基于数字孪生技术的新型电力系统数字化

随着“双碳”目标的提出,大规模的清洁能源、电力电子设备和新型负荷将接入电力系统,传统的电力系统管理控制模式难以应对双侧随机性、波动性增强等问题,电力系统的安全稳定运行迎来巨大挑战。数字孪生技术作为重要的数字化手段,成为电力系统转型升级新方法。针对新型电力系统内在机理发生的深刻复杂变化,综述了数字孪生的发展历程以及其在电力系统领域的研究现状,并从新型电力系统数字化需求、数字建模方法、数字化平台建设3个层面研究了电力系统数字化转型进程。最终,提出了以数字孪生技术为核心的新型电力系统建模方法和框架。

电力电子组网系统中构网型换流器间的协同限流研究

新能源快速发展下带来的100%电力电子设备组网独立运行的场景逐渐增多,由于缺乏传统同步发电机的惯性和阻尼,当基于不同控制类型的构网型换流器为系统提供电压和频率支撑时,其对外部干扰较敏感,负荷大扰动情况下,系统存在明显的过流问题。针对该问题,首先对单端构网型换流器设计了一种基于电流饱和算法的过电流抑制方法,以限制端口换流器的暂态过电流。其次,在多端口换流器协同限流方面,提出了一种基于不同控制类型的构网型换流器间协同限流控制方法,解决了不同构网型换流器组网时由于扰动造成的输出过电流问题,并实现限流控制与正常工作模式间的平滑切换。同时,建立系统的小信号模型,利用根轨迹分析主要控制参数对系统稳定性的影响。最后,搭建了控制器级硬件在环测试平台,对理论分析和所提方法进行了硬件在环测试,验证了所提方法的有效性和优越性。

构网型和跟网型电力电子装备混联系统惯量响应的匹配问题综述

构网型和跟网型电力电子装备具有异质化调频特性,导致2类装备交直流混联系统惯量响应阶段的动态交互作用机理复杂,传统的惯量参数匹配原则难以优化系统频率响应的问题。阐述了电力电子装备系统的惯量响应匹配问题,并对现有电压源型变流器的调频控制方法进行了概述。从功频响应分析方法、调频功率分配原则和频率响应特性3个方面对电力电子装备系统惯量配置问题的研究现状展开梳理。对电力电子装备混联系统的统一建模及惯量响应匹配问题提出了研究思路,旨在通过惯量支撑功率的匹配控制提升低惯量电力系统的频率稳定性,从系统层面为高比例电力电子装备友好并网提供基础理论和关键技术支撑。

高比例电力电子电力系统过电压(一):定义、分类及相关要求

随着新能源发电设备的大量投运和大容量交直流输电工程的相继投产,我国已初步形成高比例电力电子电力系统的基本格局,以过电压为代表的安全问题日渐凸显。然而,高比例电力电子电力系统过电压起因众多、产生机理繁复,对新能源外送及直流输电能力构成了严重制约。为解决上述问题,该文从大电网安全稳定视角出发,首先明确电力系统过电压的基本概念及其分类,分析高比例电力电子电力系统中不同过电压的起因与波形特征。进一步围绕3个实际电网过电压问题较为突出的场景,分析不同场景下过电压产生的原因、各类设备的过电压耐受能力及限制因素,论述传统交流设备过电压及新型电力电子设备在过电压场景中可能存在的安全风险。最后,总结了高比例电力电子电力系统过电压的分析流程,并结合时域仿真算例进行论述说明。

