中国电机工程学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

中国电机工程学报 2018年第19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

多虚拟同步发电机接入对电力系统机电振荡模式的影响5615-5624

摘要：以多个虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）控制的电压源型换流站接入交流系统为研究对象,建立含多个VSG的闭环系统线性化互联模型,分析多个VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响,包括VSG接入对发电机机电振荡模式的影响和VSG接入对另一个VSG机电振荡模式的影响。采用阻尼转矩分析法揭示多个VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并进行理论验证,得出：当VSG控制子系统的开环模式与交流子系统的机电振荡模式或者与另一个VSG控制子系统的开环模式接近时,子系统间将产生强动态交互过程,导致闭环模式相互排斥,降低系统机电振荡模式的阻尼甚至引发机电振荡。最后,对多个VSG接入的交流系统进行非线性仿真,验证上述结论,给出参数设定建议。

优化风电惯性响应的变比例系数调速策略5625-5635

摘要：风电机组的友好型惯性响应对提高高比例风电并网系统的调频特性具有重要意义。该文首先分析最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）运行风电机组利用转速调节实现转动惯量响应的可行性,提出利用变比例系数调节转速指令值的控制方案。其次针对风电机组在惯性支撑过程中对系统调频产生的不利影响,从优化惯性响应特性出发,提出风电机组基于两阶段切换的变比例系数调速策略。在此基础上,基于虚拟惯性时间常数推导惯性响应阶段的变比例系数调整策略,同时为快速恢复风电机组在惯性支撑后的MPPT运行、避免切换对系统调频的二次扰动,采用模糊控制设计该阶段变比例系数的调整策略。最后利用风电并网系统的负荷扰动仿真,论证所研究两阶段变比例系数调速策略提高系统频率响应特性的有效性,仿真结果表明该策略具有充分利用同步发电机调频能力快速恢复风电机组MPPT运行方式的特点。

谐振接地系统高阻接地故障暂态能量分析与选线5636-5645

摘要：配电线路高阻接地故障时有发生,传统小电流接地故障暂态无功功率方向保护方法不再适用。该文利用谐振接地系统高阻接地故障等值电路,分析故障后系统对地电容与消弧线圈存储的暂态能量以及各线路实际测量的暂态能量随时间的变化规律,发现：健全线路测量的暂态能量是本线路对地电容释放的能量,等于电容在接地时刻的暂态初始能量;故障线路测量的暂态能量是故障点过渡电阻吸收的能量,等于所有健全线路对地电容和消弧线圈在接地时刻的暂态初始能量之和。可选择暂态能量由母线流出的线路为故障线路。该文的工作完善了小电流接地故障暂态理论分析,提高高阻接地故障选线正确率,算法有自具性。仿真和现场数据验证理论分析与选线算法是正确可行的。

大跨越输电导线自阻尼特性分析与试验研究5646-5652

摘要：准确掌握导线自阻尼特性是大跨越输电线路微风振动防振减振设计的关键问题。基于导线微风振动平衡原理,提出大跨越输电导线自阻尼耗能功率计算公式,考虑导线刚度比例阻尼的作用,建立自阻尼条件下大跨越输电导线微风振动力学模型,利用分离变量法求解导线的振动方程获得其模态位移。以特强钢芯铝合金绞线AACSR/EST-500/280为试验对象,通过电磁激振器模拟微风激励力,利用非接触式电涡流传感器进行导线振动数据采样,测试导线自阻尼耗能特性曲线,并与理论结果进行对比分析。在此基础上,研究运行张力、抗弯刚度对大跨越导线自阻尼耗能的影响。结果证明了导线自阻尼理论公式计算结果的准确性,以及自阻尼理论公式的正确性;另外也证明：导线材料抗弯刚度越大,导线自阻尼耗能增大,导线波腹处的振幅呈现减小趋势;随着导线张力的增加,输电导线自阻尼功率减小,导线波腹处的振幅呈增大趋势。

基于概率图像灰度比对算法的远洋海岛可再生能源机组配置方案优选策略研究5653-5667

摘要：由于远洋海岛无法获得大陆主电网的支持,且其常规机组的燃料补给线超长,传统发电配置方法并不能直接适用于对远洋海岛可再生能源发电机组进行配置和方案优选。对此类远洋海岛而言,储量丰富的可再生能源应作为建设绿色海岛能源供应系统的主要依托。该文基于全清洁化远洋海岛能量供给系统的拓扑特性与基本框架,并计及远洋海岛自然环境和功能定位,分别建立契合海岛可再生能源出力及负荷短时间尺度波动规律的概率模型。在此基础上提出的基于归一化积相关算法（normalized product correlation,NPROD）能有效支撑长时间尺度基础负荷、并能实现海岛能量供给系统出力/电量—负荷最佳匹配的可再生能源机组配置方案优选策略。最后,通过算例仿真验证所提配置方案优选策略的合理性和优越性。

