Power flow analysis in a hybrid phononic crystal structure

To reveal the energy transmission through a hybrid phononic crystal structure, power flow analysis is carried out in this paper. Hysteretic damping having significant relationship with power flow is added and corresponding theoretical formulas of the dispersion relation are derived. Besides, the power flow in the hybrid structure is calculated by using the finite element method. The results show that as the damping increases, the boundaries of the band gaps become smoother and dimmer, i.e., broader width. With the increase of damping, the power flow is lowered at the resonance frequencies, while slightly increases near the resonance frequencies. The power flow maps manifest energy distribution in the hybrid structure within and out of the band gaps, which can be exploited in the optimization of the structure design.

含混合型潮流控制器的风电并网系统潮流优化

混合型潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)可以有效解决风电并网系统中存在的支路潮流过载问题,且相较于统一潮流控制器成本更低。针对现有的HPFC潮流优化研究尚未计及支路潮流最大值约束和风电不确定性的问题,提出一种基于场景削减的含HPFC风电并网系统最优潮流模型。首先,建立HPFC的功率注入模型,并推导了注入功率表达式;其次,采用K均值算法削减风电、负荷概率场景,通过CH(+)指标选择最优场景集合;最后,建立兼顾发电机运行成本、系统网络损耗、正常运行及N-1故障下的支路负载率的多目标优化模型,采用多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法进行求解,利用模糊满意度函数在Pareto解集中筛选出折衷解。在MATLAB中仿真验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以计及风电不确定性,保证电网在不同场景下的安全经济运行。

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

混合流动控制对风机叶片气动特性的影响

针对风力机叶片失速会降低风力机输出功率的问题,文章首先基于Fluent软件建立了NREL Phase Ⅵ风力机气动特性分析模型,计算风速为13 m/s时风力机叶片截面压力系数及功率特性,并与风洞实验数据进行对比,验证风力机气动特性分析模型的准确性;然后,将主动射流和涡流发生器(VGs)耦合到风力机叶片上,发现随射流孔宽度和涡流发生器高度的增加,风力机功率均呈先增后减趋势;最后,建立混合流动控制的风力机气动分析模型,研究射流与VGs弦向间距及后缘VGs高度对风力机气动特性的影响。研究表明:当间距为0.3C(C为翼型弦长)时,风力机输出功率达到最高,相比于射流单一控制,增幅为6.61%;当后缘VGs高度为15 mm时,混合式流动控制的效果最佳,风机功率最高。

考虑RSR法的交直流混联电网结构脆弱性研究

交直流混联电网能够在较大范围内均衡电力系统运行时的潮流,有利于提升新能源大规模接入电网的接入容量及接入范围,是现代电网发展的重要趋势。为分析交直流混联系统的结构脆弱性,避免电网大停电事故的发生,提出一种基于秩和比(RSR)法的电网结构脆弱性分析方法。首先,基于复杂网络结构特性建立脆弱性指标集,其次选用RSR法结合主、客观评价法得到节点脆弱性综合权重值,最后,为验证所提方法的有效性,以EPRI-36节点交直流混联系统为基础算例进行节点脆弱性分析,结果表明该方法具有可行性。

面向交直流混联系统的潮流计算数据生成策略

随着电力系统中多类型直流线路占比的逐步提升,调度系统与异构平台间的潮流数据交换需求明显增大,亟需研究新形态下交直流混联系统的潮流计算数据生成问题。该文从拓扑转换、网络拓扑分析、设备建模以及数据生成策略4个主要步骤,实现含交直流系统的基于可扩展标记语言的通用信息模型(common information model/extensible markup language,CIM/XML)数据到潮流计算输入数据的转换。首先,该文从设备间开关拓扑的角度,进行深度优先算法(depth first search,DFS)搜索和设备拓扑拼接,实现开关/节点模型到母线/支路模型的转换;其次,在筛选出活拓扑岛、剔除不带电设备后,着重分析了CIM/XML中换流器建模对交直流节点选取的影响,进而提出了直流节点选取规则和具备普适性的直流数据生成策略。最后,以某地调度500kV及以上交直流网络导出的CIM/XML数据为算例,潮流计算结果与数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)量测数据比对验证所提策略的有效性。

