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中国电机工程学报 2019年第13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

最优潮流问题的凸松弛技术综述3717-3727

摘要：求解最优潮流问题(optimal power flow, OPF)的凸松弛技术可将非凸的OPF问题转化为凸优化问题,并在精确松弛的前提下获得原问题的全局最优解。近10年来,该项技术已成为国内外电力系统优化领域的一个研究热点。首先,回顾电力系统优化领域凸松弛技术的发展过程,介绍半正定规划松弛、二阶锥规划松弛、二次凸包络松弛的基本概念与数学形式。接着,对于凸松弛技术的精确性,总结并梳理保证精确松弛的充分条件和构造更紧凸松弛的方法。最后,从技术手段与应用场景两个方面对OPF凸松弛技术未来的研究方向做出展望。

基于可再生能源制氢系统附加阻尼控制的电力系统次同步振荡抑制方法3728-3735

摘要：近年来,大规模新能源发电机组的并网运行增加了系统发生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)的风险。针对此问题,该文提出一种利用可再生能源制氢系统抑制新能源并网系统次同步振荡的方法。首先,根据可再生能源制氢系统的整体架构及其电解槽内部热动力和电化学动态特性,建立兆瓦级制氢装置的电磁暂态模型;进而,提出一种基于电解槽直流电压调制的附加阻尼控制方案,并对控制器参数进行多工况优化设计,提高制氢系统并网后对次同步振荡现象的抑制能力;最后,以新疆哈密实际发生过SSO事件的风电系统为原型,进行电磁暂态仿真分析。结果表明:提出的基于可再生能源制氢系统的附加阻尼控制方法能有效抑制风电并网系统的SSO,从而提供一种解决SSO问题的新思路。

适用于交流长线路的动态相量时域短路电流计算方法研究3736-3743

摘要：目前,工程应用中的标准短路电流计算方法是基于网络元件稳态模型的简化实用方法,其交流分量计算结果表征的是短路电流的稳态解。当网络中含有超长交流线路或远距离线路加装串补时,其附近的短路电流将可能由于系统接近谐振条件呈现明显的过渡过程,简化实用方法将带来较大偏差。另外,简化实用方法只能用于计算短路点总电流的直流分量衰减时间常数,将该时间常数近似作为流过断路器支路的电流直流分量时间常数从原理上是不恰当的。该文提出一种基于动态相量模型时域仿真的短路电流计算方法,应用其能够较好"包络"电磁暂态时域解的特点,能够便捷地提取工程中需要的短路电流关键数值,不仅适用于模拟接近工频谐振条件导致的短路电流过渡过程,还适用于计算一般网络各支路的短路电流直流分量。同时该方法计算量远小于电磁暂态仿真,且能够方便的进行初始化,因而,可适用于大规模电力网络。

中国电机工程学报杂志智能电网

新型多端口直流潮流控制器及其控制策略研究3744-3756

摘要：直流潮流控制器作为柔性直流输电系统的关键设备之一,实现其多端口输出能有效提高装置的潮流控制范围与能力。针对现有直流潮流控制器应用的局限性,该文基于电容线间能量交换的思想提出一种新型多端口直流潮流控制器。其拓扑结构简单,且避免了传统多端口直流潮流控制器对输电系统定直流电压站直流输出电压调节的依赖,增强了系统可靠性。同时,其采用模块化设计,易于实现后期的端口拓展与系统冗余。首先通过对现有方案的对比分析提出控制器拓扑结构并阐述其工作原理;然后,基于脉宽调制设计包含不同控制模式的通用控制策略,并详细分析不同控制模式下系统各状态变量之间的关系;最后,在基于RT-lab的实时模型在环仿真测试系统中搭建五端柔性直流输电系统模型,对所提控制器的性能与控制策略进行多种工况下的验证。

混合双馈入直流输电控制系统交互影响机理分析3757-3765

摘要：针对由彼此落点接近的一条基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)线路和一条电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)线路所构成的混合双馈入直流输电系统,基于多变量反馈控制理论建立可定量分析和评估MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统之间交互影响的等效独立控制通道。在此基础之上,定量分析评估LCC定关断角控制器、锁相环以及MMC锁相环、外环控制器、环流抑制器对MMC-HVDC与LCC-HVDC控制系统交互作用及小干扰稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建混合双馈入直流输电系统的电磁暂态详细仿真模型,仿真验证理论分析结果的有效性。

含多并联组网DG的微电网分层控制体系及其控制策略3766-3775

摘要：基于下垂调节机制的孤立微电网分层控制体系中,底层控制存在电压调节性能和功率分配精度的固有矛盾,在组网分布式电源(distributed generation,DG)运行点变化时易造成母线电压频率、幅值的突变,需要二层控制在更长的时间尺度下对其进行补偿和修正,这将不利于系统的稳定运行。因此,该文提出一种新型的微电网分层控制体系:一层控制采用分散控制的方法,在系统稳态(如线路阻抗不匹配)或动态(如负荷突变、DG投切)情况下,能够同时满足电压调节质量和功率分配精度。引入权重系数以协调各台DG所承担的负荷比例,该权重系数可由二层控制通过分布式的方式计算生成,并且权重系数可在线调节,权重系数的改变并不影响系统电压稳定。所提分层控制动态响应迅速,有利于实现孤立微电网的功率灵活调控和稳定运行。理论分析和硬件在环实验结果均说明了该控制策略的可行性和有效性。

