能量视角下的电力系统惯量

同步机主导的电力系统中,机械旋转惯量是决定频率动态的主导因素,被代指为系统惯量。随着新能源占比升高,机械旋转惯量不断下降,其主导作用被削弱,现有对电力系统惯量的认知不再适用。文中首先回顾惯量作为阻碍物体状态变化能力度量的物理本质,把电力系统建模为包含不同尺度下多种能量形式和元件的能量供应链,将惯量广义化为机械旋转惯量、电惯量、热惯量、流体惯量。能量供应链中,同一尺度上存储惯量和通道惯量组成的“惯量对”决定了该尺度的动态;总的尺度上,不同尺度的多个“惯量对”决定了时域的序贯动态和频域的级联滤波特性。然后,进一步揭示了惯量需求的根源是能量需求,存储单元需要有足够的瞬时可释放能量来应对传输通道引起的能量补充滞后,整个能量供应链需要存储足够的本地能量支撑分散控制。能量视角下的电力系统惯量认知有助于评估新型电力系统的惯量需求,为新型电力系统有功控制的方法设计提供理论指导。

电力系统中的雷电暂态感知、监测和应用

雷电是造成电力系统故障的首要原因,实现对雷电暂态电压电流信号的感知、监测和数据应用对于维护系统安全稳定运行具有重要意义。面向日益复杂的新型电力系统结构形态,传感器件在满足雷电宽频测量的基础上,监测装置正朝着微型化、高精度、强互联和易取能方向发展。因此,该文基于雷电暂态感知方法、监测装置关键技术和雷击数据统计应用的研究现状,首先介绍了基于不同原理的电压/电场和电流/磁场传感技术,并分析了各自的优缺点;其次梳理了传感器微型化、时间同步、通信和供能等关键技术的最新进展;随后通过对雷击暂态波形的统计分析,探讨了监测数据在雷击故障识别与定位中的应用;最后对电力系统中雷电暂态感知、监测与应用进行总结并对其发展趋势作出展望。

电励磁与永磁电机脉冲电源系统充放电对比分析

对基于电励磁和永磁同步电机的飞轮储能系统充放电原理进行了详细介绍,结合PID控制技术为飞轮储能系统设计了充放电控制器,分别通过控制励磁和变流器对两种飞轮储能系统进行充放电,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明了控制策略的有效性,并且对两种脉冲电源充放电方式的优缺点进行了总结比较。

不同能氮水平对反刍动物瘤胃发酵的影响

对于反刍动物营养代谢的研究,离不开对瘤胃发酵的研究和探讨。近年来,我国玉米、豆粕价格居高不下,通常又依赖进口,为避免人畜争粮,在节本增效的大环境下,研究人员都在寻求精准营养。饲粮的能量与蛋白质水平是反刍动物维持正常生理需求、保障瘤胃发酵的重点。挥发性脂肪酸是反刍动物瘤胃发酵的主要产物,也是动物体内能量代谢的重要物质,而瘤胃产生的微生物蛋白则为反刍动物提供了主要的蛋白质营养。因此,文章主要从两方面(能氮比、能氮同步释放)综述不同能氮水平对反刍动物瘤胃发酵的影响,以期为配制精准饲粮提供参考。

储能/发电机级联式供电系统功率传输控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提升,区域电网惯性逐步降低,暂态支撑能力严重不足,给电网带来了一系列安全问题。文中提出一种储能与开绕组永磁同步发电机(open-winding permanent magnet synchronous generator,OW-PMSG)级联供电的新型分布式并网发电拓扑,在保证可再生能源消纳的前提下,重新利用原有柴油机,为电网提供功率后备以及惯量支撑。通过对OW-PMSG进行建模以及系统功率流矢量分析,设计基于源网相位差闭环控制的功率传输策略,实现发电机的稳定同步运行。基于该策略,拓扑中的储能变流器可具备同步发电机特性,实现了电网惯性和暂态支撑能力的进一步提升。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

LNG接收站液氮系统改造及应用

某液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)接收站液氮采用槽车方式,由空分厂装车后外运至接收站,这种运输方式存在耗费时间长、作业窗口时间短、易泄漏、操作不规范、抵达时效影响较多等问题。通过调研及分析液氮供应影响因素,在比选多种解决方案后确定新建液氮直供系统的解决方案。结果表明:新建液氮直供系统大幅降低液氮充装时间,由原来48 h缩减为8 h;延长作业窗口时间12 h,实现全天可接卸液氮;主要工作由集散控制系统操作员完成,全年可节约工时160 h;全年可节省液氮费用20万元(含槽车运输费及中间费用)。液氮直供系统的新建与应用为全国首例,可为国内接收站氮气供应提供新的工艺流程及可复制模板,极大降低生产成本,规避氮气供应风险。

