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。

高性能自研处理器物理设计频率提升方法

提升处理器核的频率是提升处理器性能的重要手段.传统的物理设计流程难以实现高主频的处理器核.基于业界主流的布局布线工具,通过嵌入手工定制部件的网表、逻辑和物理设计协同优化、优化定制布线规则、优化物理设计方法学等组合策略.在相同工艺、面积、功耗对等条件下,达到流片签核要求时,自研处理器核物理设计频率比原始设计可提升约30%.

滴灌施肥频率对烤烟生长、氮肥利用及烟叶产质量的影响

为探明滴灌施肥频率对烤烟生长、氮肥利用及烟叶产质量的影响,2018-2019年通过田间试验,以不施肥空白(CK)和当地常规处理(CF,即肥料干施+滴灌)为对照,研究低频滴灌施肥(DF1,即养分管理期1次滴灌施肥)、中频滴灌施肥(DF2,即养分管理期连续2天每天1次滴灌施肥)和高频滴灌施肥(DF3,即养分管理期连续3天每天1次滴灌施肥)对烤烟农艺性状、根系发育形态、氮肥累积量和利用效率及烟叶产质量的影响。结果表明,与CF相比,各滴灌施肥处理烟叶产量无显著差异(P<0.05),氮肥利用率有不同程度提高,烟株发育状况则因滴灌施肥频率而异。与DF1和DF2相比,DF3烟株旺长期叶面积系数分别增加了7.3%~33.3%和1.6%~28.7%,根系体积分别增加了3.9%~46.6%和21.2%~40.5%,氮素利用率分别提高了39.0%~95.0%和21.5%~34.3%,烟叶烟碱含量分别增加了17.5%~28.5%和12.5%~20.0%。与中频滴灌施肥和低频滴灌施肥相比,高频滴灌施肥有利于促进烟株生长和根系形态发育,提高氮肥利用效率和烟叶品质质量,是有效协同氮肥高效利用和烟叶产质量的滴灌施肥措施。

振荡频率对曼氏无针乌贼成体死亡率及生存状态的影响

为提高曼氏无针乌贼增殖放流运输过程的存活率,在实验室条件下研究了0、60、100、120、140和160 r/min振荡频率对成体曼氏无针乌贼死亡率、乳酸、糖原含量及酶活性的影响。结果显示,除160 r/min死亡率略有下降外,其他组随着频率的增高死亡率升高,频率120、140 r/min时死亡率最高为91.7%,显著高于0、60、100 r/min处理组。死亡时间主要分布在振荡后的4~8 h,频率越低乌贼出现死亡的时间越晚,160 r/min率先在2 h出现死亡个体。除个别组出现波动外,随着频率的增大,两种组织(肌肉、肝脏)的糖原含量降低,而乳酸含量增大,140 r/min处理组糖原、乳酸含量与对照组间差异显著。除60 r/min处理组外,随着频率的增加,肝脏组织中的谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(GOT)活性降低,超氧化物歧化酶(SOD)活性增加,且120、140、160 r/min处理组3种酶活性与其他组间差异显著。碱性磷酸酶(ALP)活性随着频率的增加而升高,140和160r/min处理组与其他组间差异显著。乌贼死亡率与SOD、肌肉乳酸含量、ALP之间极显著正相关,与肌肉糖原含量、GOT和ALT活性、消化腺糖原含量之间极显著负相关。研究表明,频率显著影响乌贼的存活率,能量耗尽和肝脏损伤可能是乌贼运输过程高死亡率的主要原因,运输过程建议振荡频率小于100 r/min且运输时间小于3 h,尽量避免较大程度的晃动。本研究可为曼氏无针乌贼成体的增殖放流运输过程提供技术支撑。

基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型(AHP-PF组合模型)。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。