混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略3776-3787

摘要：针对混合微电网交直流母线接口变换器采用下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制策略。该控制策略不仅可使交直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频率响应特性,有效提高交直流混合微电网对交流频率及直流电压的抗扰动特性。该文分析混合微电网瞬时功率平衡特性,基于此,提出利用交、直流微电网电源和负荷吞吐特性为交流频率和直流电压提供惯性,并设计相应的控制策略。建立所提控制策略的小信号模型,详细分析转动惯量、阻尼系数、直流下垂系数等关键参数对系统稳定性的影响及有功功率变化时交流频率和直流电压的动态响应,据此给出系统关键控制参数设计方法。最后,分别利用Matlab/Simulink软件和dSPACE实验平台验证所提控制策略的有效性。

基于时间序列模式匹配的电能质量区域化治理3788-3798

摘要：针对以往基于机理建模进行稳态电能质量污染治理的局限性,该文采用数据驱动的方式,提出一种基于时间序列模式匹配的电能质量污染区域化治理策略。依据配电网各节点指标监测数据建立较长时间尺度的电能质量时间序列,采用考虑关键趋势转折点的分段线性表示提取时间序列主要局部趋势特征及其时间特征,构建时间序列模式特征矩阵。提出一种基于动态时间弯曲的趋势–时间距离方法对各节点时间序列实施模式匹配,测量节点间电能质量的长期耦合度。定义耦合度分区判则,划分电能质量治理区域,确定各区域主导控制节点。以IEEE 14节点配电系统进行算例仿真分析,表明了所提策略的合理性和有效性,验证了所提方法的准确性和适用性。

中国电机工程学报杂志继电保护、通信及自动化

基于等势P圈的电力通信骨干网保护优化3799-3806

摘要：为解决我国电力通信骨干网资源紧缺问题,该文主要研究可以同时保护变电站通信节点故障和站间光纤链路故障的路径P圈保护方案。依据电力通信网建设规范中提出的以端到端路径长度限制为业务时延约束,在考虑变电站间实际光纤链路容量限制的条件下,基于电力通信网业务典型的汇聚特征,提出等势P圈生成算法,然后建立最优化整数线性规划(integer linear programming,ILP)配置模型,通过优化电力通信骨干网的通信通道配置来提高其资源利用率。以电力通信十三五规划中江苏省某地区的电力通信网拓扑为例进行仿真,并与现有的电力通信网双路由算法以及电信网络中的故障独立路径P圈算法进行对比,从资源利用率、保护路径长度以及最大业务容纳量等多项指标验证了该文所提算法的高效性。此外,业务路由均衡对等势P圈配置的优化也进行了初步研究。

广义双回线路反向量行波特性新解3807-3819

摘要：通过理论分析和仿真发现:采用两回线路电流构造得到双回线路反向量电流行波,并非不受双回线路以外的系统接线情况的影响,其故障点反射波和对端母线反射波不仅与故障点过渡电阻有关系,还与两端母线的出线数有关。因此,构建基于行波传播路径的双回线路行波分析体系。在该体系下,首次推导出双回线路等长和不等长情况下反向量故障初始行波、故障点反射波以及对端母线反射波的表达式以及得到反向量故障点反射波、对端母线反射波与故障点过渡电阻以及母线端出线的数学关系,并提出基于广义双回线路反向量行波的概念。大量仿真和实测数据表明:基于行波传播路径分析反向量行波特性的正确性。

不依赖边界元件及同步对时的多端柔直电网波形匹配式差动保护原理3820-3832

摘要：多端柔直电网发生线路故障时,目前常用应对策略缺乏选择性,容易发生重合于永久性故障、全网停运等问题,而现有研究尚未验证边界保护在"网孔结构"工程中的适应性,差动类保护缺乏对同步误差及异常采样数据的应对能力。为解决上述问题,该文首先分析了多端柔直电网线路故障场景下的行波复杂折反射现象,揭示故障线路与非故障线路两侧同名行波与异名行波首波头的衰减特性差异,进而利用Hausdorff距离表征并度量上述差异;结合突变量启动判据,形成一套不依赖同步对时及边界元件的波形匹配式差动保护。仿真结果表明,所提出的保护原理具有良好的速动性及选择性,且在采样数据中包含大量异常数据时依然具有良好的动作性能。

