分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2023-08-25
摘要：新能源的大量接入使得电网的电压支撑强度下降，短路比降低，导致锁相环主导的次/超同步振荡和静态电压稳定等稳定问题凸显。构网型变流器具有较强的电压支撑能力，考虑在多场站系统中所有的新能源场站配备一定容量的构网型变流器等支撑设备，以提升系统的电压支撑能力，从而增强系统的稳定性。然而，构网型变流器容量与稳定裕度的解析关系不明，无法指导工程中构网型变流器的容量配置。为此，本文从电网电压支撑强度诱导的小扰动视角，探讨了构网型与跟网型变流器容量配比的估算方法及其典型值。首先，对构网型变流器进行电压源等值，并在此基础上通过广义短路比指标分析了容量配比对系统小干扰稳定性的影响规律；其次，针对改造构网型风电机组和加装构网型变流器这两种方案，讨论了实际工程中容量配比的典型值，以保证系统的小干扰稳定裕度满足工程需求；最后，利用多风电场系统案例仿真验证了本文结论的有效性。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2023-07-28
摘要：高比例新能源发电给电网带来了显著的波动性和不确定性。为了解决这一问题，需要利用大量的灵活性资源参与电网调度并提供辅助服务。灵活性资源的数量众多、分布广泛且特性各异，给资源的集群化管理带来了一定困难，需要对集群的功率可调节范围进行量化评估。本文基于灵活性资源集群在电网调度和电力市场中的应用需求，提出了评估灵活性的量化指标体系。根据集群中灵活性资源的物理特性，将其分类为发电机类和储能类，并分别聚合为等效发电机设备和等效储能设备作为聚合参考模型。这两个等效设备的参数被用作量化指标体系，具有直观的物理意义、良好的多重嵌套特性，并适用于多种时间尺度。该指标体系可以被广泛应用于分布式资源集群的异步调度、综合能源系统的联合优化调度以及虚拟电厂参与电力市场的投标报价等多个场景中。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2023-06-06
摘要：系统强度概念常用于描述系统电压响应性能和量化安全稳定水平，其中基于短路比的强度量化指标在描述新能源送出极限时具有简单直观的特点。然而，现有基于短路比的分析基础是以同步机提供短路容量或电压支撑为前提，难以适用于无同步机支撑的新能源基地柔性直流送出系统。为此，本文从小扰动角度探讨新能源基地柔性直流送出系统的强度评估和分析问题，首先推导了该系统中多端口电流对母线电压的灵敏度传递函数矩阵，阐述了受扰后母线电压响应与系统静态电压稳定/小扰动同步稳定的定性关系。其次，基于送端柔直电压源等值思路，并结合新能源设备临界短路比提出了系统强度源-网分离的评估方法，将广义短路比推广应用到全电力电子系统。所提出的方法能快速分析在系统运行点处的静态电压稳定/小扰动同步稳定裕度，确定系统强度的薄弱环节以及系统强度提升的优化路径。最后，多风电场经柔性直流送出系统算例验证了评估方法的有效性。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2023-04-25
摘要：基于dq坐标、序坐标和极坐标的阻抗法是研究变流器振荡问题的常用方法，不同阻抗法可相互转化并在判断系统稳定性方面等价，然而它们的差异性和适应性尚待深入探讨。为此，首先在上述三种坐标系分别建立并网系统阻抗模型，并对比分析其数学和物理特征；其次，分析了不同坐标系下阻抗模型的可解耦性，给出了所导出的阻抗判据在主导环节分析和机理解释方面的具体区别。进一步，以锁相环高参与度的次/超同步振荡问题为例，针对变流器四象限运行时的不同场景，分别从阻抗判据的标称性和鲁棒性角度分析了开环传递函数右半平面极点的存在性和对不确定性参数的灵敏性，并在此基础上分析了几种现有阻抗判据的适用场景和条件。最后，利用仿真验证所提结论的有效性。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2023-04-21
