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摘要:构建全球能源互联网,实施'两个替代',是应对全球能源安全、环境污染、气候变化严峻挑战的治本之策。该文重点分析了亚洲、欧洲、非洲、美洲的清洁能源资源及分布特点,经济社会发展的电力需求及供需格局,初步论证了实施跨洲电网互联的可行性和必要性,研究提出了各洲洲内及跨洲电网互联的框架性设想,并展望全球电网互联构想。
摘要:电力设备状态监测大数据分析是一个热点研究课题,对保障电力设备的安全稳定运行具有重要意义。联机分析处理(on-line analytical processing,OLAP)可以多角度、快速存取与分析数据,是实现电力设备状态监测大数据分析的一种重要技术手段。通过分析大数据环境下的OLAP技术,设计一种电力设备状态监测大数据分析平台,给出3种分布式数据分析方案,包括基于Hive的关系型联机分析、基于Impala的关系型联机分析和基于HBase的多维联机分析。分布式关系型联机分析虽然在一定程度上满足电力企业的需求,但其数据模型中表之间频繁的连接操作,导致其出现性能瓶颈。针对分布式关系型联机分析数据模型连接操作开销大、查询速度慢等问题,提出了基于无连接层次编码的电力设备状态监测数据模型,对常规数据模型进行改进,把维表的层次信息进行编码存储到事实表中,减少连接操作,以优化性能。采用Hive和Impala等大数据分析工具,在不同规模监测数据集上对本模型的数据加载、上卷操作、存储开销等方面进行实验测试。实验结果表明,数据加载速度约是常规模型的42%,上卷执行时间比常规数据模型缩短40%至49%,存储开销大约比常规星型模型减少37%,验证了本方法的有效性与可行性,给电力设备状态监测大数据分析带来一种新的思路。
摘要:基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。
摘要:在小样本条件下,电力设备的运行可靠性参数难以精确获取,对其波动范围进行估计,可为电力系统运行提供更为客观、全面的评估与决策依据。由此,该文提出了一种基于信度网络(credal network,CN)的电力设备停运概率的非精确条件估计方法,对暴露型设备运行中条件相依的停运概率指标的区间范围进行估计。该方法基于设备停运的历史统计数据和估计目标时段的运行工况条件,构建了处理非精确条件概率推断问题的信度网络,并利用多状态随机变量的非精确狄利克雷模型(imprecise Dirichlet model,IDM),统计获得了设备停运样本信息缺乏条件下信度网络节点的非精确条件概率测度,进而采用信度网络推理算法,估计得到了给定运行工况条件下设备停运概率的区间范围。方法体现了电力设备运行可靠性参数依估计目标时段运行工况变化而时变的特点,为解决停运样本信息缺乏条件下的电力设备运行可靠性评估问题提供了新的思路。文章通过对实际投运于山东电网某地区的LGJ-300型架空输电线路停运概率的非精确条件估计,验证了文中方法的有效性。
摘要:随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备以其在电能变换方面的灵活性在电力系统中的渗透水平不断提高,深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。该文从主要发电、输电和负荷装备的控制方式、动态特性及其对电力系统动态行为的影响角度出发,分析一次调频时间尺度以下电力电子化电力系统电压功角动态稳定问题的多尺度特征,并初步提出基于幅相运动方程、自稳性致稳性及广义稳定器等3个方面的系统建模、分析和控制的一般化概念和方法,即幅相动力学方法。
摘要:由于风电具有典型的波动性特征,风电并网给常规电源带来额外的运行成本,如何将常规电源平衡负荷波动与平衡风电波动的成本剥离开来是个难点。为此,该文提出一种新的风电波动成本的计算方法。首先,提出'等电量–顺负荷'方法来构造一个无风电波动成本的系统场景,将风电出力等电量转换为一条顺负荷曲线;其次,基于优化调度模型,分别求解有、无风电波动成本场景下系统运行的总成本,两种场景下成本之差即为风电波动成本。另外,基于风电波动成本对风电品质进行分段,以期从经济性角度揭示风电的价值。在CPLEX软件环境下,对所提方法进行了算例验证。结果表明,所提方法有助于准确地评估风电波动成本,协调好风电与常规电源商之间的利益关系,从而促进风电的可持续接纳。
