液体燃料射流最不稳定频率的理论分析(1)——液体燃料射流的最不稳定频率及无量纲数的影响

利用线性不稳定性理论 ,对粘性液体燃料射流射入气体介质的射流模型所对应的色散方程进行了数值求解。利用计算结果 ,分析了液体燃料射流不稳定性研究中的 3个最重要的无量纲参数韦伯数 We、雷诺数 Re及密度比 Q,对分别处于瑞利模式和泰勒模式下的液体射流的最不稳定频率及对应的最大扰动增长率的影响。结果表明 ,在不同的射流模式下 ,这 3个无量纲数对液体射流最不稳定频率的影响是不同的 ,在这两种射流模式下 。

液体燃料射流最不稳定频率的理论分析(2)——射流参数对最不稳定频率的影响及试验观察

利用对色散方程的数值计算结果 ,分析了实际射流参数如射流速度、液体种类、喷孔半径、液体粘度、介质压力等对分别处于瑞利模式和泰勒模式下的液体射流的最不稳定频率及其最大扰动增长率的影响。结果表明 ,在不同的射流模式下 ,实际射流参数对液体射流最不稳定频率的影响是不同的。

萤火一号火星探测器高稳定频率源设计

对萤火一号(YH-1)火星探测器测控数传分系统中的高稳定频率源设计进行了研究。给出了频率源的晶振选取,以及主要电路与可靠性安全性设计。对研制的频率源的稳定度、相位噪声、老化率等常规测试,模拟环境中单机及整器的高低温、力学、热真空等环境试验,以及星地对接试验的结果证明:高稳定频率源满足星地通信及甚长基线干涉(VLBI)测轨的需要。

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。

基于分频器理论的新能源电网暂态频率稳定分析方法

在分析输配电线路频率相关参数时,将频率固定为额定值的时域仿真法是电力系统暂态频率稳定分析的常用方法。然而,随着新能源比例不断提升,电网各节点频率时空分布差异更为显著,已有传统数值微分频率分析方法难以保证分析精度。因此,文中提出一种基于分频器理论的新型电力系统暂态频率分析方法。与传统频率分析方法相比,该方法所得节点频率可随节点间电气距离变化而改变,在暂态过程中可更准确地刻画瞬态条件,实现各节点实时频率准确获取。通过建立简单含风电的三端系统,分析了基于分频器理论的实现方式,通过仿真验证了所提方法的正确性和优越性,可为新型电力系统频率稳定分析和控制设计提供新的思路和参考方案。

含有调速器多死区环节的风水火系统频率稳定分析

“双高”背景下新型电力系统面临着非线性机理复杂的稳定问题,传统机组调速器与风电控制器中死区非线性组合间的相互作用,在一定程度上影响了系统的频率稳定性。为此,在奈氏定理的基础上探究不同死区非线性组合下系统频率振荡的影响规律,主要针对死区类型、死区大小和死区顺序3个方面进行研究,涉及单死区系统和多死区系统。理论分析了其非线性系统的稳定性,并根据稳定极限环条件求解系统的临界振幅和振荡频率。通过改变死区类型及顺序,影响机组对系统频率的支撑能力,指出了系统频率稳定与临界振幅的关系,并在Matlab/Simulink中对上述理论分析进行了仿真验证。结果表明机组死区大小和类型均会改变系统的临界振幅和振荡频率,为机组配置死区提供了一定的参考依据。

基于时空图卷积网络和自注意机制的频率稳定性预测

针对传统数据驱动预测方法对电力系统频率稳定性预测的时空特性利用不充分、新拓扑下泛化能力差和可解释性较弱的问题,该文提出了一种基于自注意力机制和时空图卷积网络(STGCN)的频率稳定性预测方法。STGCN预测方法利用一维时间卷积层提取系统时间信息,利用切比雪夫图卷积通过近似拉普拉斯矩阵的多项式函数执行图卷积操作,从而捕获各母线及其邻居的拓扑结构信息;然后,采用基于自注意力机制的可微分图池化层来获得各母线注意力得分以对预测模型的决策过程进行可解释性分析,该分层池化策略允许模型尽可能地保留有价值的节点特征,并根据保留特征和动态拓扑有效分配节点以提高模型的泛化能力与鲁棒性;最后,在修改的新英格兰39节点系统和ACTIVSg500节点系统上的测试验证了所提方法的有效性。与传统方法相比,该文所提STGCN具有更高的预测精度、更好的鲁棒性和泛化能力。同时,该方法可以提供系统内各母线对预测结果的具体影响。

