电池储能提高电力系统调频性能分析

针对同功率电池储能系统对火电机组调频替代能力量化不明确的问题,通过分析对比电池储能系统与火电机组调频的原理,确定储能调频在频率响应稳定性和快速性方面的优势。从调差系数出发,分析储能对高比例可再生能源调频系统的影响,确定同功率储能对火电机组在提升调频效果方面的优势。定义了储能调频替代的功率和能量指标,并提出储能提高频率最低点的替代指标。最后,根据所提出的相关定量指标,以中国东部某区域电网系统为例,分析了不同扰动场景下多时间尺度的储能的替代能力,验证了电池储能对火电机组的高替代能力。

中国电力系统碳达峰·碳中和转型路径优化与影响因素分析

电力系统实现“碳达峰·碳中和”是中国全社会实现“双碳”目标的关键环节,低碳转型过程将深刻影响电力系统的形态结构。首先,以规划总成本为优化目标构建电力系统源网扩展规划模型,考虑可再生能源地区自然资源禀赋和电力系统运行安全约束,对中国电力系统2020年至2060年“碳达峰·碳中和”转型路径进行规划优化。然后,对中国电力系统2060年实现碳中和场景下的电源结构、跨省电力交换需求转型结果及规划成本进行分析,同时针对碳减排目标与达峰时间影响因素设置多种场景进行对比研究,并对电池储能投资成本进行灵敏度分析。研究发现中国电力系统“碳达峰·碳中和”转型路径的关键是构建高比例清洁电源供应体系,通过各类型电源定位互补实现电源结构低碳转型,储能将承担为系统提供电力余缺调节、惯量支撑及各类辅助服务的任务。新型电力系统需要大容量跨省输电网络为电力供应提供支撑,承担风光电力向负荷中心送电任务,呈现更大规模“西电东送、北电南送”格局。碳达峰时间及减排路径需要综合统筹经济、社会、环境、技术等各方面因素以平衡经济性和碳减排进程。

基于动态相量的LCC-HVDC输电系统等值技术评述

立足于逆变侧换流站受端交流母线看向送端的基于电网换相换流器的高压直流输电(high-voltagedirectcurrent basedlinecommutedconverter,LCC-HVDC)系统的单端等值,对于优化设计继电保护、安稳控制和直流控保具有重要意义。为了同时获取计算的高精确性和实时性,动态相量模型以牺牲较低的仿真精度换取计算速度的提升,是实现LCC-HVDC输电线路双端等值的重要方式,但是用于LCCHVDC输电系统单端等值还存在难以平衡等值精度和计算速度的问题。针对该问题,该文分析了基于动态相量的LCCHVDC输电系统等值的应用价值、需求及难点,分别从等值计算模型中的提前触发角计算、换相重叠角计算、换相失败的判别及其对开关函数的影响和信号调制等4个因素评述现有研究现状及存在的问题,并提出了后续的研究建议。

基于控制硬件在环的风电次/超同步振荡综合实验平台

文章结合风电系统次/超同步振荡研究方向,设计了风电次/超同步振荡综合实验平台。平台依托实时数字仿真器构建了半实物风力发电仿真系统,并采用自主研发的阻抗扫描装置建立了风电机组阻抗模型,最后借助阻抗模型评估了风电次/超同步振荡风险。文章还围绕该综合实验平台,按照由基础到专业、由单一到综合的设计思路,开发了多层次的实验课程,旨在培养学生的设计能力、创新能力和分析能力。

基于模糊控制的储能参与一次调频综合控制策略

针对储能调频控制模式间以临界值方式直接切换造成功率跃变及储能荷电状态(SOC)过高过低,储能出力受限问题,提出一种基于模糊控制的储能参与的一次调频综合控制策略。首先,分析储能虚拟下垂、虚拟惯量和虚拟负惯量控制参数对系统频率响应的影响,确定各控制参数调频优势和稳定变化范围;其次,设计含虚拟负惯量控制的模糊控制器,实现控制模式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;最后,采用logistics函数设计SOC反馈控制策略和SOC自恢复控制策略,使储能容量得到更好的保持,提高储能的调频能力。仿真实验验证了所提策略的有效性。

