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中国电机工程学报 2017年第08期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志输变电技术

架空线双极MMC-HVDC系统直流短路故障分析和保护2177-2184

摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的提出,推动了高压直流输电（high voltage direct current transmission,HVDC）技术的发展。随着柔性直流输电技术逐渐扩展到架空线输电场合,直流故障清除和故障保护问题变得尤为重要。该文针对架空线双极MMC-HVDC系统,研究其直流短路故障特性,分别建立经小电阻和经大电阻短路时的等效电路模型,推导故障电流的解析计算公式。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建双极系统的仿真模型,仿真结果验证了解析计算公式的正确性。最后,提出一种应对直流短路故障的桥臂旁路保护方法,仿真结果表明,该保护方法不仅能够减小故障后流过子模块和直流侧的电流,还能缩短故障恢复时间,对子模块器件和交流系统起到了良好的故障保护作用。

MMC-HVDC内部谐波模态识别及其稳定性分析2185-2195

摘要：基于＂动态相量＂的思想建立对不同环流抑制策略下的模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）小信号模型,并通过与时域仿真的对比验证所建小信号模型的精确性。然后对小信号模型进行模态分析,通过计算参与因子将MMC-HVDC系统的模态分为＂外部模态＂和＂内部谐波模态＂,并表明采用简化MMC端模型无法对内部谐波模态进行分析。另外,对MMC内部谐波模态及其影响因素进行重点详细的分析,分析表明,MMC的内部谐波模态通常呈弱阻尼特性,在系统稳定性分析中不能忽略,换流器的环流抑制策略、等效桥臂电阻、外部主控制器增益等都对内部谐波模态具有较大影响,并揭示MMC的＂内部谐波不稳定＂现象。最后揭示各因素对MMC内部谐波模态稳定性的影响规律,对工程参数设计和调试具有现实的指导意义。

多馈入直流系统区域最大传输功率算法2196-2202

摘要：为满足远距离清洁电力输送及东部负荷发展的需要,特高压技术正在我国得到大量应用。多回直流集中馈入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题,而功率/电压稳定就是其中重点研究课题之一。以往最大传输功率研究成果主要关注单回直流最大传输功率以及多馈入系统情形下某个直流的最大传输功率。但是,对于区域合计所能实现的最大直流传输功率,还未见有报道。该文对以往多馈入直流输电系统静态功率模型进行了拓展与深化,建立广义的多馈入直流输电系统静态功率模型,揭示区域最大传输功率的含义,采用梯度法求解区域所能实现的最大传输功率,并通过矩阵变换化简,在最大传输功率与传统临界多馈入短路比之间建立联系。该文的研究成果为以往多馈入相关均衡性概念与结论提供了理论支持,对某一区域多馈入直流最大传输功率的分析及调整策略给出了新的方法,同时对规划阶段优化直流布局起到指导作用。

应对全站采样信息缺失的应急保护系统2203-2214

摘要：智能变电站的采样系统与GOOSE系统是两套相对独立的信息采集与传递系统。为了应对变电站全站采样信息缺失后变电站需立即退出运行或只能借助远后备保护进行完全非选择性保护的挑战,提出一种应对全站采样信息缺失的应急保护系统。该系统首先基于多端电流差动保护或方向保护原理界定大致故障区域,然后对双端和多端系统分别采用测量电抗百分比比较法和补偿电压相量推演比较法识别故障线路,并结合就地距离保护I段提出应对全站采样信息缺失的应急保护策略。理论分析与仿真结果表明：所提的应急保护系统可靠性及灵敏度高,具备对带过渡电阻故障的响应能力,能有效保障全站采样信息缺失后变电站继续运行及区域电网的安全稳定。

智能变电站采样值报文安全分析与实现2215-2221

摘要：随着我国智能变电站推广和三网合一（站控层制造报文规范（manufacturing message specification,MMS）网络、过程层采样值（sampled measured value,SMV）、面向变电站事件的通用对象（generic object oriented substation event,GOOSE）网络）研究深入,采样值报文安全研究与应用也越来越重要与迫切。该文基于IEC 62351数据和通信安全标准,对采样值报文信息安全进行了研究与分析。通过在报文中添加时间域、循环冗余（cyclic redundancy check,CRC）校验及认证内容等方法对具体的采样值报文格式进行改造,给出了采样值安全风险对应处理机制,设计了服务器和客户端的交互实现流程,解决了SMV数据报文在传输过程中被非法篡改及重放攻击等问题。在现有智能变电站装置基础上研制了保护、测控和合并单元装置采样值模块,并应用于现场。

中国电机工程学报杂志行业信息

“定子励磁型无刷电机系统”专题征稿启事2221-2221

摘要：电机系统不仅是重要的能源动力装备,而且是交通运输、先进制造和国防军工等领域重大装备的核心基础部件,是国际核心竞争力的重要体现之一。转子永磁无刷电机可实现高效率运行,但本质上是＂双边磁场＂电机,即电机励磁磁场和电枢磁场分别位于气隙两侧。位于转子的永磁体冷却困难,高温失磁风险制约了功率密度进一步提高;转子机械强度弱、可靠性低;故障状态下的带载能力差、转矩脉动大;永磁磁场难以调控,调速能力弱。

