叶轮机复杂流道内振荡扰动传播的简化理论及其应用

文中提出了叶轮机复杂流道内振荡扰动传播的简化理论 ,并给出了分析的基本方程与求解方法。振荡扰动传播的分析不再采用传统简化的波方程方法或特征线法 ,而是对反映扰动传播本质的三维非常粘性基本方程进行直接求解。对于复杂流道内 (如多叶片排流道 )三维非定常方程的求解 ,应用本文提供的理论成功地对两个叶轮机械复杂流道内振荡扰动传播引起的流体激振重大事故进行了分析 ,其一是近期某汽轮机组低压缸内所有隔板的碎裂事故 ,另一为试验火箭系统中氧泵诱导轮的破坏事故。对事故产生原因的合理解释和为试验验证的成功的设计改良说明该理论具有重要的工程应用价值。

基于波动传递函数的电网扰动传播频率特性分析

从机电波的角度,研究不同频率的扰动在一维链式电网中的传播特性。借鉴连续体模型中偏微分形式机电波方程的推导思路,建立了离散惯量模型差分形式的机电波传播方程;提出了波动传递函数的概念,以定量刻画机电波波幅、相位在离散惯量模型中的变化规律;进一步通过分析不同频率扰动信号的传播特性,提出了扰动传播转折频率的概念,揭示了扰动传播中的频散效应和局部振荡现象及其与转折频率的关系。50机链式电网中的仿真结果验证了所提出的扰动传播特性及规律的可靠性。

边界、接头、不连续因素对一维构件扰动传播特性影响的研究

针对一维波导在边界、接头、外加激励、复杂约束情况下的行波散射规律进行了深入研究，导出了反映入射波、反射波及激励向量关系的散射矩阵表达式，对两杆波导接头、欧拉梁与杆波导接头及受到横向和转角约束的波导的反射透射系数给出了详细的推导，最后用行波法求解了封闭杆系结构的固有频率，取得了一些有价值的研究成果。

有限长均匀链式电力系统中机电扰动传播分析

为掌握电力系统中机电扰动传播的本质,基于有限长均匀链式离散电力系统,在不考虑发电机的内阻抗时,研究机电扰动在系统中传播的反射特性。通过拉普拉斯(Laplace)变换,推导出冲激函数和阶跃函数形式的扰动作用下发电机的转子角和功率增量随时间变化的解析表达式,给出离散模型中扰动传播的反射公式,与连续体模型中机电波的反射公式相同,说明了电力系统的机电动态可表达为机电扰动传播过程中多次反射的叠加。最后通过一个实例验证了所得结论的正确性。该结论对于认识大规模电力系统的频率在时间和空间上的分布特性、揭示机电动态现象的内在机制具有一定的理论意义。

电力系统连续体和离散模型中机电扰动传播的一致性研究

研究了电力系统的连续体模型中机电波和离散模型中机电扰动的方程和它们的传播特性以及两种模型中的主要物理参数(如传播速度、临界速度、传播常数、特性阻抗和反射系数等),分析了它们之间一一对应的关系。结果表明:机电扰动在电力系统的两种模型中传播具有相似的物理特性,说明连续体模型是离散模型的一种近似描述方法,其完全可以从更大的空间尺度研究电力系统中机电扰动传播的动态特征和内在机理。

基于连续体模型的电力系统机电扰动传播研究

连续体建模是一种研究大规模电力系统机电动态的新方法,面向复杂的大型电力系统,关注机电扰动在整个电力系统中的传播过程。基于描述机电波传播的非线性偏微分方程,在空间上进行差分处理,通过微分方程组体现了电力网络的拓扑连接关系,合理地处理了线路分支问题。同时,采用一种新的方法,将发电机转子的惯性按照Gauss函数连续地分布于与其相连接的线路上,体现了发电机在电力系统中的地理位置。最后,通过用连续体模型和传统模型的PSS/E动态仿真对改进的New England 10机39节点系统进行了扰动传播实验,研究了机电扰动在电力系统中的传播特性。2种方法在扰动传播时间上获得基本一致的结果。

电力系统机电扰动传播研究综述

传统基于数学模型仿真的方法难以有效解释电力系统机电动态过程的内在机理,机电波理论研究的逐步深入为此提供了新的理论工具,它从波动力学这一全新视角来分析电网中扰动的传播过程,对于揭示电力系统的机电动态机理并据此提出有效的控制措施具有重要意义。论文从扰动传播模型、传播特性、机电波控制器和机电波理论的初步应用等4个方面较为系统地归纳和总结了机电波传播研究领域的方法和成果,同时提出了包括模型优化改进、特性阻抗计算、振荡机理分析、稳定控制综合应用等8个该领域亟需解决的关键问题和有待进一步研究的重点内容。