摘要:针对大规模光伏发电系统在高功率输出时,常会导致配电网中低压馈线发生电压越限的问题。该文在分析低压馈线过电压产生机理后,提出一种新型主动功率优化控制策略来防止低压馈线过电压现象发生。该策略通过对大规模光伏系统接入配电网的最优潮流计算得到其电压分布和功率分布,然后保证低压馈线电压不越限条件上运用灵敏度矩阵精确分析能接收每个光伏系统的功率输出,多余功率通过潮流控制引到其他系统利用或输出到电网,可实现大规模光伏发电系统的最大输出,提高电网对新能源的消纳能力。最后,通过算例仿真和实验验证结果表明,新型主动功率优化策略不仅具备使馈线电压不越限的能力,还具有更低的功率损耗和更高的光伏利用效率,具有较好的应用前景。
摘要:针对利用感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统电能传输通道实现数字信号实时、双向传输问题,提出一种基于载波方式实现信号传输的新方法。电能传输耦合机构作为电能与信号传输的共享通道,可以传输电能与信号这两种不同频率的波。信号加载和检波电路直接并联在电能传输耦合机构上,并在电能传输谐振电容与耦合机构间串联阻波电路,数字信号经调制后加载到传输通道,然后直接经过电能传输耦合机构传输,避免通过电能传输谐振电容而被削弱。通过分析电能传输及信号传输通道的衰减增益,以及电能传输对信号传输的干扰,确定所提方法的可行性,最后搭建实验平台验证所提方法的正确性。
摘要:针对规则式、算法式等单一形式分布式控制存在的局限性,提出了一种微电网双模分布式控制策略,该策略由考虑节点自主性和参与意愿的自由控制模式以及考虑系统整体性的强制控制模式两部分构成。自由控制模式将节点间自由协商与分布式算法相结合,实现系统的优化运行;强制控制模式则通过指定可控节点参与控制任务、使用牵制手段等方式,实现系统运行状态的调整。首先,设计了双模分布式控制的组织机制、指令生成机制以及模式协调机制。在此基础上,研究了该策略在微电网并网和离网运行及切换过程的应用,包括平滑联络线功率波动、联络线功率调零、储能的功率优化分配以及系统状态恢复等。其次,研究了在基于软PLC技术的控制器上的实现方法,分析了网络拓扑结构、通信延时、稳定性等因素对该策略的影响。最后,构建了微电网实验平台,并通过实验验证了微电网不同运行工况下双模分布式控制策略的灵活性与工程实用性。
摘要:传统的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统利用单个拾取线圈实现能量传输,受副边半导体器件的容量限制,单个拾取线圈无法满足轨道机车等大功率移动负载(兆瓦级)需求。该文通过建立基于双拾取线圈的IPT系统以提高IPT系统的传输功率。论文利用电磁耦合理论分析双拾取线圈间的互感影响规律,并详细对比分析了考虑拾取线圈间互感前后IPT系统的工作指标。分析表明,考虑线圈间互感时的设计参数,能使IPT系统工作在谐振状态,且显著提高重载时IPT系统的输出功率和工作效率。通过建立双拾取机构IPT实验系统并保持原边恒流15 A,验证所提出方案的可靠性以及有效性。实验结果表明,相对于不计及互感影响方案而言,加入附加电容后,重载时(1.8Ω直流负载)IPT系统的输出功率和效率分别提高了82%和6%。
摘要:针对LCL型感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)系统在全谐振状态且处于轻载工作模式时,逆变器输出电流波形畸变和稳态输出功率较小问题,推导分析双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性,并基于该特性,提出一种在轻载时将系统频率切换至次谐振点的系统工作模式。在有效避免输出电流波形畸变的同时,实现了系统在变负载条件下的最大功率输出。论文首先分析单LCL网络特性,进而在双LCL补偿ICPT系统的基础上分析得到系统的两个谐振点,并且验证次谐振点可有效消除电流波形畸变的问题;接着,通过公式推导和软件仿真得到系统输出功率以及效率与负载和频率的关系;最后,通过仿真和实验,对双LCL补偿ICPT系统双谐振点工作特性、最大输出功率进行验证。
摘要:对消弧线圈接地系统单相接地故障分析表明,故障线路零序电流非工频分量大于非故障支路。文中提出了一种利用零序非工频电流分量特征的选线方法。该方法通过稳定性和快速性俱佳的改进独立分量算法提取零序电流非工频分量,并把各个支路零序非工频电流分量的系数构成选线向量;基于粗大误差的理论,建立Romanovsky准则的选线判据,实现故障支路识别。绝对离差大于临界离差,则为线路故障,且系数向量中,最大元素对应的支路为故障支路;否则为母线故障。大量的仿真和模拟电网试验表明,该方法准确,可靠,且具有复杂故障状态及不同网络结构的自适应性。