高比例电力电子电力系统过电压(二):交流对称故障下暂时工频过电压机理

随着新能源等电力电子设备占比的不断提升,故障扰动后引发的系统暂时工频过电压问题日渐凸显,严重时易引发新能源大规模脱网,威胁电网安全稳定运行。新能源发电设备的故障穿越特性直接影响过电压水平,亟需进行机理分析。该文首先分析交流对称故障下高比例电力电子电力系统过电压的引发原因,建立计及新能源故障穿越特性的过电压简化分析模型,并基于矢量关系解析三相短路故障后新能源机端过电压最大值;然后分析不同故障穿越策略和系统参数对新能源机端电压最大值的影响;提出防止新能源大规模脱网的故障穿越等效无功电流系数的取值区间,进一步综合考虑新能源故障期间的无功支撑要求和故障清除后的电压安全约束,分析不同系统强度下等效无功电流系数的合理取值区间;最后通过时域仿真验证理论分析的有效性。

基于SPWM混合调制的光伏并网逆变实践教学装置研制

为更好达到光伏并网逆变原理教学目标,基于模拟和数字控制技术研制一台通用光伏并网逆变实践教学装置。装置集成了DC/DC、DC/AC、通信和上位机显示等单元。利用SG3525为核心的升压电路和DSP TMS320F28335为核心的逆变电路作为教学装置的通用主电路,采用正弦脉宽调制(SPWM)单、双极性混合控制策略,完成课程中直流升压、逆变等多种实验。通过教学装置的操作、训练,显著提升学生对升压开关变换电路的原理、特性以及单相SPWM逆变电路的工作原理、波形分析的理解。

浪涌保护器在电力系统中的应用

电力系统中的浪涌问题是由电压和电流的瞬时波动引起的,给电子设备带来了严重威胁。为应对这一挑战,浪涌保护器作为关键设备应运而生。首先介绍了浪涌的形成原因和对电子设备的危害,然后深入探讨了浪涌保护器的种类、工作原理以及在电力系统中的应用。通过对浪涌保护器的作用进行详细分析,旨在强调其在电力系统中的重要性。最后,展望未来浪涌保护技术的发展方向,以期为电力系统的稳定运行和电子设备的安全使用提供更有力的支持。

电子标签技术的送变电工程物资供应管理系统

针对传统送变电工程物资管理模式效率低下的问题,提出了一种新型的基于电子标签技术的送变电工程物资供应管理系统。采用稀疏重构分块自适应算法实现送变电工程物资图像的压缩,设计电子标签RFID对送变电工程物资进行移动定位,还利用了网格化管理对供应管理系统进行了优化,提高了管理效率。所提设计的送变电工程物资管理系统中,定位误差始终低于40 cm,在有效提高送变电工程物资定位精度的同时降低了磁盘损耗。

外场多径效应下的ERP高置信度测试方法

等效辐射功率作为电子装备的重要性能指标,关系到实际的作战效能,需要定期对其进行测试标定。限于测试条件,等效辐射功率的测试通常在外场原位开展,由于地面的反射作用,信号会因多径效应衰落,导致等效辐射功率测试精度降低。针对外场测试场景,分析并仿真了多径效应对等效辐射功率测试的影响,提出了多径阻断、多径平均、副瓣补偿等测试方法。通过工程试验表明,几种测试方法的综合运用可有效削弱多径效应的影响,具有较高的测试置信度。

无载波高重频电磁脉冲对电子侦察设备干扰机理分析

电子侦察设备具有极高的信息获取能力,特别是战场感知能力,被广泛应用在各种领域。为提高被侦察装备侦测的目标的生存概率,研究简单、快速、隐蔽性好、高效的电子千扰方法,进而使我方被侦测目标(直升机、运输机、歼击机、无人机、舰艇等)在战场复杂电磁环境中获得有效保护,具有重要意义。高功率、高重频电磁脉冲干扰作为一种新型电子干扰方式,具有一机多用、反应快速、干扰机理先进等优势,与传统的电子干扰方式相比各有自身的优势与特点,可彼此相结合,技术互补,提高电子干扰能力,增强我方被侦测目标战场生存力。通过数值建模仿真,对电磁脉冲对电子侦察设备的干扰机理进行分析。