基于分布式流体网络的电力系统机电扰动传播

为研究电力系统中机电扰动的传播特性,基于流体管道网络时域建模的思想,提出了一种新的研究电力系统机电扰动传播的仿真模型。该模型能够反映电力系统的拓扑结构,合理地考虑发电机的内电抗。最后将该模型应用于5台发电机组成的仿真系统,并与PSS/E仿真结果对比,证明了电力系统分布式流体网络模型的正确性及发电机内电抗对机电扰动传播影响的显著性。电力系统分布式流体网络模型为机电扰动传播的研究提供了一种新的思路。

各向异性介质中扰动传播方程的显式精确孤波解

给出了一种新的变换和假设,得到了各向异性介质中扰动传播非线性偏微分方程的精确孤波解。四族解全部为显式且表达简洁,便于应用。

基于实际交直流互联大电网的机电扰动传播

以我国南方电网系统为蓝本,研究机电扰动在实际大电网中的传播特性。分析电力系统频率时空分布特性,给出扰动传播速度的估算方法;利用PSD-BPA机电暂态仿真程序模拟系统中不同位置发生切机故障时的频率响应特性,估算出扰动传播到各观测点的时间和速度,对比分析得出扰动在实际大电网中的传播特性;针对纯直流连接的异步互联电网,仿真研究送受端电网的频率响应特性以及受端电网扰动对送端电网的影响,并讨论直流系统传播扰动的机制。最后对本文工作得出的结论进行总结,为今后基于机电波理论研究互联大电网广域稳定控制提供参考。

基于传染病模型的电网扰动传播动力学分析

研究电网扰动传播动力学行为对大电网安全稳定运行具有重要作用。该文在研究电网扰动传播动力学时尝试借助生物学中成熟的传染病模型进行研究。首先,在类比传染病模型的基础上,提出电网扰动传播强度的概念;进一步利用复杂网络理论对复杂电力系统网络进行拓扑分析,利用随机矩阵理论对电网时空数据进行关联关系分析;最后,基于数据驱动建立电网扰动传播动力学模型,对电网扰动传播行为进行预测。仿真结果表明,所提模型是传统电网扰动传播分析的有效补充,为电网扰动传播动力学行为分析提供新途径。

基于分段均匀介质模型的非均匀链式电网扰动传播机理

揭示扰动传播机理对于提高互联大电网安全水平具有重要作用。机电波理论尝试借助波动力学研究电网机电暂态过程,为研究电网扰动传播开辟了新思路。针对非均匀链式电网的扰动传播问题,提出一种分段均匀介质建模方法。在分析电网与机械波传播介质相似形性的基础上,提出发电机惯量作用域用以确定空间集中式发电机参数的均匀化范围。进一步,导出基于分段均匀介质模型的机电波方程及其解析解,并利用状态传递矩阵证明分段均匀介质模型与电网实际模型的等价性。最后,通过幅值传递矩阵获得解析解系数与分段介质参数的关系。仿真结果验证了所提模型及算法的正确性。

基于改进框架结构的扰动传播模型研究

随着电网互联的不断发展,电力系统扰动传播现象越来越明显地呈现一种机械波的形式。若不能准确分析扰动在电网中的传播过程,进而制定相应的控制策略,极有可能引发连锁事故,严重时甚至可能引发大停电。而现有机电波框架结构模型基于逐级对称分布惯量的思路刻画扰动的时空传播特性,不利于准确描述实际电网的复杂性。针对这一问题,该文研究了扰动传播特性,以阐明网络结构和线路电抗的影响。进一步提出了以扰动传播路径为基础建立改进的框架结构模型的思想。推导了发电机惯量和电抗之间的关系函数,计及了线路电抗不对称对于惯量分配的影响。最后提出了基于非对称惯性分布的改进框架结构的机电波模型,通过使用BPA软件搭建了IEEE 14节点系统,验证了所提出机电波模型的准确性。