利用同步挤压小波变换的高压交直流混联系统交流线路暂态方向保护3833-3841

摘要：大型交直流电网混联深度不断增大而呈现出的复杂故障特性,对故障识别与清除的快速性提出了更高要求。依据混联系统交流侧线路的故障暂态特征,该文提出一种暂态方向保护方法,比较正、反向电流暂态分量中的高频能量构成故障方向识别的判据。其中电流暂态分量的提取及其高频能量的表征经由新颖的同步挤压小波变换完成。在实际交直流混联系统参数建立的EMTDC仿真模型上进行大量测试,并且与传统连续小波变换相比较,结果显示所提暂态方向保护在不同故障初始相位角、故障类型、故障距离、故障过渡电阻以及不同线路长度下是可靠的,且灵敏度高,时间窗短,动作超高速。

中国电机工程学报杂志发电

电站锅炉低氮燃烧与高温受热面换热的联合模拟及分析3842-3850

摘要：基于CFD和Matlab平台,建立660MW超临界切圆锅炉炉内燃烧与高温受热面换热的耦合模型。针对不同管屏形状特点,提出Fluent结构和非结构化网格与Matlab离散微元的映射方法,实现了高温受热面壁温在风烟侧和汽水侧的迭代计算。模拟预测值和变工况趋势与锅炉热态试验吻合较好。结果表明,锅炉满负荷运行时,上调SOFA风摆角能降低化学未完全燃烧损失且抑制NO_x的生成,但燃尽风在炉内的消旋长度也减小,导致水平烟道烟温偏差和受热面局部高温区面积增加,使高温再热器炉内最高壁温难以始终维持在材料许用温度以内,对机组长期运行的安全性会产生影响。建议锅炉在以高效、低NO_x生成为燃烧优化目标的同时,兼顾运行调整对高温受热面壁温的影响。

大型CFB锅炉并联布置分离器烟气流动特性的数值模拟3851-3858

摘要：针对大型CFB锅炉并联布置分离器的气固流动均匀性问题,采用1:1的实炉结构尺寸建立计算模型,完成了5种分离器出口烟道布置条件下的并联分离器烟气流动均匀性数值模拟计算。计算结果表明,分离器出口烟道的布置形式,对并联三分离器的烟气流动均匀性有重大影响。进一步的分析表明,采用单独的分离器出口烟道布置方式,可以显著改善各分离器的烟气流动均匀性。

湿法脱硫烟气中两种模拟颗粒物在CO2吸收膜上的粘附特性研究3859-3866

摘要：利用原子力显微镜分析湿法脱硫净烟气中燃煤飞灰、石膏颗粒在普通玻璃、硅晶片、PVDF、PP膜上的粘附特性及颗粒间的粘附力,考察膜表面粗糙度、相对湿度、颗粒表面特性等的影响;在此基础上,开展细颗粒物单独及其与水汽共存时PP中空纤维膜组件吸收CO2性能试验。结果表明:干燥条件下,颗粒间的临界粘附力与颗粒–膜表面的临界粘附力大小并未明显差异;但在潮湿环境中,石膏颗粒–颗粒间的粘附力明显大于石膏颗粒–PP膜间的粘附力,且随相对湿度RH的提高,石膏颗粒–颗粒间的临界粘附力显著增加;颗粒单独存在时,连续运行7h后CO2吸收效率下降17.9%;颗粒物和水汽共存时,脱除效率下降18.9%;石膏–飞灰颗粒间的粘附作用可加速颗粒在膜表面的粘附沉积,是导致CO2吸收性能下降的主要因素。

基于PMP的机车用燃料电池混合动力系统能量管理策略3867-3878

摘要：为了提升机车用燃料电池混合动力系统的系统效率、减少系统实际氢耗量,并有效维持蓄电池荷电状态(stateof charge,SOC)。该文根据实际硬件系统中的参数以及机车工况,提出一种基于庞特里亚金极小值原理(Pontryagin minimum principle,PMP)的机车用燃料电池混合动力系统能量管理策略。在搭建的机车用燃料电池混合动力缩比硬件系统上对所提出的能量管理策略进行验证,并与等效最小氢耗策略(equivalent consumption minimization strategy,ECMS)进行对比。实验结果表明:无论混合系统的蓄电池组初始SOC为何值,基于PMP的能量管理策略相对于ECMS在系统整体效率上有了明显的提升,并且减少了系统实际氢耗量;此外,基于PMP的能量管理策略能够按照机车实际需求更好地维持蓄电池组的SOC。

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

基于响应匹配的电力电子换流器恒导纳建模3879-3888

摘要：恒导纳建模是电力电子换流器实时仿真常用的建模方法。为了解决传统恒导纳模型的虚拟功率损耗问题,提出一种基于响应匹配的换流器恒导纳建模方法。该方法采用含参数化历史电流源的恒导纳开关模型,并将其视为线性离散时间系统进行分析。通过使得该离散时间系统的稳态响应特性和暂态响应特性能与理想开关相匹配来确定历史电流源的待定参数。该方法被分别应用于两电平桥式换流器、三电平换流器和基本直流斩波电路的建模。仿真结果显示,在不同换流器拓扑和不同开关频率下,基于响应匹配的恒导纳模型均较好地解决了虚拟功率损耗问题。

扩展移相控制的双有源桥DC-DC变换器的优化控制策略3889-3898