• 2023年第42卷第4期文章目次
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    • >电动汽车充换电关键技术及装备
    • 特约主编寄语

      2023, 42(4):1-1. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.001

      摘要 (148) PDF 940.13 K (610) HTML (505) XML 收藏

      摘要:

    • 面向不同电流工况的锂离子电池改进EECM研究

      2023, 42(4):2-12. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.001

      摘要 (570) PDF 3.92 M (981) HTML (1114) XML 收藏

      摘要:锂离子电池是新能源汽车动力系统的核心,基于模型的电池管理系统(battery management system,BMS)是保证电池性能充分发挥的关键。然而现有BMS主要采用等效电路模型(equivalent circuit model,ECM),尚未考虑放电倍率对可用容量的影响机制,导致模型在不同放电倍率下以及低荷电状态(state of charge,SOC)区域会存在明显的端电压仿真误差,影响算法精度;尤其是BMS无法准确估计电池放电截止条件,剩余放电电量(remaining discharge capacity,RDC)估计误差大,可能导致电池电压骤降甚至整车抛锚等严重后果。针对以上问题,文中以考虑内部扩散机制的扩展等效电路模型(extended equivalent circuit model,EECM)为基础,对不同倍率的放电电压容量增量(incremental capacity,IC)曲线进行对比分析,利用能斯特方程构造不同放电倍率下的容量-开路电压曲线,提出改进的EECM。所提改进EECM在不同电流倍率和动态工况下的端电压仿真误差均小于传统ECM和EECM,可以提高RDC估计的准确性,有应用于实际BMS的潜力。

    • 虚拟电厂聚合电动汽车参与碳市场的优化调度策略

      2023, 42(4):13-22,240. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.002

      摘要 (292) PDF 1.44 M (932) HTML (967) XML 收藏

      摘要:虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为电网分布式能源管理的重要解决方案,参与碳交易能够充分发挥其环境效益并提升VPP整体收益。结合电动汽车参与核证减排市场的需求,文中提出VPP聚合电动汽车参与碳市场的协调调度优化策略。首先,设计VPP代理电动汽车参与核证减排市场的方案和流程,并通过收取服务费的方式提升VPP收益;然后,分析VPP不同聚合资源的碳排放特性,并采用场景生成法评估新能源出力的波动性;最后,以VPP收益最大为目标,设计VPP参与碳市场的优化模型,同时电动汽车作为可控负荷和储能装置,进一步增加了VPP运行稳定性。算例分析表明,通过VPP对包括电动汽车在内的多类资源进行聚合并参与碳市场交易,不仅可以激励VPP减少传统火电机组的发电量,降低VPP运行时产生的碳排放,还可以利用电动汽车提升VPP运行稳定性,增加VPP收益及社会效益。

    • 考虑用户充电决策行为的电动汽车充电引导策略

      2023, 42(4):23-30. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.003

      摘要 (703) PDF 2.10 M (944) HTML (756) XML 收藏

      摘要:快充站(fast charging station,FCS)是电动汽车(electric vehicle,EV)的重要能源供给设施。随着EV的推广应用,快充负荷也逐渐攀升,对配电网运行产生了一定影响。然而,快充负荷作为一种需求侧响应资源,可通过有序充电控制缓解EV接入给配电网运行带来的负面影响,因此文中提出考虑用户充电决策行为的EV充电引导策略。首先,考虑动态交通路况影响,利用出行链理论构建EV移动模型,进行用户出行模拟,并刻画剩余电量的时空分布。其次,考虑剩余电量、充电设施分布与充电服务价格,利用后悔理论构建用户充电决策模型,并刻画充电负荷时空分布。然后,以配电网网损最小为目标,构建充电服务价格优化模型,通过优化公共FCS的充电服务价格,引导充电负荷时空分布。最后,对不同服务价格方案进行对比,结果表明,文中方法对小容量车型的引导效果更好,且用户时间消耗等效折算系数越大,文中方法对充电负荷引导的效果越好。