摘要：基于dq坐标、序坐标和极坐标的阻抗法是研究新能源并网系统振荡问题的常用方法，不同阻抗法可相互转化并在判断系统是否稳定上等价，然而它们对系统稳定裕度的刻画存在差异。当考虑变流器多象限运行时阻抗矩阵的非对角耦合项会导致稳定分析十分复杂，目前尚未探讨此场景下不同阻抗判据的特点和适用性。鉴于此，本文在上述三种坐标系分别建立并网系统阻抗模型，并对比分析其数学和物理特征。研究发现，不同坐标系下阻抗模型的可解耦性不同，所导出的阻抗判据在主导环节分析和机理解释方面具有区别。进一步，以锁相环高参与度的次/超同步振荡问题为例，分别从标称性和鲁棒性角度探讨不同阻抗判据的适用性。研究表明，广义阻抗判据在分析锁相环主导的变流器振荡问题时标称性和鲁棒性更好，有利于揭示锁相环与系统其余环节的相角交互物理机理。最后，利用仿真验证所提结论的有效性。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2022-12-08
摘要：
多个外特性类似的直流和新能源等电力电子设备/场群同时馈入交流电网后形成了多电力电子馈入系统（简称多馈入系统），是新型电力系统中很典型的一种形态。系统电压支撑强度（简称系统强度）常用于描述该多馈入系统受到扰动后考虑了设备动态的电压响应性能，而电网强度则是描述不考虑设备动态的开环交流电网性能的术语。现有研究一般认为电网强度与系统强度之间存在正相关性，却并未揭示电网强度与系统强度之间的内在联系。为此，本文聚焦于电网受到小扰动后的系统强度问题，从抗扰性、小扰动稳定性以及静态电压稳定性三个角度分析了基于广义短路比的电网强度指标与系统强度指标之间的解析关系。研究表明，广义短路比本质是一种多端口网络的电压电流和电压无功最大灵敏度，是描述多个设备并网点与交流电网等效中心之间的一种综合电气距离指标，它与设备耐受电网的临界短路比之差反映了系统的稳定裕度和抗扰裕度，从而可用于量化系统强度。为了便于应用与实际操作，给出了广义短路比判据的若干个充分条件，并提出了多种从母线视角下量化电网强度的节点广义短路比指标，同时证明了传统CIGRE多馈入短路比本质是一种特殊的节点广义短路比，其保守性较强且场景扩展性较差。最后，对短路比的计算方法和适用场景等进行了探讨，并基于算例验证所提指标的有效性。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2022-10-11
摘要：新能源多场站系统故障恢复期间的暂态过电压问题严重制约了新能源的消纳和发展，然而现有研究缺乏相应的量化指标及方法。为此本文从暂态过电压机理出发，提出了一种考虑无功饱和特性的新能源并网系统暂态过电压风险量化方法。首先，基于新能源多场站系统的暂态过电压机理建立了故障恢复期间不同因素作用下的分析模型，论证了基于准稳态相量模型评估暂态过电压的合理性。在充分考虑了故障后变流器的饱和特性及新能源间相互作用后，导出了新能源多场站系统暂态过电压的评估方法。通过分析系统过电压水平与短路比的关系，提出了适用于新能源多场站系统的过电压短路比指标及其实用化应用流程。算例结果表明，所提指标及方法可有效评估新能源多场站系统暂态过电压风险及系统的安全裕度。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 分类： 数学 >> 控制和优化 提交时间： 2022-08-07
摘要：快速启停发电机组等具备强调节能力的设备是保证高比例可再生能源电力系统经济可靠运行的重要灵活资源.通过在电力系统的日前发电计划优化或现货市场出清中构建风电的不确定性模型、快速启停机组日内含离散决策量的运行模型, 本文基于Wasserstein概率分布模糊集建立了含混合整数追索问题的日前两阶段分布鲁棒机组组合优化模型. 为高效计算所建立模型的最优解, 本文提出了两个可行的算法框架. 其中第一个算法用有限多个离散的事件来逼近并最终等效刻画风电出力的连续支撑集, 另一个算法则利用了由子程序辨识得到的风电出力极端概率分布来更新日前机组开停机方案. 两个算法都依赖于经典的嵌套列和约束生成法（the nested column-and-constraint generation method, nested G&CG）. 本文的理论和计算分析表明, 得益于L1范数Wasserstein距离的稀疏特性, 连续支撑集可以由相对较少的离散事件等效表征,而极限分布同样具有稀疏性. 稀疏性带来的缩减效应使得两个算法均能够高效处理含混合整数追索的两阶段分布鲁棒优化问题. 本文的数值实验表明, 精确考虑快速启停机组的日内离散行为有益于得到更具鲁棒性和经济性的日前机组开停机方案; 此外, 分布鲁棒优化在样本外测试中能够可靠和经济地应对风电出力的不确定性.