一种谐振微加速度计频率测量及稳定度分析

针对谐振式微加速度计的高精度频率测量和长时间频率稳定度的快速分析需求问题,文中在总结Allan方差和原始#1理论方差的基础上,介绍了一种快速#1理论方差。实验测试表明:在不同采样间隔下快速#1理论方差的精度和响应速度都优于Allan方差和原始#1理论方差,而且采样间隔越小,越能提升谐振频率的稳定度分析。针对研制的谐振式微加速度计选择采样间隔为1 s,快速#1理论方差分析方法能在1 s内完成1 h频率稳定度分析,有利于高精度微机械谐振加速度传感器研制。

计及生产流程和电压与频率稳定性的孤立电网灾后恢复策略

用于工业园区、油气开发等的孤立电力系统广泛存在,其组网脆弱、灾后完全停产等问题严重影响了系统生产、运行效率。针对孤立电网的灾后恢复策略开展了研究。以海上油气开发为例建立了系统生产全流程模型,提出了负荷恢复度的概念并建立了产量与各类负荷关系的多元函数。针对孤立电网负荷恢复过程的电压与频率暂态稳定性进行了分析,将分析结果以构建约束条件的方式纳入优化模型。提出了用于确定负荷恢复顺序的系统灾后恢复模型并应用贪心算法进行求解。算例结果验证了所提出的模型及方法的有效性。

新能源接入对区域系统频率稳定的影响及机组改进控制策略

针对新能源接入比迅速增大,导致区域电网频率稳定性问题日益突出这一问题,研究接入比与频率稳定性的关系,并提出水电、火电主导调频的改进控制策略。分析发现,随着接入比的增大,区域电网的等值惯量变小,等值功-频调节能力降低,导致水电主导区域电网的静态、动态和暂态频率稳定性都降低,以及火电主导区域电网的静态、暂态频率稳定性降低,而动态频率稳定性基本不变。通过减小调差系数,在频率反馈通道附加微分环节,改善水电主导调频的全过程频率稳定性;在频率反馈通道附加比例微分环节,改善火电主导调频的全过程频率稳定性。仿真结果表明,影响原因分析合理,改进控制策略有效,对改善大比例新能源接入系统的频率稳定性具有重要参考价值。

原子钟时域频率稳定度评估方法

在对原子钟基本运行原理阐述的基础上,针对当前原子钟时域频率稳定度评估方法研究不全面、不具体的问题,作全面、系统的研究,包括阿伦方差、重叠阿伦方差、修正阿伦方差、时间方差、哈达玛方差、重叠哈达玛方差、总方差和理论方差等8种计算评估类型,给出了标准公式,描述了适用范围,总结了特点规律。重点利用上述8种方法对某实验室的原子钟进行实例计算和验证,根据得到的不同类型原子钟的稳定度评估结果,分析了每种方法的评估效果,归纳了不同评估方法的应用特点、规律及适用范围,得到了哈达玛方差可明显去除氢钟频率漂移的影响,修正阿伦方差能更好区分调相白噪声和调相闪烁噪声类型等具体结论。

兼顾电网频率和功角稳定性的柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标优化

雅砻江柯拉光伏电站是西南电网首座百万千瓦级光伏电站,与木绒水电站构成大容量水光互补系统,其低电压穿越特性对电网频率、功角稳定性均存在一定影响。首先,研究了光伏电站低电压穿越影响电网频率稳定的机理、水光互补系统功角稳定特性,提出了一种量化评估光伏电站低电压穿越影响电网频率的工程实用方法;然后,分析了柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标对西南电网频率、功角稳定性及对负荷中心暂态电压稳定的影响;最后,提出一种兼顾电网频率和功角稳定性的光伏电站低电压穿越关键性能指标优化方法,并通过对柯拉光伏的仿真测试验证了所提方法的有效性。

计及暂态频率稳定约束的同步惯量经济价值评估

高渗透率新能源接入系统后,保障系统具有充足的在线惯量是维持系统频率安全稳定的关键,同时建立惯性辅助服务市场是解决该问题的有效手段。因此,将同步惯性响应纳入有偿服务,搭建考虑系统最低同步惯量需求约束的定价出清模型,并提出离散变量松弛化的方法,将出清模型转化为凸优化问题。然后,基于边际成本定价法和拉格朗日对偶原理,以最低同步惯量需求约束对应的影子价格来评估其经济价值,为惯性服务定价。最后,以改进的IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统为例,对同步惯量影子价格的存在机理、数值影响因素以及同步机组收益进行分析讨论。结果表明,含高比例新能源系统具有建设惯性辅助服务市场的必要性和迫切性。所提方法和仿真结论为惯性服务市场化提供了参考性意见。