    • 考虑快慢充负荷特性的电动汽车调峰定价策略

      2023, 42(4):31-40. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.004

      摘要 (328) PDF 1.67 M (865) HTML (696) XML 收藏

      摘要:随着分布式光伏大规模发电的广泛应用,净负荷“鸭型”曲线特征明显,电动汽车白天充电无法充分利用新能源,夜间充电使原有负荷峰值叠加。为避免净负荷“峰上加峰”现象,文中以减小净负荷峰谷差为目标,实现充电负荷转移。首先,基于快慢充行为特征的统计数据,采用蒙特卡洛法模拟用户充电行为,实现未来充电负荷分布的预测,并根据慢充的入网特性以及快充的延迟充电特性建立快慢充负荷约束。然后,基于梯度下降法对负荷转移率进行计算,并引入用户消费心理学构建充电负荷价格响应模型。最后,对电网调峰的经济性进行分析以限定电价变动约束,以净负荷峰谷差最小为目标构建充电引导模型,并利用深度强化学习对其求解。仿真结果表明,所建模型和求解策略能有效引导充电负荷避开净负荷的峰期,并确定合理电价,减小电网的峰谷差。

    • V2G模式下基于SaDE-BBO算法的有源配电网优化

      2023, 42(4):41-49. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.005

      摘要 (222) PDF 1.95 M (739) HTML (880) XML 收藏

      摘要:为了解决大规模电动汽车入网难以实现个体调度以及集群调度存在“维数灾”的问题,建立基于车辆到电网(vehicle-to-grid,V2G)模式的有源配电网分层分区优化运行模型。其中,上层优化模型对电动汽车集控中心(electric vehicle agent,EVA)进行调度,优化各区域EVA的充放电功率并作为下层优化模型的输入;下层优化模型调整各调压方式。在优化算法方面,提出一种自适应差分进化-生物地理学优化(self-adaptive differential evolution-biogeography-based optimization,SaDE-BBO)算法,并在改进的IEEE 33节点配电系统中进行仿真分析。结果表明:在不同充电控制策略下,V2G模式与各调压方式的协调互动在降低各区域EVA运营成本、平抑负荷波动以及保证有源配电网的安全和经济运行方面优势显著,与其他优化算法相比,SaDE-BBO算法具有更优质的解和更好的收敛性。

    • 基于双向出行链的电动汽车平抑电网波动策略

      2023, 42(4):50-60. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.006

      摘要 (316) PDF 13.44 M (788) HTML (891) XML 收藏

      摘要:针对电动汽车(electric vehicle,EV)时空转移随机性造成的电网波动问题,计及车主的性别差异、车主实时出行目的地不同和车辆双向行驶,提出了一种基于出行随机性双向出行链的EV充放电调度策略。考虑车主实际出行过程,建立EV双向出行链模型;考虑到男女车主出行过程中的性别差异,确定男女实时出行概率模型;以降低电网的波动为目标函数,考虑车主实时出行需求和EV实时荷电状态(state of change,SOC)建立调度模型,并依据所建立模型对EV进行充放电调度。在约280 m2的区域进行仿真分析,结果表明:双向出行链模型更接近用户实际出行规律,其调度策略能够在满足用户实际出行需求的同时,更好地抑制电网波动性。

    • >专论与综述
    • 一种求解超越方程零极点分布的谐波不稳定分析方法

      2023, 42(4):61-72. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.007

      摘要 (438) PDF 3.09 M (708) HTML (901) XML 收藏

      摘要:考虑线路分布参数模型是准确分析风电场谐波不稳定的必要条件,但模型的引入导致谐波不稳定分析面临系统超越方程零极点分布难以求解的问题。基于此,文中首先建立并验证考虑线路分布参数的风电场阻抗模型。其次,提出一种基于Pade近似的超越方程零极点分布求解方法,将指数函数近似为有理分式,仅须选择有理分式阶次,而无须拟合系数。然后,分析不同线路长度和电网强度下,不同线路模型对系统谐波不稳定影响。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和准确性。结果表明:线路分布参数不可被忽略,否则将可能导致稳定性和高频谐波放大点分析不准确,甚至遗漏高频谐波放大点。文中所提方法不仅可准确评估系统的稳定性,还可分析系统的谐波放大点。