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 分类： 数学 >> 控制和优化 提交时间： 2022-08-07
摘要：本文研究含随机风电的机组组合问题, 基于分布鲁棒优化提出了考虑风功率预测的条件误差和误差时空相关性的建模及优化方法. 首先, 为了量化计算风功率的预测误差, 用Lasso（最小绝对值收敛和选择算子）训练得到鲁棒的条件误差估计器；为了获取风功率预测误差的时空关联信息, 通过无偏估计从历史数据得到误差的协方差矩阵. 用所得的条件误差和协方差矩阵构造了改进的风功率预测误差的概率分布模糊集. 其次, 在多面体支撑集上建立了风功率预测误差的随机量, 构建了两阶段分布鲁棒机组组合模型, 并提出了与该模型等效的混合整数半正定规划模型. 再次, 提出了从第二阶段半正定优化问题辨识极限分布的方法, 并提出了利用极限分布求解两阶段分布鲁棒机组组合问题的高效割平面算法. 最后, 进行数值实验, 验证了所提模型在应对风功率预测误差的时空关联性方面的能力和优势, 验证了模型决策方案的经济性和鲁棒性.
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2022-05-29
摘要：
新能源电力系统的动态特性复杂，存在众多稳定分析方法及稳定判据。不同稳定方法/判据对应的物理解释和适用范围不同，目前难以从理论上回答各类判据适合解决的问题，以及它们所对应的物理解释是否合理。该文分为两部分，第一部分提出稳定判据的适用性评估方法，并尝试回答与稳定判据对应的物理解释是否合理；第二部分应用该方法分析部分典型判据的适用场合，并尝试给出其物理解释。第一部分首先回顾归纳现有稳定判据的推演机理，以及各判据背后对应的物理意义。其次，从稳定性等价、标称性和鲁棒性3个角度，提出稳定判据的适用性3个定性原则，并提出基于环路增益灵敏度的定量化指标。最后，以并网变流器为例，说明频域分析中若干基于阻抗的分析方法的性质，并探讨了其适用范围。电力系统中其它典型判据的适用性及其物理解释等工作将在第二部分展开探讨。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2022-05-29
摘要：
该文第一部分从稳定性等价、标称性和鲁棒性3个角度，提出稳定分析方法/判据适应性的定性原则和量化评估指标。第二部分将进一步针对同步机、变流器和双馈机组等典型设备，分析现有稳定判据的适用性及判据对应的失稳物理解释是否合理，并从主导输出变量角度探讨稳定问题的分类方法。首先，利用所提评估指标，验证现有同步机低频振荡和次同步振荡/谐振的稳定分析方法和物理解释的合理性；其次，利用所提评估指标分析变流器和双馈机组振荡问题，探讨其适用的稳定判据、导出机理及主导输出变量；最后，提出基于物理机理及主导输出变量的设备稳定分类新思路，从矢量角度将设备稳定性分为相角主导的同步稳定、幅值主导的电压稳定和它们特殊组合而成的电气谐振3类。同时还探讨宽频带振荡概念、设备稳定和系统稳定间的联系及稳定分类的可拓展性等问题。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2022-04-10
摘要：
(火用）是衡量能量品质的指标，深刻揭示能量传递过程中做功能力损失的实质。为研究时变能量网络中?的动态演化机理，本文基于能量网络理论列写能量网络中物理量间的本构关系，给出?的普遍化表达式，包括基于热力学第二定律形成?的普遍化描述与?损方程，同时引入了能级因子评价能量品质；分析了不同形式?在能量传递管（线）中的动态演化过程，包括电(火用）、热(火用）与压(火用），给出了?的输出方程与效率计算方法；分析了能量转换设备中?的动态演化过程，进行了?的损耗量、存储量与效率分析；最后，通过具体算例对?在某综合能源系统中的动态演化过程进行动态仿真。本文所研究的内容能够充分挖掘综合能源系统的能效潜力，为更好地实现能源梯级利用打下了坚实的理论基础。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2022-01-28
