结合风速预测的直驱风电机组减载调频策略

直驱永磁风电机组常用的减载调频控制策略缺乏对风电机组运行经济性和调频能力的考虑,易导致系统出现调频能力不足或备用功率冗余的问题,对此提出了一种基于变减载率的优化减载调频策略。首先划分不同的风速模式,确立不同模式下的超速与变桨距协调控制方案;其次考虑系统调频能力和发电量两因素,设计函数求取不同工况下的最优减载率;由于风速波动频繁,风机控制具有延迟,因此利用风速预测和滑动窗口法对最优减载率做进一步调整;最后搭建系统仿真模型,通过改进的频率控制动态调整减载率参与系统调频。仿真实验表明,所提控制策略与常用的策略相比在实时风速、负荷扰动下系统频率动态偏差减小、达到最低值的时间延长,风机发电量增加,桨距角变化量减小。该策略能满足调频需求,提升调频质量,减小机械磨损,提高风机运行的经济性。

含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法

为建立准确的具有主动支撑能力的直驱风电场等值模型,提出一种含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法。首先,建立包含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风机并网系统模型;其次,依据适应性分析选取转速、减载系数、惯性系数和阻尼系数作为分群指标;然后,基于分群指标利用改进K-means算法对直驱风电场中的机组进行聚类分群,得到直驱风电场的等值模型;最后,利用实际算例在不同场景下进行仿真和计算,对等值建模方法的准确性进行验证。

基于二维动态减载和双层MPC的风储联合调频与功率优化分配

风机可以通过减载控制提供调频备用功率,但存在弃风量大的问题。为此,结合储能装置,设计了考虑风速分区与储能荷电状态(SOC)的二维动态减载策略,在提供充足调频备用功率的同时减小了弃风功率。在此基础上,结合双层模型预测控制(MPC)架构,提出了计及机组转矩波动的风储联合调频控制策略,上层MPC将风电场视作整体,通过协调风储出力提升调频效果;下层MPC通过风电场内的功率优化分配以抑制机组的转矩波动,保证调频性能的同时提高了机组运行稳定性。通过仿真分析验证了所提策略的有效性,结果表明该减载策略具有更高的风能利用率,且在调频过程中通过机组的功率优化分配减小了机组的转矩波动,提高了机组运行稳定性。

高寒区隧道洞口段覆雪波纹钢棚洞减载方法研究

高寒区隧道洞口段易受上方覆雪及落石影响,采用现有大跨径波纹钢棚洞会产生较大变形和失稳,影响边疆公路运行安全。为此,依托某线路隧道洞口段波纹钢防雪棚洞项目,从拱效应及加筋桥减载原理出发,运用有限元软件构建了EPS板、EPS板+加筋雪、EPS板+加筋冰等10种减载方案的三维波纹钢棚洞模型,研究不同减载方案对棚洞应力、棚洞变形和覆雪压力的影响,对比分析棚洞受力变形特征及减载效果,筛选出最优减载方案。结果表明:施加减载材料后,棚洞上方覆雪压力均不同程度分散到棚洞两侧,减小了棚洞结构的受力;随着覆雪高度增加,减载效果更显著,其中30 cmEPS板+加筋冰组合式方案的减载效果最佳,棚顶应力减少32.72%,棚顶位移减小22.63%;针对波纹钢棚洞的减载问题,建议隧道洞口30 m范围内采用30 cmEPS板+加筋雪方案,距隧道口30 m以外范围可采用30 cmEPS板+加筋冰方案。

计及恒定减载桨距角控制的风电高占比电力系统频率动态特性分析

在新型电力系统中,风电主动参与电网频率调节已成为必然,如何评估风电参与调频对频率动态特性的影响也成为了研究热点。围绕现有的风电调频措施,提出一种可以在额定风速前减少变桨动作次数的恒定减载桨距角的改进风电机组变桨控制,推导出该控制下风电机组参与一次调频的调差系数表达式。基于此构建了含恒定减载桨距角控制的电力系统频率响应模型。推导出频率动态特性指标的解析表达式,揭示了风速、初始桨距角等对风电机组调差系数及频率动态特性的影响机理。通过改进的IEEE三机九节点系统验证了所构建频率等值模型的准确性以及所提调频方法的有效性和可行性。