基于连续可导ESO的虚拟同步机控制策略

在高比例新能源接入的电网中,虚拟同步机技术被广泛应用,但当面对系统扰动时其稳定性较差,可能会存在电压过限、频率波动等问题。因此,为了提高电能质量,将扩张状态观测器引入虚拟同步机控制技术中,对扰动进行观测、估计与补偿,提高系统稳定性,从而在新能源电源波动及大功率负荷投切时得到更稳定的母线电压及系统频率。此外,进一步对扩张状态观测器中的分段函数fal进行矫正,提出一种连续可导的扩张状态观测器控制算法,免去运算过程中的判断环节,突出了“小误差大增益”的特点,并对算法进行稳定性分析和确定参数选择范围。仿真与实验结果验证了所提策略的有效性与可行性。

饲粮能氮瘤胃释放同步化对泌乳奶牛瘤胃发酵、生产性能及氮平衡的影响

本试验旨在研究饲粮瘤胃能氮释放同步化对泌乳奶牛瘤胃发酵、生产性能及氮平衡的影响。试验采用4×4的拉丁方试验设计,试验动物为4头安装永久性瘤胃瘘管的泌乳中期荷斯坦奶牛,试验处理为4种瘤胃能氮释放同步化指数(SI)不同的等能、等氮饲粮(饲粮Ⅰ,SI=0.95;饲粮Ⅱ,SI=0.90;饲粮Ⅲ,SI=0.83;饲粮Ⅳ,SI=0.77)。每期试验19 d,其中预试期14 d,采样期5 d,采样期的最后2 d测定氮平衡。试验结果表明:1)瘤胃液pH随饲粮SI值的升高而降低(P<0.05);乙酸、丙酸、丁酸及总挥发性脂肪酸浓度,氨氮浓度,瘤胃液相体积、稀释速率以及菌体氮外流量各处理间差异不显著(P>0.05)。2)产奶量、乳蛋白及乳糖产量随着饲粮SI值的升高而增加(P<0.05);乳脂、乳糖、乳蛋白、乳尿素氮含量等各处理间差异不显著(P>0.05)。3)随着饲粮SI值的升高,乳氮、粪氮排出量升高(P<0.05),尿氮排出量减少,但各处理间差异不显著(P>0.05);SI值对饲粮氮表观消化率、饲粮氮泌乳转化效率无显著影响(P>0.05)。结果显示,提高饲粮能氮瘤胃释放同步化程度具有促进菌体蛋白合成,提高乳蛋白产量的效果。

基于无线传感器网络的飞行器测控通信系统测量方案设计

针对目前航天飞行器测控通信系统测量参数种类和数量不断增加,系统可靠性要求越来越高,同时系统重量及设备体积约束日益严格的问题,提出了采用基于无线传感器网络的飞行器测量方案,方案重点从节点配置、时间同步、网络拓扑及能源供应等方面进行阐述和分析,最后给出了应解决的关键技术攻关方向。

碳氮循环与能源结构

从描述碳、氮元素的生物地理化学循环入手,说明现有能源结构和其他人类活动,已经造成了地球大气层中(比较一百年以前),CO2的浓度增加了25%,甲烷、N2O、NOX的浓度都有明显增加。今天,全球固定氮的速度增加了一倍。碳、氮循环正在逐渐远离它们的动力学稳定状态,导致出现一系列严重生态环境问题。在碳、氮元素的生物地理化学循环的框架下,说明燃烧生物质(植物或植物提取物),阻断了有机碳进入非生物可得矿石燃料储存区的通道,额外增加了CO2的排放量,增加了氧气的消耗量,干扰了碳、氮元素的生物地理化学循环,使碳元素不能转变成养育土壤的有机肥料,破坏了自然界的自修复功能。还原碳的生物吸收,植物的光合作用不是唯一途径,至少有下列方式也可以实现:高分子物质降解物的相当数量代谢碳,在土壤中被植物直接吸收;溶解于水中,尤其是海洋中的HCO3―,可以被生物吸收;由亚硝酸菌属和硝化菌属作用的硝化过程是耗氧过程,氮的氧化伴随着碳元素的还原及生物吸收。另外,植物光合作用转化太阳能为化学燃料能,是一个效率(0.5%)相对低下的过程;生物质燃烧时,会生成NOX和N2O。然而,将生物质废料作为堆肥原料,获得的燃料,基本上没有额外增加CO2的排放量;获得的有机肥料,可减少化肥、农药造成的环境冲击,对建立农业可持续发展模式发挥作用。人类需要摆脱以碳元素为能量来源,以燃烧方式获得能量的思维定式,依靠自己的聪明才智,团结协作,共同构建清洁的、可持续发展的新型能源结构。

