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中国电机工程学报 2017年第10期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志气体放电与放电等离子体

基于可移动特高频天线阵列的变电站站域放电源检测与定位研究2761-2773

摘要：基于特高频天线阵列的局部放电检测方法已被应用于敞开式变电站（air-insulated substations,AIS）站域的局部放电巡检,但目前装置存在定位精度低等缺点。该文针对变电站局部放电去噪方法、传感器阵列优化布置、定位算法及检测系统开发等方面开展了深入研究。针对电晕噪声、手机通讯信号及非脉冲噪声,提出了合理选取检测频带、硬件陷波器及能量陡度阈值等去噪方法;通过克拉美罗下界分析及定位均方根误差仿真对天线阵列布置进行了优化,选取为4 × 1m的菱形天线阵;采用基于最大似然估计的概率定位法求解时差定位方程组,综合多次局部放电信号定位结果,可降低时差估计误差的影响,提高了定位准确度。开发了变电站局部放电检测与定位系统,包括超宽带全向双锥天线、信号调理电路及信号高速采集分析单元,用于110kV AIS站域局部放电检测,测试结果验证了系统的有效性及定位准确性。

室温硫化硅橡胶的激光诱导击穿光谱特性与老化研究2774-2782

摘要：硅橡胶复合材料被广泛应用于高压输电外绝缘领域,特别是室温硫化硅橡胶（room temperature vulcanized,RTV）,被广泛用作防污闪涂料。目前其检测分析方式以取样后实验室分析为主,尚无可现场检测RTV材料成分及老化状态的技术。该文利用激光诱导击穿光谱技术,开展了RTV材料的激光诱导等离子体特性研究,为后续利用LIBS技术进行现场检测提供参考。文中主要研究了单脉冲纳秒激光作用下,RTV复合材料的烧蚀特性、等离子体温度、电子数密度、光谱强度与激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）参数的关系,给出了表征老化特性的方法。研究表明,LIBS技术可以有效表征RTV材料的成分,测试其老化厚度、元素变化等状态信息,其现场应用有利于维护输电线路运行安全。

基于g参数法的棒-板长空气间隙操作冲击电压海拔校正分析2783-2789

摘要：IEC 60060-1推荐的g参数法常用于海拔2000m及以下地区输电系统放电电压海拔校正。然而,随着远距离、大容量输电技术的发展,中国已建和在建的很多输电工程途经地区的海拔高度将超过3000m,最高甚至超过5000m。为分析g参数法在高海拔地区的适用性,该文基于g参数法对海拔55、2200、3000、4300和5000m地区,2-9m棒-板间隙50%操作冲击放电电压进行了海拔校正分析,结果表明：同一海拔高度下,随着间隙距离的增大,校正因数相对误差呈下降趋势;随着海拔高度的增加,校正因数的相对误差越来越大,且指数因子m、w取值的分散性也逐渐增大,当海拔超过3000m时,g参数法不再适用于棒-板长空气间隙操作冲击放电电压海拔校正。最后,综合考虑气象条件,文中提出了一种可用于不同海拔地区4-9m间隙距离U50的计算方法,并选取麦夸特法进行数据拟合,给出了计算公式中参数m1、m2、m3的推荐值,分别为0.097、-0.068、0.446。

110kV复合型放电间隙避雷器的电气性能2790-2797

摘要：为降低110kV架空输电线路雷击跳闸率,基于多短间隙过零熄弧后不重燃的机理,提出一种由多短间隙结构和单个大间隙相串联而成的复合型放电间隙避雷器。该避雷器允许多短间隙被击穿建立电弧通道,在间隙中产生的高气压作用下,电弧被推出短间隙。在工频续流自然过零熄弧后,由于分布到单个短间隙上的最大电压不足以重新燃弧,以确保电弧不发生重燃。该文首先通过工频续流试验考核多短间隙过零熄弧后不重燃的可靠性;进而通过雷电冲击试验、淋雨试验和污秽试验,检验该避雷器的电气性能。试验结果表明复合型放电间隙避雷器具有良好的工频续流遮断能力,且电弧不会发生重燃;具有良好的雷电冲击特性和淋雨特性,适用于重污秽地区。复合型放电间隙避雷器满足110kV输电线路安全运行的要求,并能够在继电保护动作前可靠熄灭电弧使其不发生重燃,可用于110kV输电线路防雷。

