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中国电机工程学报 2018年第14期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

微电网两阶段鲁棒优化经济调度方法4013-4022

摘要：针对微电网内可再生能源和负荷的不确定性,建立了min-max-min结构的两阶段鲁棒优化模型,可得到最恶劣场景下运行成本最低的调度方案。模型中考虑了储能、需求侧负荷及可控分布式电源等的运行约束和协调控制,并引入了不确定性调节参数,可灵活调整调度方案的保守性。基于列约束生成算法和强对偶理论,可将原问题分解为具有混合整数线性特征的主问题和子问题进行交替求解,从而得到原问题的最优解。最终通过仿真分析验证了所建模型和求解算法的有效性,同时给出了分时电价机制下微电网对储能进行调度的边界条件,可为微电网投资商规划储能及配电网运营商设计激励机制提供参考。

基于热电共融的区域分布式能源互联网协同优化研究4023-4034

摘要：针对常规分布式能源＂点对点＂供应的局限,以互联网思维为导向,基于产能、用能行为的时空互补性,提出以分布式能源产消者为基本节点,耦合电力和热力融通的区域分布式能源互联网理念。在此基础上,以能源流为纽带,以费用流为目标,构建区域分布式能源互联网拓扑结构、设备配置与运行策略的协同优化数学模型。模型可根据产消者的空间布局、以及对电、热多能源流的动态需求,以最低成本满足所有产消者能源需求为目标,对供给侧分布式能源系统的设备配置、运行策略,以及产消者间能量输送网络进行协同优化。针对典型案例的分析表明,通过引入电力和热力融通,各产消者可通过自助与互助,实现多种能源域内调配,微观层面提升网络整体经济收益,宏观层面对整个电力能源系统亦起到削峰填谷的作用。同时,与常规分布式能源的单体利用模式相比,区域分布式能源互联网不但可获得可观的经济收益,亦能取得一定的节能、减排功效。

自适应自抗扰比例积分控制下的高速铁路车网耦合系统低频振荡抑制方法4035-4045

摘要：高铁车网耦合系统（electric multiple units-traction network coupling system,ETNCS）低频振荡易引发牵引封锁,严重影响高速铁路安全运行,因此研究低频振荡的机理及其抑制方法具有重要意义。该文首先建立了ETNCS阻抗模型,并利用幅相频特性曲线分析了低频振荡现象的产生机理,其中一个重要的因素是传统比例积分（proportional integral,PI）控制器无法对输入误差信号中的交流分量实施有效抑制。随后,为解决这一问题,提出一种自适应自抗扰比例积分（self-adaptive auto disturbance rejection PI,SAADR-PI）控制器。该控制器一方面继承了自抗扰控制器响应速度快、抗干扰能力强的优点,另一方面可通过fal函数自动调节PI参数使系统保持自适应能力,将其应用到瞬态直接电流控制策略中可提高系统的动态响应速度,增强系统的鲁棒性能。最后仿真和实验结果表明,基于SAADR-PI控制器的瞬态直接电流控制策略具有更好的控制性能,并能有效地抑制ETNCS低频振荡。

含STATCOM的LCC-HVDC系统的动态模型及小信号稳定性研究4046-4055

摘要：该文建立含静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）的电网换相换流器高压直流输电（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）系统的小信号模型,通过与详细电磁暂态模型的对比,对其准确性进行验证。基于该模型,研究锁相环（phase-locked loop,PLL）、LCC-HVDC与STATCOM控制系统参数对整个系统的小信号稳定性与动态性能的影响,并得到不同控制系统参数的可行域。最后分析锁相环（phaselocked loop,PLL）、LCC-HVDC与STATCOM控制系统之间的相互耦合作用,结果表明该耦合作用使得不同控制系统的参数可行域相互约束,为系统设计和参数选择提供有价值的参考。