大中型异步电动机定子模态的仿真分析

为了降低电动机的电磁噪声有必要分析和计算定子振动模态。本文利用ANSYS有限元软件研究大中型异步电动机定子的模态振型和固有频率,重点讨论了成型绕组、径向通风道、肋、压圈和机座对定子铁心振动的影响。研究表明,成型绕组对定子模态有重要的影响,不考虑绕组固有频率会明显减小;径向通风道、肋和压圈对高阶模态的固有频率影响较大;机座的约束使得定子铁心的模态振型发生变化。

电力系统振荡研究进展

电力系统是现代社会的重要基础设施,也是迄今世界上最大最复杂的人造系统之一,其主体是建立在50/60 Hz工频上的自持振荡系统;但电力系统内部机械、电磁或其耦合的多时间尺度动态在特定条件下可能引发工频之外的往复能量交换,即所谓"电力系统振荡",会影响电网正常运行,造成稳定性或电能质量问题,危及设备个体和系统整体的安全性.本文探讨了电力系统振荡的概念和分类,回顾了电力系统振荡(包括低频振荡、汽轮机组次同步谐振和风电次/超同步振荡)的研究历史,并对新一代电力系统在高比例可再生能源和电力电子设备接入背景下面临的宽频带振荡问题进行了评述,展望了其建模、分析与控制研究的新挑战.

LCC-HVDC输电系统单端等值可行性分析

为解决交流大扰动下电网换相换流器型高压直流(line commutated converter based HVDC,LCC-HVDC)输电系统等值计算模型中整流侧信息不易获取的问题,基于动态相量模型和准稳态模型,建立基于受端交流信息下LCC-HVDC的建模方法,针对受端换流器容易发生的换相失败问题,创建基于换相机理的开关函数的修改方法。故障仿真结果表明,该方法可以较为准确地反映受端交流扰动下的暂态响应特征,同时该方法还提高了计算速度,实现了仅基于受端交流信息下LCC-HVDC的高精度、实时化计算。

电能路由器中压交流端口多形态的多维解耦控制

电能路由器(electric energy router,EER)的中压交流端口(medium-voltage AC,MVAC)连接10kV交流电网,要求同时兼顾有功跟随、无功补偿和有源滤波等多种功能形态,而多形态的控制存在强耦合的特点。该文采用功率和电流两个维度的分析方法,在规律分析中实现多形态的解耦和控制。从功率的维度,在dq坐标系下对瞬时有功功率进行分解,获得三相有功功率的分布规律,通过注入负序电流和对三相有功偏差的调节,解决三相有功不平衡的控制问题。从电流的维度,提出在正序dq坐标系下对基波正序和高次谐波构成的统一分量进行调节、在负序dq坐标系下对基波负序分量进行调节的控制方案,通过合理组合不同中心频率的陷波滤波器(notch filter,NF)并用于控制回路中实现对电压、电流的解耦和准确提取,采用PI+矢量PI(vector proportional integral,VPI)调节器对基波正序和高次谐波构成的统一电流分量进行控制,有效补偿了被控对象造成的相位偏移影响,实现了对高次谐波电流的跟踪。该文还从系统的稳态和动态性能出发,对各控制环节的参数进行了详细设计,最后通过等比降容的MVAC-EER实验平台验证了控制策略的有效性和参数设计的正确性。

