能源互联网能量流与信息流耦合性研究

对能量流和信息流的割裂性研究难以满足能源互联网实时控制和可靠性的要求,而研究它们之间的耦合特性是解决这些问题的重要途径。以信息物理融合系统的混成模型和能量流与信息流的协同机理为基础,利用有限状态机原理,研究了能量流与信息流的耦合机理,建立了基于能源互联网的能量流与信息流有限状态混成模型,并通过实时控制能源互联网子系统的仿真结果验证了有限状态混成模型的正确性。

基于电应力损伤特征值的XLPE绝缘电压耐受指数评估方法研究

XLPE绝缘的电压耐受指数n表征绝缘电寿命特性,对加速寿命试验中获取的失效数据进行分析可以获取n值,然而,加速寿命试验中的外施场强与试验所获失效数据的分析方法影响n值的准确性。本文研究电压耐受指数n的评估方法,对XLPE绝缘试样分别进行恒定应力试验与步进应力试验,提出基于损伤特征值的试验数据分析方法,该方法通过损伤矩阵建立试验中累积损伤阈值(Dc)与n的映射关系,以矩阵秩的变化作为n值的选取依据。结果表明:本文所提方法在恒定应力试验中获取的XLPE绝缘电压耐受指数n2=12.43,在步进应力试验中获取的XLPE绝缘电压耐受指数n3=12.04,较线性拟合获取的XLPE绝缘电压耐受指数n1=12.83仅相差3%与6%,且本文所提方法能够节省75%以上的试验时间,验证了该方法的有效性。

并网逆变系统的复合控制技术研究

LCL型并网逆变系统已成为消除高次谐波的重要拓扑结构,成为国内外学者的研究热点。在拓扑结构和调制策略确定的情况下,对系统的解耦控制成为系统稳定性与性能好坏的决定性因素。论述传统单一控制策略在LCL型并网逆变系统的局限性、复合控制策略的优势及2种复合控制的不同组合方式的优缺点。对并联复合控制——比例积分控制(proportion-integral,PI)+重复控制(repeat-control,RC)的内在控制机制进行分析,通过调节PI控制的参数降低耦合程度对系统的影响。

专业认证背景下电气与控制工程实验中心建设改革与实践

提出以工程教育专业认证为契机,对照专业认证标准,找出实验中心目前在人才培养的实践教学方面存在的不足。树立工程认证理念,整合实验室资源,加大投入力度,从专业训练平台、工程实践平台、虚拟仿真平台及实验室开放等方面阐述了电气与控制工程实验中心的改革与建设工作,为学科的人才培养提供实践教学支撑,从而使人才培养质量不断提升,符合工程认证要求。

考虑信息不对称的综合能源系统运营商鲁棒定价策略

随着新型电力系统的建设要求和市场化的逐步推进,综合能源系统运营商(integrated energy operator,IEO)需要制定合理的价格策略向能源用户(energy user,EU)供能并获取运营收益。为了揭示信息不对称及其程度对IEO定价行为策略演化的影响规律,构建了以IEO为定价决策主导者、EU负荷调整为跟随者的Stackelberg主从博弈定价模型,引入信息间隙决策理论和鲁棒博弈方法来刻画并求解信息不对称度对IEO-EU定价博弈行为的影响。结合实际算例分析了信息不对称度对IEO定价收益和EU收益的影响,研究了信息不对称度与IEO最优定价的定量关系,提出了考虑信息不对称度的IEO鲁棒定价策略。算例分析表明在信息不对称的情况下IEO可以利用信息优势谋取过高定价,超额利润随信息不对称程度的增加而增大。政府监管部门应提高对IEO的信息公开和信息披露要求,提升EU对能源价格和能源成本的认知。

主动磁悬浮轴承运动力学分析与悬浮控制研究

主动磁轴承(Active magnetic bearing,AMB)具有无摩擦、低损耗、寿命长、可控性强等优点,因此广泛应用于各类旋转轴机械装置中,当前,许多应用于磁轴承系统的先进控制手段在理论上有着良好的控制效果,但在实际应用中却存在很大差异。在实际主动磁悬浮轴承系统中,磁悬浮轴承-转子系统制作偏差而使轴承磁力偏移,严重影响转子悬浮控制。为探究悬浮控制过程中转子运动状态,分析对比了等效磁路法与麦克斯韦积分法电磁力计算,在不完全微分PID控制基础上基于试验测试与理论推导提出了一种实际磁悬浮轴承系统下的运动力学分析悬浮控制方法。将转子运动过程分为加速、减速、波动阶段,对每一阶段转子运动行为特性与控制方法选择进行了研究,并应用于实际8极主动磁悬浮轴承系统中,最终使转子动态悬浮于气隙允许范围内。

