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中国电机工程学报 2018年第08期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

多直流馈入受端电网短期频率稳定性的实时协调控制方法2205-2212

摘要：近年来,直流闭锁事故频发,严重威胁受端电网的安全运行。目前,我国虽然投运了多直流馈入受端电网频率紧急协调控制系统,但仍采用离线控制方法,难以适应电网运行方式的时变性,往往增加不必要的控制成本,且存在欠控并导致电网短期频率失稳的风险。针对该问题,该文提出一种应对大容量直流故障引发的短期频率稳定性风险的实时协调控制方法,基于在线更新的频率响应模型,将电网受扰后包括紧急需求响应、直流调制和储能在内的多种频率控制手段的协调规范为一个约束优化问题,并实时求解而得到确保电网频率高于稳定阈值且成本最优的协调控制方案。算例分析表明,与离线控制方法相比,该方法更能适应电网参数的实时变化和可再生能源出力波动的场景,在保证电网短期频率动态稳定性和降低控制成本方面更具优势。

电力系统高效电磁暂态仿真技术综述2213-2231

摘要：数字电磁暂态仿真是分析电力系统运行、规划和控制的重要手段。随着大容量柔性直流输电、柔性交流输电在我国电网中的进一步应用,以及电网中可再生能源、微网的大规模接入,电力系统已呈现出电力电子化的趋势和其复杂性快速增加的特征,传统数字电磁暂态仿真技术已无法满足研究、实验、生产等方面的需求。该文旨在综述近年来国内外高效数字电磁暂态仿真技术的研究现状,探讨提升仿真效率的要素与关键技术,提炼存在的问题与难点,理清下一步研发思路。该文依次从算法、硬件、接口、模型角度,重点讨论基于并行计算架构的高效算法、基于新型计算设备的仿真平台、基于混合计算架构的仿真模式和基于快速求解模式的建模技术。同时,根据作者观点,分类提出可进一步研究的重点内容,供读者参考。

考虑特征组合效应的电网关键稳定特征筛选方法研究2232-2238

摘要：电力系统中的元件众多,特征量数目十分庞大。在电网的安全稳定问题中,找到起关键作用的特征,对于电网的监控与安全运行十分重要。随着电网时空特性越来越复杂,仅靠人工经验筛选关键特征,难以全面把握电网的运行规律。现有的特征选择方法,对于特征间的组合效应考虑较少,筛选出的特征物理意义不明确,不便于调度运行人员监控。基于此,该文借助信息论提出一种考虑组合效应的电网关键特征的筛选方法,基于现有稳定规程中已被实践证明的关键潮流断面特征,筛选能够为这些关键潮流断面特征提供补充信息的特征,共同构成电网的关键特征子集。该方法一方面能够筛选出包含关键断面特征的特征子集,便于调度运行人员实施监控,是对稳定规程的补充,具有重要的实用价值;另一方面,在一定程度上将电力系统的因果关系与数据挖掘领域的相关关系相结合。

考虑锁相环动态的直驱风电机组虚拟惯性控制对电力系统小干扰稳定性影响2239-2252

摘要：通过考虑锁相环（phase-locked loop,PLL）动态特性,研究了直驱风电机组附加虚拟惯性控制对电力系统小干扰稳定性的影响。构建了闭环互联系统模型,两个子系统分别为含PLL、虚拟惯性控制动态部分以及系统其余部分。基于该模型分析了风机和系统在不同交互程度下虚拟惯性控制对系统稳定性的影响机理,当开环PLL模式和机电模式位置接近时可能引发模式谐振,风机和系统间交互作用较强,且附加虚拟惯性控制将进一步加强这种交互作用,并对系统稳定性产生较大影响。在模式谐振条件下可对子系统模型进行降阶简化,应用根轨迹方法由开环模式分布位置关系、虚拟惯性控制增益、极点出射角因素分析考虑PLL动态后虚拟惯性控制对系统稳定性的影响。最后,通过仿真算例验证了所提方法和分析结论的有效性。

