储能锂电池系统综合管理研究进展

锂电池系统是新型储能系统的重要组成部分,电池管理技术对确保电池系统的安全、高效运行和延长使用寿命具有重要意义。从电池系统的模型、状态、故障、一致性、热管理等层面出发,综述了锂电池管理的研究进展。在电池模型方面,分析总结了电池在电、热、力等特性的建模及高效计算方法。对于电池的状态估计,总结了基于模型、数据驱动以及两者相结合的状态估计方法以及各自的优缺点,分析了构建数据驱动与电池领域知识融合框架的未来发展前景。在电池故障方面,分析了电池系统不同故障特征、类型、触发机制和诊断方法,对电池系统在早期故障预警、故障检测灵敏度提升等方面进行了展望。对于电池系统的一致性,总结分析了在均衡拓扑和均衡策略两个方面的研究现状,并对电池重构在均衡、快充、能量利用提升、故障隔离等方面的应用进行了分析。在电池热管理方面,分析了高温冷却以及低温加热的方法,并对热管理系统的优化设计和控制策略进行了总结,对开发高效换热、轻量化以及低能耗的先进热管理系统进行了探讨。此外,对电池管理系统的新技术和应用场景进行了概述,分析了数字孪生技术以及储能综合管理在电池系统上的应用,为未来电池管理的发展提供了参考。

地震亚失稳过程中前兆异常演化的综合解释——以2014年鲁甸6.5级地震为例

文中以2014年鲁甸6.5级地震为例,在亚失稳实验及理论指导下,基于震前地震活动及地球物理观测资料并结合地震成核数值模拟结果,综合分析前兆异常时空演化与亚失稳过程的关系,首次提供了一个可明确佐证亚失稳阶段震源区成核、震源区附近协同化过程持续加剧的典型震例和观测事实。研究结果显示,依据大区域强震活动及流动重力观测,可判定鲁甸地震前研究区已处于高应力状态。在高应力背景判定的基础上,依据地震活动及地球物理观测前兆异常,可粗略判定鲁甸地震亚失稳过程可能起始于震前7、8个月,最突出的现象或判定指标是由震中附近小地震活跃所表征的断层应力状态由积累为主向释放为主的转变,以及由定点地球物理观测异常数量显著增加所表征的断层运动协同化现象,从地震成核的角度与成核后期核心弱化区扩张过程有关。之后至主震发生,还有2个时间节点需要关注:一是震前4、5个月,定点地球物理观测异常空间分布范围自震中附近向外围的明显扩展,显示断层变形的加速协同化;二是震前2个月之后,震中附近小地震活动开始减弱、微震活动及定点地球物理异常出现向震中的迁移收缩,与地震成核过程核心弱化区扩展之后的收缩过程相关联。

组合式有源传感器状态监测与容错控制研究

针对传统传感器状态监测方法准确性不高的问题,提出一种组合式有源传感器状态监测与容错控制方法。该方法分为2个部分:前一部分进行传感器状态监测,包括状态信号去噪处理、小波包能量熵特征提取以及利用参数优化后的概率神经网络识别传感器健康状态3个步骤;后一部分设计容错控制模型,以状态监测结果为参考,切换控制策略,实现容错控制。实验结果表明:与其他3种传统方法相比,在该方法控制下容错控制误差在±1 r/min,波动较小,控制效果更优。

基于荷电状态一致性的电池组双层动态均衡方法

针对储能系统中电池组充放电过程中能量利用率以及系统运行安全性较低的问题,提出考虑SOC一致性的电池组双层动态均衡方法。首先,采用耦合电感与Flyback变换器搭建均衡系统双层架构,建立电池组端电压、均衡电流及占空比间的关联特性。为提高电池组的供能可靠性,系统引入故障切除功能,通过改变开关阵列导通状态实现故障电池组的快速切除;其次,考虑增补电池组剩余容量较大问题,利用传统最值法改进的双层极值法,以荷电状态(stage of charge,SOC)作为均衡目标变量,对增补电池组进行快速放电均衡;最后,设计充放电及静置均衡实验,对比传统最值法,分析常态及故障切除后电路的均衡速度与均衡效率。结果表明,提出的双层均衡方法可以将均衡速度提升约10%,且故障切除后电路的均衡效率最高可达95%以上。