考虑新能源消纳与低碳排放的多电-气互联系统合作博弈

双碳目标下为提高新能源消纳量和降低碳排放量,建立考虑灵活资源和碳捕集的多电-气互联系统低碳合作博弈模型。该模型以实现大量灵活设备参与调度情况下,将低碳运行效益最大化,同时提高系统能源综合利用率;并采用非对称纳什议价方式在多区域间博弈合理分配各系统利益,以提高各子系统主动参与合作机制的积极性。考虑到所建模型为凸优化问题,采用分布式ADMM算法求解,具有良好的收敛性和鲁棒性。算例分析表明,合作博弈机制能实现不同区域和不同类型灵活设备的电能协调优化调度,提高系统风电、光伏等新能源发电的接纳能力,同时可有效降低区域综合能源系统的净成本和碳排放量。

基于电磁-热耦合的XLPE电缆缺陷暂态温度分布研究

针对10 kV电缆常见的3种缺陷,本文建立了三维电缆缺陷模型并进行电磁-热耦合温度场分析,研究3种缺陷电缆的暂态温度模型,分析不同工作电流与不同敷设条件对3种缺陷电缆温度的影响。结果表明:缺陷对电缆的危害从大到小排序依次为金属尖端缺陷、气隙缺陷、划痕缺陷;在相同载流量的情况下,金属尖端缺陷处温度高于其他两种缺陷处温度;确定了电缆在出现缺陷时隧道敷设的散热效果最好;无缺陷试样电缆内部温度从线芯至外护套沿径向逐渐降低,在缺陷的作用下电缆内部温度场发生畸变;缺陷电缆线芯温度与外护套温度的拟合系数、电缆缺陷处温度与电缆线芯温度的拟合系数均接近1。仿真拟合结果为电缆缺陷的判断与识别提供了理论支撑。

阵列压电式能量采集器仿真研究与实验分析

以传统单悬臂梁为基础设计的压电式振动能量采集器存在输出电能低和工作频带窄等不足,为此,设计了阵列压电式振动能量采集器,并进行了仿真研究和实验分析。首先对压电悬臂梁工作原理进行了理论分析,通过建立等效电路模型推导出了输出功率和输出电压公式;然后从静力学角度和振动模态角度两方面对阵列压电式振动能量采集器进行了COMSOL仿真分析,得到了采集器基本振动特性;最后,制作实验样机并搭建实验平台,对样机进行了串联输出和并联输出性能测试。结果表明:共用质量块压电阵列结构虽然输出电能得到了提升,但工作频带相较于单压电悬臂梁并无拓宽,因而使用受限;带不同质量块压电阵列结构的串联输出最大开路电压为1.79 V,带宽为7.6 Hz,并联输出最大开路电压为1.71 V,带宽为8.6 Hz,而相同实验环境下的单梁最大开路电压为1.56 V,带宽为2.4 Hz,故采集器输出性能和工作频带均得到改善,环境适应能力得到增强。

分布式能源接入交流微网的单相逆变器功率智能分配策略设计

逆变器并联并网系统往往通过两个逆变器通信分别控制进行并联并网,存在通信延迟、不稳定、传输效率低等问题,为此提出了一种分布式能源接入交流微网的单相逆变器功率智能分配策略设计。首先,建立了单相逆变器及并联系统的数学模型,并推导了其相关参数之间的函数关系,分析了并联系统中的环流现象,提出采用电势差均流方法来减小环流影响,在并联设计中,采用电压电流环循环控制实现逆变器组按任意比例分配电流;其次,采用SOGI-PLL进行锁相,使用电流环开闭环交替控制方式实现全桥逆变器组在无通信条件下功率智能分配;再次,设计仿真电路初步验证了所提出的SOGI控制实现锁相的正确性和快速性;最后,搭建了实验样机以验证方案可行性,实验结果表明,在输入50 V直流电压时,该系统可实现输出50 Hz、24 V交流电压,且输出交流电压总谐波畸变率(THD)不大于2%,逆变器1的效率η高达92%,I_(o)在0~2 A变化时,负载调整率S_(I1)≤0.2%,在并网状态下可实现逆变器之间功率按任意比例智能分配。

