计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法

在分析双馈感应发电机(DFIG)故障各阶段动态的基础上,提出了一种计及低电压穿越控制的双馈风电场等值方法。首先,讨论了低电压穿越控制策略,给出了含双馈风电场的电力系统故障稳态潮流计算方法。在考虑电压暂态过程的条件下,分析了外部系统短路故障后DFIG转子电流的变化机理,指出电压跌落深度及风电功率是影响短路电流的主要因素,可根据动作分界线判断撬棒是否动作。然后,根据初始风速及撬棒状态将风电场中的DFIG分为3群,并对等值DFIG及集电网络进行聚合。为提高等值模型在恢复阶段的精度,根据故障稳态电压对双馈风电场功率恢复曲线进行预估,并在此基础上对等值DFIG恢复速率进行分段修正。最后,对含双馈风电场的算例系统进行了等值计算。仿真结果表明,等值模型较好地保持了原系统在故障各阶段的动态,在保持较高精度的前提下有效简化了系统,提高了计算速度。

基于等效电势动态相似性的直驱式风电场分群等值方法

针对大规模直驱式风电场并网系统暂态电压等值建模困难的问题,考虑了直驱风机全功率变流器不同控制环节的作用机理,提出了一种直驱风机的暂态电压等值模型与动态聚类方法。建立计及Chopper电路动作过程的直驱风机暂态模型,构建了适用于暂态电压分析的等效电势指标。该指标能够反映暂态过程中直驱风机并网功率和端口电压的动态过程,并根据该指标的动态变化来反映系统故障下的暂态电压特性。针对风电场内各直驱风机物理位置、行为特征的差异性,提出了一种基于约束动态时间规整的相似度分析方法,构建了能够表征不同机组等效电势指标差异性的相似度矩阵。在此基础上,采用层次凝聚聚类算法实现了不同直驱风机的动态聚合。在PSCAD/EMTDC中建立了直驱式风电场多机等值模型,通过对比不同故障场景下的等值精度验证了所提方法的有效性和优越性。

基于拟哈密顿理论的随机电力系统暂态稳定性分析

蒙特卡洛法分析随机稳定性所需的计算量大,且难以同时考虑随机过程中发生的大量不确定性。基于拟哈密顿系统随机平均方法,提出随机电力系统暂态稳定性分析法。首先,根据扩展等面积法,将受扰多机系统动态映射为两群系统,建立其随机微分方程模型。忽略相关的非哈密顿因素,按哈密顿能量函数确定其安全区域。然后,考虑随机扰动、阻尼等的影响,对等效拟哈密顿系统进行随机平均,求出支配暂态能量转移的平均扩散方程,并基于扩散理论,根据系统条件可靠性分析切除时间、阻尼系数及激励强度等对随机电力系统暂态稳定性的影响。通过4机2区随机系统验证了该方法的有效性。

计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型

现有的系统频率响应(SFR)模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略,对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足,难以准确地反映出系统频率特性。为此,文中提出一种扩展SFR模型。首先,讨论了风电综合惯性控制的机理,分析了扰动后动态过程中风电机组转速与系统频率的交互影响。接着,基于风电机组动力学模型,采用小信号线性化方法推导了调频阶段与转速恢复阶段的风电机组传递函数,构建了含单台等值风电机组的扩展SFR模型。对于多风速风电场,提出了基于临界风速及风速相似度的风电机组预估-修正分群方法,将处于相同阶段且动态特性相似的风电机组划为同一群进行聚合,构建了含多台等值机的扩展SFR模型。最后,将扩展SFR模型应用于修改后的10机39节点系统的频率响应计算。仿真结果表明,该模型较好地反映了风电调频对频率的影响,具有较高的精度和较快的计算速度。

考虑配电网络的综合负荷模型可辨识性分析

为更全面、准确地描述配电网络和电力负荷的结构,已有文献提出了考虑配电网支路的综合负荷模型。文中分析了该模型参数的可辨识性,获得明确结论,即已知配电电抗或电阻、或者已知两者之比时,参数是可辨识的。通过仿真算例和实测数据验证了理论分析结果的正确性。

