Stability Enhancement of Small-Scale Power Grid with Renewable Power Sources by Variable Speed Diesel Power Plant

This paper proposes a power control method to improve a stability of a small-scale power grid with renewable energy sources. In an isolated small- scale power grid such as an island, diesel power plant is main power source which has an environmental burden and expensive running cost due to high priced fossil fuel. Thus, expanding installation of the renewable energy sources such as a wind power is strongly desirable. Such fluctuating energy sources, however, harm power quality of the small-scale power grid, and in addition, conventional power plant in the small-scale power grid cannot, in general, stabilize the grid system with such fluctuating power sources. In this study, Variable Speed Doubly-Fed Induction Generator (VS-DFIG) is proposed to be in-stalled at a diesel power plant instead of a conventional Fixed Speed Synchronous Generator (FS-SG), because quick control of a power balance in the small-scale power grid can be achieved by using the inertial energy of VS-DFIG. In addition, utilization of a Battery Energy Storage System (BESS) is also considered to assist cooperatively the VS-DFIG control. As a result of the simulation analysis by using the proposed method, it is verified that frequency fluctuations due to renewable energy source can be effectively reduced by quick power control of the VS-DFIG compared to the conventional FS-SG, and further control ability can be obtained by utilizing BESS. Moreover, the transient stability of a small-scale power grid during a grid fault can also be enhanced.

基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

小功率柴油发电机谐波励磁自动控制方法仿真

为了降低发电机谐波含有率,提出一种小功率柴油发电机谐波励磁自动控制方法。通过多元经验模态分解(MEMD)预处理三相电流,对预处理的小功率柴油发电机电流信号展开多变量多尺度模糊熵(MMFE)变换处理,得到MEMD-MMFE熵值面积。根据熵值面积辨识谐波励磁涌流,获取异常和正常状态下的电流变化情况。分析谐波励磁原理对定子电流的特殊要求,在矢量六边形SVPWM调制的基础上研究三次谐波注入的调制策略,同时引入比例谐振控制完成小功率柴油发电机谐波励磁自动控制。仿真结果表明,所提方法具有良好的自动控制性能,上述方法控制下小功率柴油发电机中的谐波含有率得到明显改善。

基于有功分数阶微分校正的储能VSG并网有功响应策略

为了解决在有功功率指令、电网频率2种扰动情况下储能虚拟同步机(VSG)并网有功难以兼顾良好的动态特性和稳态性能的问题,提出了一种基于有功分数阶微分校正的VSG(AFDC-VSG)并网有功响应优化控制策略。分别建立典型VSG、AFDC-VSG这2种控制策略的并网有功闭环小信号模型,并给出相应的参数设计过程。利用MATLAB/Simulink仿真软件对比分析不同控制策略在2种扰动下储能VSG的并网有功响应特性,并建立储能VSG并网系统的实验平台。仿真和实验结果共同验证了所提AFDC-VSG策略在优化储能VSG并网有功响应性能方面的有效性与优越性。

双馈虚拟同步机快速励磁控制和功角补偿策略

针对以激磁电势为目标控制电压的双馈虚拟同步发电机策略下运行功角大而带来的功率耦合问题,提出采用快速励磁控制消除功角扰动对无功控制的影响,采用功角补偿消除激磁电势扰动对功角有功控制的影响的功率解耦方案。在分析双馈电机数学模型及双馈虚拟同步机整体控制策略的基础上,构建计及无功控制环节的双馈虚拟同步机小信号模型。通过分析无功环节PI控制器参数对功角稳定性的影响,设计快速励磁控制策略。通过分析无功扰动与功角变化的关系,确定功角补偿传递函数。设定风速扰动、电网频率扰动和电网电压扰动3种不同工况进行验证。结果表明:所提控制策略可有效避免双馈虚拟同步机大功角运行时有功功率控制和无功功率控制间的相互影响,实现功率解耦。

