Equivalent Method of Integrated Power Generation System of Wind, Photovoltaic and Energy Storage in Power Flow Calculation and Transient Simulation

针对工程实际开展风光储联合发电系统在潮流计算和机电暂态仿真中的等值方法研究，旨在为大容量风光储联合发电系统的并网仿真分析奠定基础。将潮流计算的等值分为单元机组和集电系统2部分来研究。单元机组等值采用根据不同控制模式选取不同节点类型的方法，针对集电系统等值提出基于损耗不变原则的方法。等值模型和详细模型的算例结果表明，潮流计算等值方法具有较好的精度。在机电暂态仿真动态等值中，基于实际工程计算的最严重工况分析原则，提出运行在满出力点的单机“倍乘”等值模型，为工程计算中的风光储联合发电系统动态等值提供了一种解决方案。

A Review of the Calculation Methods of Lifting Capacity in Wind Loads on Ocean Platforms

Wind load is a control load that affects the safety of structures in the design of ocean platforms. It has not only direct and powerful effects that may cause structure resonance but also has indirect effects causing waves or currents in the ocean. By analyzing the domestic and international norms, this study presents a review of calculation methods of wind load on ocean platforms, which belongs to large-scale non-entity structure used in the open sea while surrounding wind has no fixed direction. Current computations according to the norms are not accurate, which even not takes the force of the wind against the surface perpendicular to the structure into consideration. Additionally, this study also introduces and compares the lift model of platforms based on different theories, such as vortex-excitation and vibration, engineering structure dynamics, gas flow pressure theory, analyzing their applicability, advantages, and disadvantages. This paper analyzes the limitations and applicable conditions of the existing calculation method itself, such as the lift model is suitable for the existence of stable vortex wake;the calculation method of the structural dynamics of marine engineering must be combined with the wind tunnel test and consider the mistakes caused by the position relationship;the numerical simulation method is accurate but tedious. This study provides an insight into the calculation methods of lift in designing ocean platforms, including the finite element method for simulating fluid force and updating formulas in Chinese norms.

Study of Steady-state Performances for a Novel Line-start Single-phase Permanent Magnet Synchronous Motor With Three Parallel-connected Windings

对于三相感应电动机的单相运行,学者们已经提出了多种实用的接线方式,比如Smith接法、SEMIHEX接法。然而,对于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,很少有合适的接法提出。将并联式接法应用于三相异步起动永磁同步电动机的单相运行,提出了一种新型三绕组并联式异步起动单相永磁同步电动机。分析了三相异步起动永磁同步电动机同步运行时以及起动瞬间的正序、负序阻抗,基于对称分量法,对该接法电机的对称运行条件进行分析,得出了电容的确定方法,并利用遗传算法对电容值进行优化。提出了该新型电机稳态性能的计算方法;设计了一台高功率因数和一台低功率因数三相异步起动永磁同步电动机作为样机,并分别将其改接为三绕组高效单相永磁同步电动机,进行实验研究。实验结果表明,低功率因数的异步起动永磁同步电动机更适合改接成新型三绕组并联式单相永磁同步电动机。由低功率因数三相永磁同步电动机改接成的单相异步起动永磁同步电动机在额定负载下运行时,具有与同容量三相永磁同步电动机相近的效率和更高的功率因数。

基于数据与机理的OFAF冷却方式变压器绕组入口油流量分配方法研究

随着电力变压器的单机容量不断提高,以往变压器设计时所采用的绕组入口流量经验计算式不再适用,籍此计算得到的绕组温升与热点温度与实际往往偏差较大。为探究强制油冷却方式(OFAF)变压器各绕组更为准确的入口冷却油流量计算方法,本文针对一台OFAF冷却方式变压器绕组结构搭建了数值仿真平台,对绕组内部温升进行了详细的三维数值模拟。基于数值计算获得的大量数据,结合相关的部分试验测试结果,得到该OFAF冷却方式变压器不同负载下低、中、高压绕组各自的入口冷却油流量分配规律。运用传热学能量守恒原理对本文得到的流量分配结果进行了检验,最大总流量相对误差为3.28%。此外,利用另外两台相同冷却方式的变压器试验结果对本文提出的绕组进口流量分配方法进行了验证,结果表明该方法对OFAF冷却方式变压器具备较高的适用性。

