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。

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。

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。

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。

低惯量无刷直流舵机电机研究及三维温度场分析

随着电动舵机伺服系统对动态性能要求的提高,舵机电机逐步向低转动惯量、高功率密度的方向发展。根据低惯量电机的设计特点,重点研究电机参数、材料及转子结构对转动惯量的影响,并提出一些降低转动惯量的有效方法。针对二维温度场不能反映舵机电机轴向温度分布的局限性,文中建立了基于流-热耦合的三维温度场仿真模型,分析电枢绕组、定子铁心等发热严重部件的温升情况,以及空气流动对电机内部温度分布的影响。

低惯量油嘴针阀升程测量装置研制

本文介绍了一种新研制的低惯量油嘴针阀升程测量装置,它的传感器体积很小,可装入油嘴弹簧内孔中,而测杆的附加质量不到0.1克,线性范围2mm,整个装置结构简单,使用调正方便。

低惯量喷油器对直喷式柴油机性能影响的研究

喷油器运动件惯量,是影响柴油机性能的重要因素之一。在高速柴油机中,低惯量喷油器有高速响应灵敏、针阀起落迅速、断油干脆等优点,从而提高了喷嘴对高速化的适应性,有助于柴油机性能的改善, 不过通过试验发现,低惯量喷油器在柴油机的全部工作范围内,对柴油机性能影响情况很不一致。它随柴油机工况变化、负荷变化而异。此外,对不同的燃烧室,其影响程度也不相同。本文通过油泵试验台上低惯量喷油器与传统式喷油器喷油规律的对比,以及两种进气道、两种燃烧室的单缸柴油机试验结果及实机测录的动态压力的对比分析,探索其匹配规律。

低惯量耐高压直动式电磁铁的静态特性仿真分析

针对传统数字阀用电-机械转换器运动惯量大,不具备耐高压能力以及需要机械转换环节的不足,提出了一种新型低惯量耐高压的直动式电磁铁设计方案.永磁体产生的磁通与控制线圈产生的磁通形成差动磁场,产生使衔铁轴向运动的力.通过电磁场的二维有限元数值模拟,得到该电-机械转换器在不同条件下的磁场分布和力移特性.研究结果表明,低惯量耐高压直动式电磁铁具有近似正弦波的力位移特性和较大的输出力,适合作为直动式数字阀的电-机械转换器.

连接低惯量系统的VSC-MTDC的自适应下垂控制

对于连接低惯量交流系统的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统,当系统发生大扰动时会造成频率变化,为了给交流系统提供虚拟惯量,在换流器控制系统中加入P-?下垂控制;为了进一步抑制频率波动,设计VSC-MTDC系统的自适应下垂控制,可以在更大程度上利用换流器容量,快速调节有功平衡,减小直流电压波动。在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立三端模型,对比分析主从控制、下垂控制和自适应下垂控制对交流系统频率和直流电压的影响。仿真结果表明,加入了P-?下垂控制可以有效抑制交流系统频率变化,采用自适应下垂控制可以增强抑制的效果,减小直流电压波动,提高系统稳定性。

低惯量电力系统频率稳定分析与控制研究综述及展望

大容量直流和高比例新能源接入下,越来越多的电力系统正逐渐演变为低惯量电力系统。低惯量电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,致使频率稳定问题日益凸显。为更好地理解电力系统在低惯量运行场景下的频率稳定威胁以及为有效制定应对策略提供参考,对低惯量电力系统频率稳定分析与控制领域的国内外研究进展进行综述与展望。首先,分析低惯量运行场景产生的主要原因及其对频率稳定的潜在影响,并介绍近年来实际电网频率问题的典型案例。进而,对基于时域仿真、数学解析、数据驱动的各类频率稳定分析方法进行阐述。从"源、网、荷、储"多类型有功资源调频能力挖掘、多道防线加强与协调配合等角度给出改善低惯量电力系统频率稳定的控制措施。最后,展望了该领域未来需深入探索的研究方向。

连接低惯量系统的MMC能量补偿控制策略

模块化多电平换流器(MMC)的能量控制不同于传统的环流电流抑制控制(CCSC),CCSC控制的是环流电流的二次谐波,而能量控制负责控制环流电流的零轴分量,来为交流系统提供能量。此能量来源于MMC的桥臂电容器,而不对另一端交流系统的频率和直流电压产生影响。基于能量控制,设计了模拟同步发电机的MMC的能量补偿控制策略,并在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立了2个低惯量交流电网用MMC-HVDC连接的模型。仿真结果验证了MMC可以为低惯量系统提供虚拟惯量,使其不影响直流电压稳定性的同时,保证了对端低惯量系统的频率稳定性。

一种径向开槽的低惯量涡轮盘结构方案设计

涡轮盘因工作中存在径向温差，即轮缘温度高，盘心温度低，导致轮盘外缘区域出现较大的压应力，在中心孔附近区域出现较大拉应力。若在其轮缘区域开径向槽降低涡轮热惯量，允许轮盘高温区域热变形，可减缓高温区域的周向压应力，则轮盘中心孔区域的拉应力也将相应降低。本文对比分析了轮盘径向开槽深度和槽底圆角形式及大小等对轮盘应力的影响，得到了较佳的结构方案，并且与未开槽轮盘对比，结果表明：在轮盘上开径向槽可降低轮盘的应力水平及其重量，对工程设计有一定的参考作用。

低惯量喷油器在高速柴油机上的应用

本文介绍了低惯量喷油器的节油机理，以及它在小缸径多缸高速柴油机上的应用效果。

低惯量喷油器的研制开发

本文介绍了低惯量喷油器的结构特点，叙述了研制３４３系列低惯量喷油器的设计方法及调压弹簧的计算过程以及和柴油机的配试情况。

低惯量不接地微电网单相接地故障研究

提出了一种新的小惯量不接地微电网SLG(单相接地)故障保护方案。该方案包含微电网接口保护和单元保护。微电网接口保护是基于微电网互联变压器零序电压角和零序电流角的差值来快速选择故障馈线。微电网单元保护是基于负载或分布式能源的每个连接点的三个零序电流方向的比较。所提出的方案对可能发生在电网和微电网中的SLG故障做出响应。建立了PSCAD仿真模型,对不接地的低惯量微电网进行了仿真研究,验证了所提方案的可靠性。

直流频率限制器对低惯量系统频率稳定的影响

针对在发生有功扰动时低惯量系统频率调节能力弱的问题,结合直流频率限制器参与一次调频的数学模型,分析了系统频率响应机理。通过时域仿真,研究了不同时期、不同新能源渗透率水平下系统惯量水平;以实际电网为研究对象,计算了不同直流频率限制器备用水平下,系统受单一扰动后不引发低频减载、高周切机时的稳定频率,给出了高比例新能源接入后合理的最大渗透率。

S系列低惯量油针式喷油器

PB35S92型低惯量节能喷油器已与R175A、R180、185、480Q、S195、495Q、495T等型柴油机进行了匹配试验和装机使用。试验表明可使发动机在各种工况下的油耗平均下降5g/kW·h以上,具有明显节油效果,发动机排温等指标也均有所改善。该喷油器外型安装尺寸与目前大量使用的PB35S型喷油器可以完全互换。