不同能氮同步化释放日粮对奶牛瘤胃体外发酵和微生物蛋白合成的影响

试验以3头安装永久性瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛为试验动物,试验设计以不同RDN(g)/FOM(kg)比值日粮为底物,利用人工瘤胃体外培养法,通过瘤胃液pH值、瘤胃液氨氮浓度、挥发性脂肪酸含量、微生物蛋白含量这四个指标的测定,评价日粮RDN(g)/FOM(kg)比值分别为20、25、30、35的4种不同能氮同步化释放日粮对瘤胃发酵及微生物蛋白含量的影响。结果表明:随着体外培养时间的延长,瘤胃液pH值不断降低,pH均值以RDN(g)/FOM(kg)=25组为最高,RDN(g)/FOM(kg)=30组最低,差异不显著(P>0.05)。NH3-N浓度随着RDN(g)/FOM(kg)水平的增加而增加,当RDN(g)/FOM(kg)=35时,NH3-N浓度均值最高。当RDN(g)/FOM(kg)=20时,细菌蛋白含量和原虫蛋白含量均最高。对于VFA当RDN(g)/FOM(kg)=30时,乙酸含量最高;当RDN(g)/FOM(kg)比值为20时,丙酸含量、丁酸含量最高;TVFA含量以RDN(g)/FOM(kg)=30时最高,乙酸、丙酸比值以RDN(g)/FOM(kg)比值为25时最高。

适度高温下高氮和低光对演替树种光合和能量转换的复合影响

利用CO2交换系统和叶绿素荧光法,研究适度高温(38℃)、高氮(HN)和低光(LL)对早、中和后期演替树种木荷、红椎和黄果厚壳桂幼树光合过程影响的初始靶的,及其对群落演替的潜在影响。结果表明:适度高温提升木荷和红椎高氮高光(HNHL)植株的光合速率(Pn),但高光强(>500μmol/(m2.s))限制木荷、红椎及黄果厚壳桂低氮高光(LNHL)和高氮低光(HNLL)植株Pn对适度高温的响应。当光强<500μmol/(m2.s),适度高温提高木荷LNHL植株的光下PSⅡ最大量子效率(Fv′/Fm′)、开启PSⅡ中心(Fq′/Fm′)和开启PSⅡ反应中心的比例(qL),以及非循环光启电子传递效率(ETR)和吸收光能利用于PSⅡ光反应(ΦPSII),但黄果厚壳桂不呈现类似响应。黄果厚壳桂HNLL植株多以非光辐射耗散吸收能和表现低的光化反应效率。气候变暖,华南珠江三角洲过量氮沉降和频繁的灰霾天气可能延缓当地森林植物群落的正向演替。

基于飞轮储能系统的直流UPS控制方法研究

飞轮储能系统将能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮转子中。与传统化学电池相比,飞轮储能系统优势明显,已获得了广泛的应用。为了解决电网电压对称跌落所带来的直流负载端电压暂降问题,给出了基于飞轮储能系统的直流UPS系统电路拓扑及控制方法。在电网电压正常时,飞轮电机采用速度外环、电流内环的双闭环控制策略加速充电或恒速待机;在电网电压发生对称跌落时,飞轮电机采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略减速放电。提出了电流内环控制器的零极点对消降阶设计方案,采用对称优化函数等效法设计了速度外环及电压外环控制器参数,并对设计的控制器进行了稳定性分析。通过Matlab/Simulink仿真对该控制方法进行了验证。结果表明,该控制方法及所设计的控制器参数能准确控制飞轮电机运行模式,稳定直流负载端电压,保护直流负载不受电网电压跌落的影响。

高效回收氧氮资源的可变多循环冷能利用新工艺研究

针对某集团供氧系统应急保障能力不足、氧气放散量大、液氧汽化消耗蒸汽量过高、氮气应急和调峰备用欠缺的问题,以开发可变多循环冷能利用技术为核心,通过扩建液氧储槽和汽化系统、新建液氮储槽及汽化系统、构建氧氮冷能利用装置实现利用液氮的冷能液化氧气、利用氧气的液化潜热汽化氮气,推出高效氧气变负荷+氮气节能回收的新技术。新工艺最终实现了冷能的可变循环利用,大幅度提高氧氮资源利用率,减少蒸汽消耗,提高供氧系统的稳定性和液氮储存保障能力,可产生良好的经济效益。

