浅谈电气工程自动化技术的应用

近几年来,随着我国经济社会的不断发展,对电气的需求日益增加,传统的供电方式已无法满足我国的电力需求,且随着科技进步,劳动力资源的短缺,电气工程的发展也在逐渐向着自动化方向发展。

探讨电力系统中电气自动化技术的应用

为了进一步提高电力系统运行的自动化水平,确保电力系统的运行效率,进而满足人们日益增长的电力需求,论文通过对电气系统中电气自动化技术的重要性进行阐述,深入研究了电气自动化技术在电力系统中的具体应用。

智能技术在电力系统自动化中的应用

电力系统自动化构建,是新时期电力事业现代化发展的内在要求,强调依托智能技术的有效应用,搭建电力系统自动化建设的内在环境。本文从专家控制系统、神经网络控制系统和线性最优化技术三个方面,阐述了智能技术在电力系统自动化中的应用。

电气类专业教材更新与交流机制的重构与实践

教材是育人育才的核心资源,教材更新是人才培养理念更新和模式革新的必要路径,面向教材更新的交流是促进建设和共享资源的重要抓手。随着新型电力系统的建设和“双碳”工作的推进,电气类专业人才培养日益呈现出知识更新快速、学科交叉凸显、工程问题复杂等特点,传统教材逐步落后于新工科建设的人才培养需求。分析了当前教材更新与交流存在的问题,提出了以“教材内容创新提升、教材体系拾遗补阙、教材形式守正创新”为径,以“教材交流以虚强实”为翼的“三径一翼”重构思路,介绍了通过聚合多所高校、出版社和电力行业企业,围绕电气类专业教材更新与交流开展的系列实践。

电气工程创新实践课程的教改探索

本文针对新工科背景下电气学科的发展需求,对贯通大学生所学专业理论体系的创新实践课程进行深入探索,提出创新实践类课程的教改措施。以“电动汽车无线充电系统软硬件电路设计与实现”课程为例,详细探讨了课程体系设计、专业串烧理念与课程呈现模式。本文对电气专业高年级学生的课程教学与改革具有借鉴意义,体现了电气专业理论“穿针式”引导与实践型巩固相结合的人才培养目标。

基于多级电容电场感应取能周期性供电电源的优化设计方法

电场能因具有供能稳定的特点可作为输变电设备上在线监测设备的可靠供电来源,但在实际应用场景中存在因取能功率密度低而使在线监测装置工作间歇时间较长的问题。针对该问题,该文提出一种基于多级电容的电场感应取能电源结构及控制方式,协调各级取能电容充放电工作模式,并通过采用多绕组变压器能量传输媒介、优化配置取能电源关键参数,有效降低装置损耗与体积,提升能量转移效率。最终通过实验测试可在高压电场下进行能量采集,当采用两级取能电路进行取能的情况下,通过优化关键取能参数使得每周期取能能量可达226 mJ,工作时间增加至优化前的2.11倍,可满足无线电流传感器工作1.648 s,发送3次在线监测数据。

电能型-功率型混合储能日前-日内协同滚动调度策略

混合储能可以利用不同类型储能在电量和功率上的不同优势。然而,在滚动优化调度中,电能型储能资源(如电池储能)容易因较短的日内滚动时间窗而限制其削峰填谷的能力;而功率型储能资源(如超级电容)又容易因较长的日前时间窗而影响其平抑风电波动的效果。针对以上两种问题,文中提出一种同时考虑电能型和功率型储能资源的日前-日内协同滚动调度策略。首先,针对电能型储能削峰填谷能力受限的问题,将日内滚动周期扩展到一天中的剩余时间,并将调度范围划分为时间分辨率不同的两个部分,从而使该部分储能资源尽可能参与削峰填谷,同时提升模型的求解效率。然后,针对功率型储能平抑波动能力受限的问题,通过对波动量的极值点统计分析,提出有限时间窗电量约束策略,从而避免该部分储能资源因过度参与削峰填谷而导致能量不足。算例表明,提出的调度策略能够发挥不同储能资源的调度潜力,在削峰填谷的同时平抑风电波动,提升风电消纳能力。

流控型Buck变换器的动力学行为分析

针对光伏发电系统中电流控制型Buck变换器,利用不连续动力学理论分析了其非线性振荡行为.通过调节控制电路的电压幅值和直流激励电源值,给出碰撞边界的和时钟脉冲触发的参数分岔图,获得了电流控制型Buck变换器从稳定的周期1到混沌状态的参数节点.分别绘制周期和混沌运动的相轨迹和时序图,分析各子域内具有不同映射结构的系统类型.研究结果表明,流控制型Buck变换器在参数变化时其运动行为丰富,边界碰撞现象明显,观测到倍周期分岔和阵发混沌.通过分析映射类型,说明其边界的非线性振荡行为.

