以问题导向攻克绿色电力系统的构建难点

一、绿色电力系统与传统电力系统的本质区别绿色电力系统与传统电力系统不同之处。在传统电力系统中,如火电、水电或核电,大都采用同步电机,具有较强的机械惯性,传统电力系统具有由旋转电机主导的机电稳态过程,强机电性、弱电磁性是传统电力系统最大的特征。这一点与绿色电力系统恰恰相反,新能源的发输配用环节引入了更多电力电子装备,电力系统向以电力电子装备的电磁暂态过程为主导转变,呈现出弱电机性、强电磁性。

高压保护开关缓冲电路参数优化设计

目前的高压保护开关缓冲电路参数设计缺乏相关理论设计方法,同时缓冲电路方案由于设计过程中并未考虑分布电容影响,因此均为等参数设计方案,这种方法均压效果不够理想。为了解决目前参数设计中存在的问题,首先建立了含缓冲电路和杂散电感的MOSFET模型并对其关断过程进行了分析,从而得到了抑制电压尖峰的缓冲电路理论设计方法及表达式。针对串联均压未考虑分布电容的问题,通过构造等电位点,建立了含有分布电容的等效电路并进行分析,根据电荷方程等式得到了缓冲电路非等参数设计方法及表达式,该参数设计方法可以补偿分布电容造成的电压分布不均,并更好地指导高压保护开关的均压方案设计。为了验证参数设计的合理性进行了仿真分析,结果表明,最终得到的整体设计方案可以满足尖峰抑制以及均压的设计要求。

基于射线追踪的微波成像诊断极向位置修正

在微波成像诊断准光学设计中对等离子体介质对成像位置的影响进行了研究。采用射线追踪方法,在J-TEXT实验参数条件下,基于冷等离子体近似的色散关系,求解了电子回旋辐射成像(ECEI)诊断的极向成像位置。对比分析了射线追踪相较于传统准光学成像的成像位置的修正效果,发现聚焦位置位于高场侧和高密度等离子体情况下,实际观测位置与准光学设计位置有较大偏差。该修正提高了诊断数据测量的可靠性,优化了微波诊断信号分析。

论基于柔直电网的西部风光能源集中开发与外送

文章围绕西部高原地区可再生能资源集中开发及其大规模外送方案展开论述。通过对西部高原、非高原及周边地区资源及生态状况的对比分析,提出了适应西部可再生资源开发与外送的柔性直流电网构成方式以及外送方案,介绍了研究内容的总体目标和主要任务,并结合超高压直流断路器、柔性直流电网继电保护等技术讨论了需要研发的关键技术及装备,以期为西部地区,尤其是西部高原地区可再生资源的开发利用提供参考。

耦合型机械式高压直流断路器研究

柔性直流电网因具有灵活、可靠和经济性好等特点,得到越来越多的重视和发展,而直流断路器是保证柔性直流电网稳定运行的关键设备之一。针对传统机械式及混合式直流断路器应用于高电压领域时存在的可靠性和经济性问题,提出一种耦合型机械式高压直流断路器拓扑结构,详细分析其工作原理及优势,并给出各元件参数的选择依据。基于160kV南澳柔性直流输电系统需求,研制了160kV高压直流断路器样机,完成包括双向开断试验在内的型式试验,并挂网运行。针对500kV直流输电系统需求,完成500kV耦合型机械式高压直流断路器拓扑完善与参数设计,并基于PSCAD仿真软件完成了针对张北工程的各主要工况仿真校核。

太阳能热气流发电及其对我国能源与环境的深远影响

为从根本上扭转我国能源面临的资源短缺、需求增势高、结构不合理、环境压力大等困境 ,本文从国情出发 ,提出充分利用我国广大荒漠化、沙化土地及其太阳能资源 ,大规模开发太阳能热气流发电 ,大幅度提高电力在终端能源结构中的比重 ,处理好与其它类型发电的兼容性与互补性 ,从根本上改善现行不合理的能源结构 ,将是在聚变能实现前即本世纪上半叶乃至中叶 ,解决我国能源困境的有效途径。太阳能热气流发电与风能的大规模互补联合开发 ,将有利于提高供电稳定性和电能质量 ,实现大面积荒漠绿化、沙尘暴治理和局域气候改善 ;发展基于太阳能热气流发电的电解制氢和海水淡化 ,将缓解我国油、气、水资源之不足 ;利用节余燃煤发展煤的液化、气化可进一步弥补我国油。

针对直流电网故障的限流与限能技术研究

随着柔性直流输电迅速发展,大电网互联程度增加,电压等级不断的提高,在输电系统发生故障时故障电流不断提高,导致断路器的开断压力增大,而且过大的故障电流增大了线路储能元件的初始储能,使得直流断路器在开断故障电流后避雷器吸能持续上升,增大了避雷器的制造难度。针对上述问题,该文首先对避雷器吸能进行理论分析,得出主回路的平波电感大小以及线路电流大小是影响避雷器吸能的主要因素,提出降低等效电感优化吸能拓扑、平波电抗器串电阻优化吸能拓扑和限流型优化吸能拓扑,并基于PSCAD仿真软件验证拓扑结构在限制短路电流和限制避雷器吸能的有效性。

