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中国电机工程学报 2017年第24期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

双馈型风电机组谐波信息的大数据聚类分析7067-7076

摘要：随着电力系统中风电渗透率不断提高,风力机接入带来的谐波问题已严重影响电网安全和电能质量。该文首先分析双馈型风电机组的整数次谐波和间谐波的产生原理,研究转子转速对注入电网谐波的影响,并设计基于可变时间窗口的转子转速来精确检测整数次谐波与间谐波。其次,研究可用于双馈风电场的大数据检测系统,引入基于k-medoids算法的大数据聚类分析方法。最后,采用基于可变时间窗口的快速傅里叶变换（fast Fourier transform,FFT）方法对稳定和加速状态下的运行数据进行分析,并用聚类方法分析FFT处理后的数据,仿真分析结果验证了方法的有效性。

基于转速控制的双馈风电机组一次调频辅助控制系统建模7077-7086

摘要：双馈风电机组一次调频辅助控制技术是实现风电主动参与系统调频的重要手段,随着风电渗透率持续增加,近年来对该技术开展了广泛深入的研究。依据同步发电机的原动机–调速器建模思想,对额定风速以下运行条件,利用状态空间模型,采用小信号增量法,建立了基于转速控制的双馈风电机组一次调频辅助控制系统传递函数模型,可用于描述风电机组一次调频的动态响应和稳态响应,并通过仿真算例验证了模型的精确性和有效性。该模型可进一步应用于含风电频率控制的电力系统频率响应特性研究。

含风电接入多区域电力系统的分散式随机动态经济调度方法7087-7098

摘要：该文提出一种含风电接入的多区域电力系统随机动态经济调度问题的分散求解方法。首先利用场景法对风电随机性进行建模,对每个区域的风电单独抽样,并构建预测场景和误差场景的边界节点相角一致性约束。其次通过复制边界节点变量和构建上层协调器,对多区域电力系统按区域进行分解。最后利用目标级联分析法对多区域随机动态经济调度模型进行分散优化,并采用部分聚合多切割方法高效求解各区域随机优化问题,构建上层协调器主问题、区域预测场景子问题和误差场景子问题交替求解。此外,为提高计算效率,先对预测场景下的确定性多区域动态经济调度模型进行优化,当算法收敛后再交替进行各区域的随机优化和上层协调器的分散协调。最后通过对三区域IEEE RTS系统和一个实际四区域2298节点系统进行测试,证明了该文方法的有效性。

基于概率分布量化指标和灰色关联决策的风电功率实时预测研究7099-7107

摘要：对于风电功率实时预测,如何有效的引入风速信息进行高精度的预测,需要进行深入研究。首先引入灰色理论中的灰色关联的算法,建立基于概率分布指标的量化分析模型（quantitative analysis model based on probability distribution,QAM-PD）。其次通过实测风电场数据对模型进行分析,利用灰色关联关系和标准风速功率曲线建立基于灰色关联决策的风电功率实时预测模型（real-time prediction model of wind power based on gray relational decision,RPM-WPGRD）。最后选取中国东北某大规模风电场,对其风电功率进行预测。通过误差分析,相较于完全基于历史风速或者完全基于历史功率的算法,该方法可有效提高预测精度。

考虑运行约束的区域电力–天然气–热力综合能源系统能量流优化分析7108-7120

摘要：能源系统的经济运行与可持续性发展是当今学术界与工业界关注的重点,随着热电联产、热泵、燃气锅炉等低碳技术的发展,区域电力系统、区域天然气系统以及区域热力系统能源耦合愈发紧密,形成了区域电力–天然气–热力综合能源系统,为简单起见,称其为区域电力–天然气–热力系统（regional electricity-gas-heat system,REGHS）。为进一步分析REGHS各能源子系统的互补特性及其协同优化的潜力,首先对上述能源子系统进行建模与求解,基于能源集线器概念,对以区域混合能源站为核心的能源耦合环节进行分析,并形成了REGHS能量流综合求解模型;以经济最优为目标,通过设置合理的运行约束（包括REGHS能源网络约束与HES约束）,对REGHS能量流进行优化,为能源供应方案的优选提供了一定的理论根据,引导用户合理、经济用能。经算例验证,通过能源的转换与分配,优化后的REGHS供能成本有效减少,提高了能源综合利用效率,同时,能源子系统均满足其运行约束。

