特高压交流盆式绝缘子电场分布计算及屏蔽罩结构优化

为提高特高压盆式绝缘子(BTI)可靠性,运用有限元方法计算分析了中心导体和屏蔽罩对特高压交流盆式绝缘子表面电场分布的影响。基于MATLAB和ANSYS,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对屏蔽罩结构进行优化设计。结果表明,直导体或导体有小凹槽均会导致盆体凹面靠近导体的小三角区域电场发生畸变,加装屏蔽罩可以优化屏蔽盆体表面的高电场强度区域状态。优化后的凹面最大电场强度较优化前降低7.2%,该优化方法有效改善了盆式绝缘子表面电场分布。

缺陷对特高压交流盆式绝缘子电场分布的影响

为了研究缺陷对特高压盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元软件ANSYS建立了特高压盆式绝缘子的基本计算模型,研究了气体间隙、凸起和凹陷等缺陷对盆式绝缘子电场分布的影响。结果表明,气体间隙长度越大,宽度越小,引起的场强越高;凸起和凹陷呈现出的场强峰值及电场分布规律均与其尺寸无关,电场增强系数与其位置无关;附着金属颗粒会显著增强其边缘的电场强度,电场增强系数随颗粒径向位置的增大而减小,随颗粒狭长程度的增大而增大;悬浮导电颗粒影响下,导电颗粒尺寸越大,距盆体表面越近,则盆体表面最大场强越高;内部气泡的电场增强系数与其尺寸及其在盆体内的位置无关。在研究的几种缺陷里,附着金属颗粒增强电场的影响最大,悬浮金属颗粒影响的区域范围最广。

RBF神经网络与NSGA-II混合算法用于±1 100kV穿墙套管3维电场模拟及内屏蔽结构优化

±1 100 kV特高压穿墙套管是直流输电系统中的重要设备,但目前对其3维静电场模拟和内屏蔽层结构智能优化鲜有报道。鉴于此,以特高压穿墙套管及其内屏蔽结构为研究对象,建立了3维有限元模型进行电场模拟。提出了应用径向基函数(RBF)神经网络与NSGA-II混合算法对套管内屏蔽结构进行多目标优化,并运用经典显示函数验证了该算法的有效性。在此基础上,建立了穿墙套管内屏蔽结构的多目标优化数学模型,结合RBF神经网络与NSGA-II混合算法对内屏蔽结构进行了优化设计,使套管内屏蔽各关键位置处电场强度(简称场强)均满足控制要求。研究表明:与自由网格划分相比,体旋转扫掠网格划分可使有限元模型生成的节点数量降低58.2%;墙体和均压环对套管复合外套有较好的屏蔽作用,且高场强区主要集中在内屏蔽表面,优化后最高场强降低14.5%。3维电场模拟结果可为穿墙套管的设计、制造和运行提供数据和理论依据,且所提算法能较好地解决大场域、多介质复杂模型结构优化耗时较多的问题。

750kV输电线路复合横担均压特性

复合横担首次应用于国内750 kV线路,由于电压等级高,结构复杂,均压、均场问题突出,需要对其均压特性进行深入研究。运用三维有限元分析软件ANSYS,考虑杆塔、大地、导线以及相间影响等因素,计算了复合横担在不同设计方案下的电位、电场分布,研究了中间法兰以及横担端部配置均压环、屏蔽环对复合横担电位分布的影响,对比了750 kV线路直线塔绝缘子串与复合横担的电位分布。复合横担最终选择在最初设计方案的基础上取消悬垂串、增加横担长度并配置合理的均压屏蔽装置的方案,其电位分布优于750 kV线路直线塔。经过中国电力科学研究院电气试验验证,复合横担电气性能良好,满足运行要求。

特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律

特高压变电站内设备种类繁多,且电磁环境较为复杂,因此在设计阶段需对站内工频电场强度进行合理评估。为此,运用有限元分析软件Ansys建立了3维变电站计算模型,并采用谐波分析方法实现了电准静态场的模拟计算。以淮南至上海特高压交流输电示范工程变电站带高抗出线回路新型4柱设计方案为例,研究了母线、设备及构架对回路对地1.5m处电场分布的影响,并对母线高度进行了优化。研究结果表明:带高抗出线回路(简称高抗回路)的大部分区域对地1.5m处的电场强度由母线高度决定,设备结构仅对自身附近区域的电场强度影响较大;构架位置会影响站内电场强度峰值的出现区域;设计方案的母线高度为17.15m,最大电场强度为9.34kV/m,经过优化的母线的最优高度为16.65m。对特高压交流示范工程长治站和荆门站分别进行工频电场模拟计算,计算结果表明:2座变电站的工频电场均满足电场强度设计要求;站内主要区域电场分布的计算结果和测量结果之间的误差约为10%。

