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中国电机工程学报 2019年第03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

VSC-HVDC与弱交流电网混联系统大扰动行为机理及稳定控制629-641

摘要：基于电压源换流器的柔性直流输电(voltagesourceconverterHVDC,VSC-HVDC),其与弱交流电网构成的混联系统的稳定问题,是当前工程界关注的重点和学术界研究的热点。该文首先建立计及限幅环节、故障穿越策略,以及保护闭锁逻辑的VSC-HVDC机电暂态仿真模型;提出VSC换流器非线性功率特性的大扰动测辨方法,分析和识别影响VSC功率特性的关键因素。在此基础上,揭示大扰动冲击下混联系统存在的不同形式的失稳现象及其行为机理,并提出稳定控制策略。VSC-HVDC与弱交流电网混联系统的大扰动时域仿真结果验证了机理分析的正确性以及控制策略的有效性。

双馈风电场内部多模式谐振引发电力系统次同步振荡的机理研究642-651

摘要：该文研究风电场内部不同风电机群间多模式谐振引发电力系统次同步振荡和振荡模式频率漂移的作用机理。首先,提出多模式谐振理论,当风电场中N个风电机群的开环次同步振荡模式在复平面上相近时,N个风电机群之间发生的多模式谐振使得对应的两类闭环次同步振荡模式在复平面上分布于开环次同步振荡模式两侧相对的位置,当模式阻尼减弱的闭环次同步振荡模式位于复平面上的不稳定区域时,会引发系统失稳。其次,基于多模式谐振理论研究双馈风电场内部风电机群间动态交互引发电力系统次同步振荡的机理和次同步振荡的频率漂移现象,为风电场接入引发电力系统次同步振荡的研究提供新的视角。最后,通过算例分析验证理论分析和相关结论的正确性和有效性。

基于聚类分析和决策树的“一库多级”水电站日调度方法652-663

摘要：一库多级'流域梯级因下游电站对上游水库发电放水的高敏感性使得梯级短期发电计划安排面临很大难度。该文从实用性出发,利用知识发现技术,提出耦合聚类分析和决策树的梯级水电站群短期发电调度方法。采用线性回归确定上下游电站间的电量匹配关系,以此为基础,从海量实际数据中聚类得到各电站的典型出力曲线,并将影响发电调度的日计划电量、库水位、电网特性等因子,与典型出力过程进行分类训练,构建梯级发电调度决策库,以便于采用决策树方法快速确定上下游水电站的联合调度方案,最后引入约束修正策略进行出力微调,以保证结果可行性。通过红水河干流天生桥'一库两级'电站日发电调度验证,结果表明该方法能够根据发电边界条件快速得到梯级水电站发电调度计划,并能够与实际出力过程保持较好的一致性。

基于Daubechies6离散小波的风电集群功率汇聚效应的时频特性分析664-674

摘要：风电输出功率具有波动性,随着风电集群规模的增大,风电输出功率的波动并不是成倍增加的,各机组出力之间存在一定程度上的平抑效果。该文针对风电集群功率的汇聚效应,提出面向电网运行的风电频段划分方法,建立时频特性分析指标,利用小波变换对汇聚效应的时频特性进行分析。算例针对特定风电集群输出功率各频段时频特性进行分析,并对不同汇聚规模下时频特性指标的变化趋势进行对比分析。研究结果表明,随着风电集群规模的增大,各频段时频特性指标趋于平缓,且汇聚效应存在某极限值。

宽频时间尺度变换多速率电磁暂态仿真研究675-684

摘要：随着直流输电、FACTS以及规模化新能源发电等电力电子装置的接入,电力系统运行发生了重大变化。传统电磁暂态仿真由于步长小、速度慢,大规模交直流混联电网运行分析中不再适用。该文提出一种能够考虑多频率成分的宽频时间尺度变换方法实现电磁暂态的大步长仿真。结合CPU技术的最新发展,研究直流和交流系统在时间尺度变换中仿真步长的合理配置方案;通过对交流系统频率响应特点的分析,研究大步长仿真在宽频时间尺度变换下主导频率的选取问题,设计交直流混联系统宽频时间尺度变换多速率电磁暂态仿真策略;应用经验模态分解法按时–频特性分解和提取信号、计算多时间尺度变换的主导频率。该方法避免了频率相关网络等值(frequencydependentnetworkequivalent,FDNE)复杂的系统辨识、动态相量法无法处理系统频率波动,忽视系统谐振频率存在隐患等问题。仿真算例验证了方法和策略的可行性和有效性。