储能VSG并联组网系统的有功振荡特性分析及其改进策略

储能虚拟同步机(VSG)通过模拟同步发电机的转子运动方程,使得储能变换器具备一定的惯量支撑能力,但不可避免地引入有功动态振荡等问题,特别是在储能VSG并联组网系统(ESVPNS)中该问题更为突出。为此提出一种抑制ESVPNS有功动态振荡的有功前馈补偿改进控制策略,利用包含虚拟惯量与一次调频参数的一阶低通滤波环节构造有功前馈项,通过调节前馈参数提升ESVPNS抑制有功动态振荡的能力,在既不依赖通信又无需微分运算的前提下,不影响ESVPNS有功的稳态均分效果。建立包含有功前馈环节的ESVPNS小信号数学模型,并详细给出前馈参数的设计过程。MATLAB/Simulink仿真对比结果验证了所提控制策略的有效性与优越性。

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator,VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。

农村偏远地区梯级小水电站长期优化调度策略

为解决偏远农村附近梯级小水电站面临的经济效益少、调峰能力差、发电稳定低等复杂问题,提出一种改进蜜獾算法(Improved Honey Badger Algorithm, IHBA),在考虑上述问题和保证传统水力约束的同时加入迎峰度夏顶峰和自供区供电等特殊发电约束,进行多目标优化调度。首先,通过Fuch混沌映射进行初始化,保证初始解均匀分布。其次,在更新阶段引入黄金正弦、哈里斯鹰围攻和T分布扰动混合策略,增强寻优能力,提高搜索解的质量。然后,结合非支配排序和理想点法,解决多目标问题。最后,将IHBA应用于湖南某农村地区梯级小水电站调度中与实际结果进行比较。结果表明:从年发电量、保证出力和发电保证率3项指标综合考虑,所提方法能有效提高发电综合效益,且在改善自供区供电能力及迎峰度夏顶峰能力同时以抬高水头的形式增加上级水库型电站高效发电,减少下级径流式电站低效发电。

基于改进K-means算法的分布式小水利发电集群划分方法

随着大规模分布式电源的接入,将复杂的分布式发电集群划分为通信维度较低、控制方式较简单的区域,是实现分布式发电集群灵活并网和优化调度的重要方式。文章提出一种基于改进K-means算法的分布式小水利发电集群划分方法,旨在利用改进K-means算法更有效地处理大规模数据集,自动识别最佳的集群划分,从而减少主观干预,通过更精确的划分,可以最大限度地提高小水利发电利用效率。

基于EEMD-LSTM的小水电站发电量预测

准确而有效的发电量预测对于智能电网的经济运行意义重大。提出一种结合集合经验模态分解方法构建长短期记忆网络预测小水电站发电量的模型,利用集合经验模态分解对水电站历史发电量时序进行特征分解,得到包含不同特征的发电量分量。将分解的历史发电量时序与相关影响因素(河道径流量、导叶开度、月份)作为模型的输入,并通过训练调整模型中各参数,然后叠加预测结果得到最终的预测发电量。经过实验对比分析后发现,结合集合经验模态分解方法构建的长短期记忆网络预测模型较传统长短期记忆网络预测模型有更高的精度,并验证了分解-预测-重构的方法在水电站发电量预测中的可行性,同时对新能源大规模并网和电网整体经济运行提供科学依据和决策指导。

基于有功比例微分前馈VSG的柴储微网有功振荡抑制策略

在负载扰动下,传统储能虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)与柴油发电机(Diesel Generator Set,DGS)并联组网系统存在有功功率动态振荡。文章提出一种基于有功比例微分前馈VSG(Activepower Proportional Differential Feedforward VSG,APDF-VSG)的柴储微网有功动态振荡抑制策略。首先建立储能VSG与DGS并联组网系统的小信号模型,分析储能VSG的虚拟惯量、虚拟阻尼及输出阻抗参数对系统有功振荡的影响规律,在此基础上提出基于APDF-VSG的柴储微网有功动态振荡抑制策略,并给出相应的参数设计过程。最后,建立储能VSG与DGS并联组网系统的Matlab仿真模型,并利用仿真结果验证所述APDF-VSG控制策略在抑制柴储微网有功动态振荡方面的有效性。

