可再生能源高渗透下时滞孤岛微电网的负荷频率控制

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层频率控制模型;然后构造一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,它包括时滞乘积项和增广的s-dependent积分项。进而,选取复合松弛积分不等式、二次函数不等式和凸组合等方法与所构造泛函有效配合,得到保守性更低的稳定性判据。最后,通过不同场景的仿真分析验证所提方法在提高孤岛微电网时滞稳定裕度和系统动态性能方面具有更好的效果,并分析了时滞稳定裕度与控制器参数、非线性负载扰动之间的关系。

超级电容参与风电调频的动态响应优化策略

随着风电渗透率的不断提高,电力系统逐步呈现低惯量的特征。低惯量系统在故障时的频率变化率(RoCoF)和最大频率偏差显著增大,传统频率控制方法效果减弱,频率的安全、稳定面临挑战。针对上述问题,先于一次调频动作的快速频率响应(FFR)已成为解决低惯量系统频率稳定问题的重要手段。首先,建立风-火-储电力系统频率响应模型,分析FFR调频资源对低惯量系统频率响应的影响;其次,基于模糊逻辑推理,提出了一种超级电容参与风电调频的储能动态响应优化策略以控制储能,使其能够动态响应系统频率变化,在频率跌落期遏制频率跌落,在频率恢复期调控储能恢复功率以维持荷电状态稳定;最后,对提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提策略能够利用超级电容快速动态响应系统频率变化,从而为低惯量系统提供功率支撑,弥补风电调频的不足,相较传统的风电机组虚拟惯量控制策略,在减小最大RoCoF及抑制最大频率偏差效果上均有大幅提升。

计及新能源虚拟惯量的电力系统最低惯量评估

电网频率安全和稳定性是电力系统的重要性能指标,而电力系统的惯量水平是影响频率响应能力的关键因素。由于我国实施双碳战略,新能源发电比例持续提高,导致电力系统的惯量水平不断下降,使得电网在遭受有功扰动时的频率波动加剧,系统运行边界收缩。为了提高电力系统在高新能源渗透场景下的惯量态势感知能力,增强电力系统对有功扰动的频率适应性、量化系统运行边界,基于电力系统频率响应模型,分析了电网在受到有功扰动后不同时间尺度下的频率响应过程,构建了系统频率响应数学关系。基于频率响应全过程,构建计及新能源虚拟惯量的电力系统最低惯量评估模型及其求解算法。最后,基于IEEE-39节点模型,通过仿真试验验证了所提方法的有效性和准确性。

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。

频率紧急控制中动作时延和措施量对低惯量系统控制有效性的影响

频率紧急控制是保障电网故障后频率安全的第二道防线,通常由基于事件触发的稳控系统实现,已成为支撑特高压直流安全送电的标配。随着高比例新能源的快速发展,系统调频能力和惯量水平不断下降,电网故障后的频率响应特性出现跌落深度大、速度快的新特征,紧急控制能否有效是关系系统频率安全的关键因素。该文首先建立了计及频率紧急控制的高比例新能源电力系统频率响应模型和传递函数;其次从永久性扰动和短时性扰动两方面,详细分析了系统频率响应特性以及频率紧急控制动作时延和措施量的有效性,并给出了紧急控制有效时新能源接入比例的限值;最后结合实际电网仿真模型开展了时域仿真验证,指出低惯量电力系统短路故障引起的连锁短时性功率扰动将成为频率安全防御的关键和难点。

考虑频率-惯量安全约束的新型电力系统优化调度

大规模清洁能源电力的接入削弱了电力系统在有功扰动下的惯量支撑和频率调节能力,在调度中需考虑系统的频率-惯量约束。构建了考虑频率-惯量安全约束的新型电力系统优化调度模型,引入先进绝热压缩空气储能系统作为储能装置进行风电消纳,以频率变化率和稳态频率偏差约束系统所能承载的风力发电极限,并在经济调度目标中考虑了同步机组运行成本、风电出力惩罚成本、碳排放治理成本。以改进的IEEE 30节点系统为算例进行仿真,结果表明:考虑频率-惯量安全约束能求得系统所能承载的风力发电极限,通过控制相关机组启停来调整风电渗透率,可使系统等效惯量始终高于临界惯量。