基于减载风电和储能的双层模型预测控制风电波动平抑策略

储能在平抑风电功率快速波动过程中频繁地充放电和过高地放电将深度影响储能寿命。为此,提出一种减载风电和储能协同平抑风电功率的方法,利用减载风电出力来减小储能充放电切换次数和放电深度。建立风储系统模型,利用双层模型预测控制优化方法:上层控制基于风功率预测数据进行滚动优化,在满足风电并网波动要求基础上,以储能和减载风电总出力最小为目标函数,通过模型预测控制方法求得储能和减载风电总功率;下层控制以储能功率变化率最小和出力能力最大为目标函数,通过模型预测控制方法分配储能和减载风电出力。最后对某风电场进行仿真研究。结果表明,所提控制策略使储能寿命和出力能力得到有效提升。

考虑源荷特性的双馈风电机组动态减载协同调频控制

为使双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的有功输出能响应电网频率的变化,有效参与电网频率调节,提高风电系统的稳定性,文中分析了虚拟惯性控制、下垂控制以及减载控制的基本原理,探究了相关参数对风电并网系统频率特性的影响。在此基础上,提出一种考虑系统源荷特性的动态减载协同调频控制策略。该策略结合源荷扰动情况实现减载率修正,通过MATLAB/SIMULINK仿真验证表明:当负荷波动时,该控制策略相较于固定减载调频使含风电系统在不同风速下的频率稳定性有了显著提高。

减载伸长路径下棕榈纤维加筋砂力学响应

为探究棕榈纤维对石英砂力学性能的增强作用,采用减载三轴伸长试验方法测试了饱和状态下棕榈纤维加筋石英砂的剪切力学性能,计算了棕榈纤维加筋石英砂在不同纤维长度和掺量下的应力-应变曲线、初始弹性模量和割线模量,基于摩尔库伦准则分析了棕榈纤维加筋石英砂剪切强度随纤维配比的变化规律,通过对比素砂和加筋砂在剪切过程中的体积应变及孔隙得出了棕榈纤维对石英砂力学性能的增强作用。结果表明:纤维加筋会增强石英砂在伸长破坏中的应力应变强度,对石英砂峰值应力和残余应力提升效果最佳的纤维掺量和长度为0.9%和12 mm;棕榈纤维加筋石英砂的初始弹性模量和峰值割线模量均随有效围压的增大而增大,整体刚度与有效围压呈正相关关系;纤维对石英砂剪切强度的增强效果只能在低围压状态时显现;在石英砂中添加棕榈纤维减小了石英砂的临界孔隙比及剪胀性。研究结果有助于促进纤维加筋砂的工程应用并提供相应理论参考。

大排量深抽减载抽油泵研制

针对顺北油田等超深油气田开发开采需求加大的现状,提出了排量大于100 m^(3)∕d、泵挂深度大于3000 m的有杆泵大排量深抽需求。为此,研制了大排量深抽减载抽油泵,其进油阀安装在柱塞上随柱塞运动,出油阀安装在泵筒下部;进油阀座在阀球上方,依靠弹簧力提供阀球的初始关闭力。上冲程过程中,液柱载荷主要作用在下部出油阀上并由泵筒、油管承担,以降低悬点最大载荷;下冲程过程中,液柱载荷主要作用在柱塞上,以降低悬点最小载荷。通过对大排量深抽减载泵结构、工作原理和受力情况等进行分析,推导出悬点载荷计算公式,设计了弹簧结构参数,验证了新型大排量深抽减载泵的可行性。

考虑构网型风电频率响应的电力系统低频减载策略研究

大规模构网型风电机组并网会改变电力系统频率响应特性,而传统低频减载策略尚未计及构网型风电机组的影响,可能导致大功率缺额后的系统减载量不合理。文章提出一种考虑构网型风电频率响应的电力系统低频减载策略。首先,基于构网型风电虚拟惯量和一次调频控制模型,建立计及构网型风电频率响应的系统频率响应简化模型;其次,分析构网型风电的有功响应特性对系统不平衡功率量的影响,进而精细化估算用于指导电网多轮次减载的不平衡功率量,从而提出自适应低频减载实施策略;最后,通过算例分析,验证了文章所提低频减载策略的可行性和有效性。

