高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

基于SEPIC的新型高增益DC-DC变换器及衍生拓扑分析

针对光伏并网系统中单开关升压变换器(如SEPIC、Boost、准Z源、二次型)电压增益低和半导体器件电压应力大的问题,提出1种基于SEPIC的外部升压型高增益DC-DC变换器。首先对所提变换器在电感电流连续导通模式和断续导通模式下的工作原理和稳态特性进行详细分析,并与其他新型拓扑进行性能对比。在此基础上,给出了基于外部升压网络的衍生拓扑。最后,通过搭建1台400 V/200 W的实验样机证明了理论分析的准确性。所提变换器利用阻抗网络和开关电容单元构成的外部升压网络提升了SEPIC变换器的电压增益,并改善了半导体器件电压应力大的缺点。

基于改进相似日优化HBA-BiLSTM-KELM的光伏发电功率预测

为提高光伏发电系统输出功率的预测精度,提出基于改进相似日和蜜獾算法(HBA)优化改进双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)与核极限学习机(KELM)的光伏发电预测方法。首先,使用CRITIC权重法动态计算各气象因素对光伏发电功率的影响权重,通过逐时刻计算历史日和待预测日的加权欧氏距离确定相似日。其次,使用HBA优化BiLSTM和KELM模型参数,然后使用HBA参数优化后的BiLSTM进行功率预测,优化后的KELM进行误差优化预测。最后将初步预测功率和误差预测功率相加得到最终预测功率。仿真结果表明:该模型平均绝对百分比误差为0.91%,具有较高的光伏系统输出功率预测精度。

园区综合能源系统低碳经济优化调度模型研究

现有的园区综合能源系统调度方案,存在成本高、污染环境且能源利用率低等问题。因此,提出一种计及电转气和碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济优化调度模型。首先,重点分析电转气过程甲烷化环节强放热特性,研究其对系统优化调度的影响;其次,构建含补偿系数的综合园区能源系统阶梯式碳交易机制,以约束园区碳排放;最后,建立以运行成本、弃能功率、碳排放量最小为目标的园区综合能源系统优化调度模型,并进行多目标优化计算。结果表明:所提优化模型的总成本、弃能功率和碳排放量分别下降了15.4%、98.3%和19.7%。因此,该文所提园区综合能源系统优化调度模型提高了对能源的利用效率和经济性,并有效降低了园区的碳排放。

基于绝缘套管的10 kV架空裸线接地故障监测与防治技术研究

树障问题是造成10 kV配电线路接地故障的主要原因,严重制约着末端配电线路的供电效率。针对10 kV架空线路穿越林木区频繁面临的接地现象,提出采取敷设带电流监测绝缘套管的方案对树障区裸线进行保护,以防止接地故障发生,降低配网线损,提升供电效率。首先分析了树障接地问题产生的机理;然后详细阐述了基于绝缘套管的接地故障监测与防治方法;第三,研制了带电流监测功能的简易型绝缘套管;最后,该成果在国网浙江省电力公司某配电线路试用,对该研究成果的实效进行了检验,获得了用户的好评。

一种适用于燃料电池的新型高升压DC-DC变换器

高升压DC-DC变换器是燃料电池实现并网的重要环节。针对燃料电池输出电压低、输出特性软的问题,提出一种基于开关电容的电流馈电升压变换器。首先,详细阐述了所提变换器的拓扑结构及其在连续导通和不连续导通模式下的工作原理。然后,具体分析了该变换器的电压增益、各元件的电压和电流应力。在此基础上,将其与SC-Boost、SL-Boost等变换器进行性能对比。最后,搭建一台200 W的实验样机验证了所提变换器的可行性和理论分析的正确性。所提变换器结合电流馈电结构和开关电容网络,具有电压增益高、输入电流连续且纹波低的优势,有利于延长燃料电池使用寿命。同时,通过复用开关电容中的电容-二极管(capacitor-diode, C-D)单元对开关管电压进行钳位,降低了功率元件的电压应力。因此,所提变换器适用于燃料电池并网系统。

