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中国电机工程学报 2016年第11期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

永磁直驱式风机采用混合直流并网的控制策略2863-2870

摘要：提出一种永磁直驱式风机经混合直流系统并网的拓扑,直流系统整流侧采用模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）,逆变侧采用电网换相换流器（line commutated converter,LCC）。该系统结合了MMC和LCC各自的优点,既可以为风电场无源系统提供电压支撑,又可以降低投资成本和运行损耗。MMC可以通过子模块投切瞬间改变直流侧级联子模块输出的总电压。基于此项特性,提出整流侧MMC控制直流电流的方法,将MMC的控制维度从交流侧拓展至直流侧。仿真结果表明,在逆变侧主网发生远区故障时,整流侧MMC可以抑制直流电流增长,降低换相失败发生的机会;在逆变侧发生换相失败后,可以帮助系统平稳地恢复直流功率,实现故障穿越功能。

直流电网直流电压等级确定方法2871-2879

摘要：标准化的直流电压等级序列及新建直流输电系统直流电压等级的经济有效的确定方法,可为直流输电工程规划时电压等级的确定提供依据和工具。基于直流电压等级标准序列,考虑逐步发展成为直流电网为前提,新直流工程的直流电压等级如何选取和确定方法是一亟待解决的问题。该文分析影响直流电网电压等级确定的输送距离、额定电流、建设成本、运行成本、系统互联设备成本等因素,在已确定直流输电换流站容量及传输距离的前提下,提出考虑直流电网的电流限值、运行损耗、设备成本等多种技术和经济因素的直流电网电压等级的确定方法。根据新建直流输电系统是否存在相邻现有直流输电系统,设置3种场景5个算例进行分析,通过所提方法得出了优化的直流电压等级,在需要DC/DC变换器进行系统之间互联时,同时给出了DC/DC变换器的电压变比。

直流电网模块式小信号建模方法2880-2889

摘要：文中提出了一种通用的直流电网模块式小信号建模方法。该建模方法将直流电网分成交流系统、换流器和直流网络三大模块。其中换流器模块又进一步细分为交流电气、直流电气、控制方程、信号滤波器、锁相环等子模块。各模块以及换流器各子模块间通过一定的联接矩阵建立起连接从而构建出全系统的小信号模型。文章推导了换流器各子模块的小信号模型及换流器各子模块之间的联接矩阵,提出了一种采用控制标志位统一描述换流器不同控制模式的控制器建模方法,推导了直流网络与各换流器的接口方程,给出了全系统线性化状态空间模型的建模通式。最后以一个三端测试直流输电系统为例,通过对比按文中方法建立的小信号模型与详细电磁暂态模型和非线性状态空间解析模型时域仿真结果验证了所提出建模方法的准确性。文中所提的模块式小信号模型建模方法和统一控制器建模可大大简化直流电网的小信号建模。

考虑内部动态特性的模块化多电平换流器小信号模型2890-2899

摘要：小信号模型是系统稳定性分析和进行参数设计的重要方法。目前对于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的小信号建模,通常忽略子模块电容电压波动、内部环流、环流抑制控制器等内部动态行为,从而简化状态空间模型的建立,但却对系统特征根和稳定性分析造成一定误差。文中考虑换流器的内部动态特性,建立了详细的MMC阀的小信号模型,所建立的小信号模型提供与外部控制器和交、直流系统方便的接口,具有较强的通用性。通过与电磁暂态仿真模型的动态响应对比,验证了所提出模型的准确性。同时,建立了简化的端模型的状态空间方程,并将简化模型和MMC详细模型的小信号分析结果进行对比,结果表明,应用简化的端模型评估系统动态特性存在一定误差,且对部分系统不稳定现象无法预估判断,从而验证了建立MMC详细小信号模型的必要性。