大规模风电并网后江苏电网柔直换流站与UPFC的有功功率协调控制方法

随着“双碳”战略的提出与实施,我国将着力建设以新能源为主的新型电力系统。然而,风电等新能源大规模并网将给具有交直流混联特征的新型电力系统带来威胁与挑战。通过以十四五规划末期的江苏电网为例进行分析,发现在大规模风电并网背景下,江苏电网中部分“南北向”500 kV交流输电线路N-1后负载过重的问题亟待解决。为此,基于综合灵敏度计算方法,提出了一种综合利用柔直换流站和统一潮流控制器的有功功率协调控制方法,用于改善系统潮流分布并消除潜在的线路过载。最后,以江苏电网为例进行了仿真分析,对苏州500 kV统一潮流控制器、白鹤滩-江苏直流和某规划中三端柔直换流站进行了有功协调控制。结果表明,所提协调控制方法应用于江苏电网时可有效解决交流输电通道N-1后负载过重问题,且相比于典型最优化方法在计算速度上具有优势。

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。

Triboelectric–Electromagnetic Hybrid Generator for Harvesting Blue Energy

Progress has been developed in harvesting lowfrequency and irregular blue energy using a triboelectric–electromagnetic hybrid generator in recent years. However,the design of the high-efficiency, mechanically durable hybrid structure is still challenging. In this study, we report a fully packaged triboelectric–electromagnetic hybrid generator(TEHG), in which magnets were utilized as the trigger to drive contact–separation-mode triboelectric nanogenerators(CS-TENGs) and coupled with copper coils to operate rotary freestanding-mode electromagnetic generators(RF-EMGs). The magnet pairs that produce attraction were used to transfer the external mechanical energy to the CS-TENGs, and packaging of the CS-TENGpart was achieved to protect it from the ambient environment. Under a rotatory speed of 100 rpm, the CS-TENGs enabled the TEHG to deliver an output voltage, current,and average power of 315.8 V, 44.6 μA, and ~ 90.7 μW,and the output of the RF-EMGs was 0.59 V, 1.78 m A, and 79.6 μW, respectively. The cylinder-like structure made the TEHG more easily driven by water flow and demonstrated to work as a practical power source to charge commercial capacitors. It can charge a 33μF capacitor from 0 to 2.1 V in 84 s, and the stored energy in the capacitor can drive an electronic thermometer and form a self-powered water-temperature sensing system.

State Flow混杂系统的BUCK变换器设计

尝试用包含连续状态变量和离散开关变量的混杂动态系统模型描述BUCK型DC-DC变换器。依据混杂系统的概念和模型,基于BUCK电路理论,采用一种新型控制方法,给出混杂系统的控制边界,建立BUCK电路中的变化器和控制器两个单元混杂机器。通过数学表达式对模型进行描述,阐述两个单元混杂机器联合工作流程。以24-12 V降压变换器的BUCK电源设计为例使用State Flow仿真和实验研究,验证了该方法的有效性。与传统平均法相比,基于混杂动态系统的模型中没有线性近似处理,理论上可以得到更加精确的模型,更高效实现对电力电子电路的控制。

一种配电网多线路混合式统一潮流控制器

为适应配电网多线路的潮流调节需求,进一步提高潮流调控能力和响应速度,文中提出一种新型配电网多线路混合式统一潮流控制器(multi-line hybrid unified power flow controller for distribution network, D-MHUPFC)。D-MHUPFC由Sen变压器、统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)和混合式有载分接开关组成,能够快速调节配电网多线路潮流。相较于传统调节方式,D-MHUPFC具有结构紧凑、响应快速、经济性好和可靠性高等优点。文中结合ZIP负荷模型,推导计及D-MHUPFC的多线路潮流方程,优化其协同控制策略,并搭建10 kV配电网仿真平台验证其可行性。结果显示,D-MHUPFC及其控制策略能在0.15 s内快速调节多线路潮流,转移过载功率,提高断面输电极限。D-MHUPFC能够解耦控制有功功率和无功功率,补偿误差小于1%,具有和UPFC相当的潮流调节能力。