基于机电距离的聚类方法在动态等值中的应用

系统动态等值是在保持适当精度的前提下提高分析速度的有效措施之一。文中综合利用系统各单元间电气和机械距离、系统参数以及各种典型扰动作用下的暂态响应曲线,提出了新的动态等值方法。该方法根据系统各单元间机电距离的量化指标,应用离差平方和方法对初始系统进行聚类分析;然后根据聚类结果将系统划分成内、外部子系统,并对外部系统进行参数等值,得到与初始系统等价的简化系统。10机39母线新英格兰系统的验算结果表明,所提出的动态等值方法较好地保留了外部系统对研究系统动态行为的影响,有效地简化了初始系统。

基于戴维南电路的双馈风电场动态等值方法

根据双馈感应发电机(DFIG)的3阶简化动力学模型,提出了基于戴维南电路的双馈风电场等值方法。首先,根据风电机组的功率—转速特性对含风电场的电力系统进行快速潮流计算,确定各DFIG的初始运行点,应用离线计算确定DFIG暂态内电势动态特性发生显著变化时所对应的风速上、下界,据此将DFIG分群;接着,通过理想变压器将同群DFIG戴维南等效电路中的暂态内电势节点移置到公共等效母线上,并借鉴同步发电机参数聚合方法求取等效风电机组电气参数,按照总机械功率不变的原则,在设定的等效风电机组功率—转速特性基础上,推导出等效注入风速及等效机转速;最后,进行网络化简,消去移相变压器及其他联络节点,得出等效DFIG与公共连接点之间的电气连接。对6机双馈风电场算例的仿真表明:单机等值方案稳态精度较好,但动态误差偏大;按照DFIG机电暂态特性分群的3机等值模型兼具较高的稳态与动态精度,能较好地适用于内部连接复杂且注入风速相差较大的风电场。

基于动态相似度与等值缓冲区的电动机动态等值方法

为了更精确地描述电力大系统中电动机负荷的动态特性,提出了基于动态相似度与等值缓冲区的感应电动机动态等值方法。首先,根据2台电动机机械、电气运动模式的差异,定义了电动机动态相似度的量化指标;然后,按照外部系统各节点与边界节点电气联系的紧密程度确定了等值缓冲区,利用聚类原理,将动态相似度大的电动机分为一群进行等值;接着,应用理想变压器将不同节点的电动机、静态恒阻抗—恒电流—恒功率(ZIP)负荷分别移置到等值负荷节点,根据等值前后电动机群总功率不变、启动电流及空载电流不变的原则,推算出等值动态负荷的参数;最后,对IEEE 10机39母线系统进行了等值计算。仿真结果表明,与加权法相比,所提出的算法具有更好的潮流精度,能保证发电机摇摆曲线与等值前基本一致,较好地保持被等值部分对原系统的动态影响,有效提高了等值的静态与动态精度。

基于附加虚拟阻抗和蚁群优化算法的动态等效模型在线修正方法

提出基于虚拟阻抗的动态等效模型在线修正方法。首先,指出等值过程中不合理的聚类算法、对时变系统的定常化假设是误差主要来源。接着,提出通过等效模型的在线修正以克服系统时变性所导致的误差。由于等效模型可调参数过多,难以对所有参数进行调整。为此,在等效发电机、等效电动机节点引入附加虚拟阻抗,应用蚁群优化算法进行调节,以实现边界点最佳功率匹配,并利用广域测量系统(widearea measurement system,WAMS)提供的实测数据对动态等效模型进行定时修正。最后,IEEE 10机39母线系统的等值计算结果表明:算法较好地改进了动态等效模型的静态精度与暂态精度,提高了模型的强壮性。