融合自适应t分布和随机游走策略的松鼠优化算法的研究

针对松鼠优化算法在后期寻优能力不足、容易陷入局部最优以及种群多样性损失较大的问题,提出了一种融合自适应t分布和随机游走策略的松鼠优化算法(TRWSSA)。该算法利用折射反向学习策略进行种群初始化,增强了种群的整体多样性;引入非线性搜索因子并且在每一次松鼠位置更新中加入自适应t分布扰动位置,减少算法陷入局部最优的概率,增强全局寻优能力;在最后的位置更新中加入随机游走策略对最优松鼠位置进行扰动更新,提高算法后期的收敛精度和速度。通过在8个基准函数上的仿真实验,对比其他智能算法以及改进算法,实验结果和分析表明TRWSSA在收敛速度、收敛精度上有明显提升,且能较好地解决寻优不足问题。

干式空心电抗器匝间短路汇流母排电流变化规律的研究

干式空心电抗器故障发生最多而又难以检测的是匝间短路故障,除了单根导线绕组的匝间短路外,还有多根导线绕组相互间的匝间短路,而对于电抗器后者故障的研究与保护目前几乎处于空白。针对此问题,文中提出了汇流母排不平衡电流法测绕组间短路,建立了电抗器不同绕组间短路的短路模型,并对其进行了数值仿真,最后实验测量单相干式空心电抗器各汇流母排之间的不平衡电流,验证汇流母排不平衡电流法的可行性。实验发现:不同的导线绕组间发生匝间短路后,短路位置越靠近电抗器端部母排电流测量位置其不平衡电流越大;短路位置越靠近电抗器中部母排电流测量位置其不平衡电流越小;且单相干式空心电抗器发生短路时汇流母排不平衡电流值远远大于单相电抗器短路时总电流变化值。相比于目前依托于单相总电流变化引起的三相零序不平衡电流检测匝间短路故障灵敏度得到极大提高。

10 kV XLPE电缆接头缺陷电场仿真研究

为研究气隙、受潮缺陷导致的交联聚乙烯电缆接头绝缘劣化机理,以10 kV单芯XLPE电缆接头为研究对象,利用COMSOL Multiphysics软件建立接头有限元仿真模型,阐述了无缺陷、气隙缺陷、受潮缺陷及两种缺陷同时存在的复合缺陷对电场分布的影响;对比分析了不同结构参数及空间位置的气隙缺陷在轴向、径向的电场强度分布特征。研究结果表明:缺陷的存在会造成接头场强的畸变,其中受潮缺陷的畸变程度最大。气隙缺陷的场强分布受几何形状和空间位置的影响,同一缺陷的距离r与最大场强成反比;保持径向尺寸A不变,轴A/B越大,空腔内部的电场强度越小;保持横向尺寸B不变,场强与径向长度成反比;与单气隙缺陷相比,径向分布与横向分布的双气隙缺陷均会影响电场分布,且影响趋势相反。受电场应力作用,缺陷将在高场强区域扩张,进一步导致绝缘系统失效。不同类型缺陷对接头温度分布的影响不同,主要集中在主绝缘部分。研究结果可为电缆接头的绝缘缺陷检测及缺陷类型判断提供理论参考。

四开关Buck-Boost变换器的三模式控制方法研究

针对四开关Buck-Boost变换器在两模式运行时,其输入输出电压接近时模式切换频繁以及开关管难以运行在极限占空比下的问题,提出了一种基于平均电流控制的Buck、Buck-Boost、Boost三模式切换策略。该策略在原有Buck、Boost两模式的基础上,通过检测输入电压单元来控制调制信号偏置电压,实现四开关Buck-Boost变换器在Buck、Buck-Boost、Boost三模式下平滑切换,使开关管在宽输入电压范围内工作在有效占空比区间。通过使用平均电流控制来限制电感电流变化,确保变换器的安全可靠运行。最后搭建saber仿真模型和硬件实验平台,验证了所提控制策略的可行性。

