基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于多端行波频率矩阵的复杂配电网故障定位方法

针对配电网线路参数受依频变化影响导致现有故障定位方法实现复杂以及行波传输速度无法准确计算的问题,基于多端行波频率矩阵,提出一种不依赖波头时间信息的复杂配电网故障定位方法。通过对故障行波固有频率主成分与传输距离的关系进行分析,定义各分支节点的参考端,并计算真实故障发生前的基准固有频率矩阵与真实故障发生后的故障固有频率矩阵之间的差值,最终得到相应的故障分支判定原理。在判定故障分支的基础上,按照故障点到参考端的路径不经过分支节点或经过分支节点数量最少为原则选取参考端,同时计算对应参考端故障固有频率主成分下的波速度,进而对故障点位置实现精确定位。仿真结果表明,所提方法无须检测行波波头时间,通过构建多端频率矩阵准确刻画配电网拓扑任一分支发生故障的情形,在保证故障分支可靠判定的同时实现了频率分量与波速度相互匹配,大大提高了故障定位精度,且定位结果不受故障位置、类型、过渡电阻、初相角影响。

弱电网下提高并网变流器稳定性的导纳重塑方法

并网变流器接入弱电网易发生振荡问题,基于无源性理论提出一种导纳重塑控制策略来提高系统稳定性能,使并网系统在中低频段不受电网等值阻抗的影响。首先,为了便于构造严格正实的变流器导纳矩阵,将变流器导纳模型分解为两个子系统进行分析,找出可重塑的控制环节;然后,基于正实方法设计了外环重塑矩阵M和内环重塑矩阵N,使并网系统在中低频段内渐进稳定。此外,导纳重塑后的系统是一个对称系统即单输入单输出系统,可方便求取系统的稳定裕度。仿真和实验均验证了所提导纳重塑方法在提高系统稳定性和简化系统稳定性分析的可行性和有效性。

抑制电网背景谐波的变流器导纳重塑方法

电网电压中的背景谐波作用在并网变流器上产生谐波电流,而并网变流器的频率耦合特性还会映射出新的谐波电流成分。为抑制电网背景谐波对并网电流的影响,文中提出改善并网电流质量的导纳重塑方法。首先,为了消除变流器的频率耦合特性,减少并网电流谐波成分,构造出内、外环导纳重塑因子的一般形式,将并网变流器重塑为dq坐标系下的对称系统;然后,从减少谐波含量出发,对导纳重塑因子进行合适选择,通过降低变流器导纳值来改善并网电流质量,实现消除变流器频率耦合特性的同时抑制电网背景谐波的目的;此外,变流器序导纳模值减小,使得其与电网阻抗构成的回路比曲线更难在幅相平面包围(-1,0)点,有益于并网系统的稳定。仿真和实验均验证了所提导纳重塑方法的可行性和有效性。

基于多指标综合评价的配电网接地故障山火风险等级划分

近年来由电力故障引发的森林火灾时有发生,配电网接地故障若未被及时切除,故障电弧可能引燃周边植被,进而引发森林火灾。为开展差异化的防山火措施,提出一种基于多指标综合评价的配电网接地故障山火风险等级划分方法。结合无人机巡线数据、配电线路历史故障数据、气象数据及自主设计的植被电弧燃烧性实验,分析相关山火风险因子。利用德尔菲-网络分析法确定各山火风险因子权重及风险得分,加权求和得到山火风险综合得分,从而确定配电线路山火风险等级。对湖南电网某10 kV配电线路进行实际案例分析,验证了该方法能较为准确地划分配电线路山火风险等级,明确线路山火防治重要区段,为面向山火防治的配电线路接地故障处置装置运行机理提供有力辅助参考。

风力机叶片吸能防冰涂料的实验研究

针对风力机叶片在冬季易发生覆冰的问题,研发了一种具备吸能功能的风力机叶片防冰涂料,可以通过吸收一定波长的光发热,提升涂料表面的温度,使涂料与表面覆冰之间的界面发生融化,从而让冰层从风力机叶片表面脱落,实现叶片防冰。通过反应制备得到吸能颜料,并与成膜基体、耐磨填料等材料混合,制备得到吸能涂料;对比涂覆该涂料的叶片与普通叶片的覆冰情况,发现该涂料可降低叶片表面覆冰速率12.8%,缩短覆冰时间50%;此外,通过开展耐磨性实验,发现该涂料耐磨性为2.81 L/μm,优于叶片原本涂料耐磨性(1.95 L/μm)。以上结果表明,该涂料可降低叶片表面覆冰速率,缩短叶片表面覆冰时间,且耐磨性更好,使用寿命更长。