中国电机工程学报杂志智能配用电

配电系统安全域的体积2222-2230

摘要：该文提出了配电系统安全域（distribution system security region,DSSR）体积的概念与算法,分析了DSSR体积对电网的意义。首先,对DSSR体积进行了定义,DSSR描述了配电系统满足N-1安全的运行范围,体积是DSSR大小的度量。其次,提出了DSSR高效运行区的体积定义。再次,提出了基于蒙特卡罗仿真的DSSR体积算法。最后,通过算例验证了体积算法,并进一步研究了体积的用途。DSSR体积能提供一些最大供电能力（total supply capacity,TSC）无法给出的重要信息,选取TSC相同但DSSR体积不同的电网比较,发现体积大的电网具有更好的安全性能,在各个负荷增长方向上的安全裕量更均衡。该文提出的DSSR体积是反映配电网安全性能的新指标,对未来配电网的规划和运行具有重要的应用价值。

多随机因素下含可中断负荷的电力系统优化调度模型与求解方法研究2231-2241

摘要：电力系统中存在大量的随机因素,为保障系统安全稳定运行,需留有一定备用容量。可中断负荷是一种基于激励的需求响应资源,在系统负荷高峰或发生故障时可中断部分负荷,保障系统安全稳定运行。基于机会约束规划,综合考虑了机组故障、线路故障、负荷预测误差及可中断负荷违约等随机因素,以系统运行成本最小为目标函数,构建了含可中断负荷的优化模型。通过蒙特卡罗模拟,把机会约束模型转化为期望值模型,实现模型从不确定性向确定性的转化,并采用拉格朗日松弛法对确定性模型求解。在算例分析中验证了模型的有效性,并重点分析了线路故障、可中断负荷违约及场景数量对优化结果的影响。

基于信息熵分段聚合近似和谱聚类的负荷分类方法2242-2252

摘要：居民和商业负荷参与需求响应项目时,负荷数据日趋多维化和海量化,需要对其进行降维分类处理。提出一种基于信息熵分段聚合近似（information entropy piecewise aggregate approximation,IEPAA）和谱聚类的负荷分类方法。首先采用IEPAA对典型日负荷数据集进行可变时间分辨率重表达,进一步采用基于距离和曲线形态的双尺度相似性度量谱聚类算法进行聚类处理,从而获得合理的负荷分类结果。利用商业办公楼宇中央空调机组的典型日负荷数据对所提方法进行了验证,表明该方法在数据降维、负荷分类有效性、稳定性和降低运算量等方面均具有优势。

液态金属电池储能特性建模及荷电状态估计2253-2260

摘要：储能技术对于高效利用可再生能源和发展智能电网方面具有至关重要的意义。液态金属电池是近年来出现的一类廉价、高效的新型储能电池技术。该文针对液态金属电池建立了电池的等效电路模型,准确模拟电池的输出特性,并以模型为基础,应用扩展卡尔曼滤波法精确估计电池的荷电状态。这项工作可以预测不同工况下的电池性能,也可以为液态金属电池可靠、高效的管理设计奠定基础。

中国电机工程学报杂志继电保护、通信及自动化

半波长交流输电线路行波差动电流特性的研究2261-2269

摘要：行波差动保护是一种不受分布电容电流影响的电流差动保护原理,适用于长距离超、特高压输电线路。但行波差动保护应用于半波长输电线路时,由于线路非常长,且线路参数随频率变化,传播函数随频率的增大迅速衰减到零,因此行波差动保护的时域方程不再严格成立,在区外故障时仍会有幅值较大的高频差动电流。文中从理论上分析了线路频变参数对半波长输电线路下的行波差动保护的影响,指出使用工频分量能够有效的避开线路频变参数的影响,并通过仿真进行了验证。

计及频率偏移的动态谐波相量测量算法2270-2278

摘要：考虑信号的动态特性,建立基于泰勒级数的谐波相量模型;考虑频率偏移对泰勒估计精度的影响,提出计及频率偏移的动态谐波相量测量算法。算法首先通过动态相量测量来准确获取基波相量的频率信息,再根据基波频率偏移量计算得到各次谐波的频率偏移量,最后据此查表获得各次谐波的系数修正矩阵,并修正离散傅里叶变换（discrete Fourier transform,DFT）的初始估计值来获得谐波相量的精确估计。通过理想信号及实测数据来检验算法的性能,仿真结果表明,相较于传统傅里叶算法,在增加有限计算量的前提下,本算法能在频率偏移、线性变化及低频振荡等动态情况下获得更准确的谐波相量估计。而相对于传统的加窗插值算法,因其算法复杂度大为降低,因而其更容易在实时系统中实施。