考虑电转气消纳风电的电–气综合能源系统双层优化调度5668-5678

摘要：电转气（power-to-gas,P2G）技术使电力网络与天然气网络的单向耦合转变为双向耦合,其运行特性为风电消纳提供了有效途径。该文提出一种考虑电转气合理利用弃风并考虑天然气系统优化运行的电力–天然气综合能源系统双层优化调度模型。首先,介绍含电转气的天然气系统运行模型;其次,以基于价格的含电转气的天然气系统优化调度为上层模型,基于直流潮流的含风电和电转气的电力系统经济调度为下层模型,构建电–气综合能源系统双层调度模型;再次,根据下层模型的Karush-Kuhn-Tucher（KKT）条件将双层模型转化为单层模型,并对非线性方程进行线性化,从而将非线性模型转化为混合整数线性规划（mix-integerlinear programming,MILP）问题,并调用CPLEX求解器进行求解;最后,通过算例分析验证所提出模型的合理性与有效性,并证明电转气可以有效提高电网的风电消纳能力。

中国电机工程学报杂志大电规划与运行

弱交流系统下STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响研究5679-5686

摘要：当电网换相换流器高压直流输电（linecommutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）逆变侧交流母线处含有静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）时,LCC-HVDC与STATCOM均需要各自的锁相环（phase-locked-loop,PLL）为其控制系统提供基准。该文考虑LCC与STATCOM锁相环各自动态建立含STATCOM的LCC-HVDC系统的小干扰模型,采用经典特征根分析方法,通过对比LCC-HVDC系统与含STATCOM的LCC-HVDC系统二者之间的锁相环与控制系统参数可行域的差异,研究STATCOM对LCC-HVDC小干扰稳定裕度的影响。最后,通过理论计算,对比有无STATCOM投入时LCC-HVDC系统在不同SCR与不同PLL参数下的最大传输有功功率（maximum available power,MAP）及临界短路比（critical short circuit ratio,CSCR）的变化规律。研究结果表明,当LCC-HVDC连接较弱系统时,控制系统之间的耦合作用对LCC锁相环的稳定可行域产生负面影响,可能引发由于LCC锁相环增益过大而导致的整个混合系统的小干扰失稳现象。

中国电机工程学报杂志智能配用电技术

开放电力市场环境下多群体非对称演化博弈的均衡稳定性典型场景分析5687-5703

摘要：该文讨论了能源互联网背景下日益复杂的开放电力市场（electricity market,EM）中典型场景下的多群体非对称演化博弈（asymmetric evolutionary game,AEG）的均衡稳定性问题。基于复制者动态和李雅普诺夫稳定性理论,首先,以发电侧EM中两类企业参与电价竞价为例,讨论了较为简单的同方两群体AEG的均衡稳定性（渐进稳定性）。进一步地,将其扩展到由电网企业、新增供电实体和电力消费用户等不同群体参与EM电价交易的三方AEG中来,讨论了该系统在不同博弈态势下的均衡稳定性及其影响因素,同时给出了电网企业群体完整的动力学行为特性分析。最后,以新能源发电企业、传统化石能源发电企业和电网企业组成“新体–旧体–电网”三方参与EM新能源消纳为场景进行了实际应用分析,验证了该文对EM典型场景下多群体AEG的均衡稳定性分析的有效性和实用性。

调度中心流计算集群排队模型的CQB并行均衡控制方法5704-5713

摘要：针对配电调度中海量监测数据的处理延迟越来越大、计算节点任务不均衡的问题,在分布式消息队列和实时流计算框架的基础上,提出一种基于排队模型的配电监控信息的CQB并行处理方法。以分布式消息队列作为数据缓存,综合运用流计算拓扑并行编程模型,设计配电监测数据的拓扑实例,并对流计算集群处理拓扑计算任务时的轮询任务调度方法进行改进。以铁道配电监控系统数据和加拿大魁北克水电公司配电负荷数据为算例,对若干组拓扑实例进行数据处理延时测试和集群性能测试。结果表明：通过对消息队列分区数和流计算组件并行数的优化设置,可有效提高海量配电监控信息的响应能力和扩展集群的处理效率,改进任务调度方法可使流计算集群整体负载更加均衡,降低配电监控数据处理延时。