脉冲风洞天平基础动力特征的简化计算方法

为了研究脉冲风洞天平基础在脉冲气动荷载作用下的动力响应特征,以某脉冲风洞为例,选择某典型气动荷载作用形式,建立了脉冲风洞天平基础在气动荷载作用下竖直方向、水平方向位移以及回转角度等动力特征的简化计算方法,并采用数值模拟的方法验证其可靠性.研究结果表明:天平基础在典型气动荷载作用下,竖直向最大振幅0.00175 mm,频率7.94 Hz,水平向最大振幅0.00283 mm,频率7.94 Hz,回转角度最大振幅0.00034°,频率7.94 Hz,典型气动荷载对天平基础振动影响较小,也未产生共振现象;基础振动最大振幅随气动荷载增大而增大,基础振动频率随气动荷载频率增大而增大;在气动荷载不变的条件下,基础振动的最大振幅与频率随尺寸的变大而变小,基础振动的最大振幅也随地基土性质的增强而减小,但地基土性质的变化对基础振动频率无影响.

油浸式变压器绕组瞬态温升降阶快速计算方法

油浸式电力变压器绕组温升监测是保证其安全稳定运行的重要手段。为了改善采用有限元方法计算油浸式电力变压器绕组瞬态温升时存在效率不高的问题,提出一种结构保留的本征正交分解(SPOD)与离散经验插值方法(DEIM)相结合的计算策略。首先,该文采用最小二乘有限元法(LSFEM)与迎风有限元法(UFEM)构建变压器绕组瞬态温升计算控制方程;其次,针对控制方程的特点,引入SPOD方法,通过将采样时间内的计算结果构成快照矩阵,建立降阶模型,降低有限元刚度矩阵的计算阶数,提高求解有限元方程的效率;然后,为了改善本征正交分解方法对于非线性问题效率提升不高的缺陷,结合DEIM算法,对有限元方程中的非线性项进行插值处理,从而减少每一时步形成总体刚度矩阵的时间,进一步提高总体计算效率。为了验证文章所提算法的精确性及高效性,根据油浸式电力变压器绕组的基本特点,建立了单分区分匝绕组传热模型,对其瞬态传热过程进行计算,结果表明:基于SPOD-DEIM的有限元降阶计算能够在保证精度的前提下有效提高计算效率,与全阶计算结果相比,流场与温度场的计算误差均不超过1.5%,且计算效率提升5.1倍。同时,为了充分说明SPOD-DEIM算法在工程应用中的价值,该文基于110 kV变压器绕组搭建了温升实验平台,建立了八分区分匝绕组数值计算模型,对算法的精度、效率及工程应用价值进行了验证及讨论,计算及实验结果表明:精度方面,降阶计算较全阶计算的瞬态全过程计算误差小于2.5%,且与实验结果相比,误差不超过5.41K;效率方面,降阶计算的全过程计算时间为54.28 h,与全阶计算相比,计算效率提升至10.57倍,与商业仿真软件Fluent相比,效率提升至6.37倍,充分说明所提算法的高效性及工程应用价值,为大型电力设备快速仿真提供新思路。

