±500kV换流站工频电磁环境测量与实验室模拟

换流站内复杂电磁环境会对电力设备在线监测装置测量结果产生不利影响,为了提高装置测量结果的稳定性和可靠性,有必要对换流站设备附近区域的电磁场进行测量并分析其分布规律。文中利用电磁场分析仪对4所±500 kV换流站变压器、高抗、避雷器、电压互感器等附近的工频电场、磁场进行了测量。测量结果表明:所有被测换流站75%以上测点的电场强度分布在0~15 k V/m,最大值出现在避雷器附近,为32.6 kV/m;约90%测点的磁感应强度分布在0~80μT,最大值出现在换流变附近,为0.26 mT。基于实测结果,在实验室内搭建了工频电磁场模拟平台,该平台可同时产生连续可调的电场与磁场,且频率、方向、场强范围均满足模拟换流站现场工频电磁场的需求。文中的研究可以为变电站电磁环境测量、实验室模拟现场电磁环境工况提供参考。

新型配电变压器一体化STATCOM技术研究

目前配电网无功补偿主要包括高压线路集中补偿和低压用户端分散补偿两种方式,针对两种补偿方式所存在的问题,提出了一种采用配电变压器一体化结构的无功功率补偿技术(DT-STATCOM)。该补偿技术主要以箱式变电站中配电变压器作为无功与电能质量控制节点,通过在变压器高压绕组设置连接抽头,构成变压器与静止无功补偿单元的一体化结构,从而能够充分利用配电变压器的富余容量,实现对变压器及其负载的动态补偿。并且通过合理选择连接抽头电压,可降低对功率器件耐压水平或通流能力的要求,有利于技术经济指标的优化。此外,一体化结构也有助于降低补偿装置的体积和成本,提高装置整体效率。同时,针对DT-STATCOM特殊结构所造成的补偿指令电流检测问题,本文提出跨端口瞬时无功电流检测方法,在此基础上设计了利用多侧信息的DT-STATCOM控制系统。最后,通过仿真和样机实验验证了DT-STATCOM技术对动态补偿电网无功、支持变压器端口电压和抑制电网三相不对称的补偿效果和控制性能。

小口径电磁轨道炮电枢电流熔蚀特性实验研究

为了掌握轨道电磁发射中电枢的电流熔蚀特性,对小口径电磁轨道发射装置进行了实验研究。实验装置为20 mm×20 mm,方形口径轨道电磁发射装置,通过控制发射实验中电枢出膛的速度,研究了电流幅值、电枢质量和转角厚度（载流能力）等因素对熔蚀的贡献。另外,基于电流幅值递增实验,总结了熔蚀程度的几种模型和相应的电流幅值范围。结果表明：不同的发射条件对电枢的熔蚀程度影响有所差异;电流分布是熔蚀产生的直接原因,能显著影响熔蚀程度;电枢质量对起始时刻的熔蚀有影响;电枢转角厚度对熔蚀的贡献不大（电枢载流能力足够的情况下）;随着电流幅值的增加,电枢表面熔蚀有从电枢中端偏下位置沿棱边向电枢中部和电枢头部延伸的趋势,在此过程中归纳出了3种熔蚀程度及其对应电流范围：轻度熔蚀,对应电流181-293.8 k A;中度熔蚀,对应电流293.8-320.8 k A;极度熔蚀,电流〉320.8 k A。

一种新型的FACTS控制设备实验与性能测试平台

本文构建了一种新型的FACTS控制装置实验与性能测试平台。以可控串补(TCSC)的接入为例,该仿真平台由TCSC控制装置与电力系统全数字实时仿真装置(ADPSS)接口而成。仿真平台用机电暂态模型对大电网建模,用电磁暂态模型对TCSC及其所在的线路建模,通过物理接口箱将TCSC控制装置接入到仿真平台。TCSC控制装置采集功率放大器的输出,根据内置的控制策略发出TCSC的控制信号。ADPSS根据接收的控制信号控制晶闸管模型的状态。该仿真平台不需要对大电网进行任何等值就可以研究FACTS接入后对电力系统的影响。本文给出了TCSC的阻抗控制、潮流控制及阻尼功率振荡控制的实验结果。实验结果表明,本文构建的实时仿真平台是有效的,可以用于研究FACTS装置对电力系统的影响及检测FACTS控制设备的性能。

高渗透率新能源电网规划与调控关键技术

为了应对传统化石能源短缺和日益严峻的环境污染等问题,近年来我国大力发展可再生能源,风电、光伏等可再生能源装机容量均已位居世界第一,装机占比已接近20%,成为电力系统主力电源,未来占比还将继续增高,预计到2040年将超过50%。同时,由于风、光可再生能源出力具有强波动性和随机性,近年来我国弃风、弃光问题突出,受到政府部门、学术界以及工业界的高度关注。随着可再生能源装机规模不断扩大,传统电网的运行方式、系统特性将发生根本性的改变,众多技术问题亟需解决,包括高渗透率新能源背景下电网的规划技术、仿真分析技术、协调控制技术以及保护技术等。