多频率组合波形阵风场模拟与测量研究

基于数值模拟方法选取设定FL-51风洞阵风发生器的装置参数,如发生器叶片的数量、展长、弦长及间距等。发生器采用液压摆动缸独立驱动形式,可模拟正弦波、三角波及随机波等多种波形的多频率组合运动,同时能够减少安装传动件,并提升发生器性能。通过阵风场校测结果表明:叶片能够实现摆动频率为0 Hz~15 Hz,在校测范围内发生器产生的正弦流场较均匀;在来流风速40 m/s、叶片摆动频率为10 Hz、摆角为15°时,最大阵风幅值为8.5 m/s。地面测试与流场校测结果表明:该文所提出的阵风场模拟技术可以实现低速风洞多频率多波形组合运动,为风洞试验提供复杂的阵风流场。

附加频率控制下并网换流器的动态惯量及其量化评估

新能源大规模并网显著降低了交流系统惯量,并网换流器参与频率控制成为提升频率稳定性的重要手段。基于传递函数模型推导了附加频率控制下并网换流器的动态惯量,发现其受惯量设计参数和其他控制环节的共同影响,呈现时变特性,但是将其简化为与同步发电机旋转惯量类似的常数会导致分析误差。为此,面向定直流电压控制和定功率控制这两类主流的并网换流器控制方式,提出了附加频率控制下并网换流器动态惯量的量化评估方法,分析了控制参数、运行工况和系统特性等不同因素对惯量的影响机制,得到了有功控制外环会显著改变原有设计惯量的结论,需重点关注其控制参数导致的惯量偏差。最后,基于在Simulink中搭建的时域仿真模型,验证了所提传递函数模型及惯量量化评估方法的正确性和有效性。

双基地宽带成像雷达时间及调频率同步方法

双基地宽带成像雷达由于不同源会产生时间同步误差和调频率同步误差。针对这一问题,面向低成本、小型化雷达接收机设计同步方法。针对时间同步问题,提出了直达波触发的收发脉宽非一致时间同步方案,通过使用直达波触发接收窗启用时刻,同时增加接收窗长度和低通匹配滤波,以完成时间同步。针对调频率同步问题,提出了采用吕氏分布对调频率误差进行估计,进而进行补偿,以完成调频率同步。该时间及调频率同步方法基本不需要增加接收机硬件成本,可以适应小型化接收雷达需求。基于小型宽带雷达搭建室内的双基宽带雷达模型,实验实现了双基雷达同步以及数据采集、成像。实验结果验证了所提方法的有效性。

新能源场站快速有功控制及频率支撑技术综述

以光伏/风电为代表的新能源高比例并网降低了电力系统的惯量水平和频率支撑能力,频率稳定问题成为当前电网安全稳定和新能源高效消纳的核心问题之一。发展新能源发电并网机组单元和场站的快速有功频率响应和主动支撑能力是当前的研究热点。该文以“单机快速有功控制-场站快速有功控制-场站快速频率支撑”为主线,梳理光伏/风电的快速有功控制及频率支撑发展现状,分析频率检测、通信延时和控制响应模式等因素对光伏/风电场站频率响应快速性的影响,指出风电机组的机械载荷约束、风电场百毫秒级有功控制、场站的调频响应模式选择和优化、暂态有功无功协同控制是提升新能源发电单元和场站的快速有功频率响应能力的4个关键问题,最后对未来的重点研究方向进行展望和讨论。

基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

重复频率微波脉冲大气击穿延时与电离率

针对高功率微波在大气传输中可能出现的击穿现象,研究了脉冲序列中首次脉冲击穿延时和后续脉冲击穿延时,研究结果发现首次脉冲击穿延时在脉宽范围内大致均匀分布,后续脉冲击穿延时波动性较小。根据击穿延时数据对电离率进行了分析,指出在重复频率条件下,初始电子密度较高,电子密度分布不适用指数分布,无法用延时数据标准差对电离率进行估计。提出了一种用重复频率脉冲击穿延时数据计算电离率的方法,并将计算结果与仿真结果进行了对比,结果显示,二者有较好的对应关系。

基于频率响应特性的储能辅助电网调频方法

新能源渗透率的提高增加了电网频率控制的复杂度,储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题,但受储能运行的安全性与经济性约束,要求调频措施更具针对性。文中对此展开研究,提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先,在储能辅助电网调频模型基础上,选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法,通过电网频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析,设计基于频率响应特性的调频需求分区规则;然后,根据不同调频需求对应的分区判断,对储能有功输出方式进行动态调整,以响应调频需求的不确定性,并在此基础上,针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系,通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡;最后,仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上,有效降低储能充放电深度。

