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2023年 第43卷 第4期    刊出日期：2023-08-25

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研究与试验

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超临界二氧化碳圆腔自然对流流动传热研究

叶茂菁, 吴天宇, 刘铠瑞, 王利民, 车得福

2023, 43(4):  1-8.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.001

摘要 ( 86 )   PDF (4176KB) ( 154 )  

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水平流动的超临界二氧化碳(S-CO₂)在加热或冷却条件下会发生流动分层现象,从而导致管内顶部和底部发生不同的传热现象。为研究垂直流动方向上浮升力驱动下的流动传热行为,基于二维圆腔的物理模型,研究了S-CO₂自然对流发展过程及压力、管径、温度区间对发展过程的影响。结果表明:远离拟临界温度区间的流动传热发展过程相较于拟临界温度区间相对稳定;在拟临界温度区间内,压力越大,传热发展过程越快;在拟临界温度区间内,管径越大,传热达到稳定的时间越长,主流区在发展的初始阶段越剧烈。

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针对双馈风电机执行器故障的新型趋近律滑模容错控制方法

李圣清, 文颜烯, 陈欣

2023, 43(4):  9-15.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.002

摘要 ( 62 )   PDF (1809KB) ( 85 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了解决双馈风电机发电系统运行时执行器增益-偏置故障问题,提出一种新型趋近律二阶非奇异快速终端滑模容错控制方法。通过结合PID滑动面与非线性非奇异终端滑模面,以及采用新型自适应趋近律,将滑模面函数与控制增益相关联,设计二阶非奇异快速终端滑模容错控制器。利用李雅普诺夫(Lyapunov)函数来证明控制器的稳定性,仿真与试验结果表明,该控制方法与传统PID及传统滑模控制相比,削弱了抖振,响应速度提高了49.8%,减小了系统稳态误差,具有较好的容错性。

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考虑电源灵活性和互补性的多能源电力系统日前优化调度

肖白, 张博

2023, 43(4):  16-23.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.003

摘要 ( 51 )   PDF (3056KB) ( 46 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对风电、光伏发电的波动性和间歇性,以及多能源电力系统的协调优化运行问题,提出一种考虑电源灵活性和互补性的多能源电力系统日前优化调度方法。首先,建立电源灵活性和互补性供需模型;然后,以火电运行的经济性和平稳性最优、污染物排放总量最小为优化目标构建风、光、水、气、火、储多目标协调分层优化调度模型,定义可再生能源互补电源和电源互补需求指标,通过确定可再生能源互补电源的聚合比使电源互补需求指标最小;最后,通过引入动态概率和制定蜂群最优引导策略对人工蜂群算法进行改进,并使用该改进人工蜂群算法对所建立的优化调度模型进行求解。算例结果表明,所提出的模型和算法对多能源互补协调调度问题具有可行性。

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考虑调节成本的负荷聚合商策略性报价及其尖峰市场出清优化

张岭乔, 周正成, 沈莎莎, 向运琨, 刘汉林, 王威, 孟科

2023, 43(4):  24-31.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.004

摘要 ( 49 )   PDF (2676KB) ( 97 )  

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高比例新能源的接入使电力系统电源端不确定性增加、电量不平衡问题突出、负荷峰谷差不断加大。为解决尖峰时段电力供需不平衡问题,提出考虑调节成本的负荷聚合商策略性报价及其尖峰市场出清优化策略。首先,对负荷聚合商进行界定,并以电压等级、负荷曲线、单位功率调节成本和用户用电特性等特征对灵活资源分类。其次,分析各类终端用户负荷特点及调节潜力,对各类终端用户负荷调节成本建模,构建策略性报价模型,以负荷聚合商负荷调节成本之和最小为目标建立出清模型。最后,以某区域负荷聚合商参与典型尖峰需求响应场景为例进行算例分析,结果证明了所提方法的有效性、科学性。

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民用建筑中光伏逆变器集群谐振机理及分层协调控制

丁劲松, 姚鸿德, 李圣清, 孟焕平, 朱辉

2023, 43(4):  32-39.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.005

摘要 ( 68 )   PDF (14816KB) ( 34 )  

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民用建筑中光伏逆变器集群并网易引发谐波谐振,严重影响系统稳定及电能质量。针对这一问题,建立光伏逆变器集群并网数学模型,推导单台逆变器及逆变器集群谐振机理与谐振特性,提出一种光伏逆变器集群谐振分层协调控制策略。第一层,针对LCL型光伏逆变器固有谐振,提出基于前向通道串联陷波器的电容电压惯性反馈的有源阻尼法;第二层,针对光伏逆变器集群与电网阻抗耦合产生的谐振,提出公共耦合点并联虚拟导纳的谐振抑制方法;通过对逆变器集群并网谐振进行分层划分协调控制,提高并网电流质量。仿真结果表明,与传统电容电流反馈策略相比,并网电流谐波畸变率明显下降,有效抑制逆变器并网谐振,证明了所提策略的可行性。

