基于模糊单神经元PI的煤矿电气设备电源频率自动化控制系统

为确保煤矿电气设备电源频率不偏离标准频率,保障煤矿电气设备安全稳定运行,设计基于模糊单神经元PI的煤矿电气设备电源频率自动化控制系统。数据采集层通过电源频率信号输出检测仪,采集电源频率数据,并使用改进小波阈值法,去噪频率数据,然后由数据传输层发送其至控制中心,控制中心在接收该数据的同时,由理想电源频率求解模块,通过多元回归模型预测电源理想频率,而后模糊神经元PI控制模块以实际、理想电源频率为输入,经频率偏差求解、模糊化等操作,获得控制信号,控制电源频率无线接近理想值。实验结果表明,该系统可实现煤矿电气设备电源频率自动化控制,控制设备电源频率无线接近理想值,电源频率控制效果显著。

关于我国电气工程专业学位认证的国际化

本文主要介绍了我国大学电气工程的专业认证的现状,就如何能将专业认证国际化作出了分析。

面向“电气测量技术”实验教学的实践性探索

以应用为目标的“电气测量技术”课程,是多门课程的知识综合与贯通,具有实践操作性强等特点。该课程在实践教学环节中从制作罗氏线圈、设计调理电路,到进行大电流检测和数据采集与处理的全过程,均由学生自主完成,实现学生实践能力的培养过程;实验中根据波形噪声与幅值误差,完成参数调试与罗氏线圈的模型分析,实现学生分析能力的提高。实践表明,该实践活动能使学生掌握一个完整电气测量系统;提高学生的实践能力、分析和解决问题的能力,满足辅助理论教学的目标。

大学计算机课程引入人工智能内容的教学探索

分析大学计算机课程中引入人工智能内容存在的挑战,从教学目标、教学内容、教学模式、实践环节以及考核方式多个方面介绍教学全过程改革和实践过程,并通过调查问卷说明教学效果,为新工科建设中大学计算机课程的进一步改革和新工科人才培养提供有益的借鉴。

考虑电-气-交通耦合的城市综合能源系统规划

交通是重要的能源消费部门。随着电动汽车、天然气汽车等清洁能源车辆的快速发展,交通系统与电力系统、天然气系统等能源供给网络的耦合逐步增强。面向日渐融合的能源网和交通网,该文考虑电动汽车、天然气汽车与城市综合能源系统的耦合,提出并建立城市综合能源系统优化规划模型,协调充电站、加气站等能源设施与城市电网、天然气管网的扩建。首先基于交通流量和路网结构,对电动汽车、天然气汽车的能量补给需求进行了分析与建模,并建立了能量补给设施的建设约束。其次,以全系统投资和运行费用最低为目标,考虑电网、天然气网运行约束,构建了优化规划模型,设计了相应的求解算法。最后,以西安市交通网为基础构造算例验证了模型和方法的有效性。结果表明,统筹考虑交通系统和能源系统特性,进行协调规划是必要的,并且能够在显著降低城市综合能源系统规划成本的同时提高运行效率;忽略协同作用会导致电力和天然气网络的线路拥堵。

电力工程中的电气自动化技术应用

随着电力系统的高水平建设要求不断提高,为了满足人们对用电量的需求,必须全力确保电力系统的安全稳定运行。目前,电力工程建设在现代科技的支撑下,电气自动化水平也得到了大大提高。文章概述了电气自动化技术,分析了电力工程中应用自动化技术的优势,并对在电力工程中相关自动化技术进行了应用研究。

电力系统新能源等效消纳能力及其工程应用

构建以新能源为主体的新型电力系统,新能源消纳问题是规划人员要面对的挑战之一。在电力系统规划阶段,通常需要评估电力系统新能源的调峰需求,以便规划调峰电源,控制新能源弃电率在合理水平。在评估电力系统新能源调峰需求时,一般较难定量分析,往往通过采用生产模拟计算电力系统弃电率的方法侧面反映。本文结合生产模拟与新能源特性,提出等效消纳能力概念,可快速便捷评估系统调峰需求、计算系统弃电率、安排调峰电源等。并在实际工程中对西北电网多省实例验证方法的可行性。