基于混合二极管的Sallen-Key低通滤波电路振荡行为研究

设计一种基于混合二极管的Sallen-Key低通滤波振荡电路,将PN结型二极管与电感、电容串并联组合所构成的混合二极管接入低通滤波电路的输入端,构建一种具有复杂动力学行为的混沌振荡电路.引入不对称系数来模拟实际电路中二极管元件之间电学特性的偏差,通过特定参数的相轨迹图、分岔图和Lyapunov指数谱对振荡电路的对称、不对称系数下两种振荡状态进行数值分析.实验产生振荡电路中独特的吸引子共存现象,揭示了受电路参数调节的对称、不对称共存分岔、反单调特性等丰富的动力学行为演化过程.最后,基于FPGA技术完成振荡电路的数字电路实验,验证了数值仿真的正确性和物理可实现性.

集群式岸电能量路由器供能精细化就地管控策略

传统的能量路由器能量管理策略未考虑多台设备之间的柔性互联关系,且在港口应用中港机负荷的冲击性和新能源发电的波动性,使区域电网的可靠供电和经济运行面临挑战。为此,基于模糊逻辑控制提出了一种适用于集群式岸电能量路由器的供能精细化就地管控策略。该方法考虑了互联岸电能量路由器之间输出功率的耦合影响,并依据并网模式下可能的功率流向制定了保证电力用户经济效益的模糊控制规则,使储能输出电流根据电池荷电状态(state of charge, SOC)、电网电价以及各台岸电能量路由器净输出功率的变化进行动态调整。该方法计及了互联系统间的协同作用,构建了互联系统间各端口传输功率关系,有利于分布式能源跨台区协同消纳,且不需要上层调度控制,减少了对通信的依赖。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。

具备直流短路故障阻断能力的子模块桥臂复用型模块化多电平固态变压器

模块化多电平换流器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。传统的输入串联输出并联(inputseriesoutput parallel,ISOP)型MMC-SST具有较高的功率密度,但是在中压直流(medium voltage DC,MVDC)端口短路故障情况下无法持续向低压侧供电;双向有源全桥变换器(dualactive bridge,DAB)型MMC-SST则存在功率密度低、成本高等问题,并且传统的半桥结构的DAB型MMC-SST在MVDC端口短路故障情况下同样无法持续向低压侧供电。文章提出了一种子模块桥臂复用(arm integrated submodule,AISM)型MMC-SST拓扑,在不改变MMC-SST端口电气特性的情况下,在有效减少开关器件数量的同时,还使得SST具备中压直流端口短路故障下的不间断运行能力,进而提升SST的功率密度和供电可靠性。针对文中提出的AISM型MMCSST拓扑,该文还提出了一种针对输入级MMC的混频调制方法,基于共模、差模解耦原理,实现输入级MMC桥臂电压的高频分量和低频分量的解耦。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提拓扑及控制方法的可行性。

基于时域射线追踪算法的电场波形特性研究

利用时域射线追踪算法,构建出简化开关柜模型并模拟局部放电,仿真分析局放电磁波到达不同检测点的时域特性.由于多径传播,最短路径与其它路径存在到达时间差,通过叠加时间差相近路径的波形幅值,分析检测点时域波形混叠的原因,对比不同检测点的时域接收波形,分析波形畸变的原因.研究结果为开关柜内局部放电的电磁波传播规律提供新方法,为后续优化超高频检测天线的安装摆放提供参考依据.

高保真度超高频局放检测天线研究

设计了一款用于超高频局放检测的超宽带椭圆缝隙天线.该天线具有时域保真度高、尺寸较小、馈电简单等特点.测试结果表明,天线在300~1500 MHz频段内的回波损耗低于-10 dB,平均等效高度15.7 mm,满足局放检测天线的指标要求.通过CST Microwave Studio软件对其时域波形保真度进行仿真计算分析,对局放检测时天线的摆放方向提供参考.结果表明,椭圆缝隙天线在一些角度上的保真度超过0.9,能较好地还原局部放电波形,同时天线较小的尺寸也能更好地适应局部放电现场检测.

基于纳什议价的多微网综合能源系统分布式低碳优化运行策略

针对当前多微网能源交易中未充分考虑供能侧与需求侧的互动关系,且随着碳交易市场的全面发展,多主体在碳交易机制下能源交易时的利益交互关系需深入挖掘等问题,提出一种基于纳什议价的多微网综合能源系统分布式低碳优化运行策略。首先,综合考虑多微网综合能源系统能源交易中各微网运营商以及用户的利益诉求,基于纳什议价理论构建碳交易机制下多个微网运营商与代表整个多微网用户侧利益的负荷聚合商的合作运行模型。其次,在证明所提纳什议价模型可以最大化社会效益的基础上,将原问题转化为易于求解的两个子问题,运用交替方向乘子法先后对两个子问题进行分布式求解,在交互有限信息的基础上达到博弈均衡,充分保证了各交易主体的信息隐私。最后,通过算例对比证明了所提方法在减少碳排放、提升个体效益和社会效益上的有效性,并深入分析了在碳交易机制下多主体合作运行减少碳排放的综合原因。