近坝岸坡涌浪灾害减灾措施效果评估——以削坡减载为主

有效减缓近坝库区涌浪灾害是保障水利工程高质量运行的前提。以大型工程近坝岸坡4号倾倒变形体失稳诱发涌浪为例,采用三维数值模拟,研究削坡减载措施对涌浪灾害消减特性并寻求评估减灾效率的方法。结果表明:库区涌浪波属于有限水深波,类型为弱非线性震荡波,该类型次生波浪高大于首波;提出了4种削坡减载方案,有效缓解了库区涌浪影响程度,如开挖量最少的方案四,坝前最大浪高2.55 m(不处理浪高11.31 m),折浪率约0.78。研究提出了削坡减载效率系数,可用于评估开挖量和减灾效果。研究成果可为库区滑坡涌浪减灾提供评估方法。

基于改进WSO的新能源送端系统多保护下低频减载方法

在我国新能源电网规模及新能源发电并网容量持续扩大背景下,新能源送端系统的功率波动风险增加,这对电网第三道保护防线低频减载提出了更高的要求。针对现有多功能保护下的低频减载执行方案在新能源送端执行合格率较低、稳定性较差以及时效性不足的问题,提出了一种基于改进WSO的新能源送端系统多保护下低频减载方法。首先,考虑送端系统线路相对于全网负荷曲线趋势的波动性,建立基于面向多保护功能配置的低频减载执行方案指标体系;其次,针对低频减载方案指标体系建立其目标函数,同时考虑系统的静态约束以及暂态约束建立低频减载整定模型;然后,引入白鲨优化算法(WSO)全局动态捕猎特性,对粒子群优化算法(PSO)进行了Tent混沌映射、动态时间因子和多项式变异的多策略改进;最后,基于修改后的IEEE39节点进行实证分析,利用所提改进的WSO-PSO算法对多保护功能下的低频减载整定模型进行求解,证明了所提方法执行合格率、稳定度以及应用时效性相对于其他方法均更优。

智慧化低频低压减载装置负荷监测技术研究

在电网运行过程中,为保证电力系统的稳定运行,需要及时监测低频低压现象。为此,首先以安徽省电网为对象,使用智能压板/出口双联压板监视跳闸出入口压板状态,然后将其与母线运行方式、主变运行方式的识别结果结合,判断可切状态的负荷线路,最后基于非对称实时系统架构技术和反向传播网络等实现负荷预测,并制定对应的切负荷策略。结果表明,该方法的重要负荷保障率达到98%以上,负荷误切率仅在5%左右,且频率和电压恢复时间均在10 s左右,具有较快的速度。在不同样本规模的实验中,该方法的平均识别准确率为95.47%,具有明显优势。该监测技术能有效监测电力系统中的负荷情况,并给出合适的切负荷策略,从而保障电力系统的稳定。

基于减载控制的光伏电站主动频率响应方法

传统光伏发电系统通常运行在最大功率点,不对电网频率改变进行响应,不能为抑制电网频率变化提供有功功率,随着光伏渗透率的提升,对电网的安全稳定运行产生影响,因此光伏等新能源设备应具有响应系统频率变化的能力。文章采用减载控制,在不改变主电路结构、逆变器并网策略,不增设储能设备的情况下实现系统频率的响应。首先通过设置主从阵列得到当前最大功率运行点,实现减载控制;然后针对频率改变,通过设置频率-减载率对应关系,实现有功功率输出的改变,对系统进行有功支撑;最后通过半实物仿真平台进行仿真,验证了结果的有效性。

考虑用户负荷特性的低频减载优化策略及实现方法研究

低频减载对于负荷调节的时效性以及准确性要求较高,在负荷削减的过程中存在欠切和过切的现象。同时,负荷调节涉及的用户较多,给用户带来不便,负荷削减还会对设备的正常运行产生影响。针对上述问题,本文提出一种面向用户负荷特征的低频减载分层调节策略。该策略将负荷调节偏差最低、减载用户比例最小作为优化目标;根据高污染、高耗能等不同特征,设置用户负荷的重要等级标签,以此调节参与负荷削减的用户比例,保障普通用户供电正常。此外本文设计了基于负荷控制单元的低频减载系统执行机构,通过预先向负荷控制单元下发调节策略,解决低频减载的时效性和准确性问题。本文通过仿真分析低频减载控制策略的合理性,实现了平均每轮0.87%的较低调控误差,每轮参与负荷削减用户的比例平均值为45%。该策略实现了监测更靠前、切荷更及时、管控更精准的预期目标。