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基于狼群算法的虚拟同步发电机并网逆变器不平衡电网下多目标优化控制研究

朱红萍, 朱泓知, 钱万明, 郭利文, 韩迎龙

2023, 43(4):  40-47.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.006

摘要 ( 49 )   PDF (3980KB) ( 44 )  

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针对电网电压不平衡情况下虚拟同步发电机(VSG)并网逆变器并网输出电流不平衡、有功功率及无功功率波动的问题,提出一种基于狼群算法的VSG并网逆变器多目标优化控制方法。针对电流平衡、抑制有功、无功波动间的矛盾,设计多目标优化控制,引入调节系数和不平衡度,建立负序参考电流统一表达式及多目标优化函数,并通过狼群算法对多目标函数寻优,实现三个控制之间的协调控制,提高了VSG逆变器输出电能质量。最后,对所提出控制方法进行仿真分析,验证其可行性和有效性。

新技术及应用

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并网型风光氢储微电网容量优化配置

赵娜, 张莲, 王士彬, 李多, 黄伟

2023, 43(4):  48-55.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.007

摘要 ( 79 )   PDF (1469KB) ( 160 )  

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单一类型的储能设备难以兼顾多种类型储能设备的优势,而混合储能系统能够综合不同类型储能介质的技术与经济优点。针对在并网模式下蓄电池和氢储能的混合储能的优化配置问题,以经济性和环保性为目标函数,选择各分布式电源的数量为设计变量,采用层次分析法解决多目标权重问题,采用粒子群算法求解微电网容量优化配置,通过经济性和评价指标分析对比不同储能配置方案。结果表明,混合储能的成本比单一的蓄电池和氢储能分别降低了2.46%、10.02%,自平衡率比单一蓄电池和氢储能分别提高了7.65%、23.89%,冗余度比单一蓄电池和氢储能分别降低了19.00%、38.16%。

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基于储能系统的新型配电台区电能质量治理方法

兰征, 尹锐, 邹彬, 何东

2023, 43(4):  56-62.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.008

摘要 ( 54 )   PDF (3308KB) ( 54 )  

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在新型配电台区中,电力电子装置的广泛应用和大量分布式能源的接入,严重影响了台区的电能质量,并造成功率波动。为了改善新型配电台区电能质量和功率波动问题,提出一种基于储能系统的新型配电台区电能质量治理方法。采用该方法改进台区首端储能系统的综合调节能力,不仅可以治理新型配电台区电流谐波、无功和不平衡电流等电能质量问题,而且可以有效稳定台区的有功功率。首先,介绍了新型配电台区的结构和储能系统的拓扑,并搭建数学模型;随后,在控制部分的谐波检测环节采用基于滑动均值滤波器的四线制i_p-i_q谐波检测法,并且在储能功率调节环节采用考虑储能容量的电池充放电策略;同时,通过重复控制和PI控制准确跟踪控制器生成的指令电流。最后,通过仿真验证表明,所提出的储能系统及其控制策略既可以有效改善新型配电台区的电能质量,又可以平抑台区有功功率波动。

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基于直驱永磁风电系统的改进自适应滑模控制虚拟同步发电机策略

谌安平, 胡霄林, 罗朝旭, 程谆

2023, 43(4):  63-73.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.009

摘要 ( 59 )   PDF (5028KB) ( 66 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对直驱永磁风力发电系统中,由逆变器间的等效输出阻抗和输电线路阻抗的差异导致传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG) 控制的多逆变器并联功率不均分和环流抑制效果较差的问题,提出一种改进自适应滑模控制的多台VSG功率均分及环流抑制控制策略。根据总负荷容量和各逆变器容量计算给定功率,并根据给定无功功率实时调整虚拟阻抗值,补偿因线路阻抗差异引起的电压降落差,在αβ坐标系下分别对2台VSG展开滑模控制设计。基于逆变器输出电压与VSG参考电压之差设计滑模面,且基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计由等效控制、切换控制和自适应补偿项构成的自适应滑模控制器。与传统方法相比,所提控制策略实现了功率均分且具有环流抑制能力,并提高了无功功率和VSG输出电压的分配精度。最后,在MATLAB/Simulink中验证了该控制策略的正确性和有效性。

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航拍光伏组件图像的畸变校正方法研究

王佳文, 朱永灿, 王帅, 李科锋

2023, 43(4):  74-79.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.010

摘要 ( 67 )   PDF (3609KB) ( 68 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