大跨度铁路桥梁端位移精细化计算研究

为针对大跨度铁路桥选择合适的梁端伸缩装置,保障列车行车的安全性,提高桥梁的使用性能,依据多座大跨度桥梁端位移实测值演化规律以及结构计算,开展温度荷载、列车荷载、风荷载及风与温度荷载组合引起的梁端位移精细化计算研究。提出温度荷载的取值类型和取值范围;明确列车荷载引起梁端位移的计算工况和计算方法;确定桁式主梁风荷载摩擦系数取值和所引起梁端位移的计算工况;结合风荷载、风与温度荷载联合分布模型,提出风与温度荷载组合时风荷载的折减系数。以某斜拉桥为背景,对比本文方法和常规方法计算梁端位移的结果。结果表明:温度荷载引起梁端位移可仅考虑体系温度,体系降温工况各结构的温度按大气温度取值;体系升温工况索结构和一半主梁结构考虑热辐射效应,桥塔结构和另一半主梁结构按大气温度取值;应考虑阻尼器、支座等边界阻力效应,采用动力时程法计算列车荷载引起的梁端位移,计算值与实测值吻合良好;对于采用桁式主梁的桥梁,分别按风偏角45°、90°计算风荷载引起的梁端位移,取两者最不利值;计算风与温度荷载组合下梁端位移时,风荷载引起的梁端位移可相应折减;常规方法所得的梁端位移较为保守,梁端位移的精细化计算更有利于选择合适的梁端伸缩装置。

不同控制方法下混合电源对配电网系统电能质量优化分析

目前分布式电源主要有风、光、储等形式,由于风电与光伏发电的波动性和不确定性,使得配电网系统的电能质量下降,如电压不稳定、谐波量过大等。根据风、光、储三种电源的自身特性,选择相应的控制模型,减小配电网系统的谐波量,提高电能质量。风力发电机发电功率随风能的变化而变化,ip-iq控制方法 能准确捕捉风能变化时风力发电机产生的电压高次谐波及负序电流等参量;光伏发电主要是由于电荷的定向移动而形成稳定的电极,实现太阳能电池板发电,电流电压双环控制方法能够灵敏地反映光伏发电时电荷的移动情况,更好地检测光伏发电的实时动态;功率控制方法 则能够及时地反映蓄电池充放电及负载用电情况。通过上述控制方法,以simulink为平台,组建分布式电源系统,分别对配电网系统处于电压稳定、三相电流不平衡以及电压突变、三相电流不平衡两种情况下进行系统仿真,对配电网系统、风力发电系统、光伏发电系统及负载端的总谐波量进行比较。结果表明,根据不同电源特性实施不同的控制方法 ,可以有效降低整体系统的谐波量,提高配电网系统的电能质量。同时还可有效抑制风、光发电系统自身的谐波量,使得风、光发电系统低压穿越能力得以提高,降低弃风弃光现象的产生。

基于改进矩量法的风电机无源干扰快速计算

准确快速计算风电机的散射电场,是解决风电机无源干扰的基本前提。采用传统矩量法求解电大尺寸风电机散射电场时,需要极为庞大的计算资源导致难以求解。为此,考虑风电机工作时叶片的周期对称性以及风电机叶片大曲率、复杂的异形曲面,改进了传统矩量法中求解风电机无源干扰的面元剖分方法,引入基于曲面三角面元的矩量法基函数,并且利用叶片结构的对称性简化阻抗矩阵填充过程,准确快速计算出了风电机表面感应电流产生的散射电场,实现了风电机无源干扰的快速计算。为验证所提方法的正确性及有效性,开展了基于电波暗室风电机缩比模型实验,结果表明,该方法计算的结果与实验测量结果较为一致。以实际金风GW82/1500型风电机为例,将所提方法计算的不同方位角下风电机叶片无源干扰水平与传统矩量法相比,表明该方法与其吻合良好,所提方法矩阵元素计算内存减少了34.64倍,矩阵元素求解效率提高了37.95倍。为后续广域空间下风电场中大规模风电机阵列动态电磁散射理论研究奠定了理论与技术基础。

基于不对称低压穿越的逆变型电源的故障计算模型

新能源具有分布特性,使得新型电力系统易发生近电源故障,导致三相不对称,对逆变型电源的影响难以忽略。逆变型电源的传统正序模型只能对称地输出无功补偿,无法正确地计算新型电力系统的近电源不对称故障。基于此,首先指出现有低压穿越规范在三相不对称时存在的问题,并对其进行改进和完善,采用相电压指标设计了一套不对称低压穿越规范。然后,建立了逆变型电源的通用故障计算模型,并分别分析了其接入大电流和小电流接地系统时的等效方法,通过对单电源系统的仿真来验证模型的有效性。最后,提出了新型电力系统的相分量故障计算方法,推导了各故障类型和逆变型电源模型的代入计算方法。并通过算例验证了所提算法的正确性。