基于固态断路器主动注入式直流故障测距方法

随着直流配电网的快速发展与深化应用,准确可靠的故障测距技术对直流故障检修和恢复至关重要。该文提出一种基于固态断路器(SSCB)主动注入式直流故障测距方法。首先,利用SSCB开断主动注入不同脉冲宽度的信号,并检测注入脉冲首末端和反射波首末端的时间差作为注入波形传播时间间隔,能够减小采样频率带来的误差。然后,提取电缆线路电压线模量作为检测量,削弱正负极线路之间的耦合作用,获得稳定波速。最后,基于小波变换原理提出改进自适应模极大值方法来检测脉冲首末端时刻,减小噪声和过渡电阻对测距精度的影响。仿真结果表明,基于SSCB主动注入式测距方法在直流配电网单极接地和极间短路故障情况下均能够实现准确且快速的定位。

基于CWT-RES34的风电机组叶片裂纹状态评估

为有效进行风电机组叶片运行时的裂纹状态评估,提出一种基于连续小波变换(Continue Wavelet Transform,CWT)和残差神经网络(Residual Networks,ResNet)结合的叶片裂纹状态评估方法。首先对叶片加速度振动信号做CWT后生成二维彩色时频图像,然后将图像分别作为训练集和测试集,使用34层ResNet进行训练和诊断,最后选取天津某风电场提供的1.5 MW风力发电机作为研究对象,根据其样本数据将叶片故障程度按照裂纹长度和宽度分为健康、轻微、中等、严重、危险5种状态,评估平均准确率高达98.23%,方法的有效性和可行性得到验证。

多期构造应力控制走滑断控储层发育机理与差异性研究——以塔里木盆地顺北地区为例

塔里木盆地顺北油气田发育典型走滑断控缝洞型储层。区别于受原始沉积相带控制的基质孔洞、受岩溶改造的洞穴等储集类型,走滑断控缝洞型储层的形成主要受断裂活动期构造应力导致的破裂作用控制。为研究走滑断裂多期活动背景下构造应力控制的断控储层发育机理与分布规律,综合应用野外、岩心、测录井、地震及钻井动态等资料,开展不同走滑断裂、同一走滑断裂沿走向不同部位、垂向不同层系断控储层发育特征表征,并结合应力场数值模拟手段开展多期构造应力恢复,预测断控储层发育的主要时期与分布规律。结果表明,走滑断裂活动期不同分段内部应力状态差异显著,其中拉分段内部以张应力为主,主要派生张性裂缝;压隆段内部以挤压应力为主,派生裂缝类型多样。顺北地区勘探目的层奥陶系一间房组顶面断控裂缝主要在加里东中期Ⅲ幕及加里东晚期—海西早期发育,海西中—晚期及之后裂缝基本不发育,且滑移距大的顺北18号断裂带较顺北1号断裂带派生裂缝开度、密度更高。走滑断控储层具有“簇状”结构特征,断裂活动期不同分段内部应力状态控制储层结构差异,拉分段“空腔”多,以“双簇”结构为主,核带规模大,压隆段核带结构多,以“多簇”结构为主,分割性强;走滑断裂活动期应力强度控制储集空间类型与规模,小型断裂储集空间以裂缝为主,大型断裂带发育核带结构,断控储层规模与断裂活动强度呈正相关关系;断控裂缝发育主要受断裂早期活动控制,晚期由于地层埋深增大,岩石不易破裂,新派生裂缝发育较少。

不同稳态工况对同步调相机单相短路后暂态温升的影响

同步调相机可在系统故障时为特高压直流换流站提供暂态无功支持,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败,但调相机的高无功输出也会导致其温升增加,运行能力受限。系统故障前同步调相机的初始工况是影响其暂态温升和运行能力的一个重要因素,为研究系统低电压时调相机暂态温升与初始工况之间的关系,该文将调相机的电磁场、温度场与电网模型耦合,计算调相机不同稳态工况下的定转子损耗和温度分布;以线路单相短路故障引起的系统低电压为例,研究调相机初始工况对暂态温升的影响。在考虑各结构件最大容许温度的条件下,揭示调相机单相短路持续时间随初始工况的变化规律。研究结果为提升调相机在系统低电压下的暂态运行能力提供技术支持。

基于混合强化学习的主动配电网故障恢复方法

针对高比例新能源接入的配电网故障恢复问题,提出一种基于混合强化学习的主动配电网故障恢复方法。首先,以故障损失最小为恢复目标、配电网安全运行要求为约束条件,构造主动配电网的故障恢复模型;其次,建立用于故障恢复的强化学习环境,根据状态空间和动作空间特点,提出一种混合强化学习方法,该方法使用竞争架构双深度Q网络算法处理离散动作空间,进行开关动作;然后,使用深度确定性策略梯度算法处理连续动作空间,调节电源出力;最后,通过IEEE33节点系统仿真实验验证所提方法的可行性和优越性。