笼型异步电动机径向电磁力波的有限元计算

建立笼型异步电动机的场路耦合时步有限元模型,通过定子相电流仿真波形和实测波形的谐波比较验证有效性。基于该模型计算气隙磁通密度,进而利用经典的Maxwell应力张量法计算径向电磁力。气隙磁通密度和径向电磁力均随空间和时间变化,利用二维傅里叶分析分别求解它们的谐波;并探讨齿槽和转差率对磁通密度和径向电磁力的影响,以及磁通密度波和径向电磁力波之间的关系。将径向电磁力波和实测电磁噪声频谱进行了分析和对比,结果表明径向电磁力波的计算是合理有效的。利用本文方法计算的径向电磁力及其谐波可应用于在设计阶段对电磁噪声的分析。

同步发电机整流系统的建模

为分析同步发电机整流系统的运行稳定性,给出了系统简化模型。为考虑换相重叠,超瞬变电感从电机中分离出来,带整流负载的三相同步发电机数学模型只计及转子回路磁链的直流分量。忽略了交流侧和直流侧的谐波,整流器的数学模型利用开关函数。对三相同步发电机整流带反电动势负载系统的数学模型进行线性化,从而导出了发电机在直流侧的等效阻抗、系统等效阻抗和系统特征方程,利用它们可分析系统的稳定性。

同步发电机整流系统的稳定性分析

同步发电机整流带反电动势负载时,当系统参数不匹配,在一定工况下,可能出现低频振荡。为了消除低频振荡,基于系统的特征方程、利用R ou th判据推导出小扰动稳定判据,对特征根和系统的等效阻抗进行了计算和分析。系统出现低频振荡是由于系统负的等效阻抗导致自激和Hop f分叉。当系统的总阻抗为零,且有一对共轭的特征虚根时,低频振荡出现。仿真证实了理论分析。给出在转子的交轴上增设一短路绕组和增大交轴阻尼绕组的时间常数等几种解决低频振荡的措施。

降低大中型异步电动机电磁噪声的槽配合选取方法

目前为了限制大中型异步电动机的电磁噪声而选用的槽配合主要是基于经验,没有考虑振动模态,有时会导致电磁噪声超标。本文对定转子齿谐波和饱和谐波引起的电磁力波详细理论分析的基础上,给出了考虑定子模态时槽配合选取方法。该方法主要是利用优化转子槽数来合理选取槽配合,以达到限制电磁噪声的目的。以YKK500-10型电机为例,通过两种槽配合的电磁噪声分析和实测结果验证了本文方法限制电磁噪声的有效性。

SVC和STATCOM在电气化铁路中应用新进展

随着我国高速铁路的快速发展,牵引供电负荷造成的负序分量、供电臂功率不平衡等电能质量问题正愈加严重,成为制约电力系统和高速铁路安全稳定运行的一个因素。文章详细介绍了国内外Static Var Compensator(SVC)和Static Synchronous Compensator(STATCOM)在电气化铁路中的具体应用,并进行了比较,提出了适合我国高速铁路的供电方式。

电能路由器公共高频母线超瞬态过程机理及抑制措施

作为一种新型拓扑,基于模块化多有源桥的共高频母线结构正被应用于多端口电能路由器领域。由于H桥桥臂输出电压突变,会造成高频变压器内部集成的移相电感和分布电容产生自由振荡,从而引起高频母线电压出现数MHz的超瞬态过渡过程,极易造成电磁干扰、触发驱动板故障,对模块规模化的高压大容量电能路由器的可靠性产生严重负面影响。该文首先对振荡支路的分布参数网络进行简化等效,并建立超瞬态过程的时域模型,对其产生机理进行了深入研究;其次,基于时域模型,分析这类超瞬态行为的主要影响因素,并通过时间尺度的转换,提出一种在高频母线上并联"不控整流(10)阻尼电阻"的抑制措施,介绍了阻尼电阻的设计方法;同时,给出关键分布参数和瞬态行为的关系,有助于实现高频变压器参数的提取和科学设计;最后,通过模块级、装置级实验分别对两端口和多端口拓扑结构进行验证,证明理论分析的准确性和抑制措施的有效性、实用性。