    • SVPWM逆变器供电时FSCW-PMSM损耗特性研究

      2023, 42(4):73-83. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.008

      摘要 (410) PDF 6.95 M (713) HTML (793) XML 收藏

      摘要:为探究空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)逆变器引入的时间谐波电流对分数槽集中绕组永磁同步电机(fractional-slot concentrated-winding permanent magnet synchronous machine,FSCW-PMSM)损耗特性的影响,文中提出一种SVPWM逆变器与FSCW-PMSM联合系统中电机损耗谐波特性分析方法。首先,理论分析了考虑时间谐波电流时电机损耗的时空谐波特性。其次,以一台三相双层绕组10极12槽PMSM为例,搭建电机与SVPWM逆变器的场路联合仿真模型,求解样机在恒转矩和恒功率调速时损耗的谐波特性,揭示各谐波损耗的产生机理。结果表明:转子谐波损耗由基波电流与次谐波、iZ±p次齿谐波和(fc±4f)/f、(fc±2f)/f次时间谐波电流与pZ±p次空间谐波引起;定子铁芯谐波损耗由基波磁场、谐波励磁磁场及(fc±4f)/f、(fc±2f)/f次时间谐波电流引起。该结论适用于其他极槽组合的FSCW-PMSM。最后,通过实验验证了该分析方法的有效性。

    • 基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

      2023, 42(4):84-93. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.009

      摘要 (284) PDF 2.27 M (792) HTML (682) XML 收藏

      摘要:柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。

    • >电网运行与控制
    • 面向交直流混联电网的虚假数据注入攻击策略优化

      2023, 42(4):94-101. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.010

      摘要 (363) PDF 4.32 M (676) HTML (766) XML 收藏

      摘要:虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击是对电力系统运行影响较为严重的一种攻击。目前已有对交直流混联电网的FDI攻击方法的研究,但仍缺乏对交直流混联电网攻击策略的优化研究。为此,文中提出了面向交直流混联电网的FDI攻击策略优化方法。首先,建立以FDI攻击损失最大为目标的双层优化模型,上层模型以电力系统经济损失最大为目标对FDI攻击策略进行优化;下层模型以发电机出力调整量和切负荷量最小为目标计算FDI攻击下的最大经济损失,考虑交直流混联电网安全约束和换相失败风险。然后,采用遗传算法对优化模型进行求解,生成最优攻击策略。最后,以改进的IEEE 14节点系统为例验证了模型的有效性。仿真结果表明,优化后的攻击策略能够显著提高安全约束经济调度(security constrained economic dispatch,SCED)的运行成本。

    • 电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

      2023, 42(4):102-112. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.011

      摘要 (528) PDF 2.28 M (761) HTML (1212) XML 收藏

      摘要:为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性,文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理,基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统,提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标,根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响,量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性,电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合,为频率和功角的优化控制措施提供了参考。

    • 计及分布式电源注入谐波的单相接地故障联合选线

      2023, 42(4):113-121. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.012

      摘要 (424) PDF 2.05 M (2896) HTML (649) XML 收藏

      摘要:随着配电网线路安全运行要求的提高,分布式电源注入的谐波会使得现有的选线方法失效,且单一判据的故障选线方法愈加难以胜任复杂配电网系统发生单相接地故障后的选线工作。因此文中提出了计及分布式电源注入谐波的谐振接地系统单相接地故障联合选线。针对谐振接地系统中出现单相接地故障后,故障线路与健全线路的暂态零序电流相位、周期变化不同的特点,先根据低频周期差异用多尺度交叉样本熵计算暂态零序电流,再根据高频相位差异用加权暂态能量法及同步挤压小波变换计算高频暂态零序电流的重构误差。此外,使用加权暂态能量法控制计算量并通过多尺度交叉样本熵、加权暂态能量和重构误差3个判据判定故障线路。实验结果显示,文中的联合选线法受不同故障条件的影响小,准确性高,抗干扰性强。