应用等效场强法的特高压交流双回耐张塔刚性跳线及金具电晕试验

采用有限元法仿真计算了实际线路和试验简化模拟布置情况下刚性跳线及金具表面的电场分布；并利用等效场强方法进行了特高压交流耐张塔刚性跳线及金具的电晕试验研究，研究结果表明：铝管式、鼠笼式刚性跳线以及铝管式结构的相关金具满足电晕试验要求，鼠笼式结构的相关金具不满足电晕试验要求，建议将鼠笼式结构中部分间隔棒的线夹改成与铝管式结构中的椭圆型引流间隔棒一样，户外试验场各场强对比点处的起晕场强约在28．74～31．38kV／cm之间。试验结果可以在其它工程中得以参考应用。

1000kV特高压交流输电线路双回耐张塔刚性跳线电晕抑制分析

特高压交流1 000 kV双回耐张塔结构复杂,为分析其刚性跳线表面电场分布,并抑制电晕放电,运用3维有限元分析软件ANSYS,考虑了杆塔、金具、绝缘子串等因素和相间影响,计算了特高压双回耐张塔采用铝管式结构时刚性跳线的表面电场分布,对比分析了跳线表面场强的不同影响因素;并选取特高压试验示范工程典型单回耐张塔JTP3,通过电场仿真计算结合实地电晕测量,确定了特高压双回耐张塔刚性跳线表面场强的控制值;最后研究了跳线表面场强随弧垂值、耐张塔转角度数以及跳线直径的变化规律。研究结果表明:相间影响对中相跳线表面场强影响相对较大,杆塔、大地以及回间影响对中相跳线表面场强的影响百分比<5%,特高压双回耐张塔刚性跳线表面场强控制值可取为2 600 kV/m,刚性跳线应选用JL/G3A-900/40型导线并在实际安装中应使弧垂值控制在<0.2 m。

微过充条件下锂离子电池的老化机理

锂离子电池容易发生微过充导致电池失效,影响整个电池系统的安全。通过不同充电截止电压(3.6 V、3.7 V、3.8 V和3.9 V)下的磷酸铁锂锂离子电池微过充循环实验发现:微过充循环后的电池与正常循环电池相比,容量衰减更快;微过充后电池发生的老化机理为锂库存损失(LLI)和活性材料损失(LAM),且LLI与LAM之比随着充电截止电压的升高而增大,3.9 V充电截止电压条件下,电池LLI和LAM分别达到20.37%和22.17%。此外,欧姆内阻和极化内阻都随着截止电压的升高而增大,且固体电解质相界面(SEI)膜也在不断增厚。

基于增量容量曲线的锂离子电池微内短路故障诊断方法

锂离子电池内短路极易引发热失控事故,有必要尽早检测出锂离子电池内短路故障。然而锂离子电池在内短路故障发展的初始阶段,短路电阻阻值较大,难以被识别诊断。本工作提出了基于锂离子电池IC曲线的电池微内短路故障诊断方法。当电池发生内短路故障时,部分充电电流会流过短路电阻而不是参与锂离子电池内部电化学反应,因此短路电池与正常电池的IC曲线会存在微小差异,可以通过计算不同短路程度锂离子电池与正常电池IC曲线之间的均方误差(MSE)进一步放大故障电池与正常电池之间的偏差,进而对锂离子电池微内短路故障进行诊断,由短路电池与正常电池在相同电压区间内充电电量的差异,开发了短路电阻的定量计算方法。模拟和实验结果表明,本工作提出的方法可对阻值达到710Ω的电池微内短路故障进行准确检测,对于短路电阻的最大估算误差为6.1%,对老化电池进行的短路实验表明该算法对于老化电池也有较强的适用性。且该算法计算复杂度低,仅需要电池低倍率充电数据即可进行短路故障诊断,时效性较强,易于实际应用。此外本工作还研究了锂离子电池在发生微内短路故障时的温升效应,结果表明短路电阻为100Ω时电池表面最大温升为4.1℃,短路电阻为710Ω时最大温升为0.4℃,电池发生微内短路故障时温升特征不明显。