一种暂态电能质量扰动检测的新方法7121-7132

摘要：电能质量信号在采集的过程中通常会被噪声污染,而暂态扰动检测的主要挑战就是噪声干扰。传统的扰动检测算法存在只适用于稳态扰动的分析、运算量太大、易受噪声影响致使检测的准确性急剧下降等缺点。为提高强噪声环境下暂态扰动检测的准确性,该文提出一种扰动检测的新方法。该方法非常简单,无需前置滤波单元,仅有2个参数且对检测结果的影响不灵敏。仿真中,将该文算法与广义形态滤波与差分熵的扰动检测方法和基于奇异值分解的扰动检测方法进行暂态扰动检测对比分析,结果表明该文算法不仅具有较强的抗噪性,且对过零时刻发生的扰动也具有较好的检测效果,同时还能指示扰动突变的极性。最后通过对实际暂态扰动数据的检测,进一步验证算法的有效性。

中国电机工程学报杂志输变电技术

基于隔直装置全局优化投切的直流偏磁治理方法7133-7142

摘要：由于缺乏对直流电流全局分布的考虑,传统隔直装置投切方法容易造成区域内其他变压器出现中性点直流电流被动超标。为了有效地指导偏磁治理工作,提出一种基于隔直装置全局优化投切的偏磁治理方法。首先根据直流电位衰减规律确定交流系统建模范围,其次结合交流系统等效电阻网络、变电站与接地极地理位置分布情况,采用场–路耦合分析思想建立全局隔直装置优化投切数学模型,最后以全局中性点直流电流最大值最小为目标进行寻优,得到最优投切方案。通过宜昌地区电网实际参数验证所提方法（基于穷举法寻优）隔直效果优于传统方法,同时为了保证在交流系统规模扩大后寻优的效率,采用多种智能方法对优化问题进行求解,验证了智能算法同样可以实现趋近于穷举法的隔直效果。

基于MMC-UPFC对称分量控制的输电线路三相不平衡治理7143-7153

摘要：该文采用基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）,提出一种通过在线路中串联负序电压来治理输电线路三相不平衡的通用控制策略,建立MMCUPFC在正、负序同步旋转坐标系下的双环控制器,分析不同变压器接线方式对于零序分量的抑制效果,并设计相应的环流抑制控制器。定量分析MMC-UPFC在常规运行方式和三相不平衡治理时的潮流运行范围,给出其运行范围准确的数学解析式,并采用逐点扫描法进行验证。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建MMC-UPFC及相关控制系统模型,进行不同情况下三相不平衡治理的仿真。仿真结果表明：所提出的控制方法具有良好的控制通用性和鲁棒性,能够有效地治理多种原因造成的线路三相不平衡。

适用于直流电网的限流混合式直流断路器7154-7162

摘要：柔性直流电网技术可以最大限度的综合各种新能源、负荷的分布特性进行多元互补,再结合储能,将是实现大规模新能源消纳的有效手段。直流断路器作为大容量直流电网隔离直流侧故障的关键设备受到了越来越多的关注。该文在分析现有混合直流断路器技术特点的基础上,提出一种具有限流功能的混合型直流断路器拓扑：1）该拓扑采用晶闸管作为主开关器件;2）采用阀段式模块设计,具有较好的可拓展性;3）通态损耗低,对外呈现低阻抗。限流状态对外呈现高阻抗,限流后更易切断直流故障电流。分析该直流断路器在限流过程中所受的电流和电压应力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的5端直流电网模型及所提直流断路器模型,仿真验证了所提直流断路器拓扑的可行性。

