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中国电机工程学报 2018年第15期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志国家重点研发计划

IGCT在直流电网中的应用展望4307-4317

摘要：相对于交流电网中的电力电子设备,直流电网中的电力电子设备具有很多不同的特性,为集成门极换流晶闸管（integrated gate commutated thyristor,IGCT）的应用提供了可能的契机。该文紧密跟踪直流电网中关键电力电子设备的发展需求,对IGCT在直流电网中的应用前景进行展望。首先介绍了IGCT的应用特性和直流电网中的关键电力电子装备,包括：高压大容量电压源换流器、中高压大容量直流变压器、高压大容量直流断路器。在此基础上,结合IGCT与电压源换流器、直流变压器以及直流断路器的内在特征,系统阐述IGCT在这些关键设备中的应用契机、可行方案以及技术特点等。最后,对IGCT应用于直流电网中待研究的关键问题进行了讨论,推动我国直流电网中的高效率、高密度、高可靠性、低成本的电压变换和功率传递。

能源互联网及其优化运行研究现状综述4318-4328

摘要：化石能源等传统能源对人类未来的能源需求带来了严峻的挑战,充分利用清洁能源及可再生能源成为社会发展的必然要求。结合智能电网、微网等新兴电网技术及快速发展的互联网技术,各国学者提出了深度融合能源网络与信息网络的能源互联网的概念,为提高能源利用率,实现能源互济互补,推动能源利用模式变革,促进社会可持续发展提供了新思路。首先,该文归纳整理了各国关于能源互联网的研究现状及研究重点,进而从能源互联网运行的建模方法、优化模型的建立及分析、能源互联网优化运行的通信与数据、能源互联网优化运行中的故障传播机理等方面入手,分析了能源互联网优化运行方面的主要研究方向及问题,以期为我国能源互联网的研究提供参考。

一种GPU-CPU异构运算框架加速的实时N-1交流潮流计算方法4329-4338

摘要：随着电力系统规模的扩大,为了适应N-1安全校验日益上升的实时性和精确性的需求,提出一种图形处理单元—中央处理单元（graphics processing unit-central processing unit,GPU-CPU）异构运算框架加速的实时N-1交流潮流计算方法。算法中设计一种N-1潮流问题的拼接求解方法,将原本多个独立的潮流问题组合为一个。雅可比矩阵的拼接生成采用并行化处理,线性方程组的求解根据规模大小选择直接法或迭代法处理,其中迭代法采用并行化处理。算法整体分为CPU处理部分和GPU处理部分,CPU处理迭代初值的设定、节点导纳矩阵的形成、校验集合的形成、迭代值的修正、收敛性判断等步骤,GPU处理雅可比矩阵的拼接生成等步骤,修正方程组的求解根据其规模选择CPU求解或GPU求解,以达到快速求解的目的。算例表明,所提算法效率和精度高、空间占用小,与传统N-1潮流算法相比具有明显优势,能够满足电网实时N-1潮流计算的需求,具有工程应用价值。

并联型风电变流器故障重构控制4339-4349

摘要：由于海上环境恶劣,维护可及性差,海上风电变流器一般采用变换器并联结构来提升容量和可靠性。常规控制策略下,任一台变换器故障时切除该变换器,当全部并联变换器均发生故障时,风电机组停机。该文提出一种多变换器并联的变流系统故障重构控制策略,当该系统发生故障时,利用变流系统的正常桥臂重新构建变流器,这种重构控制策略基于控制指令的改变,无需冗余硬件配置。通过重构控制,切除故障桥臂,保持正常桥臂继续工作,充分利用变流系统的正常桥臂,进一步提升海上风电变控制策略的有效性和可行性。

具备故障选极能力的高压直流输电线路差动保护新原理4350-4358

摘要：为解决传统高压直流输电线路差动保护无法快速响应区内故障的难题,该文提出一种具备故障选极能力的新型差动保护方案。直流线路两端测量电压、电流经过合适截止频率的低通滤波器处理后,沿线电压可近似视为线性分布。利用线性分布电压计算沿线分布电容电流并对其补偿后,提出一种新型直流线路差动保护方案;进一步降低滤波器截止频率,分布电容电流将减小至可被忽略,因而可通过比较滤波后两极差流选出故障极。采用云广±800kV高压直流输电系统仿真模型对保护新原理进行验证,大量仿真结果表明,在不同故障情况下,新保护方案均能快速、准确地区分区内外故障并选出故障极,并且在高阻接地故障时仍具有较高的灵敏度。