    • >配网与微网
    • 考虑压缩机不同运行状态的IES气网潮流分布式计算方法

      2023, 42(4):122-132. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.013

      摘要 (243) PDF 1.74 M (662) HTML (658) XML 收藏

      摘要:压缩机运行状态的改变会造成气网工况变化,进而对电-气-热综合能源系统的稳态潮流产生影响。为求解压缩机不同运行状态下的综合能源系统气网潮流,文中分别对综合能源系统各子网络和能量耦合环节建模。考虑压缩机5种工作模式和2种驱动方式,针对含有多台不同运行状态压缩机的天然气网络,基于牛顿-拉夫逊法,提出保留压缩机管道整体求解的气网潮流计算方法,并拓展一种分离压缩机管道等效求解方法,以分布式计算方法顺序求解综合能源系统潮流。通过2个算例,验证了所提保留压缩机管道整体求解方法的精确性和有效性,弥补了现有气网潮流计算模型无法处理复杂气网工况且收敛性、通用性差的缺点,揭示了压缩机运行状态的改变对综合能源系统潮流的影响。

    • 基于用户差异化热舒适度的空调负荷聚合调度策略

      2023, 42(4):133-140. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.014

      摘要 (246) PDF 1.40 M (755) HTML (845) XML 收藏

      摘要:空调负荷作为需求侧重要资源,可灵活参与电力系统,促进新能源消纳。在空调负荷调度过程中,不同用户的热舒适要求和调度潜力存在差异。如何满足用户差异化热舒适度,且挖掘其调度潜力是要考虑的难题。针对上述问题,文中首先引进热舒适度模型以综合量化用户的热舒适体验;其次,根据热舒适度模型中的人体参数,采用K-means聚类方法划分出不同热忍受能力特征的用户群体。在此基础上,提出基于用户差异化热舒适度的空调直接负荷控制策略,并对其进行仿真验证。算例分析表明,相较于传统策略,文中所提策略在完成消纳任务的基础上挖掘了每类用户群体的调度潜力,并保障了其热舒适性。

    • 基于方差变化率判据-四分位的风电场功率异常数据识别

      2023, 42(4):141-148. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.015

      摘要 (276) PDF 13.47 M (700) HTML (800) XML 收藏

      摘要:风电场运行中产生了数量巨大的历史数据,而提升历史数据的质量是实现风电场高效智能运维的前提。为此,文中分析了风电场风功率数据的分布特征和形成机理,提出基于方差变化率判据-四分位法组合的风电场风功率异常数据识别方法。首先,利用物理规则对原始风功率曲线进行预处理,剔除明显异常的数据;然后,利用风功率方差变化率判据法识别并清洗风功率曲线的堆积型异常功率数据点,判据的阈值借助箱型图自动获取;同时,利用四分位法识别并清洗剩余的离散型异常数据点;最后,通过算例验证了所提算法的可行性。研究结果表明所提算法具有易实现、效率高和通用性强的优点,其异常识别效果优于局部离群因子(local outlier factor,LOF)算法和Thompson tau-四分位算法,其耗时比LOF和Thompson tau-四分位算法分别减少9.6 s和0.49 s,且在5个不同位置的风电场验证了所提算法的通用性。

    • >智能电网技术
    • 基于深度强化学习的多阶段信息物理协同拓扑攻击方法

      2023, 42(4):149-158. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.016

      摘要 (531) PDF 1.87 M (687) HTML (693) XML 收藏

      摘要:随着智能电网的发展及通信设备不断引入到信息物理系统(cyber physical system,CPS)中,CPS正面临一种破坏性更强的新型攻击方式——信息物理协同攻击(coordinated cyber physical attack,CCPA),其隐蔽性与威胁性易导致系统出现级联故障。首先,基于攻击者的视角,提出一种多阶段信息物理协同拓扑攻击模型,单阶段的物理攻击使线路中断,双阶段的网络攻击分别用来掩盖物理攻击的断开线路和制造一条新的虚假断开线路。其次,结合深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)理论,提出一种基于深度Q网络(deep Q-network,DQN)的最小攻击资源确定方法。然后,给出攻击者考虑上层最大化物理攻击效果和下层最小化攻击代价的具体模型及求解方法。最后,以IEEE 30节点系统为例,验证了所提多阶段攻击模型的有效性。仿真结果表明,多阶段信息物理协同拓扑攻击较单一攻击更加隐蔽且有效,对电网的破坏程度更大,为防御此类攻击提供了参考。