考虑TCSC型故障限流器动态过程的距离保护整定方法2279-2289

摘要：在含TCSC型故障限流器（thyristor-controlled series capacitor-based fault current limiter,TCSC-FCL）线路距离保护的整定中,通常将TCSC-FCL作为电抗器处理,忽略其动态阻抗特性,可能导致保护拒动/误动或速动性不足。针对上述问题,建立TCSC-FCL动态阻抗分析模型,对TCSC-FCL独有的首周波旁路模式下的阻抗时变特性进行分析,研究其从串补模式切换到限流模式的动态阻抗变化过程,提出TCSC-FCL动态阻抗特性函数表示方法,并提出基于动态偏移阻抗圆的距离保护整定策略,以消除TCSC-FCL动态阻抗特性对距离保护动作性能的影响。建立含TCSC-FCL的典型输电网模型,验证上述动态特性函数表示方法以及距离保护整定策略的正确性。

中国电机工程学报杂志发电

熔盐换热器流动传热性能实验系统2290-2296

摘要：熔盐换热器是熔盐传热系统关键设备,其性能优劣影响到系统的安全性与经济性,因此搭建了熔盐换热器性能实验系统。详细介绍了系统的结构及实验原理,并分析实验系统的不确定度,指出了提高熔盐出进口温差是减小系统不确定度的有效方法。对一台管壳式试件进行了熔盐与氦气的传热实验。

氟塑料换热器传热特性实验研究与模型优化2297-2303

摘要：氟塑料换热器优良的耐腐蚀特性,为电厂低温烟气余热回收提供了新的解决途径。针对氟塑料换热器开展实验研究,氟塑料换热管束表面光滑对层流边界层的附加扰动较弱,管外对流传热系数较金属换热材料偏低。茹卡乌斯卡斯经典关联式直接应用于塑料换热器存在约40%偏差。结合风洞实验数据,得到换热器在不同风速下的总传热系数、管外对流传热系数、空气阻力特性和各环节热阻分布特性。

黄豆秸秆灰改性铁矿石载氧体的燃煤化学链燃烧反应特性研究2304-2311

摘要：采用富含碱金属和碱土金属元素的黄豆秸秆灰对铁矿石载氧体进行了改性,并在流化床上考察了改性铁矿石载氧体的燃煤化学链燃烧反应特性。结果表明,黄豆秸秆灰的存在能够明显改善铁矿石的反应性能,CO2捕集浓度、碳转化率和瞬时气化速率均得到不同程度的提高。随着黄豆秸秆灰添加量和运行温度的增加,改性铁矿石的反应性能得到逐渐提升。对改性铁矿石循环反应特性的研究表明,黄豆秸秆灰中高K/Si比能够防止铁矿石载氧体的严重烧结,使得改性铁矿石能够保持多孔结构,循环反应性能保持稳定,但需要加强黄豆秸秆灰在铁矿石载氧体上的附着能力。

水合物法分离混合气中二氧化碳的实验研究2312-2318

摘要：在小型水合物反应装置上研究了纯水、四氢呋喃（THF）、四丁基溴化铵（TBAB）3种不同体系对二氧化碳水合物生成动力学特性的影响。结果表明THF体系中水合物生成的诱导时间最短,在6～15℃较高的反应温度下仍可以显著改善CO2水合反应体系的相平衡条件。在4.5～6MPa,0.5～6℃条件下,研究了混合添加剂THF/SDS体系中CO2/N2混合气水合物生成特性及其分离效果。结果发现,9%THF体系中加入0.3%SDS可以进一步缩短水合反应诱导时间,增大水合反应系统压降,提高了水合物的储气量,与单一THF体系相比,CO2的回收率提高了近10%。研究表明THF/SDS混合添加剂可在较高操作温度下改善CO2/N2的分离效果,降低分离能耗。

组合电极小型燃烧器的电学及雾化特性研究2319-2327

摘要：组合电极对小型发电系统的关键设备小型燃烧器的效率和稳定性上有显著的改善作用。在荷电雾化燃烧中,燃烧效果很大程度上取决于雾化程度,而充电电场是决定静电雾化的关键因素。对毛细管喷嘴–环形电极–收集网格组合电极的电场进行了理论计算,利用静电场叠加原理,通过单喷嘴电极和单环形电极电场分布导出了不同环形电极位置的组合电极电场分布。通过实验采集了不同电极距下的雾化图像、测量了雾化产生的电流、雾化液滴速度和粒径。结果表明：组合电极轴向电场强度在喷嘴出口处最大,并且沿着z轴方向,总体呈下降趋势。随着环形电极位置从上向下移动,组合电极喷嘴出口处轴向电场强度大小逐渐增加,实验测得的乙醇荷质比相应增加。由此推论,在本研究范围内电场强度是影响荷质比的关键因素。综合考虑不同电极距对液滴粒径和速度的影响,认为当极距L_1=3.6mm或L_1=2.5mm时能实现较好的雾化及燃烧效果。研究结果对于合理设计小型燃烧器结构具有指导意义。