指标;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了双端11电平仿真模型,仿真结果验证了基于虚拟阻抗的过电流抑制策略的有效性。

具有直流故障清除能力的MMC子模块关键性能研究2114-2122

摘要：由于直流故障熄弧问题,柔性直流系统中、大容量直流断路器的商业应用尚不成熟。利用换流器自身实现直流故障自清除成为未来柔性直流系统直流故障隔离的主要手段。针对近年来国内外学者提出的各类具有直流故障自清除能力的模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）子模块,该文对其关键性能进行了详细的分析比较。通过理论计算,分析了各类子模块的故障隔离速度和交流源阻断能力,并通过仿真进行验证。此外,从投资成本和附加功率损耗两个角度,结合算例分析,对各类子模块的经济性进行了分析比较。所取得的研究成果能够为工程实际中换流器子模块的选择提供理论依据与参考。

中国电机工程学报杂志电网信息物理系统

考虑监视与控制功能的电网信息物理系统可靠性评估2123-2130

摘要：电网信息物理系统的最主要特征是信息系统与物理系统的深度融合与相互影响。针对电网信息物理系统中信息系统主要的监视与控制两类功能,建立功能失效模型,研究每类功能对电网信息物理系统可靠性评估影响的表征方式,建立考虑控制功能作用后的断路器的设备可靠性模型。在此基础上,分析监视功能失效所导致的电网事故蔓延状况,提出考虑信息–电力作用的电网信息物理系统可靠性评估方法。最后,对测试系统进行仿真测试,分析信息系统故障发生位置对电网信息物理系统可靠性的影响,验证了所提算法的可行性、必要性与有效性。

分布式新能源接入能源互联网的信息物理广域关联接口2131-2141

摘要：能源互联网和电网信息物理系统（cyber-physical power systems,CPPS）是未来能源系统和电力系统发展的趋势,而分布式新能源发电是优化能源结构、实现多能源融合的关键。分布式新能源发电相关信息通过并网接口在能源互联网中广泛流通,使终端接口参与更广范围系统的分析调节,是能源互联网与电网信息物理系统的迫切需求。该文根据分布式新能源接口在CPPS的价值与应用特性,提出分布式新能源接入能源互联网的信息物理广域关联接口（wide-area cyber-physical associated interface device,WACPAID）概念。根据CPS节点化原则设计了其组成要素与各要素的信息物理映射,在此基础上根据控制需求建立WACPAID的CP融合模型。采用以有限状态机模拟信息决策,以预设事件轴为交互基准的模拟仿真方法,验证了其可感控性价值与终端级、系统级和市场级应用特性。

主动配电网中柔性负荷的混合系统建模与控制2142-2150

摘要：主动配电网具备信息物理系统的基本形态,为了更有效地实现其源网荷协调控制,该文在对分布式电网进行馈线功率控制的基础上,研究柔性负荷的控制框架与策略,考虑了馈线控制和电力客户两方面的效益,基于混合系统模型提出柔性负荷信息物理融合的控制模型与方法,最后通过仿真算例验证所提模型与方法的有效性。

中国电机工程学报杂志继电保护、通信及自动化

一种识别输电线路单相接地故障下第二个反向行波的方法2151-2158

摘要：识别第2个反向行波来自于故障点反射波还是对端母线反射波是单端行波测距和行波测距式距离保护的关键。基于输电线路单相接地故障的交叉透射现象,提出一种不受线路两侧母线结构影响的识别第2个反向行波的新方法。首先利用初始行波与第2个反向行波进行初步测距,判定故障区域;然后根据故障区域确定第2个反向行波的特征波对;最后根据第2个反向行波与其特征波对的极性关系判断第2个反向行波的来源,若第2个反向行波与特征波对的极性相同,则为来自故障点的反射波;若极性相反,则为来自对端母线的反射波。大量EMTP仿真验证了所提方法的可行性和有效性。