    • 基于云边协同和区块链的分布式能源交易系统设计

      2023, 42(4):159-166. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.017

      摘要 (652) PDF 1.47 M (660) HTML (682) XML 收藏

      摘要:分布式能源的广泛发展使其成为电力市场的考虑重点,而传统的数据交互平台无法满足大规模分布式能源交易高效灵活、安全可靠的需求。为解决高信息处理复杂度与安全快速交易需求之间的矛盾,文中提出基于云边协同和区块链的分布式能源交易系统架构和整体设计方案。首先设计了云计算与边缘计算协同并结合两层区块链的系统架构,利用区块链技术实现交易去中心化,提高了交易的自主高效性,利用云边协同提升海量数据的处理能力和交易系统的扩展能力。然后基于双向竞价和预测补偿设计了分布式能源的交易机制,进一步对区块链的核心共识算法进行分析,并采用改进委托权益证明(delegated proof of stake,DPoS)作为交易系统的高效率、高可靠共识算法,实现大规模分布式能源的高效可靠交易,促进分布式能源参与电网调节,提高电网稳定运行水平。最后通过应用实例验证了所提系统对大规模分布式能源交易的适应性和优越性。

    • 基于流聚类的PMU异常数据辨识算法

      2023, 42(4):167-174. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.018

      摘要 (196) PDF 1.61 M (696) HTML (672) XML 收藏

      摘要:为保证同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)采集数据的准确应用,须排除其量测值中的异常数据。现有PMU异常数据辨识算法存在算法复杂度高、难以在线更新、多源数据难以校准、依赖多源数据应用难度大等不足。为此,文中从PMU事件数据和异常数据模型及PMU异常数据判别信息熵定义出发,提出基于该信息熵的异常数据辨识框架。在此框架基础上,基于利用层次方法的平衡迭代规约和聚类(balanced iterative reducing and clustering using hierarchies,BIRCH)算法提出PMU异常数据辨识算法;然后,对所提出的算法进行原型实现,并针对某变电站的PMU采集数据集进行算法实验验证。实验结果表明,与一类支持向量机(one-class support vector machine,OCSVM)算法与间隙统计算法相比,文中算法的准确度及实时性均具有较强的优势。

    • >电机与电器
    • 基于参数自适应的永磁同步电机无差拍预测电流控制

      2023, 42(4):175-184. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.019

      摘要 (332) PDF 3.90 M (912) HTML (792) XML 收藏

      摘要:无差拍预测电流控制(dead-beat predictive current control,DPCC)因其响应迅速而在电机控制领域具有较大应用潜力,然而受参数敏感影响,该方法鲁棒性不高。为此,文中提出一种结合参数自适应的永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)电流无差拍控制方法,以解决无差拍控制在参数失调下的鲁棒性问题。首先,介绍无差拍电流控制的基本原理。随后,重点分析在电机参数不精确的条件下,参数误差对无差拍电流控制环路的影响。针对电机参数不精确的情况,提出一种结合了参数自适应算法的预测电流控制方法,通过在线进行电机参数辨识,实时修改预测电流控制器的参数,以达到参数修正的效果。最后,对该方法的控制效果进行对比仿真验证与效果评估。结果表明,采用该方法后电流控制过程中系统鲁棒性提升明显,效果较好。

    • 基于全电力电子OLTC的HUPFC运行特性分析及控制

      2023, 42(4):185-194. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.020

      摘要 (93) PDF 1.96 M (701) HTML (691) XML 收藏

      摘要:柔性交流输电系统(flexible alternative current transmission systems,FACTS)装置如混合式统一潮流控制器(hybrid unified power flow controller,HUPFC)可调节线路潮流,有效提升输电网络的传输容量。为解决传统HUPFC中使用机械式有载分接开关调压带来的诸多问题,文中提出基于全电力电子有载分接开关的快速电磁式HUPFC。首先,针对其工作特性进行研究,并提出抑制开关切换过程中产生过压的方法。然后,根据不对称级电压Sen变压器的工作点合成方式存在自由度,实现一种开关切换次数最少的抽头选择策略,并给出从潮流指令改变到开关切换调压的详细步骤。最后,在Simulink中搭建220 kV双回线路仿真模型,对比快速电磁式HUPFC与传统HUPFC的潮流调节过程及结果。结果表明,全电力电子开关在响应速度和降低调节过程中的功率波动等方面更具优势,验证了快速电磁式HUPFC的可行性。

