Two-dimensional numerical study of an atmospheric pressure helium plasma jet with dual-power electrode

In this paper, the characteristics of an atmospheric pressure helium plasma jet generated by a dual-power electrode （DPE） configuration are investigated by using a two-dimensional fluid model. The effect of a needle electrode on the discharge is studied by comparing the results of the DPE configuration with those of the single ring electrode configuration. It is found that the existence of the needle leads to the generation of a helium plasma jet with a higher propagation velocity, higher species density, and larger discharge width. Furthermore, the influences of the needle radius and needle-to-ring discharge gap on the generation of a plasma jet are also studied. The simulation results indicate that the needle electrode has an evident influence on the plasma jet characteristics.

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。

基于需求功率预测的电动拖拉机能量管理策略

针对电动拖拉机在犁耕工况下电机需求电流波动比较大的特点,为了改善动力电池的输出电流过高或过低及电动拖拉机犁耕持续作业时间短的现象,利用超级电容高功率密度的特点,设计了一种锂电池+超级电容结构的双电源电动拖拉机,并建立了Amesim/Simulink联合仿真模型。以模型预测控制作为双电源系统的能量管理方法,基于长短期记忆神经网络建立电动拖拉机犁耕工况下的需求功率预测模型,使用动态规划算法求解最佳的锂电池输出电流。仿真结果表明:相比于模糊控制策略,基于模型预测控制策略有效降低了锂电池大电流放电的频率且峰值电流降低了40%,有效提高了锂电池的使用寿命;超级电容的SOC保持在比较高的范围内,且电动拖拉机在犁耕工况下的单位里程能量消耗降低了2.17%,实现了双电源电流分配最优,提高了电动拖拉机的动力性和经济性。

双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。

基于波动趋势分段的风电功率区间预测

风电的波动性制约着其预测的准确性,为此,在对风电序列变化趋势进行分析的基础上,提出一种基于风电功率波动趋势分段的区间预测方法。首先,在全时段上应用平均滤波算法和滑动窗口提取功率变化趋势及转折点,针对传统分段方法仅考虑相邻转折点间功率变化率的问题,提出一种改进的双时段划分方法来得到分段结果。然后,综合不同时段功率误差的特点,提出一种分段预测方法:对突变时段和非突变时段分别应用k-means算法得到聚类结果,基于非突变时段聚类结果得到非突变时段的误差区间,基于突变时段聚类结果建立分类的误差云模型得到突变时段的误差区间,叠加确定性预测模型的预测值得到全时段区间预测结果。最后,利用Elia的风电数据进行算例分析,结果表明所提方法的风电功率区间预测效果更优。

基于动态随机一般均衡模型的碳定价政策对电力行业的影响效应研究

碳定价政策的实施将会对电力行业的低碳转型产生重要影响。构建了一个包含碳定价政策的电力动态随机一般均衡(DSGE)模型,并在此基础上系统考察了“双碳”目标下碳交易和碳税2种不同碳定价政策对电力行业减排的不同影响。结果表明:碳交易政策的整体影响大于碳税政策,且碳交易政策对减排的影响在碳达峰情景下是通过抑制火电产出实现的,而在碳中和情景下则是通过对绿电产出的激励实现的;碳交易和碳税2种碳定价政策不同的机制设计在“双碳”目标下对电力行业减排会产生不同的影响。碳交易政策中,特别是碳达峰情景下,通过市场机制实现减排存在着一定的上限,超过这个上限时反而会形成一种“倒逼”机制。碳税政策中,返还机制会达到减排目的且返还比例的扩大会加强对电力减排的影响。基于上述结论提出了相关政策建议。

降低火电调频损耗的混合储能系统容量优化配置双层模型

针对如何在降低火电机组调频损耗,提高系统调频性能的同时减小储能全寿命周期成本,提出了一种混合储能辅助火电机组参与自动发电控制(automatic generation control,AGC)的双层优化配置模型。上层模型由基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的火电–混合储能间AGC指令分配策略和计及全寿命周期内成本收益之差、AGC综合评判指标Kp的多目标优化配置模型组成,为底层模型提供AGC初步分解指令和功率、容量约束;底层模型由计及储能荷电状态(state of charge,SOC)恢复的混合储能控制策略和火电–混合储能调频响应模型组成,将经过EMD初步分解的AGC指令再次分配给各调频资源,并向上层模型提供各调频资源出力响应曲线和SOC变化曲线;采用基于优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)的多目标粒子群算法求解该双层模型,避免了传统多目标粒子群算法在Pareto解集中确定全局最优解的偶然性。基于华北某电厂运行数据开展仿真分析,结果表明混合储能双层优化配置模型可以有效降低火电机组调频损耗,显著提高火储联合调频系统经济性,为混合储能辅助传统调频电源提供配置方案参考。