计及短线路同杆并架双回线的输电网混合状态估计7163-7173

摘要：提出计及短线路同杆并架双回线参数不对称的输电网精确快速混合状态估计模型及算法。首先通过机理分析获得导致输电网采用单相状态估计进行包括短线路不换位同杆并架双回线估计时,短线路不换位同杆并架双回线中无功功率估计与其实际量测值偏差大的原因：双回线之间因自感和互感不相等导致参数不对称;并用仿真方法分析其传输功率差的影响因素。基于所得到的上述原因,提出实现输电网中短线路不换位同杆并架双回线无功功率准确估计须采用三相状态估计方法。进而提出基于Π型等效接口的输电网单三相混合状态估计的快速算法及Π型等效接口位置自动确定策略。采用IEEE118系统对模型的机理、模型及算法的可行性和有效性进行分析验证。

中国电机工程学报杂志智能配用电

基于模型预测控制的冷热电联供型微网动态优化调度7174-7184

摘要：冷热电多能联供（combined cooling heating and power,CCHP）型微网具有节能、环保、经济等特点,有良好的发展前景和应用价值。为应对可再生能源的大规模接入及负荷的不确定性,该文提出基于模型预测控制的CCHP型微网动态优化调度策略。该优化策略首先对设备效率曲线模型进行分段线性化处理,以日前计划联供设备的出力值为参考值,在日内调度下建立可再生能源及负荷预测模型,基于多步滚动优化求解出各联供设备的平滑出力。仿真结果表明：分段线性效率曲线模型不但能更好模拟系统实际运行工况,且计算时间满足在线调度需求;滚动时长选取4h,不仅满足鲁棒性也能满足快速性;所提模型能够有效应对系统不确定性对系统经济调度的影响,实现其经济及安全运行。

考虑微网间功率交互和微源出力协调的冷热电联供型区域多微网优化调度模型7185-7194

摘要：随着越来越多的微网接入电力系统,逐渐形成了一个个聚集在一定区域的彼此联系紧密的区域多微网系统。通过组成区域多微网系统的各个微网之间的功率交互和微网内多微源的出力协调,可有效提高区域多微网系统的总体运行效益。为此,针对含冷热电联供（combined cooling heating and power,CCHP）系统的区域多微网系统,建立考虑微网间功率交互和微源出力协调的优化调度模型。该模型既计及了微网与配电网、微网与微网之间的功率交互,也计及了微网之间的功率交互对微网内部制冷或制热的微源出力的影响,目标是多微网系统的总体运行成本最低。通过算例分析比较各微网独立运行方式和多微网协调运行方式下微网内部微源的出力情况和多微网的总运行成本。算例结果表明,考虑微网间功率交互会影响CCHP型区域多微网内部微源出力,并促进多微网总运行成本降低,由此验证了所提出模型的有效性与经济性。

一种基于势博弈的微电网分布式运行优化算法7195-7204

摘要：微电网是可再生能源利用的有效途径。随着能源互联网技术的发展,微电网呈现出强的分散性、智能性和绿色性,微电网运行优化对其个体的自主性和理性能力提出更高要求,传统的集中式优化已难以满足这一发展的趋势。该文引入博弈理论和势博弈概念,综合考虑经济性和碳排放,以典型的风光柴蓄孤岛微电网为例,提出一种基于势博弈的运行优化模型,并证明该模型纳什均衡的存在。通过构造兼顾微源节点经济性和绿色性（碳排放）的收益函数,将约束条件转化成策略空间,进一步提出与势博弈模型相适应的分布式优化方法,通过局中人相互通信完成迭代求解。仿真结果表明,微电网个体的自主性和智能性得到充分提高,碳排放得到有效控制,验证势博弈理论应用于微电网运行优化的可行性和有效性。

计及多维不确定性影响的配电信息物理系统优化规划方法7205-7215

摘要：配电信息物理系统（cyber physical distribution system,CPDS）与主动配电系统具有内在一致性,该融合系统的多维不确定性、深度耦合性使其规划问题更为复杂。文中基于配电信息物理系统在规划中的耦合特性分析,建立计及电压控制功能及通信系统随机故障的CPDS规划模型,提出考虑信息系统随机失效和控制失效的CPDS规划框架,通过优化方案形成和方案概率约束指标评价相结合的融合过程进行求解。以分布式光伏并网且具备电压控制功能的改进IEEE-33节点配电系统为例进行仿真验证,验证所提模型和算法的有效性和实用性,并探讨控制参数、光伏渗透率对配置方案和信息系统随机故障对电压合格概率指标的影响,为配电信息物理系统的规划和改进措施提出建议。