宽光谱共轭小分子在太阳能海水淡化与热电发电中的应用

[目的]为解决太阳能海水淡化器件成本高、制备工艺复杂的难题,选择具有重量轻、成本低、合成及提纯工艺简单等优点的有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料。[方法]利用1种有机共轭小分子Y6,与低成本的纤维素纸结合,制备了在350~1 000 nm范围内宽光谱吸收的高光热转换性能的Janus结构水蒸发器。[结果]蒸发器的下表面具有高效的水粘附性,利于高速集水,而蒸发器的上表面具有拒水性,能够达到理想的自漂浮能力。并且每3.14cm^(2)的器件仅需0.5 mg光热材料就能实现超过70℃的温度,节约用料优势明显。[结论]在1.0 kW/m^(2)太阳光辐照下,基于Y6的蒸发器的光热能量转换效率为64.4%,蒸发速率高达1.13 kg/(m^(2)·h),明显高于对照的纤维素纸蒸发器。经过太阳能蒸发脱盐后,得到的纯化水的离子浓度相比于初始的模拟海水显著降低4~6个数量级。该蒸发器与热电器件集成,在1.0 kW/m^(2)太阳光照射下,蒸发速率达到1.02 kg/(m^(2)·h),同时还产生了55 mV的输出电压。研究结果表明,基于有机小分子Y6的太阳能蒸发器,在光热水净化和热电发电协同作用方面具有良好的应用前景。

分布式光伏与梯级小水电联合发电的全景数据生成算法

为了实现联合发电数据直观呈现,提高数据访问能力的目的,提出分布式光伏与梯级小水电联合发电的全景数据生成算法。利用服务层内SOAP/WSDL和REST服务将数据层与总线层相连,将分布式光伏与梯级小水电联合发电数据传输到逻辑层内的数据本体。逻辑层利用Mashup引擎调用数据本体,数据源约减后,使用多源异构数据融合模型对联合发电数据进行融合,并将融合结果传输到应用层。应用层为用户提供联合发电系统监测数据展示、图表输出、设备状态管理等功能,实现联合发电系统的全景数据生成。实验结果表明,该方法具备良好的数据访问能力,数据源约减和多源异构数据融合能力均较优秀,可充分为用户呈现联合发电全景数据,具备较好的应用性。

首台“陆改船”用重型燃气轮机自主改型设计实践

某海上浮式发电项目中的燃气轮机,以引进型小F级燃气轮机为母型进行自主改型设计,其为国内首台套陆地重型燃气轮机在发电船上的应用。介绍了母型机的技术特点,并重点阐述了改型设计内容,包括轴系总体布置设计、轴系与钢结构基础耦合设计、带挠性联轴器的减速箱设计、轴承适应性设计、支撑的加固与匹配设计、海工化防腐设计、全新机岛布置及辅机优化设计等。该改型设计经验可以为其他型号“陆改船”用燃气轮机提供参考。

机器学习在光伏发电功率预测中的应用分析

光伏发电存在典型的间歇性、随机性、不确定性特征,准确的光伏发电功率预测模型对于保障电力平衡、优化方式安排、促进新能源消纳十分必要。机器学习通过学习已有的大量数据形成预测及判断,能够挖掘数据内在价值,在光伏发电领域取得丰富成果。给出基于机器学习的光伏发电功率预测框架,重点分析了传统机器学习模型、深度学习模型、组合集成学习模型、在线学习模型、物理数据联合驱动模型5种光伏发电预测方法,并对每种方法给出研究建议。

小型居住建筑能源低碳化策略研究

以北京某小型居住建筑为例,对小型居住建筑光伏发电应用进行详细分析,从光伏侧电力供给分析、建筑负荷变化研究及储能策略研究方面,探索光伏发电在小型居住建筑中的应用。通过对供冷季、过渡季及供暖季这3个季节典型日24 h光伏发电及建筑用能规律的匹配分析,提出在小型居住建筑中生活热水蓄能优先,电化学储能次之的储能形式;得出典型日分析法确定电化学储能规模的计算方式,简单便捷确定电池容量,为光伏发电在小型居住建筑中的应用提供实践依据,引导大量居住建筑实现低碳化运行。