中国电机工程学报杂志智能电网

考虑DG无功支撑和开关重构的主动配电网分布鲁棒无功优化模型685-695

摘要：近年来,风光等分布式电源(distributed generation, DG)的大力发展给主动配电网无功优化带来了新的挑战。传统随机优化和鲁棒优化方法在处理清洁能源不确定性方面存在片面性或保守性等问题。基于此,该文构建以系统网损为优化目标,并考虑DG无功支撑和开关重构的主动配电网分布鲁棒无功优化模型。该模型除了包括传统无功优化中的开关、变电站有载调压变压器、离散与连续无功补偿装置等元素,重点对双馈风机和微型燃气轮机的容量曲线进行详细建模,从而融入DG的无功支撑能力,并设计有功无功出力耦合特性约束的线性化方法。结合风电和光伏的典型场景数据,以及决策变量的调节特性,构建基于数据驱动的分布鲁棒两阶段无功优化模型,其中不确定性概率分布置信集合同时受到1-范数和∞-范数约束。模型采用列与约束生成(columns and constraints generation,CCG)算法进行求解,并在IEEE33节点算例上验证模型对系统无功支撑能力的提升和分布鲁棒方法的有效性。

海上MVDC供电系统的正阻尼重构稳定控制策略696-710

摘要：向海上特殊装备供电的MVDC系统的直流侧容易引起高频振荡,甚至导致系统不稳定。为此,引入直流微网中针对整流器的虚拟电阻稳定控制策略,希望抑制MVDC供电系统的直流侧振荡,且不影响逆变站的负载性能。然而,研究发现该方法在低开关频率模式下将导致系统稳定性恶化。根本原因为系统高频振荡尖峰点可能会跃过整流站的低控制带宽并落入负阻尼区域,使得系统稳定性对直流电缆变化的鲁棒性较差。针对该问题,提出海上MVDC供电系统的正阻尼重构稳定控制策略,使得系统在实际振荡频率区间内保持较大的正阻尼,且不受直流电缆变化的影响,从而有效抑制了海上MVDC供电系统在低开关频率模式下的直流侧振荡。最后,实验验证了所提出的控制策略和分析结果的正确性。

配网中光伏逆变器最优潮流追踪的分布式算法711-720

摘要：在量测、定位、通信技术,以及逆变器输出可快速设定的电力电子化技术成熟背景下,针对配电网中分布式光伏逆变器最优潮流追踪问题,提出一种时变、线性化的优化模型。该模型依据优化周期极短、电网状态量在优化周期内数值变化微小的特点,基于泰勒展开,将优化时段内的目标函数、约束条件线性化,从而将非线性优化问题转化为序列线性优化问题。这一序列线性化方法较全程线性化假设在精度上有显著提高。进一步利用交替方向乘子算法,将上述线性规划问题推演为分布式计算格式,即各光伏逆变器仅需获取相邻节点有限的变量信息,即可完成对自身运行基点的优化,并得到全局一致性的优化结果。算例分析表明,所提算法可以实现光伏逆变器对最优潮流的实时追踪,从而使配电网更好地适应高比例光伏电源的接入,提高配电网主动性与运行效率。

基于二次型最优控制的微电网实时能量管理策略721-730

摘要：为提高发电经济性和限制电池荷电状态(stateofcharge,SOC)的波动,该文将微电网中功率的动态分配优化控制问题转化成一个扩展的二次型最优控制问题,推导出扩展的二次型最优控制理论的最优解。应用黎卡提方程和伴随方程解的性质,在一定假设条件下,得到近似的最优解,进而得到可用于实时控制的能量管理策略。仿真结果显示,所提策略的发电成本与离线最优策略的优化结果十分接近,同时该策略可将电池组SOC控制在给定参考值附近以防止其过充或过放。