基于标准传递函数的励磁系统聚合

在电力系统动态等值中,如果各发电机励磁系统模型相同,则等值励磁系统的模型可以采用单机励磁系统模型,其等值参数可以采用加权求和法方便地获得。文中针对各发电机励磁系统可能多种多样的情况,提出采用统一的标准传递函数作为等值励磁系统模型的结构,采用分段线性多项式函数(PLPF)法来获得等值励磁系统模型的参数。仿真算例结果表明,聚合前后励磁系统的频率和时域特性都非常接近,由此验证了所述励磁系统等值模型和聚合方法的有效性和适用性。

基于功率灵敏度的动态等值模型可信度量化评估方法

为准确判断电力系统动态等值模型的有效性,提出了基于功率灵敏度的等值模型可信度量化评估方法。介绍了功率灵敏度的基本概念,推导了计及感应电动机负荷的系统功率灵敏度矩阵,指出电力系统动态响应本质上取决于动态元件相互之间传输功率的灵敏度。根据等值系统的特点,分析了等值前后功率灵敏度矩阵之间的关系,给出了研究系统内部及研究系统与外部系统之间的功率灵敏度误差,定义了等值模型可信度。以IEEE 10机39节点系统为例,分别计算了不同等值模型的可信度。仿真结果表明,该指标准确并量化地反映了动态等值模型的有效性,对于不同等值模型具有良好的辨别能力,且计算量小,可有效应用于等值模型校验。

稳定轨迹后续稳定性的预估

电力系统多摆失稳的根本原因在于主导映像系统的非哈密顿特性 ,经典模型下起主要作用的是互补簇簇内的不同调性 ,它综合反映在不平衡功率—位置量曲线的非周期程度上。对于提前终止数值积分 ,即根据短时段内的稳定轨迹来估计系统的后续稳定性的问题 ,分析了难以用轨迹的频域特性作为判据的原因 ,并提出了预估的方法。基于扩展等面积准则 (EEAC) ,选取相邻摆次动能的最大变化量、动能的平均变化率以及映像系统功角曲线与理想哈密顿系统功角曲线所围面积作为定量指标 ,以反映互补簇内的不同调程度 ,并参考各摆的最小稳定裕度 ,得出判别系统暂态稳定性的 3条判据。然后综合由不同判据得出的结论 ,将算例划分为后续稳定、后续不稳定及尚不能确定 3类子集 ,对前两类算例可提前终止积分 ,属于尚不能确定的算例则需继续积分。对不同系统、不同故障及不同模型下算例的仿真计算表明了这一方法的可靠性。

基于高斯混合模型及近似线性规划的风电系统校正控制方法

提出一种基于高斯混合模型及近似线性规划的风电系统校正控制方法。考虑到风电及负荷功率预测误差的非高斯特性及相关性,建立了描述风电及负荷功率联合概率分布的高斯混合模型。考虑切负荷、发电机功率调整以及统一潮流控制器等控制措施,以控制代价最小为目标函数,构建了计及电压、频率及线路潮流等静态安全约束的风电系统校正控制优化问题的数学模型。为求解含不确定变量的非线性优化问题,依据高斯混合模型的性质,在稳态运行点的邻域内将非线性约束近似转化为线性约束,用线性规划方法求解,并不断迭代直至收敛。最后,将该方法应用于修改后的IEEE 10机39节点算例系统验证其有效性,与场景法的对比结果表明该方法求解效率较高,且具有较好的经济性。

基于连续近似线性规划的含UPFC风电系统校正控制决策方法

提出了一种基于连续近似线性规划的含统一潮流控制器(UPFC)风电系统校正控制决策方法。首先,讨论了含UPFC系统的潮流解耦计算方法。然后,在考虑风电及负荷预测误差的条件下,应用机会约束规划理论建立校正控制决策问题数学模型。为求解非线性不确定系统优化问题,分别计算不确定变量与控制参量对线路传输容量、电压及频率等状态变量的灵敏度,将原问题在当前运行点处近似转化为线性规划问题,根据其解对控制参量进行修正,不断迭代直至收敛。最后,以修改后的IEEE 10机39节点系统为例,对算法进行了验证。仿真结果表明,与场景法相比,连续近似线性规划方法可快速高效地求解校正控制决策问题,所得控制策略具有较好的经济性和安全性。另外,使用UPFC可有效地减少切负荷量,降低校正控制代价。

