电力电子化进程下的交直流无缝混合灵活配电系统研究

该文从当前配电网所面临的众多挑战出发,结合当前与未来配电系统中电力电子化进程的发展现状和趋势,提出了以新型全可控柔性化配电装备为核心的网格状层次化架构的交直流无缝混合灵活配电系统及其组网模型,并在原有研究基础上详细设计了新型配电装备的系统结构,并对其核心模块多种主电路拓扑和控制策略进行了研究。最后搭建了多机级联运行的交直流无缝混合灵活配电系统计算机仿真模型,经对各种暂、稳状态的仿真分析,论证其可行性、有效性和优越性。

容器化的配电网信息交互分布式测试技术研究

面对配电网业务扩展,作为信息交互枢纽的总线所承载的数据量正在大规模增长,传统配电网信息总线的测试技术弊端日趋显现。提出了基于容器云的IEC61968信息交互检测方法,通过测试结点在云端的动态扩容技术开展总线一致性测试。设计了总线"发布/订阅"、"请求/应答"类型的交互功能与性能检测云体系架构,适用于解决灵活、快速探知被测对象性能上限的问题,为开展基于配电网信息互操作一致性测试、提升测试系统的资源利用率提供参考。

光伏快速充电站配电变压器端电能质量综合控制研究

针对光伏快速充电站将光伏发电与电动汽车快速充电站有机结合,在充分发挥清洁能源优势和大量提升充电效率的同时所带来的电能质量扰动类型复杂、变化快速等问题,提出了一种基于串并联组合配电网柔性交流输电(distribution flexible AC transmission system,DFACTS)的新型电能质量补偿器的电能质量综合控制方法。深入研究了新型电能质量补偿器主电路拓扑,建立起了动态工作模型。详细分析了新型电能质量补偿器线性自抗扰控制方法的工作原理,设计出线性自抗扰控制器。并针对各DFACTS控制器间的交互影响,提出多DFACTS控制器的协调控制策略。最后搭建仿真模型,进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的新型电能质量补偿器采用线性自抗扰控制方法相比传统PI控制方法,提高了电能质量扰动快速变化时的综合补偿能力和动态响应能力。并且验证了该协调控制能有效提高系统电压稳定能力,具有良好的可行性和有效性。

面向能源互联网的灵活配电系统关键装备与组网形态研究

提出以柔性控制为基础的电能路由器和电能交换器等关键电气装备为核心的能源互联网体系结构,并提出基于信息物理系统融合的电气信息物理系统设备互联参考模型。在此基础上对面向能源互联网的灵活配电系统关键装备——电能交换器的系统结构进行较详细设计,同时对未来基于电能交换器的配电网组网形态进行研究,提出各种应用场景下的多种组网模型。最后设计了面向能源互联网的配用电侧能源局域网基本结构,并对配电网交流直流供电模型进行计算机仿真和物理装置简化试验,论证了可行性和有效性。

配电变压器运行状态评估的大数据分析方法

为提高配电变压器的故障预测水平和使用寿命,提出了配电变压器运行状态的大数据分析评估方法,构建了常规评估方法与大数据方法结合的业务流程架构。结合配电网的多源数据,分析了配电变压器运行状态相关的数据类型、来源及预处理方法,通过数据流处理方法量化各属性的相关关系;基于信息熵理论构建了配电变压器运行状态评估模型,同时将大数据在线评估和常规综合评估方法进行有机结合,实现概率预测与特定指标评价的统一。经实例验证,结果可以有效反映配电变压器的整体运行状态。

计及负荷增长风险的配电变压器选型方法

为解决配电变压器选型问题,提高农村电网配电变压器经济运行水平,提出了配电台区用电结构划分及多重负荷特性指标方法,构建了配电变压器优化配置技术框架。结合多种配电变压器选型方案,采用决策树法量化分析了最大负荷增长率的变化带来的风险成本,建立了计及负荷增长风险的配电变压器全寿命周期成本模型,模型考虑了配电变压器过载运行引起的故障成本和负荷中断成本。基于农村电网负荷特性指标计算分析了多种类型和容量的配电变压器全寿命周期成本,提供了配电变压器优化选型配置方法。研究成果有助于提高农村电网配电变压器运行的经济性和可靠性。

高过载配电变压器的设计与试验方法

变压器是电力系统最重要的设备之一,特别是配电变压器（配变）分布范围广、数量大,其安全可靠运行对保障电力系统的安全可靠和经济运行极为重要。据统计,我国农村电网配变全年绝大部分时间处于轻负荷运行状态,但春节及农忙时期部分地区配变短时严重过载运行,甚至出现配变因过载烧毁情况（山东、江苏、浙江、湖北、河南等典型县供电公司统计数据,短时负载率达到120%以上的配变达到总量的1.22%）,给供电企业春节保电供电带来严峻考验。