基于响应面法的变压器绕组电磁力高效计算

为解决传统有限元法求解绕组电磁力速度慢、模型参数固定等问题,该文提出将响应面拟合计算的方法运用在变压器绕组电磁力的计算上,实现在不同工况的绕组电流下的变压器绕组电磁力的快速计算分析,且能考虑到绕组辐向形变对其所受电磁力的影响。首先,采用有限元软件对一台三相变压器进行参数化建模和“场-路”耦合仿真,由此得出该变压器绕组的电流、漏磁、电磁力分布规律;其次,通过设计的电磁力测量实验设计,比较仿真计算与实验测算的漏磁和电磁力分布,验证该文所建立模型的可靠性。最后,结合试验设计(design of experiments,DOE)和拉丁超立方采样开展绕组电磁力响应面设计,构建绕组辐向、轴向电磁力与特定规律下的绕组形变和绕组电流的拟合关系,并验证响应面计算的精度。该方法能为电力变压器绕组抗冲击能力的提升及电力设备数字化分析提供技术参考。

采用下垂控制并网的光伏微电网优化潮流分析

为了控制当前的环境污染问题并解决能源短缺问题,微电网作为新型电力网络逐渐进入人们的视野,为我国能源问题带来了新机遇。相比于传统电网,微电网中存在大量采用下垂控制的电压型电源,其无法等值成传统潮流计算中的节点类型,因此传统电网的潮流计算方法已经不再适用于微电网。从微电网的整体控制策略入手,考虑了孤岛微电网实际存在的不同分布式电源的控制方式。建立了微电网中分布式电源模型与负荷模型。对传统电网潮流计算中应用的牛顿-拉夫逊法进行改进,得到适用于孤岛微电网的潮流计算方法。所提方法的特点是采用全节点雅可比矩阵,所有节点都参与系统的状态变化的修正,不再设置平衡节点,同时将系统频率也纳入了状态变量中。最后对改进的潮流算法进行了验证。

近海深水区混凝土半潜型浮式风机一体化计算与耦合动力特性分析

[目的]文章旨在探索10 MW级半潜型浮式风机的一体化计算方法并分析其在40~50 m近海深水区的耦合动力响应特性。[方法]以10 MW混凝土半潜型浮式风机为例,构建一体化时域数值计算模型,统计分析其额定发电和极端工况下的平台动力响应和系泊张力特征。[结果]平台水平运动主要受波浪荷载、风荷载和系泊刚度特性的影响,最大水平运动和系泊张力发生在生存工况,垂向运动主要受波浪荷载影响,摇摆运动的均值主要受风荷载影响,上述浮式风机动力响应均满足设计指标。[结论]一体化数值计算方法较好地考虑浮式风机耦合动力特性,由于水深限制,近海深水区的海上漂浮式风机对水平运动约束和系泊非线性问题的优化更为重要,响应极值主要发生在极端工况,上述结论为此类漂浮式海上风机基础结构的研究与设计工作提供了一定的参考。

基于回路风量法的风网解算模型的研究

为了解决无法运用工程化方法对整个矿井进行风网解算的问题,采用系统工程的方法论构建了通风系统全矿井解算方案,提出了系列模型优化矿井风网解算。针对矿井巷道拓扑关系难以抽象得到通风网络图的问题、已知部分关键通风参数或无法测得矿井全部关键通风参数的问题,基于回路风量法进行全矿井通风网络解算,通过设计风网解算模型前置工作和研究模型不同的应用场景,结合伯方煤矿通风数据进行解算,解算精度达到90%以上,1000条分支以内规模网络收敛时间小于10 s,回路阻力调节误差小于0.5%。研究结果表明,通过该解算系列方案解算所得全矿井风量准确度较高,对于整体把控矿井通风现状与矿井通风决策有重要的理论与现实意义。