基于动态谱线插值的新能源场站同步基准信号检测方法

在含高比例新能源的低惯量电力系统中,系统频率呈现基频偏移严重、频率变化快等特征,导致新能源场站在进行并网测试及支撑性能评估时,同步基准信号检测误差增大,进而可能威胁到系统的安全稳定运行。对此,提出基于动态双离散傅里叶变换类(discrete Fourier transformation,DFT)谱线插值的同步基准信号检测算法。通过分析低惯量电力系统受功率扰动后的频率动态响应,揭示系统中基频静动态特征,并在此基础上建立静动态电网信号分析模型。进而量化基频偏移场景下的传统DFT谐波检测算法误差,并说明谱线插值类DFT算法在动态基频场景下的失效机理。继而利用希尔波特黄变换(Hibert-Huang transform,HHT)算法识别动态基频,并结合双DFT谱线插值法修正基频及谐波信号幅值,提高检测精度。又为改善检测效率,增设算法选择判据。试验测试结果表明:所提的检测算法能够准确的测量出强动态电网信号中的基准量,提高对新能源场站同步支撑、电能质量等并网性能的评估精度,为新能源高占比电力系统的同步基准信号检测提供新的可选方案。

含新能源发电的电力系统一次频率响应最低点在线预测

在低惯量电力系统中,一次频率响应是一个非常重要的问题。基于频率最低点,可以快速分析频率响应,判断其是否会影响电网的稳定运行,因此提出了一种预测频率最低点的方法。首先,建立了包含基于变频器产生的频率支持的详细频率响应模型,并根据复杂控制回路的共同特点对模型结构进行了简化。简化后的模型可以很容易地得到频率最低点的解析表达式,从而通过参数计算进行频率最低点的预测。在推导的频率最低点表达式中,保留了惯性等频率依赖性很强的系统参数和简化的频率调节参数。为了增强频率最低点预测与实际系统的拟合,这些参数通过在线信息获得,其中系统参数基于在线估计,通过参数辨识得到简化的频率调节参数。实例测试证明了该方法的有效性,且易于实现。

基于马吕斯定律测量转动惯量

基于三线摆法测量物体的转动惯量原理,结合马吕斯定律,改进了传统的三线摆周期测量方法,设计了基于马吕斯定律的三线摆转动惯量测量实验装置.通过测量光信号的变化周期间接测量三线摆的摆动周期,借助数字示波器采集实验数据,结合实验数据的离散特性,使用Origin软件对示波器导出的csv文件进行绘图和快速傅里叶变换低通滤波,由C语言程序对Origin软件导出的txt文件进行读取和平均周期计算,得到较为准确的转动惯量.

虚拟同步发电机技术研究现状

随着“十四五”期间新能源开发规模持续增加,电力系统“双高”特性将更加凸显,致使新型电力系统缺少转动惯量与阻尼,频率稳定受到威胁。虚拟同步发电机(VSG)技术引入虚拟惯量与虚拟阻尼,对电网频率的稳定产生支撑作用。通过描述转子机械运动方程、无功-电压控制方程介绍VSG控制原理,从有功-频率控制、无功-电压控制、无缝切换技术,归纳总结目前VSG研究热点,并针对VSG存在的功率耦合、限流保护、低电压穿越、多机并联协同控制等问题提供一定的参考思路。

我国人口负增长的趋势、特征与阶段--基于人口变动规律的模拟预测

2022年我国人口首次出现负增长,标志着人口趋势发生改变:漫长的人口增长期结束和新的人口负增长期开始。这种人口负增长是内生性的,是由人口内在规律驱动的长期变动。根据人口惯性变动规律和人口长波变动形态,设定未来生育率变动的三种方案,即假设生育率将在2050年、2080年、2100年回升到更替水平及以上,对我国人口总量变动情况进行模拟预测。结果表明:我国人口总量呈负增长趋势,并且具有“缓—急—缓”特征。人口负增长过程由两个阶段构成:第一阶段是低生育率和人口负增长并存期,持续时间由经济社会发展环境决定;第二阶段是惯性减少期,持续时间由人口年龄结构决定。低生育率回升到更替水平的时间越晚,人口总量降幅越大,老龄化程度越深。预测结果还表明,随着生育率逐渐回升到更替水平及以上,我国人口年龄结构将趋于正常。因此,面对我国人口数量已经进入下降过程的现实,尽可能促使生育率早日回升到更替水平对人口总量保持稳定和人口结构趋于正常都是十分必要和有益的。

高比例新能源接入下电力系统惯量相关问题研究综述

惯量在电力系统抵抗功率扰动中起到关键作用。在大规模新能源并网的背景下,低惯量特征在削弱电网对功率扰动鲁棒性的同时使系统动态行为愈加复杂。总结了国内外对电力系统惯量相关问题的研究动态和成果,并为低惯量电力系统的研究供了建议。首先,对近年来实际电网中由于惯量支撑能力不足而引发的电力系统频率失稳停电事故进行了回顾。其次,从惯性的量化评估、惯量支撑能力提升及基于惯量的新能源电网优化运行3方面对弱惯量支撑电力系统的研究现状及研究路径进行归纳梳理。最后,结合现有成果对弱惯量支撑电力系统的研究进行展望。