基于全电力电子OLTC的HUPFC运行特性分析及控制

柔性交流输电系统(flexible alternative current transmission systems,FACTS)装置如混合式统一潮流控制器(hybrid unified power flow controller,HUPFC)可调节线路潮流,有效提升输电网络的传输容量。为解决传统HUPFC中使用机械式有载分接开关调压带来的诸多问题,文中提出基于全电力电子有载分接开关的快速电磁式HUPFC。首先,针对其工作特性进行研究,并提出抑制开关切换过程中产生过压的方法。然后,根据不对称级电压Sen变压器的工作点合成方式存在自由度,实现一种开关切换次数最少的抽头选择策略,并给出从潮流指令改变到开关切换调压的详细步骤。最后,在Simulink中搭建220 kV双回线路仿真模型,对比快速电磁式HUPFC与传统HUPFC的潮流调节过程及结果。结果表明,全电力电子开关在响应速度和降低调节过程中的功率波动等方面更具优势,验证了快速电磁式HUPFC的可行性。

适用于交直流混联配电网的多端口柔性互联开关

随着分布式能源的高比例渗透和电动汽车的大量接入,传统交流配电网在电能质量、潮流调控和供电可靠性等方面面临着巨大挑战。基于柔性互联开关,构建柔性互联系统,可有效缓解上述问题。现有的中压柔性互联工程普遍采用背靠背型模块化多电平换流器(back-to-back multilevel modular converter,BTB-MMC)方案,多个MMC通过直流链路相连实现所连馈线的互联互通,并由此构建中压直流配电网,形成交直流混合配电网,以更好的消纳直流负荷,但该方案成本高、占地面积大,不利于大规模推广。因此,该文结合MMC结构特点,提出一种适用于交直流混合配电网的多端口的柔性互联开关(multi-port flexible interconnection switch,MPFIS),通过小容量模块引出多个中压交流端口互联多条中压交流馈线,通过协调控制方式实现各馈线的有功无功解耦控制。其具有的中压直流端口,可连接中压直流配电网。围绕提出的MPFIS拓扑,分析其功率调节原理、能量平衡机制,并提出相应的控制策略。接着,为阐述MPFIS方案的优势,将该方案与常规BTB-MMC方案进行对比。最后,仿真与实验结果验证了所提方案及控制策略的可行性与有效性。

基于蒙特卡罗模拟法的柔性交直流混联配电网概率潮流计算

随着高压直流输电和新能源并网技术的快速发展,电力系统运行工况愈加复杂多变。为更好评估现代电力系统的不确定性,文中研究了分布式发电中的风力发电和太阳能发电的随机出力对配电系统电压质量的影响,提出一种能够计及风光互补特性和换流站控制特性,基于蒙特卡罗模拟求解含有电压源换流器的交直流混联系统概率潮流计算方法。首先,针对换流站不同的控制方式,给出利用交替迭代法进行常规交直流潮流的计算模型。其次,建立了考虑风力发电、太阳能发电和负荷不确定性的概率潮流计算模型。最后,在修改后的IEEE-34节点系统上采用蒙特卡洛法计算节点电压、线路功率的均值和标准差。该方法能较为准确的反映新能源固有的不确定性及穿透率的影响,并有着良好的收敛性。

基于杠杆法的功率分流混合动力系统分析

随着国家出台了一系列支持新能源汽车发展的政策,中国汽车产业主要发展方向为绿色发展、创新驱动等,其中混合动力汽车动力系统是现阶段研究的关键技术之一。文章介绍了一种新的双行星排式混合动力系统,介绍了该系统的结构和工作模式,通过方块简图和杠杆法相结合的方法分析了该混合动力系统的功率分流状况。利用MATLAB建模研究双行星排参数对功率流的影响规律,确定影响该混合动力系统的功率流分配的关键因素,以提高系统工作效率。

含混合多端直流的电力系统静态电压稳定域构建

针对含混合多端直流输电(Hybrid-MTDC)的交直流系统静态电压稳定域(SVSR)构建难题,提出一种含Hybrid-MTDC的交直流系统静态电压稳定域边界(SVSRB)快速搜索的预测-校正方法.计及多类型换流站的控制策略切换特性和站间控制策略协同,构建含Hybrid-MTDC的交直流系统连续潮流模型,搜索SVSRB上的首个临界点.借助获取的首个临界点信息,根据SVSRB拓扑特性,通过所提预测-校正模型实现含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSRB上相邻临界点的快速、准确获取,进而构建出含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSR.通过含Hybrid-MTDC的IEEE 5节点和IEEE 118节点测试系统对所提方法进行分析验证,结果表明所提方法可实现含Hybrid-MTDC的交直流系统SVSR高效、准确构建.

