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中国电机工程学报 2019年第17期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志智能电网

用户侧综合能源系统规划运行联合优化4967-4981

摘要：建设用户侧综合能源系统对于推进我国能源革命具有重要意义,然而用户侧综合能源系统包含多种能量形式且相互耦合,因此,其最优规划是一个具有挑战性的问题。为此,构建多网络节点的用户侧综合能源系统规划运行联合优化模型(混合整数线性规划),模型同时考虑设备配置优化、网络与储能优化以及可再生能源的充分利用,并有机融合考虑季节变化和日内时序的运行优化。利用此模型可以得到最优规划方案,具体包括设备类型组合、设备容量(或台数)、设备安装位置、能量配送管网规划以及运行策略。在规划决策时,此模型可辅助规划人员全面分析评估多种因素对规划指标的影响。利用提出的模型,对某城市街区的数栋建筑构成的综合能源系统进行规划运行联合优化,证明模型及其求解方法的有效性。

考虑空调削负荷能力不确定性的孤岛最大运行时长评估4982-4994

摘要：在不影响用户用电舒适度前提下,孤岛可以运行的最大时长是其运行能力的一种体现,对于故障后孤岛网络的划分和运行优化都具有一定的指导作用。为了评估故障后所形成的孤岛网络的最大运行时长,该文根据空调的热负荷模型,考虑初始控制温度以及室外温度预测误差等不确定性,建立轮控策略下空调削负荷能力的概率模型;根据风机、光伏、负荷功率预测误差的概率模型,空调负荷削减能力的概率模型,以及孤岛内微型燃气轮机和储能等装置的可调度性,建立孤岛运行时长及功率缺额概率双层评估模型,对不同功率缺额概率阈值下的孤岛最大运行时长、不同运行时长下的孤岛最大功率缺额概率、运行不同时长的概率进行评估。基于改进的IEEE 13节点系统进行仿真验证。结果表明,所提孤岛运行能力概率评估模型能够更加真实反映系统运行时长,提高评估结果的可信性。

多端柔性直流输电系统中电流型潮流控制器引发的模式谐振现象及其对稳定性的影响4995-5004

摘要：针对含电流型潮流控制器的多端柔性直流输电系统,该文分别建立主从控制下多端柔性直流系统和电流型潮流控制器的线性化传递模型,阐述二者能够引起模式谐振的模型特征。然后,对比分析2种主要谐振现象(闭环模式谐振和开环模式谐振)的产生条件和判定依据,论证其对系统稳定性的不利影响,可知开环模式谐振和闭环模式谐振是对同一现象的不同数学描述,且开环模式谐振点对系统稳定性的危害要大于闭环模式谐振点。最后,在Matlab软件平台中搭建含电流型潮流控制器的多端直流系统,得出直流系统控制系统与电流型潮流控制器间,以及多个电流型潮流控制器间均会发生模式谐振现象,验证了理论分析的正确性,并刻画了模式谐振对控制器参数稳定域的影响,可为实际工程的参数整定提供借鉴。

受端弱系统条件下STATCOM提升直流输电能力机理研究5005-5014

摘要：考虑直流受端弱交流系统条件下电网的稳定问题是当前的研究热点,静止无功补偿设备(static synchronous compensator,STATCOM)是改善弱交流系统运行特性的重要手段。从模型搭建和解析求解的角度研究STATCOM接入直流受端弱交流系统对电网稳定的影响机理。首先搭建含STATCOM的交直流系统模型,得到模型的唯一解析解;然后详细分析直流弱交流系统条件下考虑STATCOM接入与否对直流输电能力的影响机理,提出计及STATCOM接入的直流输送功率极限定量计算方法;最后,在PSCAD/EMTDC软件中搭建实际的直流受端弱交流系统模型,仿真验证了该文所做机理分析的正确性和有效性。

应对柔性直流电网线路故障的混合型MMC直流电压目标预设控制5015-5024

摘要：随着国内外基于混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的架空线柔性直流输电工程的建设,研究其直流故障穿越控制技术将具备较大的工程应用价值。为减小故障电流峰值,且加快故障清除后直流电网功率恢复速度,提出一种适用于混合型MMC的直流电压目标预设控制策略。其充分利用了混合型MMC的宽范围直流电压输出能力,通过预先设定的直流电压目标控制曲线,优化直流电压站在直流故障发生后的暂态特性。进一步研究直流电压目标预设控制的基本原理与具体实现方式。针对直流电压目标预设控制分别在两端柔性直流输电系统以及直流电网中的应用,讨论故障期间电压站直流电压预设指令值的选取方法,分析比较不同直流电压预设控制曲线对故障后直流母线电压跌落、直流母线电流峰值以及直流功率恢复时间的影响。仿真分析表明,直流电压目标预设控制能够在一定程度上降低直流故障峰值电流,并较为明显的加快直流故障清除后直流电网功率恢复速度,具备一定的工程应用前景。