基于改进孪生神经网络的低频低压减载装置在线解耦控制方法

低频低压减载装置的过度应用导致装置系统出现负荷大的问题,降低了低频低压减载装置的实用性。为此,提出了基于改进孪生神经网络的低频低压减载装置在线解耦控制方法。该方法通过分析低频低压减载装置频率特性,为低频低压减载装置在线解耦控制提供了重要信息基础;在此基础上构建低频低压减载装置混合模型,从该模型中生成可训练的数据集,并依据潮流雅可比矩阵的减载特征最小值灵敏度,确定低频低压减载装置系统减载量;为提升系统的控制精度,将获取结果输入至改进孪生神经网络中,训练出最佳减载量,并将其分配到装置系统减载节点中,达到切除负荷的目的,实现低频低压减载装置在线解耦控制。通过对该方法开展减载效率对比测试、控制性能对比测试,实验结果验证了该方法具有较强的实用性。

储能资源在区域中直流受端低频减载风险防御的应用研究

电网系统联网方式下单回或多回大功率直流闭锁故障后,跨区域线路超过静稳极限而解列,导致孤网方式下频率大幅降低,被迫切除大量负荷。本文对储能资源在区域中直流受端低频减载风险防御的应用进行了相关探索研究,并对调制直流、切除抽蓄、调整储能、切除负荷等可控资源的控制效果进行了对比分析。

非饱和土诱导减载涵洞的竖向土压力研究

为准确计算诱导减载涵洞的主要荷载,采用圆弧小主应力轨迹描述诱导减载涵洞上方回填土拱效应,以推导考虑土拱效应的滑移面土压力系数表达式,继而基于非饱和土的双应力状态变量强度理论确定滑移面摩擦切应力,建立诱导减载涵洞顶部的竖向土压力解析解,结合等沉面高度求解给出应用步骤,最后对比文献现场实测进行正确性和适用性验证,并定义减载率分析基质吸力及分布形式、吸力角、减载材料厚度和变形模量等因素的影响特性。结果表明:所得涵顶竖向土压力解析解可合理反映基质吸力及分布形式、土拱效应、减载材料性能和等沉面高度的综合影响,完善了诱导减载涵洞设计理论;非饱和土强度提升使摩擦作用增强与等沉面下降同时发生,基质吸力和吸力角对减载率具有双重影响,表现为减载率均先增大后减小,且均布吸力下双重影响更为明显;减载率随减载材料厚度增加而非线性增大并趋于稳定,但随减载材料变形模量增加非线性减小。

可发性聚苯乙烯板减载条件下高填方箱涵长期受力特征与减载效果

在高填方箱涵顶部铺设可发性聚苯乙烯(expandable polystyrene,简称EPS)板降低其荷载已经在工程中得以应用,而EPS板的蠕变会使箱涵受到的土压力随时间发生变化。现有的箱涵设计理论未能明确的反应EPS板的长期减载效果以及箱涵长期受力特性。开展了EPS板减载条件下箱涵短期受力特性模型试验,并利用模型试验结果验证数值模型。之后利用验证后的数值模拟方法分析涵-土体系应力重分布规律以及高填方箱涵长期受力特征;在此基础上提出涵-土体系力学模型,推得涵顶长期土压力计算方法,并与数值模拟结果进行对比验证。研究表明:涵顶土压力先随时间逐渐减小,然后会出现小幅增大,最终趋于稳定,对比填土完成时土压力减小了52.12%;涵侧竖向土压力和水平土压力总体上均随着时间逐渐增大并趋于稳定,涵侧上部范围内最终水平土压力比填土完毕时增长了28.32%;基底土压力也是先增大后趋于稳定。实际工程中侧墙的设计应考虑EPS板蠕变引起水平土压力的增加,避免箱涵侧墙在长期使用中产生受弯破坏。

考虑负荷特性的电力系统低频减载系统设计

目前电力系统低频减载方案未分析负荷切除后系统的灵敏度恢复问题,因此,在考虑负荷特性的基础上设计了电力系统低频减载系统。以模块化的方式设定系统硬件,分别设计了双处理模块、数据采集模块和通信模块,与传统的DSP处理器模式不同,同时采用ColdFire微控制器和MCF52235微处理器构建双CPU结构,通过DMA定时器构建采集模块,实现数据采集,利用CAN总线完成通信。将负荷分为常规负荷和频率中断负荷,并建立目标函数,确定代价控制模型,从而实现电力系统低频减载系统的软件流程。实验结果表明,设计系统负荷的少切比例高达8.25%,还能够优化不同轮次的负荷比例参数,从而确定最佳优化方法。