    • 电网不平衡工况下模块化多电平矩阵变换器控制策略

      2023, 42(4):195-205. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.021

      摘要 (527) PDF 2.30 M (790) HTML (693) XML 收藏

      摘要:模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种可直接实现交交功率变换的新型高压大功率拓扑,在低频输电、大功率异步电机调速及低频海上风电送出等领域具有应用前景。由于2种频率的功率耦合作用,M3C桥臂电容电压在电网电压不对称时容易失稳。为此,文中首先对不平衡输入工况下M3C桥臂功率进行了计算,推导并总结了2种不同功率平衡方法下桥臂间的功率分配规律。在此基础上,研究低频环流对桥臂功率的影响,在保证系统总有功功率平衡的前提下,提出基于低频环流的M3C桥臂电容电压平衡控制策略,避免了网侧负序电流的引入;在不平衡工况下,通过桥臂电容电压闭环控制和功率直接补偿实现电容电压的快速平衡。所构造的低频环流仅在换流器内部流动,不影响M3C输入输出侧的解耦运行。最后在MATLAB中搭建了220 kV/400 MW M3C系统模型,验证了所提控制策略的有效性。

    • >高电压技术
    • 油浸式变压器用片式散热器参数研究与优化

      2023, 42(4):206-214. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.022

      摘要 (248) PDF 4.64 M (844) HTML (703) XML 收藏

      摘要:片式散热器对油浸式变压器的散热具有重要作用。为探究片式散热器结构参数对其散热性能的影响,以片高、焊道数量和焊道高度差为自变量,散热量和流动阻力为响应值,采用Box-Behnken设计(Box-Behnken design,BBD)方法设计多变量矩阵,利用STAR-CCM+对模型进行数值模拟并得到对应的响应结果;基于模型的散热量和流动阻力方差分析,获得二次回归模型,分析片高和焊道数量对散热量和流动阻力的交互影响;最终使用期望值法对片式散热器进行参数优化,确定最佳结构参数。结果表明:响应面预测值和模拟结果集中分布在回归线附近,误差在10%以内,满足工程设计要求;片高和焊道数量的增大均会导致散热量和流动阻力增大,但散热量和流动阻力对片高变化更敏感;片高为2 483 mm、焊道数量为6、焊道高度差为60 mm时,片式散热器的散热性能最佳。

    • 极端高温下10kV电缆中间接头载流量分析

      2023, 42(4):215-222. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.023

      摘要 (670) PDF 2.64 M (712) HTML (816) XML 收藏

      摘要:随着世界各地夏季环境温度不断升高,电缆中间接头的工作环境正在恶化。为此,文中基于有限元法建立10 kV三芯电缆及其中间接头仿真模型,分析不同环境温度和不同电流下中间接头的温度分布。首先,开展温升试验,得到电缆中间接头表面的稳态温度,验证仿真模型的准确性;然后,拟合不同环境温度下中间接头高压载流导体表面温度与电流的函数关系,以此可以计算不同极端环境温度下中间接头的极限安全载流量。结果表明,环境温度升高对中间接头高压载流导体表面的温度分布趋势几乎没有影响,在外护套外表面处也满足此规律。中间接头高压载流导体表面温度与电流近似成二次函数关系。当电流幅值为480 A、环境温度为75 ℃时,高压载流导体表面与外护套外表面最高温度分别是环境温度为30 ℃时的1.57倍与1.69倍。当环境温度超过55 ℃时,按照国标规定的持续允许载流量会使中间接头高压铜导体表面温度超过最高允许运行温度90 ℃。考虑到自2020年起夏季环境温度持续增加,现行国标中10 kV铜导体三芯交联聚乙烯绝缘电缆中间接头的持续允许载流量须被修正。