航拍光伏组件图像由于拍摄角度问题经常存在畸变,其中直线、角度和比例等元素都会受到扭曲,从而影响光伏组件的测量、识别和分类等分析过程。为了解决这一问题,研究了一种无需标定的航拍光伏组件图像畸变校正方法。首先,利用特征点提取算法从光伏组件图像中提取出关键的4个特征点,然后使用特征点匹配算法对这些点进行匹配,获取畸变前后的对应关系。其次,利用计算几何的理论,通过对这些对应点进行三角测量和坐标变换,计算畸变校正所需的参数T。最后,根据参数T对图像进行畸变校正,得到校正后的光伏组件图像。该算法不仅提高了图片的视觉校正效果,还提高了数据20%~55%的准确率,在航拍光伏组件图像的异物识别、运维检修等方面有较高的应用价值。

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电化学储能电站模型实测及仿真分析

洪权, 杨丹, 熊尚峰, 孙杰懿, 李理, 丁禹

2023, 43(4):  80-84.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.011

摘要 ( 39 )   PDF (2336KB) ( 24 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为拓宽电化学储能参与电网调节应用范围,充分利用有功、无功调节灵活、响应速度快等优点,建立电网仿真分析应用模型,为电化学储能参与电网调峰、调频、调压、暂态无功支撑等多场景提供分析依据。开展电化学储能电站机电仿真模型实测方法研究,基于响应特性匹配的参数辨识方法及现场实测特性,建立湖南省内某储能站的仿真分析模型,分析电化学储能在改善湖南电网暂态电压特性方面的作用,具有一定的工程应用价值。

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户外箱式电容器的散热优化设计

张元, 王硕

2023, 43(4):  85-89.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.012

摘要 ( 36 )   PDF (2553KB) ( 28 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

户外箱式电容器在雨雪、寒冷或高温环境下,传统的左右通风散热形式往往会出现温度不均、进出风口漏水、灰尘堵塞等问题。根据箱式电容器的内部配置和散热需求,设计一种侧进风、顶出风的散热方案。通过优化进出风口、风机数量和位置,在进风口设置导风板,在环境温度55℃情况下,内部元器件满足散热要求,同时箱体满足IP54的结构防护要求。该方案实际运行效果良好,为箱式电容器的散热设计提供参考。

经验与探讨

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一种环链连接金具的摩擦磨损特性有限元仿真分析

曾萍, 刘志刚, 黄长勇, 雒方旭, 张华鹏, 蔡新景

2023, 43(4):  90-94.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.013

摘要 ( 45 )   PDF (2927KB) ( 58 )  

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处于大风垭口地区的电力金具常常发生严重磨损。为深入研究金具的磨损失效机理,采用有限元方法对一种环链连接金具磨损过程进行了仿真计算。研究结果表明,U型螺丝最大应力为692.2 MPa,远超45号钢的屈服强度355 MPa;磨损1 400次后U型螺丝接触区域出现Z轴负方向应变,在X方向和Y方向均有向外发生塑性变形的趋势;U型螺丝磨损速率具有从大到小再从小到大的周而复始的变动趋势。

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计及售电公司参与电力现货交易的配电网供电能力优化方法

赵清松, 徐建源

2023, 43(4):  95-101.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.014

摘要 ( 32 )   PDF (3467KB) ( 69 )  

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作为电力交易市场的重要组成部分,售电公司可通过从市场购买电力或将电力输送到市场和用户来改变配电网的潮流分布,并以此影响配电网的供电能力。以往的研究在分析配电网的供电能力时,鲜有考虑到电力市场交易的不确定性对配电网运行的影响。基于售电公司的双重角色,首先分析市场交易与配电网供电能力之间的交互作用;其次,计及配电网内部参与需求响应的可控分布式电源和可控负荷,建立考虑售电公司参与电力市场现货交易的配电网供电能力双层优化模型,并基于改进的重复潮流法和原-对偶内点法求解;最后,以改进的IEEE 33测试系统验证算法。结果表明,售电公司通过灵活调整购销策略参与电力交易,既可保证收益,又能提高配电网的供电能力,研究可以为优化电力市场配置与提高配电网供电能力提供一定的理论依据。

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基于多元回归分析及迭代线性规划的多断面有功潮流控制算法

羿敏, 赵邈, 周恒逸

2023, 43(4):  102-107.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.015

摘要 ( 43 )   PDF (2517KB) ( 35 )  