地下空间支撑下的城市轨道交通和能源系统融合发展研究

城市因人口、经济活动高度集中而产生极大的能源消耗量,也是各类风险高度集聚的重点区域;能源和交通作为城市碳减排的重点领域、城市“生命线”工程的重要组成部分,进行融合发展对于城市绿色低碳、安全韧性建设具有重要价值。本文梳理了城市轨道交通与能源领域的低碳韧性发展现状,涵盖城市轨道交通低碳发展、城市轨道交通与能源系统韧性评估及提升、储能系统安全防控及风险评估三方面;提出了地下空间支撑下的城市轨道交通多能源融合系统构想,阐述了常态时期、极端条件下相应系统的运行模式;从环境、经济、社会角度分析了城市轨道交通多能源融合系统的潜在效益,展望了构想系统的未来研究方向与可能的解决思路。研究建议,完善城市轨道交通多能源融合系统政策机制,推进多部门协同治理;构建城市轨道交通多能源融合系统科技创新体系,助力实现城市轨道交通低碳、安全、高效运行;推动城市电网和轨道交通协同管理体系建设,增强城市“生命线”工程韧性治理能力。

基于Comsol软件的电磁兼容课程案例式教学设计

该文介绍基于Comsol软件的电磁兼容课程案例式教学方法。通过案例教学和仿真,学生将理论知识应用于实际问题,深入理解电磁兼容的概念和原理。通过仿真案例的可视化结果,学生直观地理解电磁辐射和传导,观察不同参数对电磁兼容性的影响。结果表明,仿真案例具有直观性和可视化等优势,同时又有简化模型、缺乏实际操作经验和对计算机的依赖等局限性。在设计仿真案例时,要充分发挥其优势,规避不足,为学生的学习提供实践性、直观性和灵活性,培养学生的工程设计与研发能力。

电力-绿证点对点交易下基于多产消者博弈均衡的分布式资源扩展规划

点对点(peer-to-peer,P2P)交易是近年来快速发展建立的配网内新型市场机制。由于投资建设周期较短,分布式资源的扩展规划将受P2P交易的显著影响。考虑多产消者间的博弈互动,该文建立基于多产消者博弈均衡的分布式资源扩展规划模型,并结合模型特征与求解需求构建基于Lp-BoxADMM的分布式求解算法。进一步通过基于IEEE标准测试系统的算例分析,验证所提模型及算法的有效性。分析P2P交易与多产消者间博弈互动行为对分布式资源扩展规划、新能源消纳、产消者成本收益的影响。

海上风电低频输电系统快速母线保护

海上风电低频输电系统母线故障后,换流器型电源等效电势与阻抗因控制的切换与调整过程,不再像传统电网可视为恒定。文中理论分析了母线电流差动保护适应性,明确故障控制策略对差动保护灵敏度的影响方式。利用母线区内外故障所对应的故障等效模型不同,提出基于时域全量模型识别的母线保护。该保护原理反映被保护元件自身拓扑的变化,理论上具有不受电源特性影响的优势,同样适用于其他换流器型电网。同时,所提保护在时域中实现,不存在相量提取问题,动作速度快。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,验证了所提母线保护的可靠性和快速性。

逆变型电源场站故障稳态电流实用化计算方法

单机倍乘法常用于逆变型电源场站的故障稳态建模,可简单估算场站短路电流水平,但计算精度有待提升。文中首先分析了低电压穿越控制策略约束下,有功出力、电压跌落程度对发电单元输出的稳态电流的决定性作用,得出故障稳态电流输出特性曲线,基于此分析了场站电气距离及有功出力差异对单机倍乘法计算误差的影响。在误差分析的基础上,提出了计及发电单元分布特性的改进单机倍乘法。该方法在发电单元接入点电压计算中,利用等值阻抗来等效发电单元与并网点的电气距离;将场站分群等值为两台机组,减小发电单元间有功出力差异对短路特性的影响。不同场景下的仿真分析表明,改进方法计算精度较单机倍乘法有着较大的提升。所提方法仅需通过简单计算即可实现场站分群和短路电流聚合,有较好的工程实用性。

低碳矿区综合能源系统经济运行优化研究

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题,提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先,为使矿区伴生能源得到充分利用,搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次,为降低矿区碳排放量,在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时,引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT),通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后,调用CPLEX商业求解器,以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明:优化后的CMIES碳排放量显著降低,运行成本大幅减少。