随机数据驱动下的机电振荡参数在线提取与阻尼调制（一）：基于ORSSI的模态参数在线辨识2253-2261

摘要：随机响应数据蕴含丰富的动态信息,从随机响应数据可提取机电振荡特征参数、进行小干扰稳定分析。该文在环境激励电力系统随机响应特征分析基础上,提出了基于在线递归随机子空间辨识法（on-line recursive stochastic subspace identification,ORSSI）的电力系统小干扰稳定性在线评估方法。ORSSI辨识算法利用LQ分解取代了传统SSI算法中的奇异值分解过程,有效地提高了计算速度,同时通过引入Givens旋转变换,替代数据更新后Hankel矩阵LQ分解过程,实现了延伸观测矩阵在线更新,在保证计算精度的同时提高了机电小干扰稳定评估的实时性。基于IEEE 16机68节点系统和某实际系统的仿真,验证了文中方法的可行性和有效性。

中国电机工程学报杂志智能电网

基于最优线性滤波的PMU测量Ⅰ：最优滤波原理2262-2271

摘要：随着同步相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）测量标准的不断更新和PMU在配电网的应用,更为恶劣的测量环境和更高的准确度要求,使得PMU测量算法面临巨大挑战。最优化方法能够兼顾基波频偏与动态变化、谐波、噪声、直流和带外干扰等因素造成的测量误差,实现测量的高准确度与快速响应的最佳平衡,是复杂条件下PMU测量算法设计极为有效的实现途径。本系列共3篇论文,针对目前应用最广泛的本质为线性滤波的测量机制,建立滤波器频响特性与测量误差之间定量关系,提出最优设计准则,并分别针对P类和M类测量,实现PMU测量算法的最优设计。该文目标是建立最优设计的基本理论。首先通过理论推导,给出基波频偏、谐波、噪声、直流干扰、带外干扰和基波动态等因素下,同步相量、频率和频率变化率引起的测量误差（即总向量误差、频率误差和频率变化率测量误差）与滤波器频响特性之间的定量关系;在此基础上,定义与滤波器频响特性有关的一系列技术指标,由此提出最优滤波器设计准则;最后,通过动态同步相量测量算法和基于泰勒相量模型的加权最小二乘两种典型算法的仿真实验,验证理论分析结果的正确性。

非可信环境下基于区块链的多级DR投标安全管理及技术支撑2272-2283

摘要：为应对售电侧放开后需求响应资源参与投标竞价过程中的复杂交易安全性,针对多级交易链中存在的潜在风险,探索区块链智能合约在需求响应投标交易中的应用方法,设计一种在非可信环境下的多级投标竞价链式信息传递安全机制。通过智能合约实现多级DR-BD链的同态安全交易,可以在无需公开参与方隐私数据、不泄露用户投标信息的条件下完成交易,同时也为参与交易的实体提供完整交易链条的有效性校验,可满足需求响应投标快速交易的安全性需求。同时还扩展了OpenA DR2.0b协议以及交易节点的合约更新运算规则,并给出该方法在现有技术框架下的实现方式。

含VSC-HVDC交直流混联电力系统三相谐波潮流统一算法2284-2293

摘要：将基于电压源换流器的高压直流（voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC）输电系统谐波潮流算法从单相扩展到三相,提出含VSCHVDC交直流混联电力系统三相谐波潮流统一算法。为计及直流系统中换流变压器和VSC的不对称,分别建立它们的三相谐波模型,而平衡的交流系统采用对称分量谐波模型。交直流系统的对称与不对称部分之间以相-序分量转换方程为接口。交流侧的三相基波和谐波量以及直流侧的直流、基波和谐波量用牛顿法统一求解。该算法保持了VSCHVDC单相谐波潮流算法的高精度和相对于时域仿真法的计算速度优势,完善了VSC-HVCD的谐波模型,使其更加通用且符合实际情况,计及了不对称所引起的交、直流侧非特征谐波,是VSC-HVDC谐波分析频域法的进一步发展。