摘要:结合实际的统一潮流控制器工程,该文分析了统一潮流控制器接入对距离保护的具体影响,并提出了一种新型距离保护方案。该距离保护方案由基于输电线路微分方程模型的距离保护I段和传统距离保护II段、III段组成。新型距离保护I段利用本侧电压、电流信号计算故障点到保护安装处的距离,并根据故障距离计算结果及其波动程度准确地识别区内外故障。新型距离保护I段可完全替代传统距离保护I段,并与传统距离保护II段、III段实现合理、有效的配合,从而确保保护动作行为的正确性。仿真研究表明,新型距离保护方案具有优秀的性能,且不受UPFC多变的运行模式和控制参数的影响,可以满足电网安全运行的要求。
摘要:直流电流互感器(direct-current current transformers,DCCT)是高压直流输电系统中的重要测量设备。为保证其准确可靠,DCCT投运前和停电维护时需现场校准。对于电子式DCCT现场抗干扰及数字化同步两大关键问题,该文提出电子式DCCT的校准方法并设计一套校准系统,主要包括直流电流源、作为标准器的磁调制式直流电流比较仪(DC current comparator,DCC)和具有光纤数字同步的电子式DCCT校验仪。重点对标准器和校验仪进行了现场抗干扰分析,对于标准器现场使用时可能遇到的母线偏心和邻近通流导体干扰情况进行仿真分析,优化磁屏蔽结构,研制了DCC样机,经中国计量科学研究院校准,该DCC不确定度为5×10-6,在此基础上进行了母线偏心和邻近导体影响测试,验证了优化的屏蔽结构能够有效抵御现场干扰;为检验校准系统,采用0.2级DCCT进行了校准测试,结果表明校准系统不确定度优于5×10-4。
摘要:该文主要针对光伏系统直流侧常见且危害较大的串联电弧故障问题展开研究。首先,搭建了光伏系统电弧故障实验平台,并利用该平台采集了正常状态及电弧故障状态下工作电流的数据,建立了试验数据库。随后,利用快速傅里叶变换对故障电弧的频率成分进行分析,确定了故障电弧的特征频带,并利用该特征频带选定了适用于串联电弧故障检测的最优小波函数。通过分析故障电弧信号最大值及小波细节系数d1的方差、模极大值,提出了3种能有效检测出电弧故障状态的时频域判据,并发现不同负载电流、不同电压及不同功率对这3种故障判据并无影响,最后提出一种基于时域与频域的电弧故障混合判据,该判据较单一判据具有更高的可靠性,为光伏系统直流电弧检测奠定了理论基础。
摘要:采用用户自定义函数(UDF)对煤粉MILD燃烧的数值模型进行了优化,包括挥发分的多组分比拟、脱挥发分极限的温度依赖优化和煤粉颗粒燃烧过程的算法优化。通过与IFRF的煤粉MILD燃烧经典实验的对比,验证了模型优化所产生的效果。研究发现,挥发分的多组分比拟能更准确地预测炉内O2浓度分布;脱挥发分极限的温度依赖优化,一方面能够使挥发分在低温区间开始脱附,改善模拟中着火延迟过长的问题,另一方面,能够使煤粉颗粒在高温区间脱附出更多的挥发分,使得温度分布的预测更为准确;煤粉颗粒燃烧过程的算法优化能够刻画挥发分脱附过程和焦炭反应过程在温度区间(780~1200K)上的重叠现象,能更准确地预测炉内CO分布,与真实的煤粉MILD燃烧过程更为相符。
摘要:采用水热反应处理污水污泥以获得合适的产物,研究了170~270℃温度范围内水热反应温度对3种产物(水热炭、水热液、气体)的产量和特性的影响,并确定最适合的反应温度。研究表明水热反应有效改善了污泥的脱水性和流动性,通过离心分离含水率可下降到60%以下。污泥中的碳元素主要保留在水热炭中,水热炭热值满足作为燃料的要求。随反应温度升高,污泥中固体被分解的量增加,干物质量减少,产率最高仅原泥的12.94%。温度大于230℃的液体具有较好的可生化性。重金属元素富集到了水热炭中,且稳定性好。反应温度越高,气体中可燃成分浓度越高。用于水热反应的反应釜存在严重的结焦倾向,提高反应温度有利于减轻结焦。总体上,260℃水热温度下3种产物的特性适合后处理、结焦倾向最轻,是适合的反应温度选择。
摘要:在串行流化床化学链燃烧系统上以天然铁矿石作为氧载体,神华烟煤为燃料进行了化学链燃烧实验研究。在不同的进煤速率和温度下共进行累计100h的持续实验,天然铁矿石氧载体表现出良好的持续循环能力和反应性能,其中燃烧效率最高达96.33%,碳捕集效率最高达89.36%。探讨了温度和热功率对燃烧效率,碳捕集效率和CO2产率以及燃料反应器尾气出口组分浓度的影响。对反应前后的赤铁矿氧载体进行了比表面积(BET)、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)表征测试,结果表明氧载体没有出现严重的烧结和团聚。在TGA上对反应前后的氧载体颗粒进行了氧化还原性能测试,反应前后氧载体反应活性没有明显变化。