无载波高重频电磁脉冲对电子侦察设备干扰机理分析

电子侦察设备具有极高的信息获取能力,特别是战场感知能力,被广泛应用在军事领域。为提高被侦察装备侦测的目标的生存概率,研究简单、快速、隐蔽性好、高效的电子干扰方法,进而使我方被侦测目标(直升机、运输机、歼击机、无人机、舰艇等)在战场复杂电磁环境中获得有效保护,具有重要意义。高功率、高重频电磁脉冲干扰作为一种新型电子干扰方式,具有一机多用、反应快速、干扰机理先进等优势,与传统的电子干扰方式相比各有优势与特点,可彼此相结合,技术互补,提高电子干扰能力,增强我方被侦测目标的战场生存力。通过数值建模仿真,对电磁脉冲对电子侦察设备的干扰机理进行分析。

新型电力系统继电保护面临的问题与解决思路

构建以新能源为主力电源的新型电力系统是实现“双碳”战略目标的关键技术途径。新型电力系统发展背景下,新能源高比例接入,电力系统的输配电形态演变导致系统高度电力电子化,其迥异的运行特性与故障特征导致传统以同步机电源为根本、以线性叠加原理为理论基础的故障分析方法和继电保护原理动作性能受到严峻挑战。文中系统阐述了新型电力系统典型场景下,传统故障分析与继电保护面临的关键问题,进而从新型电力系统的故障特征与规律认知、传统保护适应边界及性能提升技术、不依赖电源特性的继电保护新原理、电力电子设备主动支撑保护需求的控保协调等方面详细阐述了解决思路。

基于双系统冗余的阀基电子设备研制

设计了一种适用于新型电力系统下的具备双系统冗余控制的阀基电子装置(VBE)。该设备以FPGA为控制核心,电源单元、通信链路、控制系统均采用冗余设计,对外通信以高速光口为主,并预留了485接口、千兆网口等通信接口,内部通信速率最高可达6.25 Gb/s。实验证明该设备通信链路稳定可靠、双系统之间切换实时高效、故障自适应判决响应迅速、具备对外兼容与可扩展性,有效地提升了新型电力电子设备的可靠性、时效性,保障了功率单元的稳定运行。

基于模拟退火算法的功率元件热布局优化

电子设备运行频率大幅提高,可能导致工作过程中功率元件由于温度过高而失效的问题,影响着电子机箱内部的正常工作。通过MATLAB编程实现模拟退火算法对PCB电子元件的散热布局进行优化设计,进而提高电子设备散热效率,并利用Icepak软件进行温度场仿真对温度结果进行验证。验证结果表明模拟退火算法可有效解决PCB电子元件散热布局的优化问题,避免了传统算法的大规模计算,在电子元件散热领域中有良好的应用前景,并且在实际应用中能有效改善温升问题,提高了电子设备的工作效率。

面向系统电压动力学演化过程分析的电力电子并网设备内电势幅值运动机制研究

系统电压和频率演化机制认识一直是开展电力系统稳定、控制和保护等研究的重要基础。针对系统频率演化问题,已有研究以转子运动方程所刻画的内电势频率运动机制为核心形成了频率同步过程的直观认识。而针对系统电压演化问题,由于不明确驱使内电势幅值运动的激励力和支撑内电势幅值运动的物质特性,没有形成与内电势频率运动机制相对应的内电势幅值运动机制认识,更未能结合网络特性开展物理概念明确的电压动力学演化过程研究。随着电力电子设备持续大规模并网,电压问题愈加凸显,亟需更加深入地认识系统电压演化过程。因此,文中首先从设备调节内电势幅值/频率的基本原理出发,明确无功不平衡是驱使内电势幅值运动的主要激励力,并以双馈风机(doubly-fedinduction generator-based wind turbine,DFIG-based WT)为例构建无功/端电压不同控制目标下内电势幅值/频率响应模型。然后,基于三相系统动态过程中无功功率的物理内涵,建立支撑内电势幅值运动的无功不平衡存储特性的直观认识,从而通过类比频率运动机制,指出内电势幅值是反映无功不平衡存储水平的状态。最后,在含DFIG-basedWT单机系统中分析考虑不同控制目标时的电压动力学演化过程,并初步探讨多机系统电压动力学演化过程的研究思路。