基于相变储能系统主动响应能力挖掘的配电网经济调度

为了解决配电网面临的供电电压不合格和潮流分布欠优等问题,提出基于相变储能系统(PCMTESS)需求响应的配电网经济调度策略。介绍PCMTESS的构造和工作机理,分析热力侧的能耗规律,建立计及热耗散的热力侧和计及无功调节能力的电力侧封装模型。在此基础上,考虑潮流分布约束和分布式新能源出力特性,以配电网的购电成本最小化为目标,在综合考虑光伏、风机、负荷不确定性的条件下,建立统一的配电网调度模型。提出主、子问题交互迭代的求解策略,实现优化模型的高效求解。基于IEEE 41节点配电网的仿真结果表明,所提PCMTESS在维持室温舒适的前提下,能够优化配电网的潮流分布和改善电网的电能质量;所提调度模型为配电网的安全经济调度和综合能源消纳问题的解决提供了一个崭新的视角。

基于光伏出力区间预测的相变储能电-热联合调度策略

分布式光伏出力具有较大不确定性。为分析其对相变储能电-热耦合系统联合调度的影响,对传统区间预测评价指标进行改进,并利用改进的区间预测模型,提出了一种分布式光伏出力波动范围评估方法。基于现有相变储能电-热联合调度模型,合理计及光伏出力波动性,制定了其电-热联合调度策略。并开展不同出力置信水平下,电-热联合调度策略作用后系统的经济性与风险评估。最后通过仿真算例,分析了光伏出力波动与系统经济性和风险性之间的影响关系,为相变储能系统的实际应用提供了参考借鉴。

主动配电网故障恢复的重构与孤岛划分统一模型

随着分布式电源和储能装置大量接入配电网,配电网在发生故障之后可以进行重构和孤岛划分,提高故障恢复的水平。为此,提出了一种同时包含重构与孤岛划分的故障恢复方法。建立包含多类型分布式电源、柔性负荷和储能的多时间段故障动态恢复模型,考虑分布式电源和储能的黑启动能力,并计及故障恢复时间和检修次序。利用二阶锥技术将所建模型转换成混合整数二阶锥规划模型。在PG&E69系统上对该算法的有效性进行验证,结果表明,与传统方法相比,所提故障恢复方法计算速度更快,故障恢复率更高。

基于电压四倍频整流器的全桥LLC研究

LLC谐振变换器是一种软开关频率调制DC/DC拓扑,其开关频率接近共振频率。LLC谐振变换器具有较低的开关损耗和较低的电磁干扰,但常用的LLC谐振变换器的增益小,而光伏发电系统的DC/DC变换器需要产生较高的增益,因此需要在传统LLC拓扑基础上进行改进。这里提出了一种基于电压四倍频整流器的LLC谐振变换器。电压四倍频整流器有效降低了变压器的变比及次级整流开关管的耐压值,使得该拓扑适用于高增益输出应用场合。在此阐述了基于四倍频整流器LLC电路的工作原理,并进行了300 W实验样机的测试,验证了分析的有效性和可行性。

基于深度强化学习的主动配电网高恢复力决策方法

随着全球极端天气事件频发,电力系统在极端自然灾害下恢复力的研究日益受到关注。本文提出基于深度强化学习的高恢复力决策方法,将极端灾害下配电网运行状态和线路故障状态作为观测状态集合,自学习智能体Agent在当前环境观测状态下寻求可行的决策策略进行动作,定义自学习Agent的回报函数以进行动作评价;采用观测状态数据,开展基于竞争深度Q网络(dueling deep Q network,DDQN)的深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)训练,智能体Agent通过试错学习方式选择动作,试错经验在估值函数Q矩阵中存储,实现状态到主动配电网实时故障恢复策略的非线性映射;最后结合改进的IEEE 33节点算例,基于蒙特卡罗法仿真随机故障场景,对所提出方法生成的故障恢复随机优化决策进行分析。结果表明:通过主动配电网的分布式电源、联络开关和可中断负荷的协调优化控制,可以有效提升极端灾害下供电能力。