水库供水调节计算优化模型研究与应用

水库供水调节计算是实现河流水资源时空合理分配的重要技术手段。常规水库供水调节计算方法流程清晰、操作简单,但计算所得供水量并非最优值。针对常规水库供水调节计算方法难以充分发挥水库供水效益的问题,以调节计算期内水库总供水量最大为目标,以各供水对象供水保证率和最大破坏深度为约束条件,构建水库供水调节计算优化模型;基于等价变换原理,将模型中供水对象供水保证率非线性约束条件进行线性化处理,采用Cplex线性求解器对模型进行求解。张峰水库供水工程实例分析结果表明:优化模型计算所得张峰水库多年平均供水量较常规方法增加948万m^(3),增加比例为7.5%,供水效益明显增加;水库多年平均水位较常规方法降低6 m,水库蓄泄变化次数更多,充分发挥了张峰水库多年调节作用;供水对象的最大破坏月份数量大于常规方法,但仍满足各供水对象的设计供水保证率要求,说明优化模型是通过增加最大破坏月份数量的方式,来到达减小最大破坏深度的目的;水库多年平均出库流量较常规方法减小0.2 m^(3)/s,但可保证长系列所有月份均满足河道内生态流量要求;1997-2002年、2008-2010年两个沁河流域典型的连续枯水时段缺水量及缺水过程与常规方法结果相似,符合实际情况,验证了模型的合理性;优化模型可根据实际需要修改优化目标和约束条件,能够精准控制各供水对象的供水保证率和最大破坏深度,且具备可移植性,使用更加灵活。

基于改进半不变量法的概率潮流特性分析

针对风光发电等分布式电源具有随机性、间歇性和相关性的问题,提出了一种改进半不变量法概率潮流计算方法,来处理风光场之间复杂的尾部相关性,并提高计算效率。首先,建立了随机变量的概率模型、风光出力模型以及风光联合分布模型;其次,考虑风光场之间的出力相关性,提出了一种基于Rosenblatt变换的改进半不变量法概率潮流计算方法,大大提高了潮流计算效率;最后,对接入风电场和光伏场的等效的IEEE34节点系统进行了仿真测试,并与基于场景削减的蒙特卡罗法概率潮流计算方法进行了对比,验证了所提方法在配电网潮流特性分析中的有效性和准确性。

感应子电机二维磁场计算模型的对比研究

感应子电机因其转子结构简单,具有非常高的可靠性,特别适用于高速场合,在脉冲电源、储能系统、航空发电、船舶推进系统等领域有着广泛的应用。感应子电机的磁场为三维磁场,但三维磁场分析所需计算资源和时间太多。因此,对感应子电机的磁场分析一般采用简化二维模型。目前,感应子电机二维磁场计算模型主要有:标量磁位法、矢量磁位法、等效励磁绕组法和改进等效励磁绕组法四种模型。标量磁位法、矢量磁位法、等效励磁绕组法和改进等效励磁绕组法各有优缺点,本文对以上四种二维磁场计算模型进行了对比研究,分析了各自的优缺点,对其适用性进行了讨论。

风电场加装分布式光伏发电系统的经济性研究

随着光伏组件价格的下降以及国家发展可再生能源政策的推动,风电场升压站屋顶加装分布式光伏发电系统成为一种可行的选项。利用CORREL函数和动态比例分配法研究光伏系统发电量用于替代购网电量部分的比例并进行比较,依据实际案例进行了验证。结果表明,加装分布式光伏系统可以有效减少风电场的购网电量,增加风电场电量送出,实现节能减排,并产生较好的经济效益。

电力系统中供电线路负载率计算方法研究

负载率是衡量电力系统安全稳定运行的重要指标,为了降低供电线路发生故障的概率,提出了电力系统中供电线路负载率的计算方法。利用数字孪生技术映射处理供电线路负载信号的高低时频域;利用电力系统中供电线路的各个节点能量,计算供电线路负载信号的谱熵值,提取供电线路负载信号特征。当供电线路在正常状态下运行时,采集供电线路的负载数据,实现供电线路的负载率计算。实例结果表明:该方法可以计算出供电线路的负载率,并将计算误差控制在10%以内。