基于采样序列整形的配电网线路保护防励磁涌流误动策略

针对配网线路中配变空载合闸导致励磁涌流从而引起上游线路保护误动的问题,提出了一种基于采样序列整形的配电网线路保护防励磁涌流误动策略。当线路电流同时满足快速启动和二次谐波含量低判据时,进入电流序列整形程序。首先,根据二次谐波有效值的稳定区段将电流信号分割为正弦区段和畸变区段,并利用稳定区段的长度设置结束判据。然后,通过确定自适应窗长和标准正弦曲线对正弦区段进行相似度计算,得到原始正弦区段的幅值和相位参数,从而对畸变区段完成整形。最后,将修复后不带励磁涌流的电流信号送至线路保护进行判断。所提策略能够有效应对混叠在负荷电流和故障电流中的励磁涌流,并通过仿真分析验证了所提策略的有效性和可靠性。

复杂背景中输电线路不均匀覆冰厚度测量方法

为提高输电线路覆冰厚度测量精度,提出一种复杂背景图像中输电线路不均匀覆冰厚度测量的新方法。首先,采用图像灰度化、中值滤波去噪及最大类间方差图像分割法对输电线路覆冰图像进行预处理;然后,结合输电线路覆冰信息和背景噪声的连通域特征,提取复杂背景下覆冰输电线路轮廓;最后,针对局部覆冰厚度不均匀的现象,采用一种垂线逼近的方法获取输电线路的覆冰厚度。实验结果表明,采用连通域参数特征的输电线路目标提取方法可在背景复杂、对比度低的图像中准确提取覆冰输电线路轮廓。对于局部覆冰不均匀的区域,垂线逼近方法明显优于传统的霍夫变换方法,可以显著提高输电线路覆冰厚度测量精度。

一种新型SEPIC可拓展高增益DC-DC变换器

针对多串式并网光伏发电系统中的直流母线电压与太阳能光伏板的输出电压之间的电压水平不匹配问题,提出一种非隔离高增益DC-DC变换器。变换器在传统SEPIC变换器的基础上引入了开关电容网络,通过多个电容电压叠加实现了高增益,同时还降低了输入电流纹波,获得了更低的半导体器件电压应力。详细分析了变换器在连续导通模式和断续导通模式下的工作原理、电压增益以及半导体器件电压电流应力。此外,还探究了在连续导通模式下未考虑寄生元件与考虑寄生元件两种情况对变换器电压增益的影响程度。将变换器与其他6种升压变换器进行对比突显其性能优势。最后,搭建了一台200 W的实验样机进行验证,实验结果表明了所提变换器的正确性和可行性。

配电台区电池储能系统优化均衡控制研究

电力系统配电台区作为电能分配的关键单元,其核心部件储能电池组的显著特点是单体数量众多,针对储能电池组内各单体不可避免的一致性差异,提出一种基于K-means聚类的储能电池组自适应群组均衡控制方法。首先,引入一种均衡能量可以在任意单体间或包含任意数量单体的电池模块间转移的均衡拓扑;其次,提出群组均衡思想,通过K-means聚类将需要充、放电的相邻单体聚类成组,实现均衡能量在包含不同个数相邻单体的电池群组间转移;最后,通过仿真实验,验证了所提聚类群组均衡控制相比于基于极差的单体对单体均衡控制,初始SOC分布“中间高,两边低”“两边高,中间低”以及“均衡分布”的情况下,在保证均衡效率的同时,均衡速度分别提高了34.8%、19.8%和17.6%。仿真结果表明,基于K-means聚类的储能电池组群组均衡控制相比于单体对单体的均衡控制,可以显著提高均衡速度。本研究提出了大数量单体构成的储能电池组的群组均衡思路,有助于提高储能电池组的均衡速度,进而提高其能量利用率、循环寿命及安全性,促进储能电池组的应用。

含Buck电路的锂电池低功耗电量均衡技术研究

锂离子电池具有功率密度大、使用寿命长和重量轻等特点,现已被广泛应用于电动汽车、通信设备和家用电器等领域,但受充、放电电量不均衡问题的影响,电池组运行的效率及稳定性较差,电池均衡问题已成为近年来研究的热点。针对此问题,拟采用一种含Buck电路的电量均衡方法和自适应无迹卡尔曼滤波剩余电量(SOC)算法,重点研究该电路的均衡原理、控制策略及其应用方法,通过仿真和实验分别对其均衡效果进行了验证。与传统方法相比,该方法具有电路简单、损耗低及响应快速等优点。