基于云分段最优熵算法的风电机组异常数据识别研究2294-2301

摘要：风电场的历史运行数据尤其是风速和功率数据是研究风电功率波动特性、风电功率预测、风电功率曲线计算和测试的重要基础。但风电场实际采集到的数据中通常会出现大量异常数据,而这些异常数据是由各机组的异常数据构成,故对风电机组进行异常数据识别具有重要意义。该文以风电机组的风速–功率曲线为研究基础,提出了用于机组异常数据识别的云分段最优熵算法,该算法基于云模型的熵识别机组发电异常的数据集,对数据进行分离。结果表明,该算法可以有效地识别出机组异常数据,提高异常数据的正确识别率,保证数据的准确性。

孤立运行光/储微电网中储能变流器暂态功率波动协调抑制策略2302-2314

摘要：光/储微电网在孤岛模式下,储能系统维持微电网内部功率平衡,并保证电压、频率稳定。但当网内负荷发生较大突变时,会导致储能变流器的输入或输出功率突变,造成变流器电流的瞬时应力增大,易引起过流等故障,降低微电网整体可靠性。针对这一问题,提出了一种基于储能变流器与光伏逆变器协调运行的控制策略,该策略利用储能变流器输出有功功率的变化率对光伏逆变器d轴参考电流进行快速补偿,调节光伏逆变器的输出功率,使光伏系统与储能系统同时响应网内负荷的变化,从而达到抑制储能变流器暂态功率波动的目的。建立了包含储能变流器、光伏逆变器、光/储协调控制系统、网络和负荷的微电网小信号模型,分析了系统的稳定性。利用Matlab/Simulink对光/储微电网进行仿真,并搭建光/储逆变器并联实验平台,不同工况下的对比仿真和实验结果验证了所提协调控制策略的有效性。

考虑通讯拓扑的电力系统分散协调控制器设计2315-2322

摘要：电力系统的暂态稳定控制历来备受重视。受二阶多智能体系统一致性理论的启发,该文考虑通讯拓扑的作用并将平衡机作为领导节点,给出了一种基于Lyapunov函数的分散控制器的设计新方法。为方便构造Lyapunov函数,利用收缩节点导纳矩阵将控制误差进行等效转化。在稳定的前提下,考虑控制输出在近零时波动太大的实际情况,对既得控制器进行了分段设计。仿真结果验证了所提方法的有效性。

中国电机工程学报杂志继电保护、通信及自动化

一种具备全线高阻故障响应及强抗饱和能力的和阻抗继电器2323-2334

摘要：提高单相接地故障场景下的抗过渡电阻能力是目前高压/特高压输电线路保护领域的研究重点之一。然而传统线路保护存在着诸如抗过渡电阻能力不理想、重载工况下灵敏度下降及无法适应非全相运行工况等问题。一些基于功率型或阻抗型判据的新型保护原理一定程度上改善这些问题,但仍存在选择性及灵敏度方面的缺陷。该文在现有阻抗型保护原理的基础上提出一种改进和阻抗继电器,在保留现有和阻抗继电器实现简单、反应高阻故障、能够适应系统非全相运行等优良特性的同时,针对近受端故障、线路轻载场景下抗过渡电阻能力的盲区,引入全新的双端自适应浮动门槛,与工频变化量距离继电器配合运行时能够全面覆盖全线300Ω高阻接地故障;针对伴随电流互感器饱和的故障场景,提出阻抗比率判据,通过不同场景下判据的切换以应对不同故障工况,保证任意工况下的选择性。

有限PMU下采用差动有功功率抗过渡电阻的广域后备保护2335-2347

摘要：针对广域后备保护算法易受过渡电阻的影响,研究有限同步相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）下基于差动有功功率（differential active power,DAP）的广域后备保护算法。将电网分为若干区域,计算各区域的正序DAP,与阈值比较,判别故障区域。由有限的布置PMU母线电压推算出未布置PMU母线电压幅值,采用线路两侧的推算电压差可识别出故障区域中的故障线路。当发生高阻接地故障不能识别故障线路时,计算各线路的DAP,分析其在线路故障与正常时的差异特性。针对无分支和有分支结构,分别研究故障线路检测判据。对于有分支结构,采用动态加权因子,由各PMU侧电压电流较准确地推算未布PMU母线电压。根据未布置PMU母线各侧的推算电压之间的相位关系,构造线路正序、零序、负序DAP的故障判据。通过IEEE 39节点系统大量仿真实验验证算法的有效性。该算法能够准确检测故障线路,不受故障点位置、故障类型、负荷等影响,且在过渡电阻达到300Ω时仍能准确识别故障线路。