考虑需求响应和能量梯级利用的含氢综合能源系统优化调度

为了促进海上风电并网消纳并提高沿海含电转气(P2G)工业园区运行能效,文中提出了一种考虑综合需求响应和能量梯级利用的含P2G综合能源系统优化调度方法。首先,构建含P2G综合能源系统架构。其次,针对系统风电消纳问题,提出多能负荷削减转移与能源耦合转换相结合的综合需求响应模型。然后,针对系统能效较低的问题,挖掘系统能量耦合及梯级利用关系,建立含P2G的各能量耦合设备的梯级利用模型,结合氢能实际使用需求,实现氢能高品位使用。最后,计及风电出力预测误差,以系统运行成本最小为目标,采用综合能源利用率及碳排放量为量化指标,构建综合能源系统随机优化调度模型。仿真算例验证了所提方法的有效性。

两相导通无刷直流电机直接转矩控制零电压矢量特性分析

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制(DTC)方法的实现最终落实到电压矢量的选择和发送上,其中零电压矢量的正确定义和使用对电机性能有着至关重要的影响。该文详细分析两相导通无刷直流电机直接转矩控制方法在反电动势非正弦、存在关断相条件下零电压矢量的定义方法,并对所得到的零电压矢量作用条件下电机电流、端电压和转矩变化规律进行理论分析。分析结果指出,零电压矢量选择不当会引起关断相续流二极管续流,从而导致关断相产生负转矩,影响电机性能,背离了两相导通的控制初衷。该文提出一种基于零电压矢量的改进控制方法,根据所提出的新电压矢量选择表,通过合理选择零电压矢量能够有效避免关断相产生转矩,进而改善电机控制性能。实验结果验证了理论分析的正确性以及所提控制方法的有效性。

应对多馈入直流换相失败的同步调相机布点方法

特高压直流输电网受端交流故障诱发的直流换相失败会造成系统短时大量功率短缺,对系统安全稳定性带来巨大威胁。同步调相机因其强大的动态无功支撑能力,在应对多馈入直流换相失败及加快系统暂态恢复过程方面受到了越来越多的关注。从多馈入直流间相互作用角度出发,分析了调相机应对多馈入直流换相失败的优势,结合多馈入交互作用因子、多馈入有效短路比及相对暂态电压跌落面积指标,逐层确定最佳的动态无功补偿站点,提出一种可运用于工程实际的调相机应对多馈入直流换相失败的布点方法,并在华东电网数据典型运行方式的基础上进行了仿真验证。

高速永磁同步电机流固耦合仿真与性能分析

为了探讨冷却系统设计对高速永磁同步电机散热效果的影响,提出了一种轴向强迫通风的冷却结构。以一台200kW船用高速永磁同步电机为研究对象,基于流体动力学以及流固耦合传热理论,根据电机冷却结构特点,合理简化模型并给出基本假设与边界条件,建立了三维整机求解域模型。采用有限体积法对具有空冷和水冷集成冷却系统的高速永磁电机进行数值分析运算,分析了冷却水速对永磁电机温升的影响,揭示了最优水速方案下电机流变特性与温升分布规律。基于此,提出一种强迫空气通过气隙沿轴向流动的通风结构,通过对比不同通风结构下电机内流体场与温度场的仿真结果,证实轴向通风结构能够优化电机流温分布特性,提升电机冷却性能,对船用高速永磁同步电机冷却系统设计提供借鉴意义。

基于光伏与空调负荷协调优化的有源配电网经济调压策略

针对光伏电源接入配电网带来的电压越限问题,考虑空调负荷的调节潜力,提出一种基于光伏与空调负荷协调优化的有源配电网经济调压策略。首先,光伏与空调负荷根据自身利益建立各自调节量—调节成本模型;其次,集中控制器根据各用户的模型及潮流、网损等信息,以经济性为目标,优化分配各用户的实际调节量。将空调负荷的调节能力与光伏的调节能力协调配合,在实现电压调节的同时,减少或避免切除光伏的有功出力。仿真分析结果表明,所提策略在有效调节电压的同时,减少了网损,兼顾了光伏、空调负荷、负荷集中商及电网公司的利益,具有较高的经济性。

计及寿命损耗成本的储能单元分布式协同控制策略

传统的集中式优化方法在未来电网主体日渐复杂化的背景下逐渐凸显其不足。针对储能系统分散分布的特点,提出一种基于多智能体一致性算法的储能单元分布式协同控制策略。考虑储能电池的寿命损耗成本,将储能电池的增量成本作为一致性变量,通过2个相邻储能单元之间局部信息的交互,实现整个储能系统电量的最优分配。算例仿真与分析验证了所提策略的有效性。