速度梯度模型在限速条件下的小扰动传播分析

针对以往相关速度梯度模型中初始密度、E值、限速均取定值的现象,在LWR(Lighthill-WhithamRichards)模型中施加限速,不断模拟找到最佳的符合实际交通情况的三个定值,在此基础上分别改变上述三个参数值,得到相关的密度和速度的变化趋势,从而进一步研究此三个参数对交通流的影响。结果表明初始密度为0.035,E值为100,限速为22 km/h时比较符合交通实际情况。由密度结果表明:随着初始密度的增大,小扰动发展成为单个、多个集簇,但其并不是随着初始密度的增加而增加而是先减小再增加;随着E值增大,集簇的数目和小扰动的波动幅度也随之增加;随着限速的增大,集簇的数目和小扰动的波动幅度先减小再增大。同时,通过对每一位置的速度在稳定时刻取标准差得到以下结果:改变这三个参数在限速区间内速度的标准差均有减小的现象,且对速度标准差的影响大小依次为:初始密度、E值、限速。结论表明合理地选择初始密度、限速能够有效缓解交通堵塞现象。

基于扰动传播时空相关性的电网扰动事件快速定位方法

广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)为快速准确地定位扰动事件提供了量测信息和数据基础。然而,由于电网中有限的同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)布点以及通讯堵塞、硬件故障、GPS信号丢失和网络攻击等原因带来的数据质量问题,使得量测信息呈现不冗余性,给定位带来额外的挑战。该文提出一种适用于PMU量测信息不冗余场景下的电网扰动事件快速定位方法。利用主站电压相角量测数据生成Hankel矩阵,提出一种基于奇异值分解的扰动响应时间检测方法。基于电网子拓扑中的PMU测点以及网络拓扑连接关系,分别从时间和空间维度提取了表征扰动传播的时间差特征和空间距离差特征。进而,通过扰动传播的波速,耦合扰动传播空间距离差特征,提出基于时空相关性的自适应电网扰动事件定位方法。通过扰动传播过程的时空约束特性,实现了电网量测信息在时间维度不冗余的情况下,快速定位扰动事件的功能。基于IEEE 10机39节点系统和中国某西部实际电网,验证了所提方法的有效性和鲁棒性。

试论基于超导磁储能的电力系统机电扰动传播控制

超导磁储能是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置,因其功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快等优点而被使用在电力系统中,本文阐述了电力系统中机电波传播的特点以及机电波特性阻抗概况,并对如何控制基于超导磁储能的电力系统机电扰动的传播进行分析,以期为同行提供一些参考及经验。

电力系统机电扰动的传播特性

采用小扰动方法分析了典型供电系统的低频振荡模式。在扰动情况下,发电机有功功率增量由若干本地模式及区间模式扰动组成。对于相同供电区域内不同发电机的机电扰动,其相应本地模式分量之间是相互抵消的,而区间模式分量之间则会增强。仿真分析进一步验证了机电扰动会在电力系统中发生渗透性传播,其传播速度与发电机的转动惯量相关。

太阳色球层-日冕中扰动的传播(Ⅱ)

首先讨论了磁流波传播的线性特征,然后构造了球坐标中一自洽的非等温、非均匀等离子体初态,应用二维时变可压缩磁流体动力学模拟,数值研究了色球层底部压力脉冲所引起扰动的全球传播过程.结果表明,在极区,压力脉冲导致的扰动传播可以区分成两类不同模式的波动;快磁声波与慢磁声波.而在赤道附近,传播扰动是快模磁声波,在源区附近还存在一非传播的扰动.模拟结果的特征有助于解释SOHO/EIT观测到的波动事件.

基于模型-数据联合驱动的电网扰动定位方法

快速准确的电力系统扰动定位是实施及时有效的控制措施的重要前提。广域同步相量量测为快速准确的扰动定位提供了数据基础,同时刻画扰动传播的连续体动力学模型为扰动定位提供模型支撑。结合同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测数据和扰动传播模型,该文提出一种基于模型–数据联合驱动的电网扰动定位方法。首先通过对PMU量测数据进行奇异谱分析和计算累计平方和指标来实现扰动检测。进而在部分PMU确定的子拓扑内,分别通过量测数据和传播模型提取二维时空特征。最后根据扰动传播过程中时空特征之间的相关性,提出基于度量学习的双通道三元孪生网络的扰动定位方法,仅利用部分PMU量测信息即可快速定位扰动位置,为后续抑制扰动的主动控制策略的投切奠定基础。基于IEEE 10机39节点系统,验证所提方法的有效性和鲁棒性。

PIK研究人员用新方法确定全球大气扰动传播的关键途径

2015年10月7日，《自然·通讯》（Nature Communication）期刊发表题为《复杂时空系统中因果联系和传播途径的识别》（IdentifyingCausal Gatewaysand Mediatorsin Complex Spatio—temporal Systems）的文章，提出一种识别气候系统中遥相关性的新方法，能够确定全球大气扰动传播的关键途径。该研究可用于评估地质工程和极端事件的全球效应，提升对复杂系统中极端事件的恢复力。