海岛VSC-HVDC输电系统直流阻抗建模、振荡分析与抑制方法4359-4368

摘要：在向海岛无源网络供电的VSC-HVDC输电系统中,由于逆变站的恒功率特性,以及整流站与逆变站间直流侧阻抗交互的影响,易使VSC-HVDC输电系统的直流侧发生振荡甚至失稳。对此,该文针对整流站提出了一种虚拟阻感性阻抗稳定性控制方法,能有效抑制VSC-HVDC输电系统的直流侧振荡,且不影响逆变站向海岛负荷供电的动态性能。基于所提控制方法,建立了海岛VSC-HVDC输电系统的小信号直流阻抗模型,其包括整流站输出阻抗模型、直流电缆阻抗模型和逆变站的输入阻抗模型。根据Nyquist判据和伯德图揭示了整流站采用传统虚拟电阻稳定性控制在抑制VSC-HVDC输电系统直流侧振荡失效的根本原因：即整流站的等效输出阻抗在电压控制带宽外恶化成负阻性,削弱了系统阻尼。所提振荡抑制方法通过阻感性阻抗的相角超前特性能校正整流站的等效输出阻抗为正阻性,可有效改善系统的稳定性。最后,仿真和实验验证了该文的分析和所提控制方法的有效性。

直驱风机与静止无功发生器的次同步振荡特性及交互作用分析4369-4378

摘要：我国西北等风电汇集地区存在不同程度的次同步振荡问题,其中大容量的直驱风机和动态无功补偿装置接入弱电网诱发的次同步振荡机理尚不明确。该文推导直驱风机并网变流器和静止无功发生器的线性化分析模型,获取其输入阻抗模型及并网系统的传递函数;探讨同步旋转坐标系下双输入双输出系统的稳定性判断方法;通过阻抗特性分析、传递函数极点分析及时域仿真验证,提出两者间次同步振荡交互作用及影响因素。

多端柔性直流输电控制引发的开环模式谐振及其传播4379-4389

摘要：针对多端交直流混联电力系统,研究不同直流网控制策略引起的开环模式谐振及其传播方向,发现直流电压下垂控制将增加开环模式谐振的发生概率,扩大谐振的传播范围,对交直流混联电力系统的稳定性产生不利影响。该文建立交直流混联电力系统分别在主从控制、下垂控制等不同直流网控制策略下的闭环线性化模型,分析并揭示开环模式谐振的产生机理和传播特性。然后,评估不同控制策略对交直流混联电力系统小干扰稳定性的影响。最后,以CIGRE5端交直流混联电力系统为例,验证上述分析和结论的正确性,提出消除谐振的参数调节方法。

基于智能软开关的有源配电网供电恢复方法4390-4398

摘要：智能软开关（soft open point,SOP）是安装于传统联络开关处的电力电子装置,能够快速、准确地控制自身功率流动,改变系统功率分布,进而改善整个配电系统的运行状态。在配电网发生故障并隔离后,SOP可以为失电区域提供有效的电压支撑,提高配电系统的供电恢复能力。首先,对SOP的主要功能和数学模型进行阐述,给出考虑SOP的配电网故障恢复流程;其次,提出基于SOP的有源配电网供电恢复模型,这一模型本质上属于大规模非线性规划模型,采用二阶锥规划方法进行模型转化和求解;最后,在IEEE 33节点测试算例上进行分析验证,得到影响SOP供电恢复能力的因素,并在不同的分布式电源条件下进行对比分析,验证所提模型的正确性和有效性。