中国电机工程学报杂志发电

热偏差和流量偏差对1000MW超超临界锅炉水冷壁壁温影响的研究2348-2357

摘要：通过耦合水冷壁的烟气侧和工质侧的换热模型,获得超超临界条件下水冷壁管内工质和管壁的温度分布情况。设置火焰中心和工质流量的偏差变量,研究其对600℃和700℃等级锅炉水冷壁管壁温度安全的影响。通过模型的计算结果与600℃等级的超超临界机组测试值对比,验证模型的准确性。计算结果表明：耦合模型计算温度和实测数据有较好的一致性;对于600℃等级锅炉的水冷壁,流量对壁面温度最高值的影响明显高于火焰中心偏移的作用;700℃等级超超临界锅炉水冷壁管壁和工质的温度分布规律和600℃等级锅炉的变化趋势基本一致。管壁的峰值温度约为619℃,远远超过600℃等级超超临界锅炉管材的允许温度;推荐管材的许用温度为650℃。

多场作用下电除尘器内电动流体运动特性分析2358-2366

摘要：为了描述不同阳极板结构的电除尘器内发生电晕时带电颗粒的运动过程,建立了电晕放电条件下的荷电颗粒多物理场作用的数学模型,通过针板放电形成电晕风的实验结果验证了数学模型的合理性,讨论了多场耦合作用下阳极板结构对烟气流动特性和粉尘颗粒的运动行为的影响,分析结果表明：线板式电除尘内电晕放电时,电晕极附近会形成气流漩涡,当主流烟气存在一定速度后,气流漩涡现象消失,出口横截面的速度分布存在明显差异,其中c型极板对应的出口横截面速度分布差异最为明显;c型阳极板附近容易集聚大量低速荷电颗粒,相对其他两种板的粉尘脱除效率更高。

起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性2367-2375

摘要：针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明：由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。

R134a超临界压力下管内换热特性实验研究2376-2383

摘要：有机工质跨临界循环或超临界循环的系统优化及应用设计,要求掌握有机工质在超临界压力下的传热特性,而目前这方面的研究还很有限。文中在设计、建立超临界有机工质传热特性研究实验装置的基础上,对有机工质HFC134a开展了超临界压力下管内换热特性实验研究,特别包含了工质流向为下降流情形的实验测量。结果表明：无论工质流向为竖直上升流还是竖直下降流,HTC均随热流密度增加而减小,随质量通量增大而增大;相同热流密度、压力条件下,上升流与下降流两种流向下HTC间的差别,随质量通量增大而减小。对上升流和下降流而言,在浮升力影响较小的实验工况下,HTC随压力的增加而减小,而在浮升力显著的工况下,HTC随压力增加呈现出先增加后减小的趋势。根据实验数据拟合得到了R134a超临界压力下的HTC关联式,该关联式适用于上升流及下降流,拟合精度为平均偏差-2%,均方根偏差11%。

基于自适应平方根无迹卡尔曼滤波算法的锂离子电池SOC和SOH估计2384-2393

摘要：为提高锂离子电池荷电状态（state of charge,SOC）的估计精度并准确估计健康状态（state of health,SOH）,以二阶RC等效电路模型为研究对象,基于Sage-Husa自适应滤波的思想,对传统的平方根无迹卡尔曼滤波（square-root unscented Kalman filter,SRUKF）进行改进,提出一种自适应SRUKF（adaptive square-root unscented Kalman filter,ASRUKF）算法,该算法通过对状态方差阵和噪声方差阵平方根的递推估算,确保了状态和噪声方差阵的对称性和非负定性。验证结果显示,相比于SRUKF算法,ASRUKF算法能够得到精度更高的SOC估计值,并在FUDS工况下将最大SOC估计误差降低4%。针对电池欧姆内阻和容量参数随着电池的老化而变化的现象,对内阻和容量进行实时在线估计,在此基础上完成对SOH参数的预测。验证结果表明,联合估计算法对电池的欧姆电阻和容量有一个较好的估计,进一步提升了电池状态的估计精度。