计入风速与风电机组故障相关性的风电场可靠性建模及其应用2900-2908

摘要：同一区域的多个风电场接入系统时,风电场出力受到风速和风机故障的不确定性和相关性的影响。传统的风电场可靠性建模方法对这些因素的考虑不够全面、对风速和风机故障之间的相关性处理过于简单,为此该文提出一种能同时计入风速和风机故障的不确定性和相关性的风电场建模方法,该方法对风速和风机故障间的相关关系无需作简化处理。基于所建立的风电场模型,采用相关抽样技术模拟风电场出力,克服了传统风电场出力模拟方法所依据的风电场状态模型或风电场出力相关关系不够准确的不足。算例分析验证了风电场建模方法和风电场出力模拟方法的正确性,并表明风速相关性和风机故障对系统可靠性的影响程度与系统输电充裕度、风电场接入地点有关。

采用交错并联技术的电动三轮车光伏充电控制系统2909-2917

摘要：利用太阳能对电动三轮车充电具有较大的应用价值。该文采用扰动观察法和交错并联技术,为电动三轮车设计一种Boost升压变换充电系统。对电动三轮车锂电池采用恒流–恒压充电方式。设计双相交错并联Boost升压电路及其充电算法,仿真表明设计的充电算法有较好的稳定性。对电动三轮车锂电池恒流充电阶段的扰动观察法算法进行仿真,表明在相同扰动步长下,交错并联Boost升压电路具有较低的光伏电池输出电流纹波及输出功率振荡。室内测试表明,在恒压限流充电算法下,设计的充电系统具有较好的输出特性。对光伏电动三轮车进行户外充电测试,表明在恒流充电阶段,光伏电池始终工作在30V左右的最大功率点电压处;在正常负载情况下,充电效率达到95%以上。

中国电机工程学报杂志智能配用电

基于MAS的主动配电网分布式电压控制2918-2926

摘要：随着配电网中分布式能源渗透率的不断提高,配电网的运行与管理面临诸多挑战,其中电压控制问题尤为突出。主动配电网通过对可控资源的协调配合与控制,实现对配电网的主动控制与协调管理,实现间歇性能源的有效消纳。文中提出一种基于多系统的主动配电网分布式电压控制策略,研究利用局部的测量数据和通信,通过分布式计算实现对全局的电压控制并实现DG接入最大化的优化目标。通过对算例进行仿真,对所提出的电压控制方法的实用性和有效性进行充分验证。

基于电流频率差的有源配电网线路保护2927-2934

摘要：分散式风力发电高渗透地接入配电网,使得拓扑结构从辐射式变成有源配电网,传统的三段式电流保护将难以适应。通过分析双馈式感应风力发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）的故障暂态特性,获取其短路电流的频率变化特征以及与大系统短路电流的显著差异。由此,提出基于电流频率差的线路保护,即通过线路两端故障电流的频率差值比较来识别故障区域。参照某分散式风电接入10kV地方电网示范性工程的参数,在PSCAD/EMTDC软件平台建立了有源配电网模型,对所研究的线路保护进行了大量的仿真测试,结果表明在不同DFIG出力、不同故障类型、不同过渡电阻以及不同故障位置情况下该线路保护动作正确,并且能够灵敏、有效地适应不同工况。

基于贝叶斯定理的系统谐波阻抗估计2935-2943

摘要：提出了基于贝叶斯定理计算系统侧谐波阻抗的方法。首先根据最大熵原则,系统侧谐波阻抗的先验分布设为均匀分布;其次利用核密度估计获得停机时刻的真实背景谐波电压的概率分布,从而得到先验阻抗值对应的背景谐波电压条件概率;然后根据贝叶斯定理,利用已求得的条件概率修正先验分布,得到后验分布;最后以损失函数最小化为准则求得系统侧谐波阻抗。该文方法适用于任意背景谐波分布,且背景谐波干扰较大时,仍具有较高的准确性。此外,从概率的角度分析系统侧谐波阻抗,提出利用信息熵减量和可信区间宽度,为计算的可靠性评估提供依据。仿真分析和现场数据计算表明,该文方法具有有效性和准确性。