孤岛微电网多虚拟同步发电机频率无差协调控制策略

传统虚拟同步发电机的频率控制为有差控制,且虚拟惯量的引入使得虚拟同步发电机呈现二阶振荡特性,导致孤岛微电网多虚拟同步发电机并联系统在受到负荷扰动时面临频率偏移和有功超调的问题。针对此,提出了一种多虚拟同步发电机频率无差协调控制方法。该方法包含了兼具有功精确分配的频率无差调节控制和阻尼改进控制两部分,通过利用母线频率全局一致的“通信”效果,以分散式的形式协调系统内各台虚拟同步发电机,可主动消除微电网频率稳态偏差且实现各台虚拟同步发电机按照容量承担负荷有功功率,并抑制系统的有功超调。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。

基于STM32的频率和功率可调非接触供电超声电源设计

为解决接触式供电中漏电、磨损、电能传输不良以及超声电源在加工中谐振频率漂移、跟踪速度慢、输出功率不稳定等问题,文章以STM32单片机作为主控系统,设计了一种频率和功率可调的非接触供电超声电源。根据采样反馈电路采集的电压电流相位差和有效值信号,采用锁相环和模糊比例积分(Proportional Integral,PI)控制相结合的方法对频率进行跟踪,并用传统PI控制法控制输出功率。在Matlab软件中搭建电源仿真模型,利用附加电阻、附加电感和附加电容模拟加工过程中负载参数的突变,对有频率调节和功率控制子系统以及没有子系统的电源模型分别进行仿真。仿真结果表明,电源输出功率稳定在248 W。当负载参数发生改变时,电源的谐振频率发生漂移,经过频率自动跟踪子系统的调节后,电源在0.01 s后重新回到谐振状态。此控制算法实现了频率快速跟踪和功率控制。

高重复频率猝发多脉冲加载下交联聚苯乙烯真空沿面闪络特性

基于高重复频率强流多脉冲加速器的应用需求,针对交联聚苯乙烯(XLPS)材料在猝发多脉冲下的真空沿面闪络特性开展了实验研究。采用放置于平板电极中的XLPS圆台样品,在脉宽120 ns的单个脉冲和间隔500 ns的三脉冲加载下开展了真空沿面闪络实验,通过对实验平台和实验规范的优化设计,有效提升了实验效率和数据有效性,观测到了样品发生真空沿面闪络前的试样电压顶降现象和前序脉冲闪络对后续脉冲的显著影响,获得了XLPS材料在相应条件下真空沿面闪络的统计数据。在实验基础上,对XLPS材料在高重复频率多脉冲加载下的真空沿面闪络特性进行了分析,为高重复频率多脉冲加速器的绝缘设计提供了实验依据。

国产磁选态铯束频率标准环境特性研究

铯原子频率标准具有长期稳定性好、可靠性高的优点,在导航定位、守时授时、通信电力、时频计量等领域有着广泛的应用。近年来由于军事领域对高精度时间频率源的需求,铯原子频标的使用环境从实验室走向了战车、舰船等机动平台。本文针对铯原子频标在战车、舰船、高原等复杂环境下的环境适应性,研究环境因素对整机指标的影响机理。通过仿真与试验对整钟设计进行优化,以提高整机在力学、热、磁场、低气压等复杂环境下的适应性。经过优化设计后的国产铯束频率标准样机通过了相关环境试验项目的考核,各项指标均满足要求。研究结果表明,铯原子钟电性能样机的稳定度优于8.73×10^(-15)/5 d,磁敏感度3.15×10^(-14)/Gauss,工作温度特性-8.18×10^(-14),这项工作为国产化铯钟的进一步应用提供了基础。