寒潮天气小样本条件下的短期风电功率组合预测

寒潮作为一种典型气象灾害,其对风电以及以风电主体的新型电力系统的安全运行带来了极大挑战,而针对性的提供准确的风电功率预测将是有效的应对措施。为此,该文提出一种寒潮天气小样本条件下的短期风电功率组合预测方法。首先定义寒潮天气事件并分析风电出力特点。针对寒潮天气下样本数据稀缺而难以建模的问题,采用TimeGAN算法来丰富气象和功率样本。然后,分别基于XGBoost和Transformer算法建立风电功率基准值和损失值预测模型,以量化表征寒潮天气下的理论出力和功率缺额。另外,结合风机保护控制参数,提出一种基于注意力机制的Seq2Seq二分类模型来预判功率损失是否发生,通过提取风电功率损失时段进行针对性组合预测。最后,分别通过以大风、强降雨、大风与强降雨相结合为代表气象的寒潮天气事件进行测试,相比于常规预测模式,该文方法在寒潮天气下表现出良好的预测性能。

采用三阶模型的虚拟同步发电机功率振荡特性分析及附加阻尼控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)为电力电子化电力系统所存在的惯量不足等问题提供了新的解决方案,但VSG是基于同步发电机的数学模型设计的,因此也存在传统同步电机的功率振荡问题。采用同步发电机的三阶模型进行VSG–无穷大系统的小信号模型的构建,并通过复数力矩系数法,分析得出在一定条件下,VSG–无穷大系统在线路阻抗等因素的影响下将产生负阻尼力矩,且线路电阻对负阻尼力矩具有非线性影响,功率振荡的可能性较大。设计一种用于改善系统阻尼特性的附加阻尼力矩补偿器(additionaldampingtorquecompensator,ADTC),通过引入正阻尼力矩抑制功率振荡。最后通过仿真,验证了负阻尼力矩的影响因素及ADTC的可行性与有效性。

压缩空气小型发电系统的性能分析

为了研究压缩空气小型发电系统的性能,首先搭建试验平台并对系统各部分建立数学模型,其次基于试验平台和MATLAB/Simulink软件对系统进行试验验证和仿真研究,验证了仿真模型的合理性。进而获得不同进气压力和转速工况下发电系统的输出功率和效率特性。结果表明:该系统的输出功率随着进气压力的增加而增加,当系统进气压力为0.7 MPa,膨胀机输出转速为3000 r/min时,随着输出电压的增大,系统的输出功率先增加后趋于稳定,最大输出功率可达5.98 kW;不同的输出功率对应的最佳发电效率不同,当输出功率为1 kW和5 kW时,系统的发电效率分别为63.2%和76.7%;当气罐容积为500 L,储气罐初始压力为6 MPa,进气压力为0.7 MPa时,系统至多可以满足5.98 kW的输出功率工作2209 s。

基于VMD-BiLSTM机制的小水电日发电量预测

针对径流式小水电日发电量预测精度较低而导致的发电计划不合理和弃电问题,提出一种基于变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)和双向长短时记忆网络(Bi-directional long short-term memory,BiLSTM)的日发电量组合预测方法。首先分析了小水电的日发电量特性,基于此采用VMD技术将日发电量分解为低频和高频分量,以提取时间序列数据周期趋势特性和局部波动特征,采用中心频率法和皮尔逊相关系数法确定VMD的分解次数;最后,采用基于日发电量特性选择的BiLSTM预测工具对VMD分解得到的各个分量进行预测,再将各个分量的预测结果进行融合,得到最终的预测值。实验结果表明,所选模型能较好地拟合实际数据,提高预测精度,并优于其他深度学习方法。