基于SST的间谐波检测方法2944-2951

摘要：针对间谐波容易被噪声淹没、幅值小等难以提取的问题,首次提出一种基于同步挤压小波变换（synchrosqueezing wavelet transform,SST）的间谐波检测方法。利用SST将含有间谐波的电力信号分解为一组内蕴模态类函数分量（intrinsic mode type functions,IMTs）,进而提取出间谐波信号。然后对每个IMTs进行希尔伯特变换,从而获得其瞬时幅值和频率。由于SST准确的模态分离能力,间谐波的瞬时频率和幅值实现了较高精度的获取,与传统的希尔伯特黄变换和小波方法相比,该方法对于频率接近的间谐波的分离能力更强,且对噪声有更强的鲁棒性。仿真和实测数据验证了该方法的有效性,表明其是检测间谐波的有效新方法。

一种改进的插值FFT谐波分析算法2952-2958

摘要：快速傅里叶变换（fast Fourier transform,FFT）是进行谐波分析的有效方法,能够在很大程度上减小计算量。进行FFT计算存在栅栏效应导致观测误差,采用插值算法能够对误差进行修正。进行FFT计算的数据长度必须满足一定条件,不利于采样参数的灵活设置。该文以基2的FFT算法为例,针对采样数据长度非基2的场合,采用补零的方法使进行FFT计算的数据长度满足基2条件,分析给出了补零后的插值算法修正公式。分析结果表明,当采样数据非基2的条件下,采用该文方法进行FFT插值计算与离散傅里叶变换（discrete Fourier transform,DFT）插值计算是等效的,且使采样参数设置更加灵活,不需满足基2的条件。以飞机400 Hz交流供电系统为例,通过仿真和实验证实了该方法的可行性和有效性。

谐波责任统计特征计算方法2959-2965

摘要：谐波责任的研究有利于完善电力系统谐波的管理。以往的谐波责任研究侧重于探讨谐波责任的衡量指标和样本谐波责任的计算方法,并未涉及谐波责任统计特征的计算,而谐波责任统计特征是电能质量经济性评估的关键指标。该文提出了核密度估计方法以逼近概率密度函数,实现了基于重要抽样蒙特卡洛法的谐波责任抽样,构建了谐波责任统计特征与抽样谐波责任的函数关系,最终实现了谐波责任统计特征的计算。仿真算例与实测数据表明,与直接通过原始数据计算样本均值和标准差相比,抽样谐波责任的均值和标准差结果更为准确,更适合应用于电能质量的经济性评估。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

计及间歇性特征的电力系统区间经济调度2966-2977

摘要：针对可再生能源发电中不可预知的变动引起发电功率不均衡,使调度必须要考虑这一变动的问题,通过对不确定量变化波动不确定性和间歇不确定性两类不同属性的特征进行分析,以探寻负荷及可再生能源发电变化苛刻情景范围为线索,在被动量区间满足度约束基础上,提出被动量功率变化速度的概念和对应满足度约束新表达,建立计及间歇性的电力系统区间经济调度模型。该研究使得电力系统经济调度在应对与接纳可再生能源发电的决策中能够有效兼顾不确定性的量与度的要求,有效提高了调度解的鲁棒性。最后,结合10机系统的仿真,验证了所提模型与方法的正确性和有效性。