    • 基于熵权层次法的油浸式变压器绝缘状态评价

      2023, 42(4):223-230. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.024

      摘要 (245) PDF 1.33 M (634) HTML (707) XML 收藏

      摘要:为有效评估油浸式变压器的绝缘状态,文中提出一种综合主观专家经验和指标退化程度的熵权层次法。首先,基于油色谱、环境温度和缺陷信息等指标构建用于绝缘状态评价的层次结构,根据专家经验对各个指标进行主观权重分配;接着,采用组合权重的方法,在指标层权重分配上引入熵权权重,从而在保留专家经验对准则层判断的情况下,对底层权重进行动态调整,体现变压器运行过程中的差异性;然后,将变压器的绝缘状态从常见的4种扩展为5种,实现对绝缘状态更准确的感知;最后,4台500 kV变压器的实例分析表明,相较于仅采用主观权重或客观权重,文中提出的方法可以有效识别运行状态正常的变压器并甄别异常变压器。

    • >技术探讨
    • 40.5kV真空断路器分闸并联电抗器重燃过电压及抑制方法

      2023, 42(4):231-240. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.025

      摘要 (271) PDF 1.92 M (720) HTML (666) XML 收藏

      摘要:40.5 kV真空断路器分闸并联电抗器时,极易出现截流和电弧复燃,由此产生的重燃过电压会危害系统设备绝缘,危及电网安全稳定运行。为分析重燃过电压的特性及危害,文中考虑分闸过程中真空断路器触头之间的燃弧特性,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC构建了准确的真空断路器的三相分闸重燃模型及开断并联电抗器的220 kV变电站系统仿真模型,分析了真空断路器分闸初相角和介质绝缘恢复速度对重燃过电压的影响。文中提出了避雷器和阻容吸收器、以及避雷器和铁氧体磁环两种过电压协同防护方案,与避雷器、阻容吸收器和铁氧体磁环单独使用时对重燃过电压的抑制效果进行了对比,并分析了不同安装位置下的抑制效果,验证了文中所提出的避雷器和阻容吸收器以及避雷器和铁氧体磁环两种协同防护重燃过电压方案的有效性。文中的研究成果为并联电抗器的投切和抑制方面的实际应用提供了理论支撑。

    • 基于光伏逆变器的快速功率控制系统研究及应用

      2023, 42(4):241-247. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.026

      摘要 (241) PDF 3.06 M (666) HTML (737) XML 收藏

      摘要:为使新能源功率输出能快速响应系统有功功率和无功功率平衡需求,文中提出光伏电站毫秒级功率控制的系统性方案。首先,基于光伏逆变器的功率快速交换能力,在光伏电站并网点直采电压、电流,实时监测并网点频率和电压变化,根据一次调频参数计算光伏电站有功出力。在此基础上,通过高速环网通信链路群控光伏逆变器进行有功出力,使得光伏电站具备一次调频能力。在无功功率控制方面,文中通过智能多状态序列判别算法实时计算光伏电站并网点对电力系统的阻抗,根据并网点电压波动实时群控光伏逆变器进行无功出力,使得光伏电站具备动态无功响应能力,从而完成光伏电站功率的快速控制。目前该系统已经在淮安金湖光伏电站中试点运行,现场试验数据说明应用文中提出的控制系统可实现一次调频响应时间小于0.15 s,动态无功响应时间小于30 ms的指标,验证了控制系统的有效性和可行性。

    • 基于相空间张量分解的有载分接开关故障诊断

      2023, 42(4):248-255. DOI: 10.12158/j.2096-3203.2023.04.027

      摘要 (324) PDF 2.36 M (709) HTML (559) XML 收藏

      摘要:有载分接开关一次档位切换过程中伴生的振动信号与其机械状态密切相关。文中基于有载分接开关档位切换过程中振动信号的高维相点空间分布,对有载分接开关多个位置处的振动信号进行张量化表示,用以捕捉尽可能丰富的有载分接开关机械状态信息。然后对所构建的相空间三阶张量进行Tucker张量分解以获取核心张量,据此建立基于卷积神经网络的有载分接开关机械故障判别模型。以某CM型有载分接开关动作时的振动信号为例进行分析,结果表明,有载分接开关动作时的振动信号的相空间核心张量信息全面且冗余少,所构建的基于卷积神经网络的有载分接开关机械故障诊断模型性能良好,准确率超过95%,可为有载分接开关的故障识别及状态维修提供参考依据。

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