GIS浇注孔的尺寸与局部放电辐射出的UHF电磁波强度的关系的研究

不同厂家的GIS产品的浇注孔尺寸不一,由于开孔尺寸对局部放电产生的UHF电磁波信号会产生直接影响,造成很难对局部放电严重程度进行量化评估。本文以一252k V的GIS为平台,通过在盆式绝缘子上设置不同尺寸的浇注孔,利用安装在这些浇注孔上的传感器检测由GIS内部尖板局放源发出的电磁波信号,发现辐射出的信号强度随浇注孔长边长度的增加而先增大后减小,在长边长度为75mm时达到最大值。另外的模拟实验——通过脉冲信号源给安装在GIS腔体内的发射天线提供激励的方法来模拟局部放电,再通过同样的传感器检测UHF电磁波信号——也发现同样的结果。利用时域有限差分法,在电磁波仿真软件XFDTD中建立模型的计算结果也证明了这一结果。此结论为GIS浇注孔最优尺寸的选取和外置式UHF传感器的研制提供了参考。

基于区块链技术的去中心化电动汽车V2G新模式

从共享经济的角度出发,提出一种基于区块链技术的去中心化的车辆到电网(V2G)新模式。利用区块链技术和V2G技术天然的互补性,挂网的电动汽车以合理的价格将多余的电量包装成期货商品,通过点对点技术将售电信息扩散到整个网络;同时,需要紧急充电的电动汽车购买充电期间最低价位的期货商品并达成临时合约,待电网对其进行安全校验后正式达成交易,并以智能合约的形式存储电力交易信息,到期时完成价值的自行转移,实现电动汽车电力市场交易双方自行匹配、双边交易直接达成的目的。基于此,建立可行的交易理论模型。基于2个社区共150辆电动汽车的仿真分析验证了所提交易模式的经济性和可行性。

电力设备检测实验室专用微电网接入结构设计及功率控制方法

针对传统微电网无法满足电能高质量领域的电源需求,以电力设备检测实验室的测试电源为研究案例,提出了串联型分布式电源单元(DG)的接入结构,同时为了减少功率分配误差并提高电压的稳定性,提出了功率因数/频率反下垂控制方法。研究结果表明:采用串联型的微电网接入结构以及反下垂控制方法,可以实现DG单元的有功和无功功率均分,减少功率分配误差,从而实现DG单元的电压波形同步,解决了DG单元电压相角不同造成的功率不匹配问题,同时提高了公共连接点(PCC)的电压幅值,保证了电源电压的稳定运行。通过研究发现,采用这种微电网接入结构以及功率控制方法可以为微电网系统提供精准功率控制、电压稳定的电源,该电源可以满足电力设备检测实验室的测试要求。

提高含新能源交流电网短路计算迭代收敛性的改进方法

交流电网短路故障下,新能源电源的输出电流与并网点电压非线性相关,使得含新能源交流电网短路电流计算需要利用迭代方法求解,存在无法收敛的可能。针对该问题,选取适用于交流电网短路计算的新能源等效模型,以包含新能源典型输出特性的双馈风机作为研究对象,确定了高电压单段型、低电压单段型和高电压双段型这3种不收敛工况。根据3种不收敛工况的特征,提出了基于二分法和基于二分法与逐步回归结合的改进方法,提高了上述工况下迭代计算的收敛性。以实际电网为例,通过仿真计算验证了所提方法的有效性。

配电网故障自动定位技术研究综述

根据已有的研究成果,对配电网故障自动定位技术研究涉及的主要内容,即故障选线、区段定位、故障测距进行了综述。故障选线是为了识别判断母线多条出线中的故障线路,其主要包括:基于外加注入信号的故障选线,基于故障稳态量、暂态量和综合式故障选线等。区段定位旨在迅速隔离故障并恢复非故障区域供电,主要研究包括:基于现场设备采集的故障实时信息、基于故障投诉电话等定位方法以及故障特征微弱时的故障识别判断。故障测距的目的是直接定位出故障位置,其主要包括:注入法故障测距、基于稳态量故障测距和基于暂态量故障测距。结合配电网故障自动定位技术及最新研究成果,对其发展方向进行了展望。

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。

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。

基于多端直流输电的风电并网技术

以西北电网大规模风场为背景,提出了采用相控换流器的多端直流输电系统(LCC-MTDC)进行大规模风电并网的方法,同时结合西北电网拟建直流输电项目,构建出用于风电并网的多端系统拓扑图并设计了相关器件的参数。在推导出LCC-MTDC数学模型基础上,提出了适用于LCC-MTDC系统的电流裕度控制策略,分析了系统出现扰动时换流器通过控制策略切换而重新恢复稳定运行的原理。PSCAD/EMTDC软件中的仿真结果表明:所提出的控制策略具有良好的控制特性,特别是在故障条件下能有助于系统快速恢复。