有源配电网动态重构的状态分裂多目标动态规划算法5025-5036

摘要：分布式电源的大量并网给配电网运行带来较多不确定因素,该文对计及运行风险的有源配电网日前动态重构展开研究。在提出用以衡量配电网运行风险的系统综合运行风险指标的基础上,建立兼顾运行经济性和安全性的日前多目标动态重构模型。针对该多目标多时段的复杂数学模型,基于动态规划算法的思路提出状态分裂多目标动态规划算法对其进行求解,即在得到每个时段的Pareto最优静态解集的基础上,通过采取状态锁定措施获取各时段的允许状态集合;然后,根据所优化的多个目标,将每个时段状态按其序列距离向量的Pareto前沿数目分裂为多个子状态,并基于分裂后的子状态参与下一时段的多目标寻优,从而最终得到Pareto最优日动态重构方案。最后,对含有风机和光伏的IEEE33节点配电网络进行动态重构仿真,得到兼顾日运行成本和日运行风险的Pareto最优动态重构方案,验证所提模型和算法的有效性。

中国电机工程学报杂志可再生能源并网技术

双馈风电机组并网运行下谐波电流建模与特性分析5037-5048

摘要：在新能源发电并网容量日益增多、电网对新能源电站电能质量准确评估提出更高要求的背景下,该文建立考虑电网背景谐波和开关死区特性的双馈风电机组并网输出谐波电流解析模型,以准确描述并网电流的整次频率分量和非整次频率分量的幅值和相位信息。同时,深入分析电网背景谐波电压幅值相位、运行工况、控制延时等多种因素对谐波电流特性的影响机理。最后,通过仿真建模和实际风场检测等手段对所建谐波电流模型的准确性进行验证。

双馈风电机组振荡模态与影响因子的关联分析5049-5060

摘要：目前对风电振荡模态的研究建立在对风机系统建模的基础上,但建模时所考虑的外界因素有限,分析风电机组实测数据,对功率实测数据中的相应振荡模态与风速和并网电压等因素之间的关联关系进行研究。在对现场测得的风机机组输出功率数据分段之后,采用Prony方法分析功率中含有的振荡模态,并依据小信号分析结果对相关振荡模态进行提取;同时用K-Means算法将实测序列数据按风速和电压进行聚类;最后利用Apriori算法讨论风速/电压聚簇与振荡模态之间的关联规则,并对振荡模态进行预测。关联分析结果表明,风速/电压波动聚簇数对关联规则影响较大,在最佳聚簇数的条件下,部分风速/电压聚簇可分析出输出功率含有特定振荡分量,预测结果与实际情况吻合。

基于MEMD-MMFE的双馈风电场送出变压器励磁涌流识别方法5061-5073

摘要：双馈风电场低电压穿越过程中,送出变压器发生内部故障时,差动电流中存在较大的2次谐波,会导致差动保护拒动。该文提出基于多元经验模态分解-多变量多尺度模糊熵(multivariate empirical mode decomposition-multiscale multivariate fuzzy entropy,MEMD-MMFE)的励磁涌流识别方法。该方法首先将电流经过多元经验模态分解,通过判别分解后的余量函数的单调性,确定是否从原函数中去除余量函数;然后对经过处理的原函数进行多变量多尺度模糊熵变换,得到多变量多尺度模糊熵值面积(简称熵值面积);最后通过或逻辑联立判断变压器两侧电流的熵值面积与给定的制动区面积的大小关系来区分励磁涌流与故障电流。以某风电场接入电网为例,对变压器各种运行工况进行仿真研究,并将该文算法与2次谐波制动等算法进行比较,验证提出算法的有效性。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