摘要：
新能源多馈入系统存在由于锁相环带宽与电网强度不匹配导致的次/超同步振荡问题，需要准确量化电网强度以保障系统稳定运行。为此，该文考虑新能源系统在实际运行场景中设备出力或端口电压偏离额定值的影响，提出适用于非额定工况下新能源系统电网强度的量化方法，并提出了广义运行短路比指标。本文首先分析了新能源系统运行方式变化时设备的外特性变化规律，近似解耦设备动态特性与端口电气量的相互作用关系；其次，研究了考虑电气量变化时的网络侧导纳矩阵的可解耦性，提出了考虑运行方式的广义运行短路比指标和相应实用化计算方法，据此拓展了广义短路比理论的应用范围。最后，基于算例说明所提方法的有效性。
分类： 能源科学 >> 能源系统工程 分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-07-09
摘要： 多区域电力系统的优化调度存在与调度模式相适应和建模求解等方面的困难。本文基于我国网省两级调管模式和省间中长期电量协议的背景，提出以简化省级系统和优化净发电序列方差为基础的多区域日前发输电计划模型，模型能够非迭代地求取优化的交、直流联络线功率计划和直调电厂机组出力计划，并针对性地考虑了直流输电曲线阶梯化和网省间局部交流断面潮流限值等实用化约束。采用中国南方电网多省区交、直流互联系统的实际数据，验证了模型的有效性和可行性，证明模型能够利用较少的信息，在上级调度机构层面形成改进的且对省区安全可行的送受电计划，降低省区发电的峰谷差和标准差，缓解调峰压力，提高整体运行效益。所提方法适用于我国当前的调度体制及不同场景，已经在电网调度计划编制上取得应用。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-03-05 合作期刊: 《电气工程学报》
摘要：针对变频空调用功率因数校正（PFC）电路中的电感在运行时存在局部过 热、温升较高的情况，本文采用电磁热耦合仿真对其进行了优化设计。通过有限元分 析，搭建了 PFC 电感三维电磁热场的仿真模型，利用电磁仿真计算得出 PFC 电感的 功率损耗，并将其作为热源进行了热场模拟。通过改变绕组的匝数和磁心的尺寸，模 拟了四组不同的设计方案，分别进行了磁场 - 热耦合分析，从中给出了优化设计方案。 实际运行表明，优化后的 PFC 电感有效降低了温升和损耗，设计方法对于其他电感器 件的设计具有参考价值。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-03-05 合作期刊: 《电气工程学报》
摘要：不均匀气隙结构的异步起动永磁体同步电机是针对普通异步起动永磁同步 电机由于气隙磁场谐波复杂而导致的运行过程中转矩脉动大、电磁噪声高等问题提出 的，此结构电机的永磁体退磁情况与普通电机有较大不同。本文基于永磁体内各处的 磁场矢量基本相同的原则，利用永磁体内部一点的磁密表征整个永磁体在运行过程中 磁密的变化，对不均匀气隙结构异步起动永磁体同步电机永磁体工作点展开了理论研 究与有限元仿真。分析了影响电机退磁的因素，研究了施加不同负载与转动惯量时永 磁体的磁密变化情况，得到电机稳态运行时和起动过程中永磁体工作点的变化规律， 提出了获得永磁体磁密最小工作点的研究方法。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-03-05 合作期刊: 《电气工程学报》