主动配电网态势感知技术研究综述与展望

随着分布式电源以及多元化负荷大规模接入,传统无源配电网逐步转化为有源配电网,配电网的故障种类愈发多样化,工作环境、工作状况与拓扑结构日趋复杂。主动配电网更需通过精进、高效的态势感知技术提高系统运行决策的及时性和准确性,准确预测系统潜在风险。文中阐述了主动配电网中态势感知技术的意义与概念,构建了其基本构架,并对态势觉察、态势理解与态势预测的研究进程、研究难点和未来研究方向进行了详细梳理与总结。

利用EEMD和深度置信网络的滚动轴承故障诊断方法

结合滚动轴承振动信号的非线性特点,开展基于EEMD和深度置信网络(deep belief network,DBN)的滚动轴承故障诊断方法研究。应用EEMD对信号进行分解后,结合相关系数与峭度分析完成信号重构,构建加速度-速度矩阵作为DBN模型输入,实现滚动轴承不同故障类型及其损伤程度的诊断预测。研究过程中对模型泛化能力、层特征提取能力、模型分析结果和分析效率等方面进行了对比分析,对原始数据、加速度-速度矩阵、相图作为DBN模型输入的诊断效果进行了对比分析,同时进行了SVM、XGboost、ResNet、DBN不同网络模型的对比分析。分析结果表明,利用EEMD进行信号处理并构建加速度-速度矩阵作为DBN模型输入可以有效实现滚动轴承的不同故障类型和故障损伤程度的诊断,诊断平均准确率达到97.23%。此模型可为轴承状态监测与智能故障诊断技术的工程应用提供参考。

基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距

高压电缆常见的接地方式是交叉互联接地,而交叉互联接地电缆故障时的测距相比单端接地或两端直接接地的电缆情况更为复杂,为此提出了基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距方法。首先,采集护层故障前后环流,构建不同电缆区段特征电流,判断故障发生区段;其次,考虑电缆金属护层对线芯的耦合作用和线路电容影响,建立交叉互联电缆的故障稳态等效阻抗模型,利用电缆首末两端线芯和护层的电压、电流推算电缆故障发生时不同区段沿线电压、电流,并基于同一位置电压相量对电缆参数进行修正;然后,利用故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性建立以故障距离为未知数的测距方程,采用二分法或弦截法等方法迭代计算求解得到故障点;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电缆故障模型,分析了故障距离、故障类型、过渡电阻、故障初相角等因素对故障测距方法的影响。结果表明,该方法的测距误差为0.4%左右,具有较高的准确性和有效性,对交叉互联接地电缆进行故障测距有一定的参考意义。

基于BN-AHP的装甲车辆动力系统故障状态评估

装甲车辆复杂传统部件的损伤能否及时被发现,这关系到整车战备或作战能力,系统的故障状态评估是至关重要的。将贝叶斯网络模型结合云模型理论,建立云贝叶斯网络模型,针对4个不同工况的装甲车辆进行故障状态评估。在获取贝叶斯网络初始节点时更多是依靠专家经验,往往会带来很大的误差,导致条件概率偏差过大,采用证据理论/层次分析法来优化专家经验,确定各个节点的条件概率;将层次分析法转化所得的条件概率值代入到云贝叶斯网络模型中,经过计算可以得到不同损毁等级的概率。将云贝叶斯网络模型计算结果与其他状态评估方法结果进行对比分析,结果表明,所采用的计算方法较其他方法在可靠性和准确性方面有所提高。

基于状态域的GNSS/加速度计变形监测突变故障检测方法

GNSS/加速度计融合监测集合了两种传感器的优势,可以提高构(建)筑物变形监测的准确性和完整性。目的为了解决传统故障检测方法必须依赖假设已知真实状态信息、需要建立状态迭代器且计算效率低等问题,方法对传统故障检测方法和状态域一致性理论进行推导创新,提出一种基于状态域一致性理论的GNSS/加速度计集成变形监测突变故障检测方法。该方法基于状态估计值和状态预测值构建状态检验统计量,直接在状态域进行故障探测,无须已知真实状态信息且避免了状态信息的迭代计算,与传统方法相比,效率更高,鲁棒性更强。在英国威尔福德桥人为激励变形实验中,于量测域加入不同程度的粗差用以模拟突变故障,并通过所提方法对GNSS/加速度计融合过程进行故障检测。结果结果表明:基于状态域一致性理论的GNSS/加速度计集成变形监测突变故障检测方法可以区分桥梁正常运营过程中发生的变形和突变故障,并可对GNSS/加速度计融合时的突变故障进行检测和及时预警。结论研究表明基于状态域一致性理论的GNSS/加速度计集成变形监测突变故障检测方法具备相应的GNSS/加速度计融合故障检测能力,对提高GNSS/加速度变形监测的可靠性和一致性具有重要意义。