中国电机工程学报杂志发电

凝结水节流参与的超超临界机组一次调频控制方法7216-7222

摘要：提高火电机组一次调频性能对维护电网稳定具有重要意义。提出一种基于凝结水节流的超超临界机组一次调频控制方法。基于热力学分析提出凝结水节流系统蓄能系数概念,计算凝结水节流对一次调频的能量贡献能力。设计基于多尺度分解的一次调频联合控制方法,调度凝结水节流系统和主机协调控制系统共同进行调频控制。仿真结果表明,所提控制方案能够在提高超超临界机组一次调频响应能力的同时减小机组运行参数扰动,所提蓄能计算有助于凝结水节流系统的安全高效运行。

600MW煤基超临界二氧化碳发电系统回热器和预冷器的概念设计7223-7229

摘要：超临界二氧化碳发电系统中通常采用印刷电路板换热器作为高温回热器、低温回热器和预冷器。为了更好地研究高温回热器、低温回热器和预冷器,并进行相应的概念设计,该文基于FORTRAN平台,从换热器的热力计算模型入手,建立了通用的印刷电路板换热器计算模型和程序。基于文献中的实验数据,对该模型中换热系数计算关联式的选取进行了论证,进而确保计算模型的准确性。基于该计算模型,该文完成了600MW煤基超临界二氧化碳发电系统中的高温回热器、低温回热器和预冷器的概念设计,并对各换热器中温度沿程分布及是否有夹点现象进行了校核计算。文中研究结果对未来建设煤基超临界二氧化碳发电系统具有重要的参考价值。

相变凝聚器内蒸汽凝结与细颗粒团聚规律研究7230-7236

摘要：湿法脱硫后增加相变凝聚器,是基于多场团聚机制控制PM_（2.5）的重要技术之一,同时可以促进蒸汽凝结,有效改善烟囱后＂大白烟＂现象。文中以燃煤湿法脱硫含尘烟气为研究对象,基于蒸汽成核和颗粒碰撞聚并理论,分析了相变凝聚器入口烟气状态。通过建立群平衡方程,研究了相变凝聚器内蒸汽凝结与细颗粒物团聚规律。结果表明,增设相变凝聚器后,烟气温度降低,水蒸气在烟尘颗粒物表面快速凝结,并伴随团聚长大,直径1.0？m以上的颗粒/液滴数浓度增加,穿透窗口区0.1~1.0？m颗粒/液滴数浓度减少。相变凝聚器表现出良好的蒸汽凝结与细颗粒团聚脱除作用,尤其烟气温度降低较大时效果明显。此外,由于硫酸细液滴团聚作用,有效改善颗粒/液滴特性,将有利于后续电除尘中的荷电、迁移和脱除。

燃气轮机轮缘密封稳态与瞬态流动特性数值研究7237-7246

摘要：采用CFX商用软件及剪切应力输运湍流模型对燃气轮机中第一级透平的轮缘密封进行了稳态和瞬态流动特性的数值研究。对于稳态特性,数值研究了不同轮缘密封结构和转速对轮缘密封效率和无量纲密封流量的影响;对于瞬态特性,详细分析了压力、频率以及轮缘密封效率的分布规律。研究结果表明：轮缘密封效率随着无量纲密封流量的增大而增大;轴向和径向密封结构的最小无量纲密封流量变化范围分别为9.62×10^3～9.63×10^3和5.07×10^3～5.75×10^3,表明径向密封结构的密封效果优于轴向结构;随着转速的升高,最小无量纲密封流量增大;提高密封空气流量有利于减小轮缘腔室内的非稳定性,但对压力的周向分布和静叶尾迹区的分布影响很小;瞬态计算下获得的静盘面密封效率要低于稳态计算值。