中国电机工程学报杂志发电

基于热力模型的燃气轮机气路故障预测诊断研究综述731-743

摘要：为避免失修和过修,提高设备的可靠性和可用性,降低燃气轮机机组运维成本,用户宜采用预知维修策略。气路诊断是一种对正在演变或即将发生的恶化情况早期预警信息的有效技术。经过多年发展,气路诊断已经取得了许多基于燃气轮机(准)稳态的诊断算法理论成果,但尚未形成一个完整的科学体系。现今燃气轮机越来越需在电网支持模式下更灵活地运行(包括频繁变工况及瞬态加减载)。在此操作条件下,其使用寿命会比在基本负荷(准)稳态运行时消耗更快,因此,迫切需要考虑瞬态变工况下气路故障诊断与预测的新理论新方法。针对瞬态变工况下气路故障预测诊断的基础问题,提出了瞬态变工况下燃气轮机自适应气路故障预测诊断方法研究路线,包括研究可变几何部件及瞬态变工况运行模式的自适应动态热力建模方法;利用机组可测气路参数,研究基于部件特性线形状内在非线性自适应的气路诊断方法,实时诊断得到各主要部件健康参数;最后提出一种融合各主要部件健康参数的多维度时序预测方法,为实现复杂强非线性热力系统故障诊断与预测提出新方法。

某1000MW对冲燃烧超超临界锅炉水冷壁汽温偏差分析及设计运行对策744-753

摘要：针对1000MW超超临界锅炉水冷壁出现的较大汽温偏差进行了试验研究和水动力计算。在锅炉结构和燃烧方式的基础上建立了平顶山发电分公司锅炉的流动网络系统水动力计算数学模型,根据计算模型划分的流动回路在现场布置了相关试验测点。通过现场启炉试验、变磨煤机投运方式试验和中间混合集箱混合效果试验,结合水动力计算结果,探索各因素影响汽温偏差的规律。研究结果发现,升负荷速率和局部热负荷过大会造成较大汽温偏差,启炉过程中应控制升负荷速率不大于25MW/min;在4台磨投运试验工况中推荐BCEF组合方式,5台磨投运试验工况中推荐ABCEF组合方式;中间过渡段混合集箱50%BMCR负荷至100%BMCR负荷混合效果良好。在锅炉整体结构设计方面,需通过增大进入上炉膛前墙的流动截面积以改变前墙水动力适应性,降低其热敏感性。

300MW燃煤电站化学团聚强化飞灰细颗粒物排放控制的研究754-763

摘要：煤炭燃烧会产生大量飞灰颗粒物,其造成的空气污染给人类健康及生存环境带来了巨大影响。针对江西某电厂2???340MW燃煤机组,进行了细颗粒物化学团聚工业应用工程试验。通过安装自行设计制造的化学团聚系统,综合考察了化学团聚技术对燃煤电厂静电除尘器(electrostaticprecipitators,ESP)效率的影响,对电厂运行参数的影响,及团聚后排放至大气的颗粒物特性。试验结果表明,喷入化学团聚剂后,细颗粒物排放浓度显著降低。4号机组连续喷入240min团聚剂后,ESP后颗粒物浓度下降约61.7%,脱硫后颗粒物浓度下降了约77.9%;3号机组连续喷入化学团聚剂168h后,ESP后颗粒物平均浓度为22.6mg/m3。脱硫后颗粒物平均浓度为5.7mg/m3。采集脱硫后排入大气的烟尘颗粒物,粒径峰值为0.8?m,绝大多数飞灰颗粒粒径在0.1~1?m内。连续喷入化学团聚剂后,ESP后SO2浓度由2866mg/m3降至2354mg/m3,下降了约17.9%;NOx浓度和O2浓度无明显变化;烟气湿度提高了约0.4%。

基于特征迁移学习的变工况下滚动轴承故障诊断方法764-772

摘要：针对滚动轴承尤其是变工况条件下很难或无法获取大量带标签的振动数据,以致诊断准确率低的问题,提出一种基于变分模态分解(variationalmodedecomposition,VMD)及多特征构造和迁移学习相结合的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用VMD对滚动轴承各状态振动信号进行分解,得到一系列固有模态函数,对其构成的矩阵进行奇异值分解求奇异值及奇异值熵,再结合振动信号的时域、频域特征构造多特征集。同时引入半监督迁移成分分析方法(semisupervised transfer component analysis,SSTCA),并对其核函数进行多核构造,将不同工况样本特征共同映射到一个共享再生核Hilbert空间,进而提高数据类内紧凑性和类间区分性。采用最大均值差异嵌入法选择更有效的数据作为源域,将源域特征样本输入支持向量机(supportvectormachine,SVM)进行训练,测试映射后的目标域特征样本。实验表明,所提多核SSTCA-SVM方法与其他方法相比较,在变工况下滚动轴承多状态分类中具有更高准确率。