直流GIL不均匀场中金属微粒运动的数值模拟及放电特性分析2798-2806

摘要：明确直流气体绝缘金属封闭输电线路（gas insulated transmission line,GIL）不均匀场中金属微粒运动及其引发的间隙放电具有重要意义。建立了微粒运动的三维电-力学瞬态耦合有限元数值计算模型：基于静电场原理,获得了微粒的电荷量及电场力;结合力学方程与拉普拉斯光顺方法给出了运动的动网格模型;为抑制微粒与壁面接触时网格拓扑改变引起的计算失败,提出了虚拟接触壁面条件。对楔形平板电极中典型的微粒运动进行数值模拟,通过实验验证了计算模型的准确性。获得了微粒表面的场强畸变,并根据流注起始判据对其引发的典型间隙放电形式进行分析,结果表明：微粒向电极运动时,表面场强畸变最严重部位总是分布在靠近电极一侧的顶端;微粒紧邻高（低）压电极而与低（高）压电极的放电由微放电引起;起跳阶段与高压电极的放电可能会立即引发整个间隙击穿。

水间隙击穿放电模式对激波强度的影响分析2807-2815

摘要：液体中脉冲大电流放电产生强有力的激波被广泛应用于工业生产、生物医疗等领域,如何稳定、高效地获得高强度的激波是该技术的关键。基于搭建的液电脉冲激波实验平台,该文研究了正极性针-板放电模式对激波强度的影响。通过高速摄像机拍摄流注通道发展过程,发现流注可能呈现出两种不同的发展模式：树枝状亚音速流注与丝带状超音速流注。试验结果表明放电电压对水中间隙击穿放电模式及对应的激波强度有明显影响。通过改变放电电压,可以实现对水中间隙击穿放电模式的调控。亚音速流柱的发展过程属于电热击穿过程,阳极尖端首先出现可见的气泡簇,在外部不均匀电场的作用下气泡簇内部明亮流注沿着尖端向阴极发展,形成树枝状的流注通道。此后,气泡簇包裹的丛林状流注通道不断向阴极发展,当流注头部发展到与阴极距离足够小时,水中间隙击穿并产生强烈的激波。超音速流注的出现可导致间隙的快速动态击穿,电容器上的能量可实现快速释放,形成更为强烈的激波。针对本试验条件,充电电压提升到22.5kV时,亚音速流注将向超音速流注转化,预击穿过程的击穿时延及泄漏能量将迅速降低。研究表明超音速流柱模式的能量转换效率更高,即使在相同的施加电压下,超音速流柱对应激波强度可以达到亚音速流柱模式下的2-4倍。

N2含量对大气压He等离子射流特性影响的数值模拟研究、2816-2823

摘要：该文采用2D对称流体力学模型,研究N2含量对大气压He等离子体射流的管外放电结构和粒子组分的影响。工作气体为He和He-N2混合气体,混合比为 x（He）/x（N2）=99.85/0.15,x（He）/x（N2）=99.7/0.3和x（He）/x（N2）=99/1。工作气体中混合N2增强等离子体放电,并且x（He）/x（N2）= 99.7/0.3混合气体中的等离子体放电最强。1% N2含量内潘宁电离的促进作用强于电子激发N2分子反应的削弱作用,但是He混合1% N2对应的电子激发反应消耗的能量也起很大作用。混合N2能够加速等离子体子弹从环形结构向实心结构的转变。N2含量对介质管外等离子体射流中的离子组成有很大影响：纯He等离子射流中He2＋密度最大;工作气体为x（He）/x（N2）=99.85/0.15和x（He）/x（N2）=99.7/0.3混合气体时,N2^＋和N^4＋密度明显高于He^＋和He^2＋;工作气体为x（He）/x（N2）=99/1混合气体时,N4＋完全主导正离子电荷。

含憎水性成分的二维射流阵列放电特性及表面改性研究2824-2831

摘要：提高绝缘材料表面憎水性可有效抑制电力系统中污闪、湿闪发生,对保障电力系统设备的稳定可靠运行具有重要意义。针对大面积绝缘材料表面处理需求,该文将单管射流进行扩展,设计二维蜂巢状射流阵列电极结构,在Ar中带入三甲基硅烷（TMS）引入憎水性成分来产生含憎水性成分的二维射流阵列放电。论文诊断了TMS/Ar混合气体射流阵列的电学特性、光学特性并计算得到相关放电参量,研究了TMS含量对放电特性的影响。在此基础上,利用所得到的稳定射流阵列对典型绝缘材料环氧进行憎水性表面改性,研究了TMS含量和处理时间对改性效果的影响,并对改性条件进行优化。结果表明：随着TMS含量增加,阵列放电强度减弱,放电功率和传输电荷以及相关粒子等均呈减小趋势。TMS含量为0.04%时,放电电流为75mA,传输电荷与放电功率分别为1617nC、86.75W,在此条件下对环氧材料进行改性效果最优,经过180s处理后,环氧表面水接触角由处理前的42°提高至最大值118°。