一种面向需求响应资源的模糊聚类算法4056-4063

摘要：传统的依据工、商、居民等信息的资源分类方式,难以获得较高的资源响应达标率,降低了用户体验和系统效率。该文提出面向需求响应资源的聚类算法。该算法首先利用傅里叶级数,选取五维低频分量,进行负荷信息的压缩和提取。然后结合资源的出力特性、响应特性等,用向量形式表示需求响应资源,构建了响应资源的表示空间。进一步的,基于模糊C均值的资源聚类算法,对资源进行聚类。最后,算法对系统已执行的需求响应效果进行充分挖掘,利用老化函数、响应达标情况的评分,针对两种不同的达标情况表示方式,实现了资源聚类的修正。实验验证表明,该文所述算法,可以实现资源的聚类,从而显著提升需求响应的效率,提高资源的达标率。

中国电机工程学报杂志可再生能源并网技术

DFIG风电场并网引发多机电力系统次同步振荡开环模式分析方法4064-4073

摘要：针对双馈感应发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）风电场并网引发电力系统次同步振荡问题,基于开环模式谐振理论,提出一种研究多机电力系统中风电场并网引发次同步振荡的开环模式分析方法。当DFIG风电场的开环次同步振荡模式与其余电力系统的开环次同步振荡模式相近时,由于发生开环模式谐振,相应的两个闭环次同步模式中的一个的模式阻尼会降低。该开环模式分析方法可以辨识相近的开环次同步振荡模式,并根据推导出的开环模式指标估计开环模式谐振对系统稳定性的影响。同时,该方法可以有效识别参与开环模式谐振的模式与同步机、并网风电场之间的相关性,进而通过采取措施,消除DFIG风电场并网引发系统发生次同步振荡的风险。该文通过改进IEEE第一标准测试系统和多机算例系统,验证了开环模式分析方法的正确性和有效性。

风电场柔性直流并网系统镇定器的频域分析与设计4074-4085

摘要：风电场经基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统（modular multilevel converter based high-voltage direct current,MMC-HVDC）并网时易出现次同步振荡现象。引入谐波状态空间建模方法建立了MMC的多频率耦合模型,在此基础上,利用谐波线性化原理推导了计及内部动态过程的MMC交流侧小信号阻抗模型。从阻抗特性的角度揭示了风电场经MMC-HVDC并网系统的失稳机理。在失稳机理分析的基础上,分别从风电场侧MMC换流站和风电场两方面提出了互联系统的镇定控制方法,并对控制参数进行了设计。基于Matlab/Simulink建立了风电场经MMC-HVDC并网系统的时域仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

计及雾霾影响因素的光伏发电超短期功率预测4086-4095

摘要：近年来频繁出现的雾霾天气,对光伏发电的输出功率造成了显著影响。首先,针对太阳辐射削弱情景,采用机器学习方法对大气气溶胶光学厚度进行估计,进而利用经云遮系数修正的晴空太阳辐射模型计算光伏电池面板接收的辐射强度;其次,针对光伏电池面板积灰情景,开展功率测量实验,构造颗粒物累积浓度——功率衰减率样本集,从而通过相似日筛选估计不同积灰状态下的功率输出衰减率;最终,结合光电转换模型,基于地面颗粒物浓度预测以及精细天气预报信息,提出一种光伏发电超短期功率预测方法。实验结果表明,所提出的预测方法具有较高的精度,且易于工程实现。

兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法4096-4106

摘要：为了测量新能源发电基地内大型光伏、风力等新能源发电装备的频域阻抗特性,提出了一种兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法,该测量装置可接入35kV待测新能源并网发电系统,测量频宽为10Hz～1kHz。首先分析了阻抗测量的基本原理并推导了待测系统在dq坐标系下的阻抗矩阵计算公式;然后介绍了所提阻抗测量装置的总体设计方案,并重点分析了电压扰动注入单元各部分的设计,包括功率子模块设计、LC输出滤波器设计和耦合变压器设计;电压扰动注入单元采用多功率子模块级联的结构,各功率子模块由三相不可控制整流、高频隔离DC/DC变换器和单相H桥模块先后串联构成;根据兆瓦级宽频带阻抗测量装置高压大容量和宽频带输出的要求,针对电压扰动注入单元提出了一种级联H桥模块调制比固定,通过实时调整高频隔离DC/DC变换器的输出电压来控制扰动注入单元输出电压幅值的控制方法,该方法输出电压畸变率低且控制简单可靠。最后,Psim仿真验证了所提阻抗测量装置设计和控制方法的有效性。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