基于多端故障行波时差的含分布式电源配电网故障定位新方法4399-4409

摘要：分布式电源（distributed generator,DG）接入配电网会改变配电网的拓扑结构和潮流方向,大量电力电子设备接入,传统的故障定位方案可能失败。为有效解决含分布式电源配电网的故障定位问题,将成功应用在输电网的行波定位技术应用于配电网,有望实现配电网快速、准确故障定位。首先,该文阐述了DG接入,电力电子设备及其控制系统对初始行波波头传输特性的影响,分析了配电网行波信号与输电网行波信号的差异,论证了含分布式电源配电网进行故障行波定位的可行性。其次,利用双端定位原理和多端初始行波到达时刻,搭建故障支路搜索矩阵,根据矩阵元素变化特征判定故障支路,进而计算出精确故障点位置。最后,首次在实验室搭建了10k V故障行波动模试验定位平台。PSCAD/EMTDC仿真分析和动模试验测试表明：该文方法可以快速、准确定位故障点位置,且不受故障点参数的影响,具有良好的适应性,定位绝对误差为100m。

数据驱动的输电线路在线监测装置可靠性评估4410-4419

摘要：我国骨干网架规模不断扩大,其输电通道覆盖范围广、地形多样、环境复杂,这为保障重要输电通道安全稳定运行带来巨大挑战。针对目前输电线路在线监测装置故障原因识别困难、可靠性评估粗糙的问题,在深入分析输电线路在线监测装置数据异常模式的基础上,提出一种在线监测装置故障部件识别方法。针对输电线路在线装置可靠性评价方法的不足,构建装置＂失效—异常—正常＂的三元判断模型。实例分析结果表明,该方法可以有效判别输电线路在线监测装置状态,并依据概率大小给出故障原因,有助于现场运维人员采取针对性的处理措施,具有较强的工程应用价值。

中国电机工程学报杂志智能配用电

融合虚拟储能系统的楼宇微网模型预测调控方法4420-4428

摘要：提出一种融合虚拟储能系统的楼宇微网模型预测调控方法。将楼宇虚拟储能系统作为灵活可控单元集成到楼宇微网优化调控中,形成融合虚拟储能系统的楼宇微网模型预测调控框架;提出该楼宇微网模型的预测调控方法,以有限时段的反复滚动优化代替一次离线全时段优化,可有效解决可再生能源出力预测精度随时间尺度增加而下降的问题。在夏季制冷场景下,对两种典型楼宇微网系统的优化调控结果进行分析。该文提出的融合虚拟储能系统的楼宇微网模型预测调控方法可充分利用楼宇蓄热特性,挖掘楼宇参与微网优化调控的虚拟储能潜力,降低运行成本;同时可有效解决由可再生能源出力、负荷需求及实时电价预测误差导致的楼宇微网优化调控方案与实际运行场景偏差较大的问题,在预测不确定环境下具有较强的鲁棒性。

混合微电网交流不对称故障对直流系统的影响4429-4437

摘要：由于交直流混合微电网电压等级较低,供电容量较小,直流侧出现交流扰动的情况较少,因此,不必像直流输电领域那样专门配置直流谐波保护。但交流不对称故障产生的谐波扰动对直流系统的影响却不可忽视。该文深入研究交流不对称故障产生的扰动对直流系统的影响,首先分析直流侧工频及二倍频谐波的产生机理,结合3种典型分布式电源控制策略,分析分布式电源控制系统对交流谐波扰动的响应关系,并给出含有扰动分量的内环参考电流表达式用以分析交流扰动对直流系统的影响。之后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建混合微电网故障等值模型,分析交流扰动状态下直流侧的响应特性,并验证前述理论分析。最后,结合交流扰动对直流系统的影响,为交直流混合微电网保护系统的设计提出几点建议。

基于多视角的电动汽车有序充放电定价模型与策略研究4438-4450

摘要：随着电动汽车产业的蓬勃发展,电动汽车电价定价模型与策略成为领域学者的研究重点。该文首先描述了现行电动汽车充放电定价的分类依据,然后分别从电网和充（换）电站利益最大化、用户利益最大化和供需双方共赢的角度解析了电动汽车有序充放电定价模型的实现机理以及各模型存在的优缺点,并在此基础上阐述了其优化方向。最后考虑到电网运行安全性和用户个性化需求等诸多因素,并且在顾及各方利益的基础上,提出基于分时电价的多目标充电优化模型。算例结果表明,不同电价方案下的用户满意度会引导用户调整用电习惯,从而使电网负荷曲线产生偏移,确保电网安全和各方经济利益,验证了该模型和方法的有效性。