基于配网潮流追踪的可再生能源有功调度与节点集群需求响应策略研究5714-5726

摘要：随着能源短缺和环境保护问题日益凸显,可再生能源的投入电网比例逐年提升;另一方面,随着电力系统用户负荷日趋多样化,以及通信和控制技术不断升级,需求侧可控柔性负荷比例也逐渐提升。主动配电网（activedistribution network,ADN）的核心技术之一就是合理利用需求侧可控负荷（demand side controllable load,DSCL）资源,实现与可再生能源的协同配合,为电网提供诸如波动平抑、负荷跟踪等多种辅助服务。该文提出一种面向“可再生能源–配电网络–需求侧可控负荷”互动,基于聚合信息的ADN分层协同调控框架,上层采用配网潮流追踪算法实现ADN可再生能源的有功调度,下层基于可控资源节点控制成本,设计以不同需求响应参与主体（电力公司和电力用户）为核心的优化函数,应用基于参数序列化的DSCL精准化控制策略,实现多种典型负荷资源最优需求响应,以到达平抑ADN联络线功率波动的目的。仿真结果表明：所提出的节点集群需求响应控制策略和不同优化函数,能够反应各主体的调控特性,基于所分配的调控目标,控制效果良好,对可再生能源集成起到积极作用。

能源互联微网型多能互补系统的构建与储能模式分析5727-5737

摘要：多能互补能源集成系统的提出,有利于实现能源间的优势互补,可以满足居民生活的多种负荷需求。其中,储能作为多能互补系统的关键设备也起到重要的作用,能进一步提高集成系统的运行效率。该文在多能互补工程思想指导下,首先建立面向气电热集成负荷终端的能源互联微网型多能互补系统,将储能模式分为单储能设备、双设备联合储能和混合储能三种,然后以多能互补系统的日前调度总成本为优化目标建立优化模型,进一步分析不同模式下储能设备之间的互相影响,并讨论三种储能模式下多能互补系统的经济性。结果证明,气–电–热混合储能模式下的经济性最优,且储能出力与各类能源负荷需求有较大关系,有利于缓解三负荷调峰的压力。

风电参与投标的日前电力市场与需求响应交易市场联合均衡分析5738-5750

摘要：风力发电具有较大的不确定性和较差的可调度性,当风电商参与日前电力市场投标竞争时,如何处理其中标出力与实际出力的偏差,是含风电电力市场设计的重要课题之一。首先,引入需求响应（demand response,DR）交易市场处理风电商的日前市场投标偏差,其中,DR交易市场的价格由DR用户投标竞争决定。其次,建立风电商参与投标的日前市场与DR交易市场联合均衡模型,其中,在日前市场中风电商和传统发电商以供应函数投标方式参与竞价;在DR交易市场中,针对风电实际出力不足和过剩两种情况,用户分别以供应函数和需求函数投标方式参与竞价;并采用蒙特卡洛模拟和场景缩减技术模拟风电实际出力。然后,将该均衡模型的求解转化为一个凸优化问题的求解,在理论上严格证明了均衡解的存在性和唯一性。并考虑到实际应用中存在的信息不对称性,采用分布式优化算法进行求解。最后,通过算例分析验证理论模型和求解方法的合理性及有效性。

基于元模型全局最优化方法的含分布式电源配电网无功优化5751-5762

摘要：含分布式电源（distributed generation,DG）的配电网无功优化是保障配电网安全稳定、提高系统运行经济性的重要关键技术。含DG配电网的无功优化控制既要处理DG和静止无功补偿装置（static reactive power compensation device,SVC）的无功出力等连续控制变量,又要处理分组投切电容器组挡位、有载调压器（on-load voltage regulator,OLTC）分接头等离散控制变量,加之考虑DG、负荷的不确定性以及离散控制变量的投切次数约束之后,其模型的求解为一类复杂的非线性混合整数规划问题。该文采用概率场景的方法描述源荷的不确定性,并通过静态优化–离散变量优化–连续变量优化的多阶段方法解决电容器组和OLTC的投切次数约束,并提出一种基于元模型全局优化算法的无功优化求解方法,该方法采用拉丁超立方采样对复杂的无功优化目标函数进行合理抽样,并用克里金拟合建模方法在可能解的区域生成计算快及优化求解容易的元模型。在迭代寻优的过程中,用元模型估算目标值,并据此择优生成新的采样点来不断修正元模型,逐渐逼近复杂的无功优化目标模型并得出全局最优解。此方法由于无需反复大量调用原有的复杂目标函数,因而可有效减少计算负担和时间,提高全局最优解的搜索效率。以改造后的IEEE33节点和美国PG＆E 69节点系统为例进行了多种场景和多种算法的仿真对比测试,算例结果表明了文中提出方法的有效性和可行性。