面向电网基建现场的LoRa通信低功耗组网控制技术的优化设计

针对LoRa通信中的随机接入信道拥塞问题,本文提出一种基于存取类别限制技术的LoRa通信优化控制方法。仿真实验结果显示,按照该方法获取的存取类别限制最佳因子进行LoRa通信,网络中顺利接入的最大终端数量为23.84个,高于所有对比模型,且与理论值最为接近。该方法在仿真LoRa通信中最大程度地减少了信道拥塞造成的终端接入失败数量,有利于提升电网基建现场的LoRa通信质量。

连接弱交流电网的柔性直流换流站外环控制器参数解析计算及其限制因素分析

柔直换流站连接弱交流电网的交流电压动态响应速度与交流电压控制器参数、短路比、稳态点和公共耦合接入点并联等效电容有关。针对柔直换流站连接弱交流电网外环控制器参数解析计算及其限制因素分析研究欠缺问题,该文在建立整个系统详细模型的基础之上,根据外环闭环传递函数零极点分布情况,分析影响系统动态响应速度和稳定性相关特征根的关键变量及其参与程度。其次,基于交流系统准稳态模型,推导外环控制器参数解析计算表达式,并对其选择范围进行了初步分析。再次,研究外环控制器参数、电流内环带宽、锁相环参数以及短路比对稳定性的影响,结果表明,外环带宽与锁相环带宽接近并不一定是诱导系统发生谐振失稳的因素,降低交流电压控制器和锁相环参数有利于提升柔直换流站运行于逆变状态下的稳定性。最后,通过电磁暂态仿真验证了参数计算与稳定性分析的正确性。

基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的主动降压熄弧机理与抑制方法

定子接地燃弧故障是制约大型发电机安全可靠运行的技术瓶颈。为解决定子绕组接地电弧引发的绝缘击穿与铁心损伤问题,该文提出基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地主动降压熄弧方法。该文建立了定子接地燃弧电阻与弧道电压的解析关系,揭示了定子接地故障点电压降低过程中,接地燃弧电阻增大的变化规律;明确了将接地故障点电压抑制在电弧重燃电压以下时,可实现定子绕组击穿间隙回归正常绝缘状态的抑制方法。根据大型发电机定子柔性接地方式降压熄弧策略,在接地故障燃弧阶段,中性点电压源输出故障点工频与3次谐波反向电势,主动降低故障点电压,将故障点电压降低至燃弧电压以下,使定子接地电弧熄灭。利用注入信号感知定子接地燃弧状态,实时监测定子阻尼率矢量角变化趋势,判定降压消弧过程中接地燃弧故障是否消除。所提方法无需将故障点电压降低至零,可有效降低非故障相电压抬升,降低定子非故障相绕组槽内击穿风险。在PSCAD/EMTDC仿真环境模拟定子接地故障燃弧工况,对所提方法进行试验验证。试验结果表明,基于定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地消弧方法可主动降低定子接地故障点电压,助增故障点间隙绝缘电阻回归,抑制接地电弧重燃,降低定子非故障相绝缘击穿风险,实现定子接地燃弧故障的可靠消弧。

面向风电平抑的双电池单元储能系统功率分层优化控制策略

为减少风-储联合系统中,双电池单元储能系统的充放电循环次数,降低高充放电功率指令下电池单元充放电电流倍率,提出一种储能系统充放电功率分层优化控制策略。根据充放电功率指令高低,为两电池单元匹配同充同放和一充一放两种运行模式,同时优化设置两运行模式下电池荷电状态循环区间,平衡充放电电量。仿真验证表明,在风电平抑效果相同的情况下,所提策略可降低高充放电功率指令下电池单元充放电电流倍率,减少电池充放电循环次数,延长电池寿命,降低储能电池功率和容量的配置需求。