电能路由器接入电力电子化配电网稳定性初步分析

针对电能路由器接入目前传统配电网及电力电子化配电网潜在的稳定性问题,在电能路由器主电路拓扑的基础上,基于阻抗匹配理论,详尽推导了电能路由器在dq坐标下的小信号阻抗模型,并通过注入小信号电压扰动信号测量实际阻抗,验证所建立的解析模型的准确性。同时结合广义奈奎斯特稳定性判据以及阻抗模型,分别给出了电能路由器与电力电子配电网并网系统的稳定及不稳定情况下的时-频域仿真验证。在实际物理试验中,分别将电能路由器接入传统配电网及电力电子化配电网,同样验证了模型的正确性及可行性。

柔性配电网:定义、组网形态与运行方式

在电力电子化背景下,从功能角度定义了柔性配电网(flexible distribution network,FDN),并提出了FDN的典型组网形态及其运行方式。首先,介绍了FDN的概念及其关键组网设施——柔性开闭站(flexible switching station,FSS)。其次,探讨了FDN的组网形态问题,提出了从现有配电网过渡发展到FDN的思路,并就我国现有的典型架空网、电缆网接线模型,提出了针对性的FDN组网形态。再次,讨论了FDN在正常运行和N-1故障以及检修情况下的运行方式,并提出了FDN的N-1安全分析方法。最后,通过算例对FDN进行了正常运行和N-1下的定量分析计算;与传统配电网对比发现,FDN的组网形态更简洁灵活,能更好地均衡负载、能够有效提高系统安全性与供电能力。

以提高供电可靠性为目标的主动配电网负荷转供优化方法

分布式电源(distribution generation,DG)在配电网的大量接入,形成主动配电网(active distribution network,ADN),对配电网的规划调度运行产生了深远影响,特别是给配电网应急恢复带来新的问题。针对这个问题,提出一种面向主动配电网的故障状态下的负荷转供模型,有利于提高供电可靠性和经济性。首先,根据可控能力对DG进行分类,并提出利用可控DG发电来恢复对越限负荷供电的策略;其次,提出负荷转供优化模型,综合考虑了DG发电和配网重构来降低供电企业综合负荷转供成本;再次,提出一种基于图论的重构配网放射性快速判断方法,能够为遗传算法快速产生可行解并排除不可行解的干扰;最后,仿真算例结果显示,提出的模型和方法在计算速度、迭代次数上优于现有研究方法,且可增加DG的额外发电和降低网损。

自储能型能量路由器研究

针对能量路由器储能需求,提出利用其自身拓扑结构中的桥臂电路充当储能系统的充放电接口,无需额外增加功率变换电路,灵活实现自储能。研究了自储能控制策略,并分析了控制性能。提出的自储能型能量路由器能实现输入端功率缺额时能源子网的电压稳定,并在能源子网离网切换时提供短时的能量供应,而且控制储能系统充放电的同时不影响桥臂电路对中线电流的控制。仿真研究了输入端电压深度跌落和能源子网分布式能源功率波动时的工况,验证了所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

不同混合绝缘油性能的试验研究

为了探索更高效实用的配电变压器绝缘油,简要介绍了植物绝缘油和矿物绝缘油的混合配比方法,对不同比例混合绝缘油样品进行了击穿电压、闪点、燃点、运动黏度、介质损耗、色谱等测试,并与相同条件下的矿物绝缘油和植物绝缘油进行对比。结果表明:混合绝缘油可以有效提高矿物油的闪点、燃点等指标,随着混合油中植物油比例的增加,混合油的绝缘性能上升,选用不同类型原料油对混合绝缘油的性能有一定影响。

智能配用电园区评价指标体系及评价方法研究

针对智能配用电园区电网发展要求的安全可靠、经济高效、优质供电、高效运行等特征,文章从技术性、经济性和智能化3个方面出发,构建了智能配用电园区电网综合评价指标体系,提出了综合评价方法,并选取中新天津生态城这一示范园区,针对其规划建设情况进行了综合评价与分析。所提综合评价指标及评价方法适用于我国其它智能配用电园区电网的规划、建设以及运行的综合评价。

级联H桥型动态电压恢复器最优输出与能量自恢复策略研究

针对不同电网电压跌落程度下,级联H桥型动态电压恢复器(cascadedH-bridgedynamicvoltagerestorer,CHB-DVR)无法保证输出最大电平的问题,基于级联H桥型变流器输出最大电平下直流侧电压参考值表达式,利用储能侧快速协调,动态调节直流侧电压,以保证CHB-DVR输出最大电平,提高直流侧电压利用率。此外,分析负载电压和电网电压的相位关系及系统有功功率的流动情况,提出CHB-DVR能量自恢复控制策略,可保证CHB-DVR在电网正常时进行能量自恢复,从而省去额外的充电装置,且自恢复初期和末期的柔性切换策略保证整个自恢复过程负载电压幅值不受影响、相角跳变得到很好的抑制。通过仿真验证所提控制策略的正确性和有效性。