摘要：为了提高风力发电机叶片故障的识别率，利用支持向量机建立风力发电机 叶片故障和特征参数之间的非线性关系。在蜂群算法中引入一种动态柯西因子，动态 调节蜂群寻优过程中的搜索步长，提高蜂群算法的扰动能力，避免蜂群陷入局部搜索， 采用这种动态柯西蜂群算法对支持向量机的参数寻优，建立动态柯西蜂群算法优化的 支持向量机模型。采集南方某风场风力发电机叶片的四种工况下的特征数据训练此模 型并进行故障诊断，诊断结果表明改进后的蜂群算法优化支持向量机模型能够提高风 力发电机叶片的故障识别率，具有一定的工程参考意义。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-03-05 合作期刊: 《电气工程学报》
摘要：传统的感应耦合电能传输（ICPT）系统中，松耦合变压器接收线圈 Rx 的 半径与发射线圈 Tx 到接收线圈 Rx 之间的距离 h 的最佳比例系数，即径距比 γ 的求取， 是通过系统建模来推出 Tx 和 Rx 间的互感值，并辅以大量实验来获得的。针对这种缺 少理论依据并浪费人力、物力的问题，本文提出了一种通过仿真观察 Rx 中电流密度变 化规律来获得 Rx 半径与 h 比例系数的最佳值的设计方法。首先求取单管 ICPT 系统之 一次侧并联、二次侧并联（PP）结构下的系统去耦等效电路模型，据此推导出 Rx 上 的电流密度和互感 M、系统传输功率的关系；并通过公式分析，确定 Rx 电感 L1 与 Tx 电感 L2 的比值 a 和系统的耦合系数 λ 的取值，来确定在不同频率下 L1 和 L2 的值，从 而建立仿真模型，利用有限元仿真软件对 γ 的最优值进行研究。相比于通过线圈互感 值来优化线圈的方法，本文中的电流密度可以通过软件直接观测到，形象而且直观，节省时间和成本，有效提高设计效率。综合仿真结果确定了松耦合线圈最佳径距比γ，该参数与企业通过生产实践总结出的经验值相吻合。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-03-05 合作期刊: 《电气工程学报》
摘要：针对 IEEE 次同步谐振第一标准测试系统，提出抑制次同步谐振的可控串补 （TCSC）方案。利用 PSCAD/EMTDC 仿真软件，建立 TCSC 及其控制仿真模型，仿真 研究得到能抑制次同步谐振的可控串补和固定串补组合方案。采用开环阻抗控制策略 对 TCSC 抑制次同步谐振的性能进行仿真验证。
分类： 动力与电气工程 >> 电气工程 提交时间： 2019-03-05 合作期刊: 《电气工程学报》
摘要：智能电网技术的发展给高压开关设备智能化提出了新的要求和挑战。本文 依据高压开关智能化要求，自监测、自诊断和自控制能力，设计真空断路器智能化过 程中触头系统电磨损在线监测装置。该装置触头系统磨损量计算采用改进的开断电流 累计加权方法，其中权值的选择和磨损总量的计算依据电寿命曲线采用最小二乘法拟 合得到，该法具有通用性，可应用于不同型号的真空断路器；加权积分系数 K，采用 训练好的 LM-BP 神经网络，进行动态预测，使 K 值的选择更加符合工程实际；采用 燃弧时间感应器对燃弧时间进行采集，且给出燃弧时间感应器的安装位置和采用的屏 蔽措施；硬件处理核心采用 TMS320F2812 微处理芯片，主要负责算法处理、上位机通 信和 CAN-BUS 控制器局域网通信；短路电流采用罗氏线圈进行采集，且设计电流处 理电路，并给出 2812AD 采样校正办法；最后给出触头系统磨损量在线监测软件流程 和设计时应注意的关键技术。
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