基于VIC模型的三峡库区流域小时尺度实时洪水预报

VIC模型在流域面积大于3 000 km^(2)的大型流域日或月尺度洪水模拟中表现出良好的适用性,而在大型流域小时尺度实时洪水预报过程中的适用性尚未得到验证。以三峡库区大型流域为例,通过建立小时尺度VIC分布式洪水预报模型,构建三峡库区流域实时滚动洪水预报方案,将VIC分布式洪水预报模型实地化部署并应用于2022及2023年三峡库区实时洪水预报。结果表明:VIC模型应用于2014—2021年三峡库区各子流域历史洪水模拟,率定期和验证期的洪量、洪峰平均合格率均在80%以上,确定性系数均值在0.70以上,构建的VIC分布式洪水预报模型在三峡库区及其子流域洪水模拟中表现出良好的适用性;在2022及2023年三峡库区4场典型洪水的实时洪水预报中,径流深和洪峰的平均相对误差达到16.3%和5.0%,重点产流区产流量平均相对误差为7.8%,能够准确把握库区重点产流区的洪量及来水过程,因此VIC模型在大型流域小时尺度实时洪水预报中具有较大的应用潜力。

并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法

针对谐振接地系统对地参数测量不准确以及高阻接地故障选线困难的问题,提出了并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法。基于消弧线圈并联阻尼电阻的投切特性,利用投切阻尼电阻前后零序电压幅值与相位的变化关系,测量系统对地电导与电容参数。在系统正常运行时,通过调整并联阻尼电阻值大小,测量各馈线零序导纳值。在发生接地故障后退出阻尼电阻,测量故障后各馈线零序导纳值,可消除系统参数不对称、互感器采样不同步的影响,主动构造故障前后各馈线的零序导纳相角差,实现故障线路的准确判别。在PSCAD仿真环境下对所提方法进行验证,结果表明:所提方法能够精确测量对地电导与电容参数,测量相对误差不高于0.6%;在不同馈线、不同过渡电阻下发生接地故障时,能准确判别故障线路,耐过渡电阻能力达10 kΩ。

电力高级量测体系网络攻击致损路径图构建及风险评估

高级量测体系(AMI)是新型电力系统的重要组成部分,随着大量智能终端和异构通信链路广泛接入,网络攻击的风险与日俱增。因此,提出电力AMI网络攻击致损路径图构建及风险量化评估方法,量化分析网络攻击对系统的影响。首先,考虑AMI中的3种网络攻击场景,构建了各场景攻击致损路径图及贝叶斯攻击图。其次,考虑到漏洞利用的难度和攻击者的技术水平,建立了漏洞平均攻破时间(MTTC)模型,计算各攻击目标的攻破概率。然后,建立了针对AMI虚假数据注入的负荷损失评估模型,求解出负荷削减问题,并结合攻击概率提出了安全风险综合定量评估模型。最后,基于IEEE 39节点系统,对比分析了不同级别攻击者在AMI不同攻击致损路径下的MTTC,计算了网络攻击下系统的安全风险值,验证了所提方法的有效性。

基于改进深度极限学习机的光伏扩容用户识别方法

为准确识别违规的分布式光伏扩容骗补用户,提出一种基于改进深度极限学习机的光伏扩容用户识别方法。首先利用同地区光伏发电出力具有相似性的特点,通过余弦相似度对参考电站和待测站点进行预处理;然后应用麻雀搜索算法SSA(sparrow search algorithm)对深度极限学习机DELM(deep extreme learning machine)的权值参数优化,用预处理的数据集训练SSA-DELM拟合模型,并根据光伏扩容的特性计算扩容系数。实验结果验证了所提方法对分布式光伏违规扩容用户识别的有效性。

城市配电终端暴雨淹没风险评估方法

极端降水频率的增加和强度的增大使得城市内涝愈发明显。而随着城市发展,城区配电终端越来越多,现有防涝规范显示出一些不足之处,暴雨淹没导致配电终端受损停运事件增多。基于暴雨强度公式和地理信息数据,应用FloodArea二维水动力模型对长沙市进行极值降雨内涝模拟计算,在淹没模拟的结果上结合配电终端的基础抬高等性质进行淹没风险区划。结果表明,FloodArea模型可较好反映城市降雨淹水过程及积涝空间分布,配电终端淹没风险区域的划分清晰显示了极值降雨下不同地区配电终端的停运风险,可为新建配电终端提供一定的选址依据,在规划层面提高电网稳定性。