斜温层单体蓄热罐性能改进的模拟研究773-781

摘要：以配置水平双侧开孔布水器的圆柱形斜温层单体蓄热水罐为对象,建立了不同工况组分析模型,开展流体仿真模拟;利用斜温层厚度和无量纲?损等性能参数对仿真结果进行分析。研究蓄热罐内布水器开孔个数及开孔直径、布水器直径、罐体高径比等结构参数对蓄热罐放热性能的影响。结果表明:在流量一定时,开孔个数越多,开孔直径越大,斜温层越薄,斜温层厚度与孔口流速有一定的耦合关系;布水器外侧开孔到管壁距离应约小于布水器的半径;瘦高型蓄热罐比矮胖型的放热性能强,且斜温层在靠近上布水器附近时,扰动会加强。研究结果可为热电联产机组应用大型蓄热水罐,开展供热灵活性调峰改造提供工程指导。

基于庞特里亚金极小值原理满意优化的燃料电池混合动力系统分层能量管理方法782-792

摘要：针对燃料电池混合动力系统的燃料经济性和耐久性兼顾问题,文中提出一种基于庞特里亚金极小值原理满意优化的分层能量管理方法。该方法以燃料经济性和耐久性为优化目标,采用一级硬性约束、二级满意优化和三级最优控制的分层能量管理,实现对负荷功率的有效分配。通过基于实测工况的实验测试,并与传统基于庞特里亚金极小值原理的能量管理方法进行对比分析,证明了所提出能量管理方法能够有效维持氢耗量较低水平,并能够降低燃料电池发电系统的输出功率波动率,有效提高其耐久性,延长其服役寿命。

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

应用于大规模新能源并网的MMC-MTDC双因子自适应下垂控制策略793-802

摘要：该文提出一种应用于大规模新能源并网的多端柔性直流输电系统双因子自适应下垂控制策略。针对传统下垂控制电压质量低、功率分配特性差等问题,由本地电气量,引入线路阻抗影响因子、功率影响因子,使换流站P-V特性曲线向最优功率分配方向逼近,并给出参数整定原则及逼近效果衰弱证明。在PSCAD/EMTDC中建立模拟风电场应用的四端柔性直流输电系统仿真模型,算例分析和稳暂态仿真结果表明,所提策略可根据运行工况,灵活调整下垂系数,在提高直流电压质量的同时,减少线路损耗。

一种包含LCD箝位网络的零电压转换半无桥功率因数校正变换器803-811

摘要：提出一种采用LCD箝位网络实现辅助开关管零电流关断和自耦变压器激磁能量回馈的设计原理。据此推导出一种可实现辅助开关管零电流开关的零电压转换半无桥功率因数校正变换器拓扑,其辅助开关管开关损耗趋近于零。与此同时,该变换器还实现了主开关管的零电压开关和升压二极管的自然开关,并且没有增加它们的电压应力。自耦变压器绝大部分激磁能量和漏感能量也回馈到负载中。理论分析了该变换器的工作模态,推导出变换器宽电压运行的约束条件及自耦变压器激磁能量回馈的理论值,不同工况条件下的实验验证了该变换器设计方案的可行性和理论分析的正确性。该变换器相较于已有变换器能进一步提升效率。

非隔离型光伏并网逆变器软开关技术812-821

摘要：非隔离型光伏并网逆变器的电路拓扑技术和市场应用得到了充分发展和广泛普及。该文讨论非隔离型光伏并网逆变器的软开关实现技术的可行性和实现方法,为下一代高功率密度非隔离型光伏并网逆变器打下基础。为此,该文提出一种兼顾直流母线极性和独立零矢量续流结构的并联型双谐振网络的软开关实现架构,取名为'续流谐振腔逆变器'。在新型软开关架构的指引下分别以零电压和零电流两种软开关实现为目标,通过谐振轨迹规划、基本谐振单元和拓扑改造优化等步骤,完成当前市场主流非隔离型光伏并网逆变器拓扑的软开关化升级。同时,讨论了软开关非隔离型光伏并网逆变器的漏电流和非单位功率因数运行等关键技术问题,并给出建议的解决措施。进而挑选ZVT-Heric和ZCT-Heric为例搭建了3kW功率等级实验样机,进行了原理验证。最后总结分析了软开关非隔离型光伏并网逆变器的技术特点和面临的挑战。