基于RPC的混合储能接入双流制牵引供电系统协调运行方法

双流制线路实现了25 kV交流供电制式市域(郊)铁路与1500 V直流供电制式城市地铁的跨线运行和互联互通,成为助力轨道交通高效节能运行的重要手段。然而,双流制牵引供电系统间存在的制式壁垒制约着系统能流高效利用,造成大量列车再生能量难以完全利用,电费成本不断增加。本文提出一种集成混合储能的铁路功率调节器(railway power conditioner,RPC)拓扑及其优化运行模型,以双流制牵引供电系统电费成本最低为优化目标,以功率平衡、变流器容量、储能装置容量与荷电状态为约束条件,以混合储能装置充放电策略、RPC端口潮流调控方法为决策变量,实现交流制市域(郊)铁路与直流制地铁之间的能量高效调控。优化结果表明:相较于既有双流制牵引供电系统,本文所提出方案可以降低牵引变电所的用电量和需量功率,总电费的节费率为22.64%,验证了所提出协调运行方法的有效性。

双碳目标下京津冀区域间电力行业水足迹研究

为探讨双碳目标下京津冀地区电力行业的生产贸易及相应水足迹是否能满足地区长期发展需求的问题,构建了一个动态多区域可计算一般平衡模型模拟减碳政策给京津冀地区电力行业生产贸易及其水足迹带来的变化,模型中设计了4种碳减排方案,以研究碳税、投资和可再生能源补贴等政策的影响。结果表明,碳税政策发电节水效果最显著;减碳政策会大幅增加电力贸易虚拟水的区域间流动;各种情景下电力行业完全水足迹变化不大(低于15%),其中北京市电力行业水足迹对减碳政策的敏感度最高。因此,双碳目标下电力行业的节水重点应着眼于贸易环节,优化贸易结构,减少区域间虚拟水流动。

在线式UPS前级整流器恒流恒压双模式控制策略

双变换在线式不间断电源(uninterruptible power supply,UPS)采用蓄电池与直流母线直连的拓扑结构,并将前级整流器和蓄电池直流充电器整合为一体,架构紧凑、系统转换效率高。针对该类型UPS前级电压型整流器提出了一种恒流恒压双模式控制策略,其中恒流模式下实现对蓄电池的恒流充电,恒压模式下保持直流母线电压稳定,建立了蓄电池与后级负载并联时的整流器小信号模型,给出了控制环路关键参数设计方法,最后通过10 kW整流器原理样机对所提出的双模式控制策略有效性开展了试验验证。结果表明:在所提出的控制策略下,在线式UPS前级整流器均可实现输入电流的高功率因数,网侧功率因数大于0.99。

“双碳”背景下虚拟电厂建设技术及管理模式的探究

“双碳”战略的实施和推进,不仅有利于国家能源体系的建设,也是国家作为能源应用大国为全球能源建设做出贡献的行动。虚拟电厂建设技术作为能够有效降低能源应用量和提升电力能源管理效率的一种新技术,其发展不仅有利于国家对分布式能源的有效聚合和协调管控,也有利于降低企业用电和社会用电的浪费,以及降低电力系统的电力生产、电力输送、用户应用等环节的碳排放量。鉴于此,文章从“双碳”战略与虚拟电厂概述入手,在梳理当前虚拟电厂建设技术和管理模式存在的问题后,从理论的层面上提出解决问题的方法,为进一步探究“双碳”背景下虚拟电厂建设技术及管理模式提供支持。

级联H桥型电力电子变压器平均值模型

针对电力电子变压器仿真效率较低和死区效应越来越显著的问题,基于级联H桥型双有源桥结构电力电子变压器,提出一种考虑死区效应的平均值模型。首先,计及寄生参数将双有源桥单元简化为一阶RL电路,分析各个死区工况下电压电流特性,求解电流的平均化解析表达式,通过等效电流源代替全桥及高频变压器实现对双有源桥单元的平均值建模。其次,基于状态空间平均法,通过占空比将H桥整流单元各工况整合为一个统一的模型,进而使用受控源代替H桥整流单元与交流电网、双有源桥的接口电路。最后,建立输入侧串联输出侧并联型的级联H桥型电力电子变压器平均值模型并给出计算流程。在PSCAD/EMTDC仿真软件上分别搭建电力电子变压器详细模型与平均值模型,仿真结果表明所提出的模型具有较高的精度和运行效率。