PBX模拟材料内应力激光超声掠面纵波检测方法研究

为了验证激光超声技术检测高聚物粘结炸药(PBX)内应力的可行性,建立了基于激光超声掠面纵波的PBX模拟材料内部应力状态新型高效无损检测方法。搭建了PBX模拟材料试件应力在线激光超声无损检测实验平台。测量了不同加载状态下激光超声掠面纵波信号。结果表明,PBX模拟试件在受到1 MPa以上应力时,超声掠面纵波的传播方向与应力方向平行时声速变化明显。声速相对变化量与应力呈近似线性增加的关系,随着应力的增加,超声掠面纵波的声速随之增加。初步验证了激光超声掠面纵波对于PBX模拟材料内部应力状态检测的可行性。

基于电磁超声共振的金属环-含能材料界面脱粘缺陷检测

为实现对金属-含能材料粘接结构界面粘接质量的无损评价,提高其结构安全性,本研究以金属环-含能材料界面脱粘缺陷的无损检测为研究对象,提出了基于电磁超声共振的金属环-含能材料结构界面脱粘缺陷非接触检测方法,制作了专用小型电磁超声探头,搭建了电磁超声环形自动扫查系统,对金属环-含能材料脱粘缺陷模拟试件进行了自动扫查成像,开发了相应的信号处理方法,验证了该技术对于金属环-含能材料界面脱粘缺陷非接触检测的可行性和检测能力。

静态偏置磁场对铁磁材料电磁超声换能器信噪比的影响

电磁超声换能器的信噪比低,严重限制了电磁超声技术的进一步发展。为解决这一问题,分析了影响电磁超声换能器信噪比的关键因素——静态偏置磁场。以麦克斯韦方程组和波动方程为理论基础,建立了铁磁材料电磁超声换能器数值模拟方法并开发了相应的程序,探究了静态偏置磁场强度对电磁超声换能器的影响。结果表明:随着静态偏置磁场强度的增大,磁致伸缩体力逐渐减小,而洛伦兹力一直增加;永磁体厚度的增大,使回波信号幅值逐渐减弱,但趋于稳定。

铁磁材料电磁超声无损检测数值模拟

电磁超声无损检测由于具有无需耦合剂、检测速度快、效率高等优点而被应用于众多工程领域。文章研究了碳素钢电磁超声无损检测数值模拟中的重点问题——磁性材料内部磁场分布的数值模拟方法。以麦克斯韦方程组为理论基础,基于等效磁极化法开发了铁磁材料内部的磁化强度计算方法和程序。数值模拟中采用有限元-边界元混合方法,并采用等效电流模型计算永磁体磁场分布,以实现铁磁性材料内部三维静态磁场数值模拟。通过对数值模拟结果的分析及与ANSYS计算结果进行比对,验证了方法的有效性。

电力系统动态等值建模研究述评

随着系统互联规模的不断扩大,对系统进行分析、计算所需的计算量和存储量越来越大,即使对现代超级计算机而言也很难胜任对如此庞大系统的分析计算任务。如何在保持一定精度的前提下,为用户提供既快且准的分析与控制服务,保证系统安全可靠运行,这一问题一直受到电力工程界的广泛关注。动态等值技术通过系统化简可突出主要矛盾,掌握被研究系统的主要特征,加快对问题的分析速度。对近年来动态等值发展概况进行了述评,介绍了等值研究的各种方法与主要思路,对等值建模研究的发展进行了展望,对未来研究的重点给出了一些建议。

摆动液压缸内部结构改进设计

本文主要介绍摆动液压缸的内部结构,分析摆动液压缸内泄漏的原因和改进方法。从两种液压缸内泄漏的实验数据进行分析对比,选择比较合适的减少内泄漏的方法。