考虑AGC采样保持特性的时滞电力系统频率稳定性分析

电力系统的自动发电控制(automaticgeneration control,AGC)是典型的采样控制系统,具有调节周期长、通信延迟显著的特点。基于单区域负荷频率控制(load frequency control,LFC)系统,该文提出一种适用于考虑AGC采样保持特性的时滞电力系统频率稳定性分析方法。首先利用零阶保持器建立考虑AGC采样保持特性的LFC连续–采样混合系统模型;然后利用切比雪夫离散化方法处理模型中的时滞变量,基于函数空间方法建立等值的离散化系统;随后提出基于离散化系统特征值的稳定性判据。为说明考虑AGC采样保持特性的必要性,该文还建立了忽略AGC采样保持特性和用零阶保持器连续传递函数建模的LFC连续系统模型,通过比较不同模型的时滞稳定裕度说明不同建模方法的保守冒进程度。最后通过时滞稳定裕度上的时频域仿真分析验证所提稳定性分析方法的准确性。

考虑系统频率稳定需求的风电机组调频参数评估

随着风电渗透率提高,电力系统将面临一次调频能力不足的问题,为降低风电大规模并网对系统频率安全的影响,风电机组通过主动控制方式参与系统一次调频,随着风电渗透率的逐步提高,频率响应模式和调频参数的设置将更加复杂。研究基于风电机组的综合惯性控制,结合传统电力系统刚性集结模型,得出考虑风电机组参与一次调频的系统频率响应模型,并推导系统频率安全指标评价公式,通过仿真验证其有效性,从而在满足风电机组高渗透率系统频率稳定的前提下,确定不同风电渗透率下的风电机组调频参数最小临界值,为实际工程中的参数整定提供依据。

基于全状态模型的自同步电压源并网系统频率稳定分析

使用自同步电压源控制方式的新能源是提升高比例新能源电力系统频率稳定的重要措施。针对自同步电压源并网系统,基于近似全状态模型,通过状态变量时域响应的解析解得到系统频率相关特征量与系统参数的量化关系。首先,将频率稳定问题转化为二次特征值问题,证明了系统惯量减小会降低系统频率惯量响应阶段的抗扰动性。其次,将自同步电压源模型与同步机模型参数进行对应,证明了调速器的作用相当于增加系统阻尼,能够减小受扰动后系统频率的稳态频率误差。然后,提出了一种满足预设频率动态安全要求的自同步电压源新能源虚拟惯量和下垂系数估计方法。最后,在10机39节点算例中验证了所提方法的正确性和有效性。

考虑频率稳定约束的电网新能源承载能力评估方法及其应用

随着风电、光伏占比的不断上升,系统惯量以及常规备用调频容量趋于降低,电力系统频率稳定问题凸显。从频率稳定约束的角度,研究了基于频率响应模型的电网新能源承载能力评估方法。首先,建立了含新能源发电等多种频率调节电源的电力系统频率响应模型,并通过电磁暂态仿真验证了模型的有效性。然后,以频率跌落最低值和最大频率变化率为频率稳定约束,提出基于频率响应模型的电网新能源承载能力评估方法。该方法可以根据新能源占比构建系统的频率稳定域,评估系统的新能源承载能力。最后,通过所提方法在系统层面评估考虑频率稳定约束的电网新能源承载能力以及新型频率控制技术对于电力系统频率稳定性的提升作用研究中的应用,验证了方法的有效性与适用性。

分散式风储一体化系统提升海上油田群电网频率稳定性研究

针对海上油田群电网接入海上风电引发的频率稳定问题,提出了分散式风储一体化系统(distributed wind-storage integrated system,DWSIS)的解决方案。首先,基于某实际油田群电网,构建了DWSIS及其接入电网的模型;然后,提出了DWSIS改善电网频率稳定性的原理及分析方法;最后,通过各典型故障下的电磁暂态仿真,验证了DWSIS的有效性和实用性。所提出的解决方案有望提升高风电渗透率下海上油田群电网的频率稳定性,进一步推动海上平台生产的低碳化发展。

考虑频率及电压稳定约束的主动解列最优断面搜索方法

解列是避免电力系统发生连锁故障及大范围停电的最后一道防线,而解列断面的确定对于解列后孤网系统的安全稳定至关重要。针对现有解列断面分析方法未考虑潮流冲击、电压稳定约束等问题,提出了一种考虑频率及电压稳定约束的主动解列最优断面搜索模型,以系统潮流冲击最小为目标,在满足机组同调分群约束和系统连通性等约束的基础上,通过建立频率稳定约束对解列后孤岛产生的不平衡功率大小进行限制以提高解列后孤岛频率的稳定性;同时引入电压稳定指标,通过推导得到该指标与切负荷变化之间的灵敏度矩阵,得到线性化的电压稳定约束以提高孤岛电压稳定裕度。最后,通过修改后的新英格兰39节点系统进行仿真分析,验证了该文所提出的主动解列最优断面搜索方法的有效性。