基于狄利克雷模型的分布鲁棒机组组合5074-5084

摘要：在应对风电不确定性电源发电的机组组合决策中,针对风电随机过程难以表达为确切概率密度与分布的问题,提出基于非精确狄利克雷模型的分布鲁棒机组组合优化模型与求解方法。其核心体现在:首先,依据历史信息,采用非精确狄利克雷模型(imprecise Dirichlet model,IDM)构造包含风电输出功率所有可能概率分布的模糊集;其次,依据该模糊集,在满足一定置信水平下,推演风电输出功率不确定性区间的表达,从而使其与传统自适应鲁棒优化模型相衔接;由此,构建了分布鲁棒优化决策模型,同时采用列约束生成(column and constraint generation,C&CG)算法对其求解;最后,通过IEEE118节点系统算例,验证模型和方法的有效性。

基于预招标的月度偏差电量平衡机制及其多周期发电调度优化模型5085-5094

摘要：我国以年度和月度电量为交易标的物的中长期电力直接交易市场中,传统的偏差电量平衡机制注重于调度的灵活性,未充分考虑偏差调整的经济性。随着各省大用户直接交易电量规模的不断扩大,传统方式已很难满足市场运行对于公平性和经济性的双重需要。该文设计一种基于预招标的月度偏差电量平衡机制,能够实现月度偏差电量调整成本的最小化以及低成本机组对高成本机组的替电,有效提高系统运行的经济性;根据所设计的偏差电量平衡机制,该文考虑月度和日前用电需求预测偏差、机组运行约束、电网运行约束等因素,建立月度预发电计划滚动修正、日前发电计划优化、日内发电计划调整的多周期发电调度优化模型;最后,通过IEEE-30标准节点系统的算例仿真,验证了所提机制及模型的有效性。

基于深度置信网络的电力系统扰动后频率曲线预测5095-5104

摘要：为快速、准确地预测扰动后电力系统的动态频率,该文基于深度置信网络(deep belief networks,DBN)提出一种预测扰动后电力系统频率曲线的方法。该方法以发电机的电磁功率、机械功率、同步发电机最大出力限制、各发电机对动态频率的影响因子等在内的22维数据作为深度置信网络的输入特征值,输出为系统的动态频率。该文采用新英格兰10机39节点系统和美国南卡罗来纳州的90机500母线系统作为仿真研究算例,通过与PSS/E中的仿真结果相对比,证明使用深度置信网络可以快速准确地对扰动后系统的动态频率进行预测。该方法适用于频率的在线稳定分析,可为后续制定频率稳定控制措施提供依据,对防止系统频率崩溃具有重要意义。

电力系统负荷裕度的并行计算方法研究5105-5117

摘要：为实现电力系统负荷裕度的快速、准确计算,该文以直接法为基础,提出一种基于CPU-GPU混合架构的电力系统负荷裕度并行求解方法。首先,根据电压稳定临界点处潮流雅可比矩阵奇异,且零特征值对应的特征向量不为0的特点,构造一组表征电压稳定临界点性质的非线性方程组;然后,在采用牛顿法求解该非线性方程组过程中,为减少计算量和计算复杂度,将修正方程降阶变换为4组同系数矩阵的低维线性方程组;在此基础上,采用雅可比预处理器和不完全LU分解预处理器(incomplete LU decomposition preconditioner,ILU)相结合的两阶段预处理方法对降维后的线性方程组的系数矩阵进行预处理,改善系数矩阵特征值分布,进而采用基于GPU加速的双共轭梯度稳定法(biconjugate gradient stabilized method,BICGSTAB)实现降维线性方程组求解的并行化,提高负荷裕度的计算效率;最后,通过多组测试系统算例对所提算法的准确性、有效性和快速性进行分析、验证。结果表明,文中所提算法可实现电力系统负荷裕度的快速、准确计算。

中国电机工程学报杂志发电

燃料电池系统在线辨识和实时最大效率滑模控制方法5118-5128

摘要：为保证燃料电池系统在负载工况变化条件下仍能无扰动地运行在最大效率点,提出一种基于遗忘因子递推最小二乘(forgetting factor recursive least square,FFRLS)在线辨识和Super-Twisting滑模算法的燃料电池系统实时最大效率跟踪方法。该方法基于非线性曲线拟合原理,根据系统实时测量数据,在单位控制周期内实现对燃料电池最大效率点功率的实时估计。采用Super-Twisting滑模算法,保证燃料电池系统在负载工况变化情况下仍能运行在最大效率点。在搭建的测试平台上,开展了多指标性能测试与对比分析。实验结果表明,与扰动观测(perturb and observe,P&O)算法相比,所提出的方法优势更加明显。另外,针对燃料电池输出存在大扰动问题,与PID控制效果进行了对比实验。实验结果显示:Super-Twisting滑模控制变换器在输入电压大扰动下具有较强的鲁棒性,有利于燃料电池系统长期稳定运行。