一种能自动均流/限流的并联型断路器

随着电网的扩大,以及大型发电机组的投入运行,电力系统短路容量矛盾突出,严重影响系统的安全稳定运行。断路器并联是一种能有效解决该问题的措施,本文提出了一种能自动均流/限流的并联型断路器装置,[该装置中断路器分别与耦合电抗器的两个支路线圈串联,耦合电抗器可以实现自动均流/限流的功能,从而保证断路器并联的可靠运行。在均流工作状态下,耦合电抗器表现为漏电抗,其数值很小,损耗几乎可以忽略;当两个断路器中的电弧非同时熄灭时,耦合电抗器表现为单个电感线圈的自电感,电感值很大,自动把后熄弧的断路器中短路电流限制为系统短路电流的一半,这样后开断的断路器也能够单独开断短路电流。所以,通过断路器并联运行可以成倍提高断路器的载流以及开断能力。]分析了并联断路器的原理,并介绍了基于麦也尔电弧断路器模型以及变压器模型组成的断路器并联结构的数字仿真和物理试验。其结果表明,该并联断路器装置能够有效保证断路器的并联运行时的均流以及自动限流,并且不会引入过大的操作过电压。

带电粒子催化人工降雨雪新原理新技术及应用示范(天水计划)

＂带电粒子催化人工降雨雪新原理新技术及应用示范（天水计划）＂（项目编号：2016YFC0401000）是国家重点研发计划＂水资源高效开发利用＂专项在非常规水资源开发领域首批启动项目,国家拨付经费3500万元。本项目由华中科技大学电气与电子工程学院于克训教授主持,项目集合了兰州大学、南京水科院、甘肃省人工影响天气办公室、湖南省电力公司、中国科学院合肥物质科学研究院、中国气象科学研究院、武汉华工激光工程有限责任公司等一批大气水资源开发领域的优势单位。

我国可持续发展战略面临的挑战与对策

毛泽东常说＂目前形势和我们的任务＂。笔者认为要总结我国可持续发展战略面临的挑战与对策,就必须先对我国进一步发展所面临的形势要有充分的认识。众所周知,对于一个国家来说,土地、水资源、能源这三者是物质的。对于唯物主义者而言,物质是第一性的。土地、水资源、能源以及受它们影响的生态环境,是一个国家特别是一个大国最重要的生存资源。

基于场反位形的磁约束氘氘脉冲聚变中子源方案设计

聚变中子源可以真实反映材料在聚变中子辐照下的特性变化,对于开展聚变堆材料测试具有重要意义。基于加速器打靶原理的国际聚变材料辐照装置(IFMIF)与理想聚变中子源在聚变中子能谱等方面仍有一定差异,因此需对聚变中子源方案进行新的思索。本文围绕磁约束聚变中子源开展了磁场位形、加热方案设计与相关计算,分析了场反等离子体在两级级联磁压缩后的等离子体温度、密度演化过程及相应的中子产额,并研究了考虑双流体效应与有限拉莫尔半径效应后场反等离子体倾斜模、旋转模等磁流体不稳定性的抑制情况,最终给出了氘氘脉冲聚变中子源的关键物理参数。研究结果表明,该中子源有望获得年均2 MW/m2以上的高通量密度的聚变中子,能够满足商业聚变示范堆材料测试要求;经功率估算显示,基于场反位形进行两级级联磁压缩的新型聚变中子源方案还具备成为氘氘脉冲聚变能源的应用前景。

HT-6M托卡马克等离子体平衡的1MW反馈控制系统

针对ＨＴ－６Ｍ托卡马克（它具有无解耦的极向场线圈系统和薄壁真空室），成功地研制出１ＭＷ快响应等离子体平衡反馈控制系统。主电源采用ＧＴＯ直流斩波器。主控采用带微分反馈环节的开关斩控模式。导出了由载流等离子体、薄壁真空室和反馈场磁体所构成的反馈控制系统在Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ控制模式下的系统传递函数及控制模型。系统技术指标达到：电压１ｋＶ，电流１ｋＡ，功率１ＭＷ，频率（１—２）ｋＨｚ，系统电压响应时延＜１２０μｓ。在各种实验条件下，等离子体实际水平位置控制在±３ｍｍ以内，相应的控制精度优于１．５％。

直流断路器技术发展综述

柔性直流输电和多端直流电网对能够快速开断大电流、可靠性和经济性好的高压直流断路器有日益迫切的需求。综述了直流断路器的拓扑形式,分析了机械、全固态及混合式等直流开断方式的特点及适用场合,指出混合式强制换流方案、机械式预充电人工过零方案更易满足高压大容量直流系统的高速开断要求。提出混合式直流断路器的研制重点在于提高机械开关的操动速度,减少元件数,提高可靠性与经济性;机械式直流断路器应重点关注详细拓扑、机械开关灭弧单元在人工零点下的极限开断能力、振荡回路参数优化和快速机构的研制。