基于变阶遗传算法的舰船电力系统结构性能双层优化5763-5771

摘要：舰船电力系统结构性能的提升可以通过改善电力系统的网络拓扑结构和提高网络拓扑组成设备可靠性的方式来实现。该文在考虑舰船资源约束和结构限制的前提下,建立舰船电力系统结构性能多目标、多约束双层优化模型。基于系统变阶的思想,将双层迭代遗传算法和边际优化方法相结合,提出一种改进的遗传算法用于双层优化模型的求解。以某环形舰船电力系统为例进行模型验证,从网络结构优化和配置合理数量备件两方面给出适用于舰船电力系统的结构性能优化策略,可为提高舰船电力系统的安全性和设计工作的科学性提供理论依据。

中国电机工程学报杂志发电

水平圆管内气液两相逆向流动特性的管径尺度效应实验5772-5778

摘要：水平管内气液两相逆向流动过程与水下舰船动力系统及核能发电系统的安全可靠工作密切相关。利用水下排气可视化实验系统,以空气和水为两相介质,对4个不同管径水平圆管进行气液两相逆向流动实验。研究管径变化对水平管内气液逆流特性及无量纲模型适用性的影响。主要结论有：1）管径对水平管内气液逆流流量关系具有显著影响,减小管径能有效防止水下排气柴油机发生水倒灌事故,增大管径则有利于强化核堆热段内冷凝水回流。2）Wallis模型在较大管径时对水平管气液逆流特性的关联性较好,但管径小于100mm时关联性能变差,表现出特殊的管径尺度效应。3）探讨Wallis模型在小管径范围关联性变差的原因,并提出预测大管径水平管内气液逆流特性的实验关联式。

计及集群效应的直接空冷机组经济背压研究5779-5786

摘要：直接空冷系统中数十台风机集群运行,电耗较大,并且集群效应对各台风机工作点及电耗的影响不尽相同,因此研究考虑集群效应的风机群优化对降低厂用电率具有重要意义。以某600MW直接空冷电站为研究对象,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）模拟和最小二乘法建立考虑集群效应的冷端模型,从而获得典型工况下的风机流量和机组排汽压力,进而计算汽轮机净功率得到建模样本,基于BP神经网络建立机组背压模型,利用梯度下降法得到任意工况下的经济背压。结果表明：集群效应使得风机出力明显降低,且对冷端模型精度有较大影响,忽略集群效应的影响会造成经济背压计算值偏低;机组经济背压与排汽负荷、环境温度均呈正相关关系;环境温度越高,其对经济背压的影响越明显。

利用粉煤灰与可循环碳酸盐直接捕集固定电厂烟气中二氧化碳的液相矿化法5787-5794

摘要：提出了采用可循环碳酸盐混合物促进粉煤灰在液相中捕集封存燃煤烟气中CO2的工艺,考察了3种中国粉煤灰的矿化性质,并对神府煤粉煤灰做了重点研究,考察不同添加剂、Na2CO3浓度、不同气氛、固液比、搅拌速度、温度等参数对神府煤粉煤灰矿化反应的影响。提出了以碳酸盐混合物为添加剂的新思路,并实验验证了添加剂循环使用的途径和方法。试验选取Ca转化率（ζCa）和产物中的CaCO3含量两个指标对矿化效果进行评价。采用XRD和SEM对粉煤灰进行物相分析和形貌分析,采用TGA测定反应后固体产物中二氧化碳的吸收量,采用总碳和无机碳分析仪对试验所得液体产物进行碳含量分析。结果表明固液比、搅拌速度对ζCa的影响非常小,而提高反应温度能显著提高ζCa。当以Na2CO3为添加剂时,矿化效果最好,Na2CO3的最佳浓度为0.5mol/L,Na2CO3在矿化过程中可以再生从而实现循环利用。

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

具备直流故障清除能力的电流转移型模块化多电平换流器5795-5803

摘要：针对典型的半桥型模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）无法阻断直流故障电流的问题,提出具备直流故障清除能力的电流转移型MMC（current-transferring MMC,CT-MMC）拓扑。CT-MMC是在半桥型MMC拓扑基础上,增加断流支路、能量吸收支路和桥臂转移支路3部分支路。在系统发生直流短路故障时,通过断流支路迅速断开换流器与故障线路的连接,再通过桥臂转移支路和能量吸收支路吸收故障电流,从而快速清除直流故障。该文建立CT-MMC拓扑,详细分析其故障清除过程,给出主要参数的选取方法,并对该拓扑的经济性进行分析,相对于半桥型MMC,CT-MMC仅增加少量开关器件和电阻及一个超快速机械开关,且通态损耗非常低。基于RT-LAB OP5600仿真平台搭建双端51电平MMC-HVDC系统模型,仿真结果表明,所提拓扑能够在故障发生几百μs内迅速隔离子模块,保护电力电子器件不受损坏,且整个故障清除过程在几十ms内快速完成,具有较好的经济性和实用性。