基于离散颗粒单元法的流化床生物质气化过程研究5129-5136

摘要：基于离散颗粒单元法提出气相和颗粒相控制方程,结合化学反应动力学方法建立生物质气化模型,通过模拟空间液滴在湿空气中的蒸发过程验证了模型的可靠性,数值模拟流化床内生物质气化过程。模拟结果给出生物质颗粒在反应器内的流动特性与反应特性瞬时分布情况,床层内气泡周期性地产生、上浮最终破裂,进入反应器内的生物质随着床料颗粒一同周期性上浮和下沉,最终与床料充分掺混,并且均匀分布于床料中。燃料颗粒进入反应器后会迅速热解析出挥发分,并由气流从顶部出口带出。模拟给出气体产物质量分数瞬时分布,CH4、CO、CO2、H2这4种产物质量分数分布基本一致,都是集中分布于左壁面,CO和CO2的占比稍高;N2和O2的分布与前4种分布规律正好相反;H2O的分布则稍有不同,在进料口附近的浓度梯度较小。

两种A-USC电站用候选合金的微观组织及演变规律5137-5143

摘要：实现700℃超超临界技术的关键是开发能够在高参数条件下长期安全运行的材料。以候选合金中的典型代表Inconel740H及自主研发合金HT1为对象,通过热力学模拟、长期时效试验,结合显微组织表征、显微硬度测定等方法对合金组织及其演变规律进行了研究。结果表明:2种合金标准热处理后的组织均由奥氏体基体γ及γ’,M23C6、MC等析出相组成,其中γ’为合金的主要强化相。随着时效时间的延长,γ’粒子的粗化规律符合LSW熟化理论;在现时效过程中,无η、σ等有害相析出。随着时间的增加,合金的显微硬度呈现先上升后下降的变化趋势,但整体波动值较小,体现出较好的组织稳定性。

风电机组变工况变桨系统异常状态在线识别5144-5152

摘要：风电机组的变桨系统因风速随机波动而经常在不同工况下切换,且其子系统间存在的强耦合性使其故障难以实时检测和精准定位,因此,实际运行中的数据采集与监视控制系统对变桨故障的误报率较高。针对上述问题,提出变工况变桨系统异常状态在线监测与识别系统。由于变桨系统特征参量在不同工况下对其状态的贡献率不同,基于熵优化邻域粗糙集(entropy-optimized neighborhood rough set,ENRS)对不同工况下的特征参量进行约简建模,提出全工况变桨系统状态特征参量挖掘策略。以其约简数据集作为输入样本,提出以小世界粒子群(small-world particle swarm optimized,SWPSO)优化的熵加权学习向量量化(learning vector quantization,LVQ)为基础模型的SWPSO-熵加权LVQ多模型状态监测器,实现异常状态的精准定位。最后,基于实际风场数据对上述模型进行训练,仿真与测试结果表明,基于ENRS的SWPSO-熵加权LVQ模型能实时并准确地反映变桨系统在变工况下的异常状态模式识别。

除雾器整体结构优化5153-5160

摘要：为提高折流板除雾器的除雾效率,对除雾器叶片间距、转折角度、转折高度、流速、不同液滴直径等因素对除雾效率的影响予以研究,并通过引入评价参数KpPi Re2寻求合理的结构使引风机在较小功耗时除雾器能够具有较高除雾效率。结果表明除雾器效率与液滴直径、流速成正比,与转折角度、叶片间距反比,除雾器转折高度对除雾器效率的影响作用较小。最终确定的除雾器优化结构参数为θ=40°、H3=25mm、D=20mm,当流速在2~3m/s时优化结构的除雾器效率提升平均约为16%,在4m/s时优化结构的除雾效率提升平均约为11%,在5~6m/s时,优化结构的除雾器效率提升平均约为9%。当除雾器达到同一除雾效率时,优化结构对应的评价参数KpPiRe^2要明显小于初始结构,此时所需的引风机功耗更小。通过评价参数KpPiRe^2可在除雾效率和风机功耗之间寻找一个较好的平衡点,为除雾器优化设计提供了一定的参考。