考虑新能源不确定波动的交直流混联电网静态电压稳定裕度区间计算

随着新能源发电技术与直流输电技术在大电网中的广泛应用,需要提出含新能源的交直流混联电网静态电压稳定分析方法。为此,该文针对含常规直流输电和多端柔性直流输电的交直流混联电网,采用区间数描述新能源电站出力的不确定波动,建立了交直流混联电网静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)区间计算的2个双层最优潮流模型,即计算SVSM区间上界的min-min模型和计算SVSM区间下界的max-min模型。计算区间SVSM上界的min-min双层优化模型可直接合并为单层优化模型求解。计算SVSM区间下界的max-min模型需要先通过二阶锥松弛和凸包络松弛等方法将内层模型转化为凸规划模型,并通过对偶优化理论得到内层凸规划模型的对偶规划模型,进而转化为单层优化模型求解。通过对修改后的IEEE-39节点系统和南方电网2个交直流混联电网算例的计算分析,并与蒙特卡洛抽样法和拉丁超立方抽样法的计算结果比较,验证了所提出方法的正确性与高效性。

含LCC-MMC串/并联混合直流的交直流系统潮流计算方法

混合直流输电技术方案多样,直流系统拓扑结构复杂,目前的潮流算法面对复杂直流系统时建立数学模型存在困难,为此该文基于串联型、并联型混合交直流系统潮流计算进行研究。首先分析了白鹤滩、昆柳龙工程中混合直流系统的拓扑结构及稳态控制模式。然后根据换流站与单个换流器间状态变量的数值关系,对双极、多阀组换流站进行等效,导出了基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的换流站潮流模型。在此基础上,通过分析换流站潮流模型间的内在联系,给出了串联型、并联型混合直流系统潮流模型建立方法,进而提出一种LCC-MMC串/并联混合交直流系统潮流交替迭代算法。最后,通过修改的IEEE 39节点串/并联交直流系统验证了所提模型及算法的有效性。

基于扩展Nataf变换的交直流混合系统概率潮流计算方法

随着新型电力系统高比例新能源与高比例电力电子化的“双高”特征日益凸显,交直流混合已成为中国电力系统的典型特征。伴随着可再生能源出力的随机性,交直流混合系统的潮流也表现出随机性。为此,提出一种基于扩展Nataf变换和拉丁超立方采样的交直流混合系统概率潮流计算方法。首先,建立适用于概率潮流计算的交直流混合系统潮流模型。同时,针对Nataf变换无法处理源荷相关系数矩阵非正定的情况,采用一种基于奇异值分解的扩展Nataf变换,并结合拉丁超立方采样进行交直流混合系统的概率潮流计算。此外,针对传统Gram-charlier级数存在节点电压幅值等状态变量概率为负值的情况,提出一种C型Gram-charlier级数以解决该问题。最后,在改进的57节点交直流混合系统中验证了所提方法的有效性。

考虑VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算

鉴于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的控制策略会对含VSC交直流混合电网潮流产生直接影响,该文构建考虑多种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算模型。该模型通过构造等效电路建立换流站内VSC控制参数与交流电网输出功率的直接联系,以实现完整VSC电路模型下潮流方程的统一;并通过引入VSC自适应下垂控制系数作为潮流计算变量,以弥补现有方法无法适用于VSC自适应下垂控制策略电网的不足;此外,该模型将VSC调制度作为求解变量,并考虑调制度的约束问题,有效限制了调制度越限情形,还可实现调制度不同设定值下的潮流计算。基于上述模型,采用统一迭代法最终实现考虑各种VSC控制策略的交直流混合电网潮流计算,并通过算例验证模型的有效性与计算方法的快速收敛性。