基于SVC-MERS的风电异步发电机组电压控制

异步发电机结构简单、成本低廉且运行可靠,但输出电压极易受负载波动而变化.文中分析了异步发电机输出功率变化引起的电压失衡现象,对传统相移控制与间接电压控制进行了改进,提出采用新型连续无功补偿装置SVC-MERS来控制异步发电机输出电压的直接电压控制方法,并通过仿真验证了该方法在扩大工作点范围与改善电流质量方面的效果.最后,搭建风力发电系统模拟实验平台,研制了一台最大补偿容量约为7.66 kvar的SVC-MERS,并完成了异步发电机组稳压实验,通过实验验证了该装置的实际效果.与STATCOM相比,文中装置结构简单,且采用工频控制,开关损耗较低.

基于改进Faster-RCNN的输电线路巡检图像检测

针对传统输电线路目标巡检图像识别方法响应速度慢、准确率不高的问题,文中提出一种改进的更快速区域卷积神经网络(Faster-RCNN)深度学习识别算法。通过轻量化卷积神经网络(ZFnet)提取图像特征,并重置模型参数以获取更多目标细节;利用Faster-RCNN对目标进行检测,由子网络区域提议模型生成目标候选框和快速区域卷积神经网络(Fast-RCNN)进行参数调优,并在Faster-RCNN输出部分引入精炼阶段,增加目标特征的分类细化和回归细化,将存在目标的多个边界框合并,实现精确分类以及坐标定位。实验结果表明:改进Faster-RCNN算法可有效识别线路设备及设备缺陷,总体识别率达到93.5%,响应时间在1 s内。与图像识别法或单步多阶目标检测(SSD)、实时快速目标检测(YOLO)深度学习法相比,所提算法提高了电力设备的识别精度与响应速度,在输电线路智能巡检中具有一定的优越性。

基于SVC-MERS的微电网无功分时段多级补偿技术

为改善微电网无功/电压的稳定性,提出一种新型连续无功补偿装置——静止无功补偿磁能再生开关(SVC-MERS),且将其与晶闸管投切电容器(TSC)联合运行,实现微电网分时段多级连续无功控制。首先,对微电网无功不稳定问题进行分析,通过对比当前主流无功补偿装置,论证本方案的优越性;第二,详细介绍SVC-MERS的结构、原理与补偿特性;第三,针对传统相移控制的缺陷,提出基于二自由度的直接电压控制法,另外为提高响应速度,首次提出脉宽调制(PWM)方法,并通过仿真验证两种控制法协调执行的效果;第四,搭建微电网实验平台,研制一套容量为19 kvar的TSC+SVC-MERS装置,完成微电网的连续无功控制实验,实验结果验证了其实际效果。

基于多指标最优权值融合的锂电池SOH估计

为解决现有锂电池SOH在线估计方法精度不高的问题,提出利用改进粒子群算法(IPSO)优化支持向量回归(SVR)模型的方法。首先对所提取的健康指标进行关联分析,在利用启发式算法寻优SVR超参数的同时,对提取的多个健康指标融合的权值系数寻优,得到以最优数据序列训练的最优参数的SVR模型。采用美国国家航空航天局PCoE研究中心的B5、B6、B73组电池数据集对所提方法进行试验分析,结果表明,经算法优化后3组电池平均绝对百分误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别降低了62.3%、65.5%。最后通过与现有的预测模型进行对比,证明了所提方法具有更高的在线估计精度。