±800kV直流输电系统换流站直流电流互感器现场校准技术

国内直流输电用直流电流互感器投运后,由于缺乏试验设备,一般都不进行误差校准试验,这种现状已经成为直流输电系统安全稳定运行的隐患,并在一定程度上制约着直流输电系统控制、保护水平的提高。对换流站用直流电流互感器进行定期现场校准有助于及早发现设备隐患。为此研制了一套直流电流互感器现场校准系统,包括直流电流比例标准、便携5000A高稳定度直流电流源、GPS无线同步数据采集系统。采用该系统对向家坝-上海直流输电工程复龙换流站的极线光电流互感器在额定电流4000A下进行了现场校准试验。当试验电流>800A时,被校准直流电流互感器的测量误差<0.3%。依据试验结果对光电流互感器的性能进行了评估。建议将该技术在直流电流互感器交接试验和例行试验中进行推广。

电磁轨道炮轨道电阻率和轨道高度对电流上升沿阶段电枢边沿熔蚀的影响

在固体电枢电磁轨道炮系统中,保持电枢轨道界面良好的电接触至关重要。在电流处于上升沿的发射起始阶段,往往可以观察到电枢材料熔化沉积集中在轨道的外侧,这表明该阶段电流在电枢边沿集中的特性。为此,利用ANSYS软件,在改变轨道电阻率和高度的条件下,对电枢电流密度的分布进行了数值仿真,仿真结果表明:1)电流集中在电枢尾翼边沿;2)通过提高轨道电阻率或者(同时)减小轨道高度可以减小电枢尾翼边沿的电流密度。在20 mm方口径轨道炮上进行了实验,研究了不同电阻率的轨道材料(如98%铜-1%锆-1%铬合金,黄铜和非磁性不锈钢)和不同轨道高度(50、30 mm)对电枢熔化的影响。实验结果表明,在电流上升沿,更高的轨道电阻率和更低的轨道高度时有相对较小的电枢边沿熔蚀。基于数值分析和实验结果,提出了电磁轨道炮起始阶段(电流上升沿阶段)减小电枢边沿熔蚀的轨道结构改进方案。

一种新型风力发电机与飞轮储能联合系统的并网运行控制

风力发电机的输出功率具有随机性和波动性,大规模风电并网对电力系统的稳定运行带来严重的影响。多功能柔性功率调节器(FPC)是一种基于双馈感应电机的飞轮储能装置,具有储能、发电和调相等多种功能。为了改善风力发电机的输出特性,提出一种新型的风力发电机与多功能柔性功率调节器的联合系统(WG-FPC),并根据WG-FPC的拓扑结构和控制目标,提出采用模糊推理方法实现有功功率的优化控制和通过FPC提供无功补偿稳定机端电压的控制策略。在Matlab/Simulink平台上进行了数学建模和仿真研究。研究结果表明,所提出的WG-FPC具有可行性和有效性,能较好地改善风力发电机并网运行特性。

基于矩量法的输电线路工频电磁场实测与计算分析

笔者简要介绍了矩量法的基本原理。针对电力系统线性结构特点,阐述了矩量法用于计算电力系统工频电磁场的工程算法。基于该算法,使用国际知名软件包CDEGS计算了某地区实际输电线路的工频电磁场分布,计算结果与实测符合得很好。还分析了降低输电线路在地面附近电场强度的实用性措施,以供工程参考。

石墨电极烧蚀机理及实验

对于高性能的单次脉冲而言,石墨比传统金属材料更适合于在高能量转移情况下的脉冲放电工作环境。本文以热力学理论的热传导模型为出发点,结合实验中对烧蚀量的测量验证,探求石墨在高能脉冲放电情况下烧蚀的理论解释。依据热力学原理,建立了电极烧蚀过程的简化数学模型。由于石墨电极具有特殊的热力学性质,因此在微秒级或是放电持续时间更长的放电中,电极表面的温升过程时间较放电时间而言可以忽略不计。此时可近似认为开关电荷转移量与电极烧蚀量呈线性关系。该结论可以从实测数据中得到验证。

基于储能技术的交流互联电网稳定控制方法

为了在储能功率有限的情况下能够更有效地阻尼系统低频振荡,提出了一种利用储能技术提高交流互联电网动态稳定性的控制方法,即利用储能技术配置区域间振荡模式对应特征根、增大系统区域间振荡模式的阻尼。研究了储能装置控制参数的优化和安装地点的选取,分析了储能装置功率响应时间对所提方法控制效果的影响,提出了实用化的控制策略,并进行了仿真分析。结果表明,所提控制方法在储能功率有限的情况下,仍然具有令人满意的控制效果。

基于证据理论融合的广域后备保护新方法

为降低广域后备保护(WABP)通信流量,提高信息出错或丢失情况下保护决策的正确性,提出一种基于证据理论融合的WABP新算法。该算法在电网发生故障后,各子站首先根据启动元件动作情况和本站故障电流的分布特性,向主站上传站内少量线路的电流信息。然后,主站通过群体比幅识别候选疑似故障线路,并向相关子站索取故障疑似线路的保护信息域内的传统保护动作信息,采用改进的证据理论方法对相关信息进行融合判断,进而识别实际故障线路。仿真实例表明,该WABP算法具有采样同步要求低、广域通信流量小、在局部信息错误或丢失时仍能正确决策等良好性能。