中国电机工程学报杂志发电

基于超临界CO2布雷顿再压缩循环的塔式太阳能光热系统关键参数的研究4451-4458

摘要：建立了超临界CO2再压缩布雷顿循环模型,对基于超临界CO2再压缩布雷顿循环的塔式太阳能光热系统的吸热器效率、吸热面积、镜场面积、供能比率等参数和指标进行了研究。结果表明：布雷顿循环效率随着涡轮机入口温度的升高而提高;随着涡轮机入口温度的升高,吸热器效率降低,镜场效率提高,全厂效率呈现先上升再下降的趋势,在750℃左右达到最大;涡轮机入口温度从500到800℃,吸热器的吸热面积减小了21.7%,镜场面积也减小22.2%;基于超临界CO2循环的塔式太阳能光热系统在夏至日光热系统供能比率最高,能到达50%,在冬至日光热系统供能比率最低,只有27.4%,平均供能比率在39.7%左右;典型日的逐时吸热器和全厂效率是先升后降的曲线,夏至日白天的全厂平均效率略高于春分和秋分0.8个百分点;冬至日的效率低于春分和秋分5.5个百分点;4个典型日的平均效率在20.36%左右。

低热值燃气轮机烧嘴烧损问题的数值计算模拟研究4459-4466

摘要：整体煤气化联合循环的动力核心是低热值燃气轮机。针对其烧嘴烧损问题,结合低热值燃烧器的结构特点、低热值燃料的特性及低热值燃气轮机实际运行情况,采用计算流体力学（computational fluid dynamic,CFD）方法建立了该低热值燃气轮机燃烧室和燃烧器的数值模型,分析了燃烧器烧嘴烧损的主要原因,发现是因为少量合成气从稳焰孔流出后,被空气挤压,在靠近烧嘴壁面的位置燃烧所造成的。为解决这一问题,提出在稳焰孔上方增加一圈遮焰环的解决方案,并用CFD模型进行校验。结果显示遮焰环方案烧嘴的最高壁面温度由原方案的1666 K降低至1076K,远低于烧嘴材料烧损的温度。

熔融盐–亚临界汽/水传热性能实验分析4467-4473

摘要：熔融盐是太阳能热电联产系统中一种新型的蓄热介质,实验以60%Na NO3和40%KNO3混合二元盐为工质,分别研究熔融盐与亚临界蒸汽和亚临界水在套管中传热特性。实验结果表明：熔融盐与亚临界汽/水换热时,熔熔融盐进口温度对熔融盐努塞尔特数影响较大,而蒸汽或水因压力改变影响自身的物性的变化对其影响很小。根据实验数据并采用多元线性拟合熔融盐努塞尔特数实验关联式,其最大拟合偏差分别是±10%、±5%。并与经典圆管对流传热DittusBoelter、Sieder-Tate、Михеев、Gnielinski关联式比较,其计算值均比实验值大,其最大偏差在-20%- -40%。

基于火焰光谱和特征工程的生物质燃料识别4474-4481

摘要：火焰光谱包含了丰富的燃烧信息,火焰自由基的光谱特征对不同生物质燃料识别具有重要影响。文中通过生物质燃烧火焰和火焰自由基光谱特征的测量,结合特征工程,提出一种基于改进支持向量机的生物质燃料识别技术。该技术通过光纤光谱仪获得生物质火焰辐射强度和火焰自由基（OH＊（310.85nm）,CN＊（390.00nm）,CH＊（430.57nm）和C2＊（515.23nm、545.59nm））辐射强度信号,通过特征提取、基于Filter的特征选择和基于字典学习的特征学习,构建特征工程,获得能够准确反应样本类别的特征,并结合改进的网格搜索算法优化支持向量机的径向基核参数γ和误差惩罚因子C,建立生物质燃料识别模型。在燃烧试验炉上的实验结果验证了该模型的有效性。