基于博弈论-改进TOPSIS的电能质量综合评价

针对电能质量综合评估中使用传统单一评价方法造成的主观意识过强、对客观原始数据评判不全面以及权重分配不均的问题,提出一种基于博弈论-改进逼近理想及排序法(TOPSIS)的电能质量综合评价方法。首先在考虑实际工程情况后甄选出8个指标,并建立了评价指标体系,使用最优最劣法(BWM)求得主观权重,利用指标相关法(CRITIC)求得客观权重,引入博弈论思想将主客观权重有机结合,避免了单一赋权法的缺陷。其次,根据相对距离改进TOPSIS的贴合度缺陷,提升了该算法的适用性,然后运用改进TOPSIS对评价对象进行优劣排序以及级别判定。最后以某供电地区4个监测点所采集的数据为实例开展电能质量综合评价以及与其他评价方法作对比分析。对比分析结果表明,改进TOPSIS法的在监测点2、3的相对距离分别为0.232和0.256,克服了传统方法贴合度相近难以区分的缺陷,表明所提方法可以对监测点电能质量进行合理的评价及分档排序,验证了方法的有效性。

基于自适应层次分析法和变权理论的输电线路铁塔关键指标体系评价方法

针对当前输电线路铁塔评价指标体系冗杂和模糊评价难以反映实际工况的问题,提出了一种输电线路铁塔基础设施安全评价方法。通过关联规则对铁塔指标体系进行了量化,并基于主成分分析法建立了铁塔基础设施的关键指标评价体系。为了避免反复调整判断矩阵引起的盲从性问题,引入自适应层次分析法(self-adaptive analytic hierarchy process,S-AHP)确定初始权重。并通过变权理论引入均衡函数,对各指标的初始权重进行了调整,以解决常权系数下铁塔某项指标出现异常时对模糊评价结果无影响的问题。实例计算表明:关键指标体系能反映出铁塔整体工况,变权后的模糊评价可以准确确定异常铁塔,评价结果能很好地辅助后续铁塔检修计划的制定。

改进的可重构均衡电路及控制策略研究

在保留可重构均衡电路高灵活性和高转换效率优点的前提下,在均衡过程中或部分电池出现故障时维持负载端电压,提出改进的可重构均衡电路。该电路只需增加一个直流变换器,三个开关以及均衡电源,在均衡过程中或电池出现故障时代替被均衡的电池或故障电池以达到稳定负载电压的目的。此外,还提出一种控制策略,基于电池SOC,将电池分为充电过程中均衡以及放电过程中均衡,在保证电池组均衡的前提下减少均衡次数。实验数据表明,所提出的均衡电路较好地保留了可重构均衡电路的优点,同时在均衡过程中,可以较好地稳定负载端电压,相较于传统均衡策略需要对6节电池进行均衡,所提出的均衡策略只需对2节电池进行均衡,证实了该均衡电路以及均衡策略的可行性。

一种非隔离的高增益三端口直流变换器

针对含新能源发电系统中并联配置多组独立DC-DC变流器,存在故障率高、功率密度低、经济性差等问题,设计了一种集约型高增益三端口DC-DC电路。该三端口换流器分别连接供电单元、储能单元和负载,可实现任意两个端口的能量流动,采用二次升压回路来得到高增益的电压输出。首先对所提出的三端口换流器的3种工作状态进行原理分析,然后计算出换流器的电压增益,最后搭建一台额定功率为200 W的实验样机对理论分析进行实验验证,实验结果为,在输入电压为25 V情况下,换流器在3种工作模式下都能得到120 V的输出电压,其中储能电池的充电电流为3 A,放电电流为4 A,实验结果表明,在含储能单元接入的新能源发电系统中,该换流器能保证稳定高增益的电压输出。

基于输电线路在线监测设备布局优化的新型铁塔塔头设计

输电线路通道数字化转型已成为“数字新基建”背景下电力系统发展趋势,然而,铁塔多参量感知设备加装极大地增加了塔体结构冗余度,由于缺乏铁塔传感器布局的相关规程规范,监测装置无序布置已构成巨大的塔身安全威胁。为解决此问题,对国网通用设计铁塔的塔头结构进行改进,设计一种便于在线监测设备安装的新型塔头。同时,考虑到减小线路运维成本,最大限度提高设备利用率和采集数据的精确度,提出对监测设备的布局方式进行优化。最后在Ansys中搭建塔头的有限元模型,对塔头在正常工况、最大设计风速以及覆冰有风这3种情况下的力学性能进行分析和强度校验。结果表明,该塔头塔材的受力,杆塔倾斜率与铁塔横担歪斜度均满足架空输电线路运行规程,结果可作为该型号直线杆塔结构优化设计的参考依据。