分布式光伏发电系统的状态监测及故障诊断分析

阐述分布式光伏发电系统的特点,分布式光伏发电系统的状态监测方法,探讨故障诊断方法,包括数据监测与分析、遥测监控系统、红外热成像、电气系统检查、故障模式与故障树分析。

基于主动方波激励检测锂离子电池早期内短路

锂离子电池内部短路(ISC)的早期检测对于避免潜在安全风险至关重要。现有的故障检测方法在检测早期短路时准确性较差,且需要大量的数据。以18650型锂离子电池为研究对象,通过在电池充电过程中施加微小的电流激励信号,借助极化压升与激励压升,发现锂离子电池在短路时压升异常规律。该方法在荷电状态(SOC)较低时效果更明显,对120Ω以内的短路检测有效,且适用范围可根据采样精度调配,可用于锂离子电池的常规短路检测。

混频输入下基于MF-LSTM的电气设备故障诊断方法

针对多型传感器采样频率不统一,现有机器学习算法难以有效处理混频数据输入,无法充分挖掘混频信号中的设备故障特征的问题,首先提出一种混频数据输入下的长短时记忆网络(multi-frequency long and short term memory network,MF-LSTM)架构;然后,对不同采样频率的状态数据分别进行特征提取并进行特征融合,实现混频数据输入下的电气设备的故障诊断任务;最后,利用凯斯西储大学轴承数据集对所提模型进行了算例验证,结果表明:相比于单频信号输入,混频输入平均提高故障诊断精度1.72%。该实验结果证明了所提出的基于MF-LSTM的故障诊断框架的有效性和混频数据输入的必要性。

集装箱式边缘数据中心震后功能概率评价方法

集装箱式边缘数据中心是5G通信网络中的一类重要节点,准确评价其在不同强度地震作用下的功能水平是5G通信网络震后功能评价的基础。该文以一个典型集装箱式边缘数据中心为研究对象,提出了该类数据中心震后功能的概率评价方法。详细分析了典型数据中心5个子系统的基本部件构成和各基本部件间的功能逻辑关系,建立了子系统的故障树模型和数据中心的状态树模型;通过数值模拟和文献调研,给出了数据中心各基本部件的地震易损性参数;将状态树和蒙特卡洛模拟相结合,计算出了典型数据中心的地震功能易损性曲线和参数。研究表明:空调内机、蓄电池柜和空调外机是集装箱式边缘数据中心的薄弱环节,改善这些薄弱环节可显著提升集装箱式边缘数据中心震后功能水平。

基于LADRC的柔性多状态开关平滑切换策略

为实现多端口柔性多状态开关(flexible multi-state switches,FMSS)在所连馈线发生故障时的平滑切换,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的平滑切换策略,使用LADRC代替比例积分(proportional integral,PI)控制器的直流电压外环并设计解耦状态观测器以便控制器参数调节,引入内环电流指令值反馈以减小其在控制模式切换时的变化幅度,实现FMSS控制模式的平滑切换。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了馈线故障出现在PQ或UdcQ控制端口的连接处时,采用基于LADRC的平滑切换策略均可显著减小FMSS的直流电压偏移率,使端口有功功率过渡平滑,迅速恢复稳定,更好地实现了多端口FMSS控制模式的平滑切换。

基于连接状态定位的智能变电站二次系统故障定位方法

变电站二次回路及系统运行状态因设备自身及物理连接等原因具有一定的不确定性,二次系统故障定位难度较大。提出一种基于连接状态定位的智能变电站二次系统故障定位方法。首先将二次系统设备拓扑连接关系抽象为矩阵描述,二次系统设备节点状态量作为相应矩阵元素;然后通过矩阵算法对二次系统连接状态进行定位,确定与故障有关的矩阵元素;在连接状态定位后利用模糊径向基神经网络将故障相关矩阵元素与故障集中各故障情况对应,进行故障搜索定位。故障算例结果表明,所提出的二次系统故障定位方法具有较高的准确率。