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提出一种基于多元回归的多断面有功潮流的控制算法,首先提取与断面潮流关联性较强的系统特征量,使用皮尔逊相关系数计算提取特征量与各个断面潮流的相关系数;接着根据相关系数对提取特征量进行筛选并进行多元回归分析;继而提出迭代多断面潮流最优控制求解模型,使用该模型对给定的断面潮流调整量计算出发电机出力调整量。最后采用IEEE 39节点系统对提出的算法进行仿真验证,结果表明该算法不仅能够实现对多断面有功潮流的精确控制,且计算速度快。

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2022年夏季高温干旱天气对区域电力系统影响分析研究

别芳玫, 方仍存, 万靖, 范玉宏, 陈熙

2023, 43(4):  108-113.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.016

摘要 ( 59 )   PDF (2088KB) ( 108 )  

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针对2022年夏季极端高温天气期间电力系统面临的困难和挑战,以典型省份电网运行情况为例,研究了全网最大负荷、尖峰负荷持续时间和夏季电网负荷特性,分析了度夏期间电力供应存在的突出问题,为保证夏季电力系统安全稳定运行和可靠供应提出了对策与建议。

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变压器废油处置案例分析及应用

任乔林, 张逸, 张伟, 蔡萱, 吴优, 李钟灵

2023, 43(4):  114-117.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.017

摘要 ( 73 )   PDF (1358KB) ( 56 )  

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以某供电公司废油处理为例,介绍了按照麦耶斯指数对油品进行分类和区分化处理的应用,该处理方法可实现废变压器油在电力设备循环再利用方式上的突破,不仅减轻了环境污染,而且延长了变压器油的使用周期,节约了油品处理和新油购置的成本,促进了再生资源的利用。

故障与分析

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基于电磁场原理和地表电位的接地网腐蚀诊断研究

褚旭, 余绍帅, 严亚兵, 李辉

2023, 43(4):  118-124.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.018

摘要 ( 49 )   PDF (6036KB) ( 63 )  

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变电站接地网因规模大、结构复杂、强电磁干扰的特点,在进行腐蚀诊断时会存在检测困难、误差较大的问题。针对这些问题,提出基于电磁场原理(electromagnetic field theory,EFT)和地表电位(earth surface potential,ESP)相结合的方法进行接地网腐蚀导体部位诊断,从而弥补在强磁干扰下EFT方法测量精度差的缺陷。该方法首先分析在EFT基础上腐蚀导体的磁感应强度分布,接着分析腐蚀导体的ESP分布,将磁感应强度曲线和ESP分布曲线进行结合,最后确定导体腐蚀位置和类型。经测试,该方法所得到的腐蚀导体位置与设置的腐蚀导体位置一致,验证了该方法诊断腐蚀导体的精确性。

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基于改进北方苍鹰算法优化混合核极限学习机的变压器故障诊断方法

王士彬, 李多, 赵娜, 谢文龙, 黄伟, 季鸿宇

2023, 43(4):  125-132.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.019

摘要 ( 97 )   PDF (3096KB) ( 88 )  

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为提高变压器故障诊断精度,提出了一种基于改进北方苍鹰优化算法(improved northern goshawk optimization algorithm,INGO)优化混合核极限学习机(hybrid kernel extreme learning machine,HKELM)的变压器故障诊断方法。首先,利用ReliefF算法对19维变压器故障特征进行筛选降维;其次,引入Logistic-tent混沌映射、柯西变异算子和非线性递增权重三种策略改进北方苍鹰优化算法,提高全局寻优能力;然后使用改进后的INGO算法优化HKELM的初始参数,以提高HKELM的分类准确性和鲁棒性;最后,将经ReliefF优选后的特征作为模型的输入特征,并与不同变压器故障诊断模型进行对比实验。仿真结果表明,INGO-HKELM故障诊断模型相较于其他模型具有更高的故障诊断精度。

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基于预充电模型的直流支撑电容器状态辨识方法研究

田睿, 刘维可, 伍珣

2023, 43(4):  133-138.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2023.04.020

摘要 ( 49 )   PDF (2074KB) ( 72 )  

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直流支撑电容器是变流系统能量缓存的关键部件,广泛应用于机车牵引、航空航天、风力发电、光伏发电等领域。在恶劣工作环境下,直流支撑电容器性能退化,失效率上升,极易损坏。现有的电容器状态辨识方法容易受传感器测量噪声影响,导致电容量辨识结果与实际值相差甚远。针对上述问题,提出一种基于预充电过程的电容器状态辨识方法,通过构建预充电模型,得到电容量与电压信号的映射关系并最大程度削减测量噪声影响;在此基础上,采用递推辅助变量最小二乘法对预充电模型的参数进行估计,从而得到准确的电容器电容量辨识结果。验证结果表明,该方法能够有效抵御测量噪声干扰,在信号采样频率大于500 Hz时具有较好的辨识效果;当采样频率达到1 kHz时,电容量辨识误差为0.569%。