基于级联高频变压器的多端口直流电能路由器

针对能源互联网关键设备--直流电能路由器提出了一种基于级联高频变压器的新型拓扑。与传统共直流母线结构相比,该结构减少了换流器的数量,提高效率,降低成本和体积;采用移相控制方式,以双有源桥子单元为基本控制单元,各个端口控制灵活,输出电压稳定,同时互相独立,提高了系统可靠性,在端口较少的中小功率场合应用前景广阔。详细介绍了拓扑结构,分析了工作模式和控制策略,并通过仿真和试验验证了所提拓扑结构、控制策略的正确性和合理性。

采用VSG的柔性配电装备交流端口电压控制及稳定性分析

向负载供电及接纳分布式电源是柔性配电装备的重要功能,因此柔性配电装备端口控制至关重要。文中针对柔性配电装备交流端口电压控制问题,在虚拟同步发电机控制基础上,对三相进行独立控制,通过级联准比例-谐振电压外环、电流内环提高其动态性能。进而以单相为例,详细分析柔性配电装备交流端口输出电流对电压的影响,并提出电流前馈控制策略,保证负载变化、分布式电源接入等变化过程中交流端口电压的稳定。利用阻抗建模方法分析交流端口的输出阻抗,并根据广义奈奎斯特判据验证柔性配电装备交流端口向负荷供电及接纳分布式电源时的稳定性。通过仿真和相关实验验证了所提控制策略的有效性和正确性。

基于旁路技术的IEC 61968消息监管及交互测试方案

配电网业务量逐年扩展,相关应用系统的数据规模也在大幅提高,由于缺乏监管与检测手段而无法掌握已投运系统的信息交互情况,也未能分析面向业务的信息安全。利用网络旁路监听技术开展基于IEC 61968消息监管及其一致性测试研究,提出配电网信息交互在线一致性测试方法,支持生产控制大区与管理信息大区的业务数据汇总、整合与分析。通过交换机端口镜像旁路技术、IEC 61968消息对比技术实现对样本数据的采集和测试正确性判定,涵盖标准接口测试、交互场景测试及性能测试。整体方案面向配电网信息交互一致性测试的基本需求,结合项目研发的检测模块,验证测试样本数据是否符合IEC 61968标准的交互规定,最后给出测试结果。

多端柔性互联的交直流配电系统分层控制策略

针对多端柔性互联的交直流配电系统中多功率变换单元协调控制及系统整体能量管理问题,提出了一种基于不同时间尺度的分层控制策略。第1层控制为各功率变换单元的调制方式与基本控制方式,保证各功率变换单元能正常实现其功能。第2层控制依据系统直流母线电压将系统划分为3个运行区间、5种工作模态,并依照不同工作模态生成第1层控制指令,切换系统中柔性互联装置、光伏发电单元、蓄电池储能单元的控制策略,实现系统在正常及故障工况下的稳定运行。第3层控制对新能源利用率最大、系统损耗最小、蓄电池荷电状态最佳、系统购电成本最少等多个目标进行综合优化,生成第2层调度指令,实现系统正常运行工况下的优化运行。最后通过系统仿真对所提控制方案进行验证,系统可以根据所述控制方案在各工作模态下切换,同时可以实现系统的最优能量调度。

基于支持向量机的配电网设施可靠性参数预测方法

配电网设施可靠性参数取值的合理性直接影响到评估结果的实际应用价值。针对当前配电网设施可靠性参数研究中影响因素考虑不充分和模型存在局限性的问题,文章提出了基于支持向量机的预测方法。通过分析处理历史数据获取主要影响因素作为模型自变量,运用遗传算法优化模型参数,建立配电网设施可靠性参数优化预测模型,实现对配电网设施可靠性参数的科学预测。并以配电变压器故障率为例对预测模型进行验证,对比结果表明该方法是可行有效的。

一种基于虚拟电机控制的能量路由器

能量路由器是能源互联网的关键技术之一,其电路拓扑和运行控制与可再生能源接纳、灵活电力变换息息相关。与传统基于固态变压器的能量路由器不同,文中提出一种交直流混合、工频隔离、交直流模块化的能量路由器电路,便于低压交直流配电网接入、负荷供电、可再生能源和储能等分布式电源消纳。在此基础上,基于虚拟电机理论,还提出该能量路由器的控制策略,交流侧接口采用虚拟同步电机控制,直流侧接口采用虚拟直流电机控制,以增强系统惯性和阻尼,提升系统稳定性。然后,建立了虚拟电机控制的数学模型,分析其小信号模型和功率分配特性。最后,针对一个典型的能量路由器系统,利用PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提电路拓扑和控制策略的正确性和有效性,为能量路由器和能源互联网的研究提供了一种新的模型和方法。