动力锂离子电池建模及其动态特性研究

由于动力锂离子电池管理系统设计及电池剩余电量预测依赖于电池等效电路模型的建立,在几种常见的动力锂离子电池等效电路模型分析与比较的基础上,通过对动力锂离子电池进行多次充放电实验,分析了动力锂离子电池的动态特性,提出了基于Thevenin等效电路模型的双电源模型;并辨识了模型的相关参数。运用Matlab/Siumlink仿真工具建立仿真模型,对双电源模型进行仿真验证,结果表明双电源模型可准确模拟动力锂离子电池的工作特性,为动力锂离子电池的高效管理奠定基础。

基于二元市场结构的企业分销渠道模式研究

文章通过分析当前城市和乡村市场在消费环境、消费水平、流通环境、消费者需求特征等方面的二元化特性,明确当前城乡市场渠道权力结构的差异,对比企业选择分销渠道模式的一般影响因素,构建二元市场结构下的企业分销渠道模式。

输电导线防舞的双向稳定性分析

提出了输电导线在覆冰和大风激励条件下舞动的双向稳定模型,该模型从输电导线垂直与扭转两种舞动机理出发,应用相关动力学方程和控制论稳定判据,对输电导线的两种舞动方式进行了分析,并分别得出了风速与导线舞动的临界关系。该稳定模型的确立可以为分析舞动原因、判别舞动模式、选择和设计防舞装置提供一定的理论依据。

基于双方圈模型的叠片铁心斜接缝磁化及损耗特性

本文通过双方圈模型,即相同接缝型式、相同材料但不同柱-轭长度的两个铁心模型,模拟变压器铁心工作状态,并按照材料均匀化的数据处理方法分离出转角接缝处激磁容量。为与爱泼斯坦方圈结果[9]比较,测量了未经去应力退火处理的叠片铁心的磁化特性与损耗特性。文献[1]采用本文数据,所得结果满足工程准确度要求。文中进一步讨论了如何确定平均磁路长度以减小误差,及有限元计算中磁化曲线的选取。

一种大功率风电机组变换器新型控制技术研究

针对变速恒频风电机组变换器功率日益增长的现状,提出了一种新型控制技术——交错采样变矢量(SSTV)控制技术。该技术基于双并联变换器的平均值等效模型,它在不需要增加任何硬件成本的基础上,可以提高双并联变换器的等效输出开关频率,降低输出电流谐波;同时,在双并联变换器的交流侧和直流侧都直接相连的条件下,可以有效抑制零序电流。该文对交错采样变矢量控制技术的原理和实现方式都进行了详细地阐述。仿真和计算结果表明,该方案将双并联变换器的等效输出开关频率提高了1倍,同时将零序电流的峰值减少了80%以上。此外,该技术还具有鲁棒性强,易于工程实现等优点。

计及能效电厂优化配置的输电系统两层规划

提出能效电厂优化配置原则。以两层规划理论为基础建立计及能效电厂优化配置的输电系统两层规划模型,上层模型以输电系统投资和能效电厂投资的总成本最小为目标,下层模型以能效电厂投资成本最小为目标,上下层之间存在交互作用,最终由上层决策获得输电系统规划方案。采用遗传算法和原对偶内点法相结合的混合算法对所建的输电系统规划模型进行求解。18节点和46节点系统算例结果证明了所提模型和算法的可行性与有效性。

基于虚拟同步发电机双机并联系统的参数自调节优化控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)双机并联系统在采用固定的转动惯量及阻尼系数时无法兼顾有功功率振荡和频率波动的问题,该文提出一种参数自调节优化控制策略。首先,建立VSG双机并联系统的小信号模型,分析转动惯量及阻尼系数对输出有功特性的影响;其次,在满足系统动稳态性能的转动惯量及阻尼系数限定取值范围内,根据转子角速度变化率及其偏差量引入了改变转动惯量及阻尼系数的参数自调节优化控制;最后,通过仿真结果验证了所提控制策略的有效性。该策略在保证系统稳定运行的同时,既可抑制VSG并入交流母线过程中的有功振荡,亦可提高频率的支撑能力。

移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法

提出一种用于分析移相控制双有源桥直流变换器的控制特点、功率的传输与交换特性的交流相量分析方法。通过傅里叶级数分解将变换器的动态方程转化为稳态相量表达式,从而建立适用于单移相控制、扩展移相控制以及双重移相控制的统一复功率模型,得出功率分布区域。根据变换器稳态相量表达式得出不同控制方式所对应相量分析图,并提出不同移相控制策略的实际控制区域。仿真和实验结果与理论分析一致,验证所建立复功率模型的准确性。该分析方法避免了传统瞬时功率积分方法建立移相控制直流变换器功率模型过程中计算复杂、模型不统一以及物理意义不明确等问题,方便了多控制自由度情况下,变换器控制策略的选择与设计。