交直流混合微电网并联双向互联变换器环流抑制与功率控制

针对交直流混合微电网中多台双向互联变流器(Bidirectional interlinking converter,BIC)并联运行时功率流动、分配以及环流问题,提出一种用于多并联BIC的分布式电源管理控制策略,其中每个BIC设计有独立的局部分布式控制器,计算出各自的功率参考值,并可根据不同功率额定值按比例分配,实现两子网间功率流动及不同BIC间的功率分配;此外,在零矢量前馈控制策略的基础上,提出一种虚拟BIC概念,以实现多并联BIC环流抑制。仿真与硬件在环试验结果表明该策略可有效控制两子网间的功率流动及多模块间环流抑制。

基于二阶微扰理论的油中溶解气体拉曼检测数据分析研究

为了实现变压器油中特征气体拉曼光谱数据的定量分析,文中基于二阶微扰理论(MP2)在6-31G(d)的基组上针对油中溶解的7种特征气体分子进行了结构优化,建立了分子拉曼简振模型,并得到了7种气体分子优化后的键长、键角和谱峰归属信息;通过拉曼光谱实验平台,在同一条件下对相同浓度的7种特征气体样本和不同浓度的多组CH4气体样本完成拉曼检测,得到H_2、C0、CO_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4和C_2H_6的实测光谱数据;结合分子拉曼仿真结果,确定了7种气体的实验参考拉曼频移并提出了基于多原子分子不同频移处多个拉曼谱峰数据在定量分析中应用的方法;通过多参数回归方式得到了CH_4在2 878 cm^(-1)和2 982 cm^(-1)频移处谱峰面积同气体体积分数之间的关系方程式,结果验证了分子理论模型仿真以及多参数回归方式的可靠性,为变压器故障诊断中拉曼光谱数据定量分析方法提供了新思路。

基于混合应力法的XLPE绝缘电压耐受指数评估研究

考虑序进应力试验和恒定应力试验之间的等效性问题,提出一种按照“序进-恒定-序进”应力顺序对样品施加电压的混合应力试验方法,并结合威布尔(Weibull)统计分析对XLPE薄片样品的电压耐受指数进行评估。结果表明:混合应力试验计算得到的电压耐受指数n为16.11,与恒定应力试验评估的n偏差为5.36%,且总评估时间比后者缩短了98.04%,证明该方法可以有效对XLPE绝缘的电压耐受指数进行评估。

基于小波的干式空心电抗器匝间短路故障瞬时特性研究

针对干式空心电抗器少量匝间短路难以检测问题,采用小波分析方法对干式空心电抗器汇流母排匝间短路故障电流的瞬态过程进行研究。试验结果表明,暂态过程持续了9个周期,这期间不平衡电流峰值为短路前1.58倍,短路后的1.162倍;测量不平衡电流能有效排除电网电源波动的影响;小波分析对滤除波形中的高频"毛刺"效果较好。

AMB转子系统动力学分析与控制研究

在主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,AMB)转子系统的静态稳定悬浮阶段,为了减缓传统PID控制带来的转子过冲碰壁现象,提出一种基于动力学分析的控制策略。对磁轴承转子系统进行理论动力学分析;将实测运动相关量与理论推导的运动量进行对比,修正理论动力学分析存在的不足;基于修正后的动力学分析推导出减缓过冲控制预测条件,结合不完全微分PID控制,形成基于动力学分析的带预测条件的控制策略。系统仿真及样机实验结果均表明该研究方法和控制理论能有效减少AMB转子过冲碰壁现象,实现AMB转子系统的静态稳定悬浮。

基于准PR控制的隔离型准Z源单相光伏并网逆变器研究

针对传统PI控制在隔离型准z源逆变器中存在稳态误差,抗电网干扰能力差以及不能及时快速跟踪输入变化的问题,提出准PR控制的方法,可提高输出电压和电流的质量,并达到及时跟踪输入变化的目的。其中,准PR控制器在基波频率处的增益趋近于无穷大,可实现对某一固定频率正弦指令的信号的无静差跟踪控制。详细介绍准PR控制器的设计,并在Saber环境中搭建系统仿真模型,对所设计的控制器进行验证。结果表明,基于准PR控制的隔离型准z源单相光伏并网逆变器不但能有效实现并网逆变器的控制,而且可使系统保持稳定。