四维能源供需系统的自适应-脉冲同步

本文基于脉冲控制稳定性的比较理论,研究了四维能源供需系统的自适应-脉冲同步问题。运用线性脉冲控制和自适应-脉冲控制两个方法,分别提出了系统渐近同步的充分条件,获得简单而实用的控制器。理论结果和数值模拟得到了相互验证。

基于SICE自供电式压电-电磁俘能电路设计

对SICE接口电路的回收功率进行理论分析和计算,并利用Multisim对SHE、SECE、P-SSHI、S-SSHI和SICE 5种接口电路进行仿真和比较。通过对5种电路的分析,文中提出了一种基于同步翻转电荷提取的压电-电磁俘能电路(Self-Powered SICE)。所提出的电路由压电俘能部分、电磁供能部分、运算放大器、整流滤波电路、开关控制电路和同步翻转电荷提取电路组成。电磁产生的能量为开关控制电路供能,避免了引入额外的电源对开关进行控制以达到自供能。Multisim仿真结果表明本文设计的SP-SICE电路的回收功率是SHE电路的3.7倍,相比SICE电路的回收功率有所下降,但实现了自供电和负载的自适应。

分数阶能量资源供需系统的混沌投影同步

研究了一类分数阶能量资源供需系统的投影同步问题,得到主从系统达到投影同步的充分条件,数值仿真结果验证了该方法的合理性。

虚拟同步发电机技术在风力发电中的应用

随着化石能源危机和环境污染问题日益严重,风力发电产业发展迅速。传统风力发电机组受到其中电力电子装置的影响,在并网时对电网电压和频率呈现低惯量、欠阻尼影响,对电网的稳定形成严峻的挑战。虚拟同步发电机(VSG)技术能模拟传统同步发电机的运行特性,改善电网的稳定性,还能进一步推动智能电网的形成,因而成为目前研究的热点。介绍了虚拟同步发电机的基本原理及模型,综述了目前风力发电虚拟同步发电技术主要的控制方案,分析了各种控制方案的优缺点。介绍了虚拟同步发电机在风力发电中的应用并列举出成功案例。最后,对VSG技术接入电网面临的问题进行了分析并提出今后的研究方向,为VSG技术在风力发电中的发展和应用提供技术支撑。

珊瑚脂质是其共生虫黄藻密度降低时的重要能量来源

近年来珊瑚白化现象日益严峻。白化意味着珊瑚共生虫黄藻密度的降低,然而目前关于珊瑚体内的脂质在虫黄藻密度降低时对维持能量供给稳定的意义尚不清楚。本研究以2020年3月和6月在西沙群岛采集的帛琉蜂巢珊瑚(Favia palauensis)和澄黄滨珊瑚(Porites lutea)样品为材料,通过生理参数(虫黄藻密度、脂质含量)与地球化学指标(虫黄藻的稳定氮同位素δ^(15)N_(z)值)相结合的方法,探讨了珊瑚脂质对虫黄藻密度及其光合作用强度变化的响应。结果显示,夏季两种珊瑚的虫黄藻密度和δ^(15)N_(z)值均显著下降,意味着夏季虫黄藻密度降低导致了其光合作用强度的降低。与此同时,两种珊瑚的脂质含量也显著下降,并且脂质含量与虫黄藻密度、δ^(15)N_(z)值之间均呈正相关关系,这说明珊瑚脂质含量与虫黄藻光合作用强度的变化之间存在耦合关系。当光合作用强度降低时,珊瑚可以通过消耗其自身储存的脂质更好地维持能量供给的稳定,这对提高环境胁迫的适应能力以及抗白化能力具有重要意义。

计及分布式电源注入谐波的单相接地故障联合选线

随着配电网线路安全运行要求的提高,分布式电源注入的谐波会使得现有的选线方法失效,且单一判据的故障选线方法愈加难以胜任复杂配电网系统发生单相接地故障后的选线工作。因此文中提出了计及分布式电源注入谐波的谐振接地系统单相接地故障联合选线。针对谐振接地系统中出现单相接地故障后,故障线路与健全线路的暂态零序电流相位、周期变化不同的特点,先根据低频周期差异用多尺度交叉样本熵计算暂态零序电流,再根据高频相位差异用加权暂态能量法及同步挤压小波变换计算高频暂态零序电流的重构误差。此外,使用加权暂态能量法控制计算量并通过多尺度交叉样本熵、加权暂态能量和重构误差3个判据判定故障线路。实验结果显示,文中的联合选线法受不同故障条件的影响小,准确性高,抗干扰性强。