状态部分可观测条件下电力设备状态检修决策模型4107-4116

摘要：在设备状态检修决策中,当设备状态评价结果与其真实状态不符时（状态无法完全观测）,会导致检修决策偏离实际。针对这一问题,提出一种适用于状态部分可观测设备的检修决策模型。该模型考虑设备突发性故障和老化故障,基于部分可观测马尔科夫过程,推导设备的初始状态概率。进一步,考虑设备故障修复效果不确定性,对研究周期内设备瞬时可用度进行求解。并在此基础上,给出部分可观测条件下系统故障风险和检修风险表达,以系统总风险最小为目标进行检修决策。通过算例分析验证了文中模型的有效性。

采用多二元表判据的实用暂态电压稳定裕度指标研究4117-4125

摘要：远距离跨区直流输电规模持续增长,使得电力系统暂态电压稳定（transient voltage stability,TVS）问题突出,量化评估暂态电压稳定裕度具有重要意义。针对现有实用暂态电压评估指标区分度低的问题,基于二元表描述,提出一种可用多二元表描述的暂态电压稳定裕度指标。首先,介绍现有的实用暂态电压稳定判据及其衍生的暂态电压跌落可接受性（transient voltage dip acceptability,TVDA）指标。其次,介绍表征可接受性的单二元表判据和表征稳定裕度的单二元表判据,并从二元表判据角度分析比较现有暂态电压可接受性判据特性及其缺陷。再次,基于不同跌落程度权重不同的思想,提出基于多二元表的可接受性判据,并给出相关权重系数的计算方法;进而结合暂态电压稳定要求,提出暂态电压稳定裕度指标。最后,基于实际电网数据仿真验证基于多二元表的暂态电压稳定裕度指标具有对负荷水平、故障等运行条件更强的适用性和有效性。

静态电压稳定域局部边界的快速搜索新方法4126-4137

摘要：可再生能源的波动性、随机性和需求响应的不确定性对电力系统的静态电压稳定评估带来全新挑战,静态电压稳定域（static voltage stability region,SVSR）是分析和评估含随机性和不确定性因素影响的电力系统电压稳定性的重要工具。传统基于连续潮流的SVSR构建方法虽可保证构建精度,但计算效率较低。为提升高精度SVSR的构建效率,提出一种快速搜索SVSR边界的新方法。该方法基于SVSR边界的拓扑特性,根据SVSR边界上相邻临界点之间的关联关系,构造SVSR边界快速搜索的通用数学模型。针对该模型,首先采用连续潮流确定初始SVSR边界点,然后采用预测–校正方法求解所提模型,实现SVSR边界上所有边界点的快速搜索,进而构建出SVSR边界。最后,通过WSCC 3机9节点系统和IEEE-300节点系统对所提方法的正确性和有效性进行校验,结果表明,所提方法可实现高精度SVSR边界的快速搜索。

计及模型泛化能力的小水电机群动态等值方法研究4138-4147

摘要：在中国西南地区存在大量小水电机群集中并网的现象,在分析其对大电网影响时,现有小水电机群等值模型存在泛化能力不强的问题,即等值模型虽然可以很好地重现已记录的故障信息,但是却难以准确表征系统在未知故障下的动态特征。为解决这个问题,该文针对传统等值模型泛化能力不强的原因进行详细分析,并提出计及模型泛化能力的小水电机群动态等值新方法。通过同调性判别,对小水电机群进行分群与多机表征;采用五阶发电机模型对单台等值电机进行建模,并对发电机本体和励磁参数进行辨识;利用灵敏度分析方法,将待辨识参数分为关键参数和非关键参数,避免等值模型多解问题;针对电力系统高度非线性化的特征,基于多目标优化算法对关键参数和非关键参数进行分步辨识。最后,在四川某水电外送通道模型中验证所提方法的有效性。