高压长距离压缩空气绝缘输电线路的发展前景

传统架空线输电方式易受外界环境影响,交联电缆长期运行有介质老化问题,且由于制造工艺的限制,电缆最高运行电压及输送容量已达技术极限。为此基于传统气体绝缘输电线路(GIL),提出一种新的输电方式——压缩空气绝缘输电线路(CAIL)。用压缩空气取代GIL中的SF6,不仅可以降低成本且利于环保,同时采用管式结构,不受天气影响,便于地埋。使用该技术能有效节省输电走廊,利于构建智能电网,保密性及安全性强,同时便于输电线路的维护,防止气候所引起的恶性事故的发生。对该输电方式的总体设计思路及经济性进行了分析,分析表明,CAIL是一种有前途的新型环保输电方式。

电磁斥力机构研究综述

直流电网的发展和直流断路器的应用需求对机械开关及其操动机构提出了新的快速性、可靠性和经济性的要求。为此介绍了新型电磁斥力机构的基本原理,综述了电磁斥力机构的结构形式,总结了国内外对驱动特性开展的数值分析和解析分析工作,研究表明:数值分析能给出经验性优化规律,难以准确描述优化设计方法,解析分析是驱动特性研究的有效方法。电磁斥力机械开关研制工作的关键问题是:驱动效率的提高;适配缓冲和保持技术;传动系统冲击应力分析和结构强度设计方法;长行程应用可行性研究。

采用紧耦合电抗器的大容量高压断路器设计

基于目前的制造工艺,现有高压交流断路器的参数水平尚不能同时满足日益增长的电网短路电流水平引起的保护要求及技术经济合理性。为此提出了一种新型结构大容量高压断路器的设计方案,该断路器利用耦合度高、正常工作状态下能耗小的紧耦合空心电抗器,结合断路器使用,能有效实现自动均流和限流功能,从而成倍增大断路器承受额定电流和短路电流的能力。对其工作原理进行了理论分析及仿真计算,并通过动模试验验证了其可行性。此外,参考GIS的设计,提出了采用金属外壳封闭气体绝缘的大容量开关装置的工程化实施方案。

一种适于快速高压直流断路器的过零振荡电路

为满足高电压等级直流断路器可靠地快速开断故障电流的要求,提出了一种基于多级串联间隙和电容分压自取电的预充电型直流断路器过零振荡电路。描述了带分压网络的多级串联间隙的工作原理,仿真分析了触发频率、横向均压电阻和纵向分压电容对多级串联间隙分压特性的影响,并对多级串联间隙在导通动作过程进行了实验验证。分析了基于电容分压自取电的触发装置原理以及参数配置要求。对此种断路器的短路故障电流开断过程进行了仿真分析,并建立电流模拟开断实验系统进行了振荡回路验证研究。仿真与初步的实验结果表明,该过零振荡电路可在主断口支路快速产生有效的反向振荡电流波形,实现故障电流的开断。

SF_6断路器弧触头的关合侵蚀特性

SF6断路器关合操作时产生的关合涌流对弧触头会造成严重的侵蚀。为了研究弧触头在关合情况下的侵蚀特性,设计了模拟的SF6断路器灭弧室,对CuW80弧触头进行了关合侵蚀实验。实验记录了每次的燃弧时间和电流峰值,并计算了100次实验后的质量损失率。每20次关合实验后,拍摄触头表面照片,测量弧触头的接触电阻和工频耐压。最后分析了SF6断路器弧触头的关合侵蚀特性并探讨了侵蚀机理。认为在关合实验中弧触头的侵蚀来源有两个:一个是关合前预击穿电弧的烧蚀,一个是烧蚀后弧触头变软后的机械磨损,并且机械磨损的量占有相当的比例不可忽略。在电流峰值18 kA,燃弧时间<2 ms,机构速度7 m/s的情况下,机械磨损过程中的质量损失率大于1.0 mg/C,这也是关合情况下触头质量损失更大的主要原因。

利用柔性功率调节器提高电力系统稳定性

多功能柔性功率调节器(FPC)是一个大容量低速飞轮储能系统,也是一种新型FACTS装置。它由双馈电机(DFIG)和作为交流励磁电源的电压源型双PWM变换器组成。类似于超导磁储能(SMES),FPC具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。与SMES相比,FPC易于开发和运行,成本也低。为了提高FPC的控制性能,提出了一种改进型定子磁链定向控制策略。该策略对于电网电压波动具有较好的鲁棒性,且易于实现。针对一个包含FPC的双机无穷大母线系统进行仿真,证明该改进型控制策略具有良好的动态特性,电力系统的稳定性得到明显改善。

多功能柔性功率调节器运行特性的仿真研究

多功能柔性功率调节器是一种用于提高电力系统稳定性的新型FACTS装置,可同时双向大范围快速调节有功功率和无功功率。该文建立了柔性功率调节器的数学模型,提出了相应的励磁控制策略。根据所建立的模型和控制策略,以即将研制的柔性功率调节器实验室样机为对象,在MATLAB/SIMULINK环境建立了该柔性功率调节器的仿真系统,并进行了详细的全时域数字仿真研究。研究结果表明,柔性功率调节器具有很好的功率调节特性和良好的动态响应能力,为实现提高电力系统稳定性创造了条件。