中国电机工程学报杂志智能配用电技术

能量路由器对于配电网运行优化的影响分析2832-2839

摘要：能量路由器是一种基于现代电力电子技术设计的电力系统能量交换装置,可以通过灵活的控制手段实现潮流分配、电压改善、电网监控和故障隔离等功能。在能源互联网的愿景下,能量路由器将成为未来配电网中重要的基础装备。研究用于配电网络的能量路由器分析方法和模型,对于实现配电系统优化运行具有重要的意义。该文提出融入能量路由器的配网潮流综合分析模型,建立含能量路由器的配网优化运行模型,并基于IEEE 33节点系统分析应用能量路由器对改善配电网电压水平的实际效果。结果表明,通过引入能量路由器系统运行电压可以得到有效提升,系统运行状况得到较大改善。

配电网的安全距离：定义与方法2840-2851

摘要：提出配电网安全距离的严格定义,并基于安全距离发展出新的安全评价方法。安全距离是当前状态（工作点）到安全边界的距离,是安全评价的关键数据。首先,该文规范了配电网安全距离的定义,将其分为几何安全距离（geometric security distance,GSD）和馈线安全距离（feeder security distance,FSD）,并给出两者的计算公式。其次,分析了两种安全距离的物理意义：GSD能得到多个馈线负荷同时变化时的保守负荷裕度;FSD能够得到单个馈线负荷变化的精确负荷裕度。再次,该文全面分析了安全距离在安全评价中的用途,并提出了基于工作点位移的安全评价新方法。该方法利用新工作点的位移信息和原工作点的安全距离,能更方便快捷地得到新工作点的安全评价结果,适合实际运行中实时跟踪评价工作点的变化。最后,通过算例比较了GSD和FSD的计算结果以及两者在安全评价上的精度和速度。该文研究有助于对配电网安全距离的规范与深入认识,所发展的新方法使得安全距离可以更有效地用于在线安全评价。

一种分区协调控制的有源配电网调压方法2852-2860

摘要：分布式电源（distributed generation,DG）就地接入配电网改变了辐射状的配网结构,进而对依靠变电站有载调压器 （on-load tap changer,OLTC）和就地无功补偿的传统调压方法产生影响。尽管DG具备一定的电压调节作用,但是DG接入位置不同时对配电网产生的电压支撑作用不同,且多个DG接入后,调节各DG的无功出力以及有载调压器分接头的动作顺序也直接影响到调压的效果。对此,该文提出一种基于分区控制的有源配电网调压新方法。首先,在分析含DG的两节点系统电压方程的基础上,定义节点的位置指数,并据此确定高峰负荷时DG的最佳接入位置;其次,通过分析DG接入后的各节点的电压敏感度,进而划分出DG和OLTC的本地调压域,提出各DG和OLTC的协调配合调压策略;最后,采用分层分区的调压方法对IEEE 33节点配网模型进行DG接入位置和个数的确定、调压域的划分以及相关仿真验证,结果表明,文中方法能够更加灵活有效地调节电压,提高能源利用率,减少调压装置的动作次数。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

一种基于常规直流输电系统的混合直流改造方案2861-2868

摘要：通过对现有的常规直流系统进行柔性化改造,将受端换流站改造为柔性直流换流站,是一种构成混合直流输电系统较为经济可行的方式。介绍了一种将现有常规直流受端换流站改造为柔性直流换流站的方案,将常规换流阀替换为柔性直流换流阀,保留并利用了原有的换流变压器、交流穿墙套管等设备,降低了改造成本。首先,对受端柔性直流换流站几种潜在的主接线方案进行了初步对比;在此基础上,对所提出的柔性化改造方案进行主回路参数设计。设计结果表明,所提出的改造方案能够显著降低对子模块电容、桥臂通流能力的要求,降低了换流阀的成本和体积。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方案的可行性和主回路参数设计的正确性。

基于量子化状态驱动的时空自律仿真方法2869-2877

摘要：仿真是研究电力系统的重要工具。传统的电力系统时域仿真基于离散时间积分求解状态变量运动轨迹,无法自动确定仿真范围和步长。文中介绍了一种基于离散事件的仿真方法——量子化状态系统（quantized state systems,QSS）仿真,并在此基础上提出了一种时空自律的仿真方法。该方法将系统的动态变化过程描述为一系列按照时间顺序发生的事件,并根据输入量阈值自动确定仿真范围。算例分析验证了该方法在保证计算准确的同时,能够自适应调整仿真的范围和步长。