吊装缆索气动干扰致气弹失稳研究

以吊装缆索的气动干扰致气弹失稳现象为研究背景,设计制作了考虑垂度效应以及气动外形相似的吊装缆索气弹模型。通过风洞试验,分析了缆索间距对吊装缆索气动干扰的临界失稳风速、振动频率以及运动轨迹等振动特性的影响,对比了双缆索体系和三缆索体系气动干扰致气弹失稳的差异。研究表明:当两根缆索串列布置时,下游缆索受上游缆索尾流干扰,发生了明显的尾流驰振,而上游缆索受下游缆索气动干扰不明显,气动稳定性较好,几乎不发生振动。当三根缆索串列布置时,不仅下游缆索受上游缆索尾流干扰发生气弹失稳,上游缆索也同样受下游缆索气动干扰而发生振动。双缆索与三缆索气动干扰致气弹失稳振动特性差异明显。

高比例分布式电源接入下基于变分模态分解的励磁涌流辨识

分布式电源高渗透并网,呈现出运行复杂性与非线性,故障电流谐波特征显著,使得传统继电保护难以准确区分励磁涌流与故障电流。因此,首先分析了光伏与双馈风机接入产生谐波的表达式,推导了励磁涌流产生机理及谐波特性,并总结了励磁涌流与短路电流频率分量占比。据此,充分发挥变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)避免模态混叠的优势,采用VMD算法将故障电流分解为不同中心频率模态分量,比较不同模态方差贡献率进而辨识励磁涌流。仿真结果表明:所提辨识方法在不同故障类型、不同种类分布式电源以及不同合闸角等条件下均能准确地辨识,且辨识能在故障发生一个周波内完成,灵敏度高。

土壤微观结构参数对埋地电缆温度与载流量的影响分析

土壤内部结构影响埋地电缆传热过程和电缆载流能力。该文考虑埋地电缆实际敷设工况,建立了土壤微观结构参数下的电–热–流多物理场耦合仿真模型。首先基于多孔介质传热理论构建了土壤导热系数评估模型。然后以典型±500 kV高压直流电缆为对象,依次研究埋地电缆在不同土壤孔隙率、水气比、渗透率下温度场与载流量的变化情况。最后将结果与IEC标准进行比较,分析了IEC标准的使用局限性。结果表明:土壤孔隙率的增大和水气比的减小使得孔隙内气–液占比增大,导致土壤导热系数减小和电缆温度上升。在极端干燥土壤中,电缆稳态温度随孔隙率变化最大可相差25℃左右。土壤渗透率的增大则使得传热方式由单一热传导变为热传导与热对流共同传热,由此引起的电缆稳态温度变化最大可相差约20℃。因此IEC标准计算载流量仅适用于土壤渗透率低且孔隙率低、水气比高的土壤环境。研究结论可为复杂环境下电缆敷设选址提供理论依据,最大限度利用直埋型电缆的载流能力,提高运行可靠性。

混合级联换流站直流短路故障解析计算与快速限流方法

在高电压、大容量、远距离输电领域,混合换流器拓扑相比于单一换流器更具技术优势,其中为应对危害性极高的直流短路故障,换流器直流短路故障穿越能力需重点考虑。首先,提出一种基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器具备直流短路故障穿越能力的混合级联拓扑及其直流短路故障限流控制方法;其次,通过分析直流短路故障期间换流器动态特性,构建分阶段状态方程数学模型,实现对直流短路故障电流进行精确解析计算;再次,选取最严重直流短路故障工况,以最大允许电流变化量作为判据并结合所提出的直流短路故障电流计算方法,给出强制触发角参数动态优化计算机制;最后,以优化设计的强制触发角为基础提出快速限流控制策略,该策略能保证LCC在直流短路故障穿越时不发生换相失败且快速降低故障电流。

气凝胶毡抑制磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性研究

热失控安全问题是制约锂离子电池储能技术发展的瓶颈。热阻隔是抑制电池热失控蔓延的技术途径之一。本文采用55 Ah磷酸铁锂储能电池模组,对比研究不安放气凝胶毡,以及安放不同厚度气凝胶毡对磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性的影响。研究表明,气凝胶毡可有效抑制磷酸铁锂电池热失控蔓延;气凝胶毡越厚,阻隔热蔓延的效果越好,0.5、1.2、3.0 mm厚的气凝胶毡可分别提升电池模组热阻隔效率75.80%、88.81%和299.92%。研究结论可为储能锂离子电池热失控防治提供参考。