调速系统频率模态对电网低频振荡的影响2978-2986

摘要：随着调速系统技术的不断发展,调速系统对电网低频振荡（low frequency oscillation,LFO）的影响越来越引起人们的关注。现有理论研究表明,调速系统不仅会影响电网LFO阻尼特性,还会向电网引入一个独特的比LFO频率更低的振荡模态,该文称为频率模态,该模态会在调速系统动作时出现。该文首先采用转矩分析理论研究了调速系统对电网LFO阻尼特性的影响。然后以4机2区域系统为例,重点分析了频率模态的特点及其对LFO的影响,分析结果表明：频率模态是调速系统自身的一种控制模态,其阻尼比主要受调速比例–积分–微分控制器的参数影响;考虑到调速系统动作死区影响,在系统发生LFO且调速系统使该LFO阻尼为负的情况下,当频率模态阻尼较强时,电网功率LFO发散后会逐渐变为等幅振荡;而当频率模态阻尼较弱,电网功率LFO将会呈现出类似＂拍频＂的特性。最后,通过某实际互联电力系统仿真验证了上述分析结果的有效性。

大型光伏电站抑制低频振荡的有功阻尼控制策略2987-2995

摘要：日益增大的光伏并网容量和光伏发电比重可能会对电力系统的低频振荡特性产生不良影响,大型光伏电站应该具备抑制低频振荡的能力。论文以大型光伏电站并入单机无穷大系统为研究对象,提出采用广域输电线路有功微分信号调节大型光伏电站最大有功输出的自适应阻尼控制策略,该控制策略能够尽可能多地输出有功并且确保光伏电站低频振荡抑制模式与最大功率跟踪模式之间的平滑切换。同时,考虑到相关标准对无功调压能力的要求,大型光伏电站无功控制沿用现有光伏系统无功调压的控制方法,进而形成大型光伏电站的功率控制策略。理论分析和仿真结果验证大型光伏电站有功阻尼控制策略能够显著提高系统抑制低频振荡的能力,保障系统安全稳定运行。

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

单相PWM整流器模型预测电流控制算法2996-3004

摘要：该文将单相电压型脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）整流器作为研究对象,以提升系统动态响应、维持单位功率因数、减小网侧电流谐波含量为研究目标,提出了一种基于最小电流误差的模型预测电流控制。为了在每个控制周期最小化电流误差,该文构建了虚拟d-q同步旋转坐标系,通过求解该坐标系下电流瞬时变化率,预测下一个控制周期的d-q轴电流分量,并结合最小电流误差评价函数求解出系统的最优调制函数。与传统瞬态电流比例积分（proportional integral,PI）控制算法相比,该文提出的方法不但具备了模型预测控制的快速动态响应,而且可实现零稳态电流误差。仿真和实验结果都证明了该方法的正确性和有效性。

三相电压源逆变器最小损耗PWM算法性能优化3005-3016

摘要：为降低高频隔离型辅助变流器中三相电压源逆变器开关损耗,提出一种零序分量连续可调的改进型广义不连续PWM算法,通过实时调节调制相角,实现不同60°不连续PWM算法的线性平滑过渡,进而基于优化的时域仿真分析方法,对比分析不同算法谐波性能,并引入谐波畸变因数进行规律验证,确定谐波性能优越的调制度下限;进一步建立系统损耗模型,提出基于开关损耗函数与死区效应的损耗分析方法,实现最小损耗不连续PWM算法;在过调制的非线性区内,协调考虑电压调制增益与谐波性能,确定整体性能优化的调制度上限。最后利用DSP进行数字化实现,并通过试验验证了理论分析的正确性与归一化方法的可行性。

一种IGBT散热器动态响应性能优化数值算法3017-3026

摘要：以绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）可靠性寿命预测研究为背景,该文针对IGBT模块的功率循环提出了一种考虑实时结温反馈的散热器优化设计的数值算法。通过建立功率循环综合热网络模型,将每个功率循环周期等效为全响应和零输入响应,分析结温与热网络参数的数值计算关系,建立实时结温反馈数值算法得到功率循环曲线,从而寻找到功率循环与散热器动态热响应特性的关系,并提出优化方法。最后,以功率循环老化系统的设计为例,优化了老化系统所用散热器,通过实验测试对文中提出的数值仿真模型的有效性和精度进行了验证。