微涡旋混凝低脉动沉淀技术处理低温低浊水

依据低温低浊水的特点，对其处理过程中的亚微观传质及絮凝过程中的动力特性进行分析，并通过试验结果阐明了该技术的可应用性和实用性以及低耗高效的特点。

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明:所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。

经穴伏安特性研究及其临床应用前景

本文回顾了应用自制智能型穴位伏安特性检测系统对正常人、胃病患者、献血前后穴位伏安特性的检测 ,发现穴位低电阻现象并非普遍存在 ,而低惯性特征更具有普遍意义。研究结果提示穴位伏安特性随人体机能状态的变化而不同 ,并存在昼夜节律性 ,为其临床应用提供了依据。认为应用计算机技术和微电子技术可以将穴位伏安特性检测系统转化成程序化、自动化、智能化 ,集治疗、康复。

2-D数字阀用低惯量旋转电磁铁及其矩角特性研究

针对传统2-D数字阀用电-机械转换器转动惯量大、动态响应低的不足,研制了一种空心杯转子结构的低惯量旋转电磁铁。通过磁路解析讨论了电磁铁结构和运行参数对输出力矩的影响;基于Ansoft/Maxwell 3-D平台对其矩角特性进行了有限元模拟。试验结果和仿真结果基本一致,该低惯量旋转电磁铁具有较大的静力矩,其矩角特性近似于正弦波形,可用作高频2-D数字阀的电-机械转换器。

秒级微动人体经穴阻抗计量检测仪的研制

为有效分析人体经穴生物阻抗的波动特性，进而实施经穴疾病关联诊断与中医干预，本小组研制了秒级微动人体经穴阻抗计量检测仪，该仪器最小测试间隔为0．01s，可以0．24s的周期循环跟踪人体24处经穴阻抗微动情况，具有高效无创、操作方便、实时性好等优点．实测数据表明，仪器重复性相对误差〈0．067％，仪器准确度测量的相对误差为0．22％～0．75％，目前同类仪器的相对误差水平为〈0．1％和1％，因此秒级微动人体经穴阻抗计量检测仪可以满足实用要求．

考虑多点并发功率冲击下暂态频率安全的系统惯量分配方法

随着新能源发电和区外直流馈入占比的增加,电网暂态频率安全约束下的惯量需求越来越迫切。文中分析了高比例新能源低惯量系统的频率响应特性,理论推导了大规模新能源低电压穿越下系统频率时空分布现象产生的原因与关键影响因素。从降低局部电网暂态频率最大偏差、避免局部第三道防线动作的角度,考虑频率时空分布特性,兼顾系统的负荷、新能源和直流的分布情况,提出了惯量在同步电网内不同区域之间的分配方法,指导系统中同步机组的开机与出力安排。基于中国华东实际电网的仿真分析表明,对于新能源发电和直流馈入量较大的电力系统,短路故障引起的多点并发功率冲击下系统频率时空分布差异显著,所提方法能够有效降低频率时空分布差异,降低局部系统暂态频率的最大偏差,验证了所提方法的有效性。

低惯量涡轮转子结构设计与优化

论述了低惯量涡轮转子结构设计的特点和要求。在发动机载荷条件下,开展了带双辐板涡轮盘的低惯量涡轮转子结构设计研究。特别是针对双辐板涡轮盘结构及其连接结构的设计特点,进行了经验设计、结构拓扑优化和形状优化。对优化得到的两种双辐板涡轮盘结构形式进行了对比分析,并对焊接的双辐板涡轮盘结构的制造工艺进行了简要分析。结果表明,低惯量涡轮转子采用双辐板涡轮盘结构可行,能有效减轻涡轮盘质量,降低转子热惯性和机械惯性。

低惯量旋转电磁铁的动态特性研究

研制了一种新型空心杯转子结构的低惯量旋转电磁铁。首先建立了旋转电磁铁的数学模型,仿真分析了其频率响应和阶跃响应,其仿真频宽约为230Hz/-3dB和240Hz/-90°,上升时间约为4.3ms。为了验证理论分析的正确性,搭建了旋转电磁铁的试验平台对其进行了研究。研究结果表明,该旋转电磁铁具有良好的动态性能,其试验频宽达到220Hz/-3dB和220Hz/-90°,上升时间约为5.6ms。试验结果和仿真结果基本一致,表明该旋转电磁铁适合用作高频2D数字阀的电-机械转换器。