中国电机工程学报杂志发电

直接空冷凝汽器加装消旋导叶栅的性能及优化4148-4155

摘要：消除轴流风机进风口处的漩涡可以显著提高风机出力,增加冷却空气流量,有效提升空冷凝汽器的换热性能。以某600MW机组单列空冷单元为例,数值模拟了加装消旋导叶栅对空冷单元流场的影响,计算了空冷单元的换热性能,并对消旋导叶栅的结构参数进行了优化。结果表明,加装消旋导叶栅能明显减弱风机入口处和空冷岛内部的涡旋,缩小风机入口处负压区范围,有效提高了风机出力,并降低了各空冷单元风机入口平均温度,大大提高了空冷机组换热能力。在6m/s工况下,风机容积效率提高了5.4%,换热效率提高了5.2%。当消旋导叶栅叶型结构为NACA6412叶型时,空冷凝汽器的换热性能最佳;消旋导叶栅的最佳导流角度为45°,最佳叶片数量为30,加装多列导叶栅的效果好于单列。所得结论为改善直接空冷凝汽器在环境风工况下的换热性能提供了参考。

进汽结构对部分进汽损失的影响研究4156-4164

摘要：喷管配汽调节级作为汽轮机的主要结构之一,可有效调节汽轮机的功率,其所产生的部分进汽损失组成复杂且造成机组效率的下降。文中采用ANSYS-CFX软件研究了一种小型涡轮的12种单级部分进汽结构在60余种运行工况下的部分进汽损失和效率特性。结果表明：部分进汽工况会给涡轮带来额外损失,且损失随部分进汽度的降低而增加,逐渐降低部分进汽度时,损失增加速率逐步增大,转速的增加能够提升相对内效率;在相同进汽度下,多进汽弧段较单进汽弧段损失更大,但受到弧段周向间距的影响,增加进汽弧段个数并不会明显降低相对内效率;进汽弧段周向间距越大,其造成的部分进汽损失越大,但在一定范围内（g/p=0.5～2.0）,周向间距对效率影响不大。

换热管道污垢热阻直接检测方法与实现4165-4172

摘要：目前,电厂循环冷却水换热管道内壁污垢热阻检测多采用间接检测法,其检测过程复杂且易引入多种测量误差。该文提出了一种通过污垢厚度和导热系数检测直接获取污垢热阻的方法。利用超声波时域反射法结合信号处理技术获得管内污垢厚度,通过显微测距分析验证了测量精度;利用瞬态平面热源法获取污垢导热系数,通过残差分析验证了其可信度;根据传热学原理进行公式推导计算获得污垢热阻。以典型碳酸钙污垢为实验对象的测试结果表明：该方法能快速、准确的对污垢热阻进行检测,可信度高、重复性好,对工业换热系统的污垢检测、防垢与抑垢具有重要意义。

燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法4173-4182

摘要：为提高燃料电池混合发电系统效率和改善燃料经济性,提出一种基于双DC/DC拓扑结构的燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法。该方法根据等效氢耗理论,在单位控制周期内实时分配燃料电池和锂电池输出功率,使得系统在单位控制周期内等效氢耗最小,并通过将该瞬时等效氢耗优化问题转换为双向DC/DC变换器的最优输出功率求解问题,实现了该方法的工程应用。在搭建的由燃料电池、锂电池、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器以及能量管理器等组成的混合发电系统测试平台上,利用轨道机车工况开展了多指标性能测试与对比分析。实验结果表明,与状态机控制策略相比,基于等效氢耗瞬时优化的能量管理方法能够有效提高等效氢耗利用率和系统效率,并降低了锂电池运行压力,有效改善了系统燃料经济性和使用寿命。

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

电流源型逆变器叠流时间效应的平均电流前馈补偿策略4183-4193

摘要：为了保持电流源型逆变器直流侧储能电感电流的连续,需要对开关管驱动信号加入关断延时。因此在换流时会出现一段叠流时间,引起逆变器输出电流的谐波畸变率增加。该文对换流过程中叠流时间效应进行分析,推导出逆变器输出电流的非线性误差与三相滤波电容电压矢量的关系。再根据冲量等效原理将电流的误差脉冲信号等效成连续周期信号,并利用傅里叶分析推导出叠流时间产生的谐波分量表达式,进而提出一种平均电流前馈补偿策略。仿真与实验结果表明,提出的补偿策略在不同叠流时间情况下均能补偿基波的幅值,降低谐波畸变,故验证了理论分析及补偿策略的正确性与可行性。