一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

基于场致二次谐波的大气压脉冲流注放电时变非均匀电场测量研究

诊断大气压脉冲流注放电空间电场是实现流注放电精准调控和揭示等离子体不稳定性机制的重要基础。基于场致二次谐波的空间电场测量方法具有非侵入式、时空分辨率高等优点。然而,流注放电时变非均匀电场对二次谐波信号产生过程的影响规律尚不完善,真实电场标定系数随流注放电不同阶段的变化规律尚不清晰。该文首先计算二次谐波信号产生规律和电场空间分布的影响;然后,基于等离子体流体模拟,分析二次谐波信号对流注放电不同阶段时变非均匀电场的敏感程度;最后,基于纳秒脉冲激光场致二次谐波电场测量平台,实验获得了重频脉冲作用下组合电极结构产生的单根负流注轴向电场演变规律,分析脉冲重复频率对空间电场的影响机制,并针对流注放电时变非均匀电场特点提出电场致二次谐波测量优化若干建议。

基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环(QPLL)应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环(IQPLL)。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

一种适用于混合双极直流输电的纵联方向保护方法

直流输电线路通常是以大电感和直流滤波器作为边界,故障行波在边界发生折射和反射时,其行波能量也会因为电感和滤波器的存在而被吸收,导致区内、外高频行波能量产生差异.当故障发生为正方向故障时,其高频前行波能量小于高频反行波能量;当故障发生为反方向故障时,其高频前行波能量大于高频反行波能量.由此特征提出了一种基于前、反行波高频能量差异的纵联方向保护,该保护采用小波包变换提取行波的高频能量,利用前行波与反行波在区内故障和区外故障时的高频能量差异判别故障.仿真结果表明,该保护能快速准确地识别故障,并且不受故障类型、过渡电阻以及故障发生位置距离和噪声的影响,具有一定的实用性.

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。

远距离风电分频送出方式及大功率变频装置的研发

分频输电作为一种新型输电方式,在风电远距离送出场景下极具优势。为了给远距离风电经分频输电系统送出场景下的关键变频设备——模块化多电平矩阵式换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)在工程上的实机研制与生产运行提供参考,首先介绍了分频输电的特性、风电经分频输电送出的系统方案与拓扑以及分频输电系统的关键变频设备。在此基础上,研制了分频输电系统中工/分频能量变换的关键设备——35 kV/3 MVA M3C变频器,并进行了性能试验。试验结果表明:分频变频器工程样机满载情况下的效率、模块电压不均衡度、电压/电流谐波畸变率、分频侧频率调节偏差以及功率阶跃响应时间等关键性能指标均符合设计要求。最后对分频输电系统的发展前景以及效益进行了分析,同时也指出了目前分频输电系统发展所面临的技术挑战。

基于多新息最小二乘和多新息扩展卡尔曼滤波算法的锂电池SOC估计

针对现有SOC(荷电状态)估计方法中电池模型参数恒定,没有考虑电池模型参数的动态变化,导致SOC的估计不够精准的问题,文中提出了一种基于电池模型参数在线辨识与SOC估计联合的算法。在二阶RC等效电路模型基础上,采用多新息最小二乘(Multi Innovation Least Squares,MILS)算法对锂离子电池模型中的参数进行在线辨识,从而对电池模型进行实时修正;同时基于修正后的电池模型,采用多新息扩展卡尔曼滤波(Multi Innovation Extended Kalman Filter,MIEKF)算法对电池荷电状态进行估计。MILS算法可以解决在线参数辨识过程中的初始误差累积问题,能够实现模型参数的在线精准辨识,MIEKF算法融合了多新息理论和卡尔曼滤波理论,加入了遗忘因子以削弱历史数据并修正权重,解决了数据过饱和问题,具有较高的准确性和收敛性。实验结果表明,在对电池模型进行参数辨识时,MILS算法、RLS算法辨识的均方根误差分别为1.4、1.9 mV,MILS算法相比RLS算法的估计精度提高了26.3%;对于参数辨识后SOC的估计,MIEKF算法估计的均方根误差为0.0037,EKF算法、AEKF算法估计的均方根误差分别为0.0073、0.0052,MIEKF算法比EKF算法的估计精度提高了49.31%,比AEKF算法的估计精度提高了28.84%;并且在给定SOC初值错误的情况下,文中所提出算法在电池开始工作后30 s左右就能够收敛到真实值,是一种精度高而且鲁棒性好的有效估计方法。