平抑风电场随机波动的风-水-燃气系统优化设计2878-2886

摘要：为降低大规模风电场群对电网爬坡速率的需求,研究水电站配合燃气电站共同缓解风电时段间波动的问题。定义出力波动频率作为系统输出波动性的衡量指标以避免较为保守的容量配置结果,进而建立考虑出力波动频率的风- 水-燃气系统随机最优设计模型,利用风电波动的概率密度函数,优化水电调节速率及燃气电站额定功率,使得水电调节成本、燃气电站建设成本及期望燃料费用最小。为有效求解该模型,设计马尔可夫稳态分析方法,得到了出力波动频率及期望燃料费用的解析计算式。结果表明：当水电站提供一定调节能力时,为风电场配备其装机容量12%左右的燃气电站可以96%的概率实现联合出力无波动且成本增加不大;稳态方法求解时间短且精度较高。

基于变流器联合控制的永磁风电机组孤网调频方法2887-2895

摘要：针对孤网中负荷与分布式电源波动引起的频率骤变及小幅振荡问题,展开永磁风电机组孤网调频研究。基于改进的转矩下垂控制算法,提出一种变流器小信号动态模型,探讨降载系数与下垂系数对机侧变流器输入功率的影响,以及直流母线电压补偿值对网侧变流器输出功率的影响。为抑制风速及负荷扰动,设计基于H∞理论的联合控制器,给出控制器相关参数,优化变流器输入、输出功率,从而在机组稳定运行前提下提高孤网抗扰动能力,有效减弱频率骤变并抑制小幅振荡。联合控制与其他控制方法仿真分析表明,基于变流器联合控制机组运行数据较稳定,且孤网频率波动最小。最后通过实验进一步验证所提控制策略的有效性。

基于电流轨迹相似度的双馈风电机群电磁暂态同调分群方法2896-2904

摘要：合理的风电场等值建模是风电并网研究与运行的基础。双馈风电机群中各机组的正常运行状态、控制器暂态响应、保护动作情况可能不同,单个双馈感应发电机（doubly fed induction generator,DFIG）的暂态特性不能代表机群的整体特性。电力系统保护和控制的实施仍需解决风电机群暂态等值模型的欠缺。基于DFIG故障暂态过程的行为特征,充分考虑DFIG短路电流的特征信息,建立短路电流包络线轨迹结构相似度的评价指标,提出基于轨迹结构相似度的电磁暂态同调机群划分方法。算例表明,该方法能够有效辨别DFIG暂态过程的差别,满足电磁暂态分析机群等值的需求,且原理简单,易于实现。

中国电机工程学报杂志发电

基于PCMS流动和传热特性凝汽器的节水节能研究2905-2912

摘要：针对电站凝汽器循环冷却水系统耗水量大的问题。文中提出一种新型的节水方法,该节水方法基于相变悬浮液（phase change materials slurry,PCMS）的流动和传热特性,提出将PCMS与循环冷却水系统结合,通过相变材料颗粒相变多吸热,从而减少循环冷却水流量。结合某闭式的循环冷却水系统,分析了正十八烷微胶囊颗粒质量分数对循环冷却水热物性的影响,并进一步分析其节水节能收益。结果表明：采用正十八烷-水PCMS作为冷却介质时,冷却入口温度在15-23℃时,相变材料使凝汽器压力、循环冷却水量和循环水泵的功率降低,例如当冷却水进口温度为20℃时,采用质量分数为5%的PCMS,可以节约13.78%循环冷却水,30.98%的循环水泵的耗功,系统的节水节能效果明显。

SCR烟气脱硝系统动态建模方法比较2913-2919

摘要：SCR系统脱硝过程普遍应用的建模方法分为机理建模和数据建模两种,但这两种方法之间的对比研究相对较少。确定两种方法各自的适用范围,从而选取适宜的建模方法是确保模型准确性的前提。文中根据E-R反应机理以及支持向量机（support vector machine,SVM）、BP神经网络（BP neural network,BPNN）、核偏最小二乘（kernel partial least squares,KPLS）等方法分别建立了SCR系统的机理和数据动态模型。采用现场实际运行数据对模型进行验证,并根据模型精度评价指标以及建模耗时对各种建模方法进行对比。结果表明,在局部工况样本条件下,机理模型计算精度更高,计算量较小。在全局工况样本条件下,数据模型的拟合和泛化能力更强,但是数据模型的计算量更大,建模耗时更长。