面向电动汽车充电站的电能质量检测与评估

随着电动汽车产业的快速发展,充电站大量投入使用将给电网带来巨大的影响。首先介绍现在常用的电能质量标准以及充电站电能质量的分析和测试方法,然后探讨充电站充电设施检测常见故障,讨论充电站运行对配电网和电动汽车充电站整体负荷的影响,并以深圳莲花山充电站为例进行分析。最后对充电站在泛在电力物联网背景下的未来研究做出展望。

基于可靠性试验的电子元器件物料评价方法——以IGBT为例

电子元器件物料直接影响着整机的质量与可靠性。准确地评价电子元器件物料的优劣对于指导产品选型进而提升整机的可靠性具有重要的意义。提出了基于可靠性试验的电子元器件物料评估方法,从质量一致性、工艺适应性、结构分析、热性能分析和耐久性5个方面建立评价模型,对电子元器件物料进行整体评价。以绝缘栅双极晶体管为例,对6种不同型号的物料开展了基于可靠性试验的评价,最终得到了物料的评价结果,可用于指导产品选型。

基于多目标优化的含电动汽车充换储一体化设施的微电网能量管理及协调控制策略研究

含电动汽车充换储一体化设施的微电网由于负荷用电的不确定性,使得微电网联网功率产生随机性,造成配电系统电压波动、功率不平衡等问题。为解决上述问题,开展了基于多目标优化的微电网能量管理及协调控制策略研究,通过微电网需求侧负荷分类控制、基于多目标优化的微电网动态运行管理以及微电网日前优化调度等控制策略,实现对微电网的能量优化管理;根据建立的多目标优化策略,对微电网系统上层、下层进行协调控制,并通过微电网能量管理策略优化联网功率,为含电动汽车充换储一体化设施的微电网的稳定运行提供理论依据。

锂离子电池电解液痕量水污染的超声表象

锂离子电池电解液痕量水污染是导致电池产气和快速失效的重要原因,而过去对痕量水污染电芯缺乏无损检测分析技术。本工作基于超声无损成像技术对微量产气副反应的敏感性,对不同水含量电解液商用NCM523/AG软包电池化成、静置、循环过程中的产气行为进行了超声透射扫描成像,并结合EIS/SEM和充放电特性对其老化和失效机制进行了分析。结果表明痕量水的存在会造成电解液的损耗,加速气体生成,增加界面阻抗和极化电压,造成库仑效率降低和可逆容量衰减,加快电池失效过程。本研究对电池生产过程质量控制以及使用过程的失效机理分析具有指导意义。

废旧磷酸铁锂正极片的低温热解工艺研究

近年来,磷酸铁锂动力电池的大规模退役所造成的环境污染和资源浪费等问题日益严峻,因此,对其正极材料进行有效的回收与利用成为了当下的研究热点。为实现活性材料与铝箔高效分离,提高正极活性材料的回收率,采用低温焙烧工艺对废旧磷酸铁锂正极材料中的铜箔和铝箔的回收工艺进行了探索与优化研究。研究结果表明,采用马弗炉在空气气氛下进行火法焙烧,控制焙烧温度为550℃,保温时间2 h,空气流量9 L/min,可实现铜箔、铝箔与正极材料的有效分离,且铜箔与铝箔的回收率分别达到85.7%与95.4%;而采用回转窑进行焙烧时,所需焙烧温度与保温时间分别为450℃与0.5 h,说明在低温下可实现正极材料与铝箔的完全快速分离,且铜箔与铝箔的回收率可高达99.34%和99.64%。

便携式气体检测设备现状及发展

自气体检测设备问世以来,人们已经做了许多努力以提升设备的性能。从最早的安全矿灯到现代的气相色谱仪和电子鼻,气体检测设备已经在识别范围和识别精度上取得了长足的进步。时至今日,信息化革命在生产生活中不断推进,各种传感器成为了物联网系统中重要的一环。随着便携式电子设备的普及,手机等电子产品集成微型气体检测设备成为当下气体检测设备进一步发展的方向。为了满足便携性的需求,人们需要对设备的体积、能耗、可集成度和智能化程度等进行重点关注。文章综述了各种便携式气体检测设备的研究现状和发展历程,以期为相关研究提供新的思路与启发。