基于投资组合理论的虚拟电厂资源优化组合方法

针对虚拟电厂异构资源的优化组合问题,提出了包含需求响应、柔性可控负荷、分布式电源的响应特性模型。以虚拟电厂对互动资源的控制权限为依据,将互动资源响应电量划分为有、无风险资产,将资源响应计划分配问题映射至投资组合理论中资产权重配置问题,以组合风险衡量用户响应电量不确定性,以预期收益最大为目标建立优化组合模型。在此基础上,利用互动资源的分散性,使虚拟电厂向电网提供阻塞管理,并在CIGRE 20 kV中压配电系统上对所提出方法进行验证。算例结果验证了所提模型的实用性。

基于分合闸电气量的真空断路器灭弧能力在线检测研究

高压真空断路器灭弧性能的退化易导致断路器触头动作过程中持续性电弧的产生,将会破坏触头表面粗糙度,导致滞后分合闸时间,严重时会引发击穿爆炸事故。因此,亟待开展高压真空断路器灭弧性能监测研究。现有对高压真空断路器灭弧性能的研究主要采用对灭弧室真空度的测量,但是存在测量周期较长、无法保证气密性等问题。通过分析灭弧室内熄弧原理,发现根据介质恢复时电弧电阻对电弧电流衰减特性的影响可以反演灭弧室内的熄弧水平。据此提取电弧电流趋势项作为灭弧能力的表征量,提出了一种仅基于电气量的高压真空断路器灭弧能力在线检测方法。该方法具有能够快速实时监测及测量手段安全的优势,现场实测数据及数字仿真验证了其有效性。

基于漏电流测量的配电网电缆高精度状态感知技术研究

作为配电网中能量传输的主要载体,地下电缆的安全、可靠运行已逐渐成为配电网可靠性的关键。目前的研究集中于对电缆故障的及时切除以避免连锁故障的发生,然而仍然难以避免部分区域的停电,属于“被动”的保护方式。该文提出一种配电网电缆高精度状态感知技术。选择配电网中的共模漏电流为表征电缆绝缘状态的特征参数,并提出基于磁屏蔽原理的共模漏电流传感技术。在传感技术的基础上,进一步研究了基于共模信号注入的监测方法和电缆局部老化定位方法,实现对电缆老化状态的在线、定量估计和对多种局部老化情况的高精度定位。通过样机试验和仿真验证了所提方案的有效性。应用所提技术可以实现对老化电缆的针对性检修,实现配电网电缆运维模式由“被动”向“主动”的转变,减少绝缘故障,提高配电网的可靠性。

基于综合能源系统价值分析的能源互联网运营商定价方法

能源互联网的建设及可持续运行需要合理的商业模式来支撑,在现有的能源分配、销售体制下提出一种具有可操作性的商业模式,实现能源互联网创造的价值在多投资主体和用户之间进行合理分配,促进各方积极参与能源互联网的投资与运营。提出了一种基于综合能源系统价值分析的能源互联网运营商定价方法,首先通过构建数学模型的方法定量计算能源互联网综合能源系统相对于传统能源系统创造的价值,再将能源互联网创造的价值以一定的比例在运营商和用户之间进行分配,可根据具体需求形成相应的商业模式和定价方案。使用山西省某综合能源系统的实际数据进行了实证分析,验证了所提方法的有效性。

750kV沿线避雷器限制操作过电压研究

以中国即将建设的兰州东-银川东750 kV输电线路工程为背景,结合国外对操作过电压水平的研究,利用电磁暂态计算程序(PSCAD/EMTDC)分别计算了沿线装设多组避雷器对三相合空线、单相自动重合闸操作过电压的限制效果。计算表明,如果不装设沿线避雷器,三相合空线、单相自动重合闸操作过电压最大值分别为2.45 p.u.和2.63p.u.,而采用沿线装设多组避雷器的方法可以将上述两种750 kV线路的操作过电压抑制到1.80 p.u.以下,甚至更低。另外,随着避雷器组数的增加,通过避雷器的总能量会有所增加,但单个避雷器的通流容量却有所下降。