基于电力电子技术的电气设备故障诊断研究

为实现电力系统的优化运行及电气设备的高效利用,介绍了电力电子技术的基本原理及电力电子设备的主要组成,提出一种新的故障诊断方法,包括故障检测、定位及分析步骤,通过模拟实验验证了该方法的可行性及有效性。结果表明,该方法能有效识别并定位电力电子设备故障,对电压降低、能量损失等常见故障具有良好的诊断性能,有助于提高电力系统的运行稳定性及安全性。

电子技术监控设备行政应用的规范进路

我国《行政处罚法》修订后,新增的电子技术监控设备在行政化应用中存在着相关制度建设不完备以及与之配套的技术审核制度不健全的问题。现有的制度不能完全发挥效用,无法有效约束驱动电子技术监控设备运行的算法形成的新型权力。电子技术监控设备作为立法对技术进步范式转变的回应,它的规范应用,能够实现对技术渗透行政带来的结构转型的规范,调节因结构转型带来的利益冲突。为确保电子技术监控设备行政目标的实现,首先应以法律原则为指引夯实其合法性基础,提升法律体系的整体概观性;其次应规范算法授权、完善技术审核制度,增强法律体系兼容技术的自洽性;最后应强化对行政相对人的救济保障,突出以人为本的行政价值。

基于新型电力系统的网源协调关键技术分析

构建以清洁低碳能源为主体的新型电力系统是实现中国“双碳”目标的关键举措,网源协调技术是建设新型电力系统的重要支撑。指出了新型电力系统大规模新能源与电力电子设备并网所带来的问题,分析研究了基于新型电力系统的网源协调关键技术支撑,并对未来新型电力系统网源协调发展进行了展望,旨在为网源协调技术发展提供有益的参考。

三相准Z源逆变器在电力电子变压器中的优化控制

主要研究三相准Z源逆变器(quasi-Z-Source Inverter,qZSI)在电力电子变压器(Electronic Power Transformer,EPT)中的应用。给出了相应的电气模型和调制策略,以优化不同工作状态下的电压控制和电流传输效率,提升逆变器的输出电压。三相qZSI对于提高电力系统的整体性能和管理能力具有重要意义,为新能源和电力电子设备的电力系统管理提供了宝贵的参考。

一种基于RTLAB仿真设备的电力电子装置控制信号处理系统设计

随着电力电子行业的快速发展,其已经广泛用于光伏发电、风力发电等新能源场站,这些设备的并入电网,对电网产生的不稳定性问题,需要进行仿真分析,为了搭建模拟实际设备控制性能,需要在不改变电力电子设备控制系统硬件和软件的基础前提下,将电力电子设备的控制系统真正的控制算法产生的控制信号传给仿真设备RTLAB,以便能够了解设备的真实性能,但是级联式电力电子设备控制系统功率单元光口较多,且为普通塑料光口,直接将这些普通光纤信号直接与RTLAB仿真设备连接显然不现实,所以实际的电力电子设备控系统的控制信号无法与RTLAB进行直接传输,除非编写特定仿真程序,下载到有高速光口的电路板上面,然后再与RTLAB设备进行连接,这样显然与实际电力电子设备的控制系统有区别,降低了仿真的可信性。为了解决这一问题,在实际级联式电力电子设备的控制系统与RTLAB之间增加一控制信号处理系统,将两边传输的信号进行解码,然后重新编码成两边设备通信可识别的信号,在电力电子控制系统的硬件与软件都没有改动情况下,完成系统仿真。