基于电流偏差均值控制特性的高压直流输电线路纵联保护新原理2159-2167

摘要：现有的直流输电线路纵联保护没有充分考虑控制特性的影响。该文分析得出换流器控制系统中受控电流偏差均值的故障特征。利用区内外故障时,两侧控制系统电流偏差均值特征不等式的差异,结合电流偏差与直流电流和电流指令的关系,提出纵联电流保护新原理。所提原理简单,无需电容电流补偿,并且充分利用了直流输电系统的控制特性。和纵联差动保护相比,所提原理拥有相同的耐过渡电阻能力,原理上无需暂态闭锁,动作速度快。和现有的纵联保护原理相比,所提原理动作区间长,可靠性高。数字仿真验证了所提方法的完备性和可靠性。

中国电机工程学报杂志发电

循环流化床锅炉床温动态模型2168-2174

摘要：循环流化床（CFB）锅炉的结构和控制系统与煤粉炉差异较大,最明显的区别在于床温控制。通过分析床温动态过程,定义了输入量的动态阶,利用最小二乘支持向量机（LSSVM）算法实时预测动态床温,采用遗传算法（GA）对不同负荷段下模型最佳输入动态阶组进行离线寻优,同时,更新LSSVM输入阶,保证准确性和有效性。由此建立GA-LSSVM床温动态模型。基于机组运行的实际数据,对所建模型进行仿真验证,结果表明模型具有较高精度,实时性强,能达到预测动态床温的目的。此外,通过模型仿真验证了不同负荷段下CFB锅炉床温动态性的差异,揭示了床温响应与锅炉蓄热、惯性的联系。

基于返料灰温偏差的600MW（e）循环流化床锅炉内气固不均匀分布2175-2180

摘要：亚临界循环流化床锅炉和超临界循环流化床锅炉均采用多个并联分离器分离烟气中的灰颗粒,而这种布置往往造成气固两相在并联分离器内的分布不均匀。文中分析了600MW（e）循环流化床锅炉内不同返料阀内返料灰温,比较不同位置的灰温随锅炉负荷的变化。采用灰温分布表征气固两相在并联分离器内的不均匀分布。研究发现,600MW（e）循环流化床锅炉内气固流动不均匀主要集中在同侧墙的3个分离器内。通过同侧墙3个分离器的返料灰的温度明显不同,而通过不同墙同位置分离器的返料灰的温差较小。进一步分析发现,后墙集气箱的布置方式使得各个并联分离器的压力出口不同,导致各个并联分离器的压降不同,进而导致各个分离器内气固流量不同。

内循环流化床内置床换热器传热特性试验研究2181-2187

摘要：在2.5MW（t）内循环流化床锅炉中试装置上,用自制的传热测试管,进行内置床换热器内传热状况的测定与分析。试验测量换热器中埋管管束表面与床层间的换热系数,研究了流化风速、颗粒粒径、床层温度对平均换热系数的影响规律,分析了埋管表面周向局部对流换热系数的分布状况。结果表明：当换热器内流化风速较小时,换热系数随风速的增加而变大,到达最佳流化风速时,换热系数达到最大值,之后随着风速的增加,换热系数稍有降低,然后趋于定值;颗粒粒径越小,对埋管表面的换热效果越好;埋管表面换热系数随床层温度的升高而增大;埋管的背风面换热系数总体大于迎风面,且随着风速的增加,分布趋向于均匀。针对此型内循环流化床内置床换热器中水平埋管,提出了其表面换热系数的试验关联式,较好地将试验值与预测值的偏差控制在25%以内。

垃圾气化过程中H_2对二噁英抑制作用的实验研究2195-2201

摘要：C—Cl是二恶英与普通烃类的主要区别,亦是分子结构中最弱的键。提出通过气化产物在设计条件下的均相转化,利用气相中充裕的H2,将C—Cl和有机会生成C—Cl的活性氯中的Cl都定向转移至HCl分子中,从而实现对垃圾气化过程中二恶英的抑制。基于前期机理研究获得的均相转化所需的反应条件,搭建上吸式固定床气化实验台对含氯量11.36%原料的气化过程开展了研究,对比分析了均相转化过程对二恶英和其他产物的影响。结果显示,气化原始工况下的产物中包含氯代烃和二恶英,加入均相转化后未检测到氯代烃,二恶英的生成量从1.66ng大幅降低至0.0893ng,燃料转化为二恶英的比例约为7.1pg/g。借助气化产物自身所含的H2,均相转化过程对气化产物中的二恶英达到了预期的抑制效果。