声波式机械天线的谐振频率调控方法

声波式机械天线作为机械天线的重要类型之一,其谐振频率与固有频率高度耦合,而目前声波式机械天线受到材料尺寸限制,谐振频率较高,无法满足甚低频或更低频段的需求。为调控声波式机械天线的谐振频率,对声波式机械天线进行了振动建模,提出了增加单边固定约束、增加自由端质量和去除天线部分材料三种方法,并通过有限元仿真对所提方法进行了验证。结果表明,三种方法均能有效调控声波式机械天线的谐振频率,且与解析模型具有良好的一致性。通过应力分布研究了三种调控谐振频率方法对天线辐射的电场强度或磁场强度的影响,对声波式机械天线的设计具有重要参考意义。

城市无人机航线飞行间隔与调控频率综合研究

聚焦城市无人机航线飞行,为确保运行安全,需要为无人机配备合适的飞行间隔。面向同航线纵向飞行场景,研究了考虑冲突频率与碰撞概率且符合ICAO间隔制定原则的间隔调控模型。通过研究仅考虑无人机定位误差下的碰撞风险,得到无人机纵向飞行间隔,作为后续间隔计算的基准;通过综合考虑定位误差和速度误差引发的位置不确定性,计算伴随无人机航线飞行进程的碰撞风险。加大纵向间隔会延迟突破安全目标水平的时机,但随着飞行进程的推进,碰撞风险终将突破安全目标水平。基于此,提出了无人机位置调控机制,对2架无人机位置进行定期调控,以消除速度所产生的累积误差。针对某1个指定的安全目标水平,得到了纵向间隔与位置调控频率的关系曲线,发现二者存在博弈关系,实施高频调控,需要采取更小的航线间隔;反之,则需要加大航线间隔。同时,为兼顾城市空间与位置调控能力的双重约束,提出了选取曲率最大值位置的所需飞行间隔与调控频率作为折中方案,发现安全目标水平要求越严格,所需调控频率和飞行间隔越大。实验得到在满足安全目标水平为5×10^(-9)次/飞行小时情况下,所需调控频率为87次/h,所需纵向飞行间隔为90 m;同时在实际运行环境中,应用上述评估模型与方法可以客观选择所需间隔和调控频率。本文研究可以兼顾城市物流无人机空中运行的安全,提高城市空域利用率和派送效率。

基于角频率暂态前馈的VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)并网时,输出功率的稳态性能与动态性能之间存在耦合,无法同时满足抑制有功振荡和电网一次调频的需求,提出基于角频率暂态前馈的控制策略,通过补偿输出功率,减小Δω,进而减小振荡过程。该控制策略可以有效抑制有功振荡,并且实现了稳态性能与动态性能间的解耦,不会影响一次调频特性,同时提高了响应速度。首先建立VSG有功闭环小信号模型,分析了输出功率稳态性能与动态性能之间的矛盾,并根据同步发电机功角特性分析了有功振荡机理;在此基础上提出了基于角频率暂态前馈的控制策略,利用闭环零极点与Bode图分析了所提控制策略对系统的影响;最后通过仿真和RT-LAB半实物平台验证了所提控制策略的可行性与优越性。

灌水量和灌水频率对设施小果型西瓜产量和品质的影响

以20 cm蒸发皿水面蒸发量为灌水依据,结合西瓜不同生育阶段需水规律,研究灌水量和灌水频率对设施小果型西瓜生长、产量和品质的影响。结果表明,西瓜植株的茎粗、叶片叶绿素含量、果实产量、品质和灌溉水分利用效率与灌水量、灌水频率存在密切的相关性,其中W_(2)F_(2)(灌水量75%Ep,灌溉频率6 d)处理综合表现最佳,该处理西瓜果实的可溶性固形物、葡萄糖、蔗糖、果糖和番茄红素含量等品质指标均最高,硝酸盐含量较低,产量达41247 kg/hm^(2),与产量最高的W_(3)F_(1)(灌水量90%Ep,灌溉频率3 d)没有显著差异,灌溉水分利用效率为53.4 kg/m^(3),与最高的W_(1)F_(1)(灌水量60%Ep,灌溉频率3 d)没有显著差异,其他指标均处于中间水平,为最优灌水技术方案。研究结果可为设施小果型西瓜绿色优质生产提供理论和技术支持。