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基于内电势幅值/频率和网络有功/无功电流工作点的变换器并网交流系统小扰动线性化方法

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中国电机工程学报 2024年第3期44卷 1081-1093,I0019页

作者：王思成袁小明强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

当今电力系统不明机理的振荡问题频发,亟需回归振荡的能量交换本质以认识和分析系统动态过程。系统受扰后设备将根据输入和输出有功/无功功率或电流不平衡调节内电势频率和幅值,进而调节网络中各设备端口有功/无功电流及设备输出功率。... 详细信息

当今电力系统不明机理的振荡问题频发,亟需回归振荡的能量交换本质以认识和分析系统动态过程。系统受扰后设备将根据输入和输出有功/无功功率或电流不平衡调节内电势频率和幅值,进而调节网络中各设备端口有功/无功电流及设备输出功率。在此闭环动态过程中内电势幅值/频率对应的设备储能与有功/无功电流对应的网络储能将在一定水平上彼此交换。因此,系统动态分析的工作点和相应的小扰动数学关系应当基于表征系统储能水平的内电势幅值/频率和有功/无功电流来进行确定和构建。然而,现有研究仍然缺乏对交流系统动态过程能量内涵的认识,目前尚未从能量角度开展认识和分析交流系统动态过程的相关工作。鉴于此,该文旨在提出基于内电势幅值/频率和有功/无功电流工作点的交流电力系统小扰动线性化方法。首先以变换器并网交流系统为例,从系统基本结构及其传输有功/无功的闭环运行原理出发,通过阐述在系统受扰后内电势幅值/频率和有功/无功电流不断迭代更新的闭环动态过程中变换器和网络在一定储能水平上相互交换有功/无功的机制,明确内电势幅值/频率和有功/无功电流的稳态直流量是交流系统的工作点,并澄清其所蕴含的有功/无功存储水平物理内涵。基于内电势幅值/频率和有功/无功电流工作点,该文提出描述变换器/网络的内电势幅值/频率和有功/无功电流间的激励-响应小扰动非线性关系及其线性化的物理认识和相应的线性化方法,然后结合仿真说明系统小扰动线性化关系的适用性,最终阐释小扰动初期交、直流电气量的动态演化行为。

关键词：交流系统系统振荡小扰动线性化工作点

基于运行短路比的新能源场站中跟/构网可切换单元的最优配置方法

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电网技术 2024年第3期48卷 1091-1102页

作者：周于清姚伟宗启航周泓宇赵海宇文劲宇强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

现有新能源场站中的发电单元基本采用跟网控制,难以在极弱电网下保持安全稳定运行。在发电单元全采用跟网控制的新能源场站内配置少量跟/构网可切换发电单元,可提升场站在弱网下的运行能力,避免失稳问题。首先建立跟/构网可切换单元模型... 详细信息

现有新能源场站中的发电单元基本采用跟网控制,难以在极弱电网下保持安全稳定运行。在发电单元全采用跟网控制的新能源场站内配置少量跟/构网可切换发电单元,可提升场站在弱网下的运行能力,避免失稳问题。首先建立跟/构网可切换单元模型,实现无扰切换。其次,分析了新能源发电单元在跟/构网控制下的稳定特性,进而选取运行短路比并作为跟/构网切换指标。再次,提出基于运行短路比的新能源场站跟/构网切换方案,并提出了跟/构网可切换单元最优配置方法。最后,通过算例仿真验证了所提配置方法的合理性和优越性。

关键词：新能源场站跟/构网切换容量配置次同步振荡特征值分析

计及故障维修与网络重构的灾后配电网综合调度策略

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1764-1776,I0008页

作者：汪涛武传涛随权陈岑马云聪林湘宁李正天魏繁荣强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

当前,灾后配电网负荷恢复与故障维修多是独立考虑,缺乏有效联动,且没有合理计及包含故障维修时间及新能源出力的不确定性在内的双重因素影响。为此,提出一种灾后配电网维修恢复联合调度策略。首先,提出灾后配电网两阶段求解框架,第一阶... 详细信息

当前,灾后配电网负荷恢复与故障维修多是独立考虑,缺乏有效联动,且没有合理计及包含故障维修时间及新能源出力的不确定性在内的双重因素影响。为此,提出一种灾后配电网维修恢复联合调度策略。首先,提出灾后配电网两阶段求解框架,第一阶段求解故障维修计划及网络重构问题,第二阶段解决移动式储能系统参与下的灾后配电网源荷协同调度问题。其次,构建移动式储能系统与维修人员的调度模型,量化分析移动式储能系统时空转移模型及能量模型,同时基于维修人员的时空转移特性,建立故障维修及网络重构模型。在此基础上,以恢复运行成本最小化为目标,分别采用离散鲁棒与连续鲁棒处理故障维修时间与新能源出力的不确定性,构建灾后配电网综合调度模型。最后,采用改进IEEE 33节点配电网进行仿真测试。结果表明,所提调度策略能够显著降低负荷失电率,减少停电损失。此外,两阶段算法在显著提升求解速度的同时能够保证求解精度,具有可行性和合理性。

关键词：配电网故障维修网络重构移动式储能系统两阶段求解鲁棒优化

基于电子式电压互感器边界特性分析的35 kV配网输电线路单端暂态量保护方案及其整定

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4666-4681,I0007页

作者：吴宇奇黎钊肖澍昱黄梓欣李正天魏繁荣林湘宁强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

随着分布式电源广泛接入配电网,传统三段式电流保护方案的性能严重劣化。单端暂态量边界保护由于具备不依赖电源特性等突出优势,有望成为改善主动配电网保护配置性能的有效方案,但其需依附于线路边界强健的滤波作用。为此,该文研究发现... 详细信息

随着分布式电源广泛接入配电网,传统三段式电流保护方案的性能严重劣化。单端暂态量边界保护由于具备不依赖电源特性等突出优势,有望成为改善主动配电网保护配置性能的有效方案,但其需依附于线路边界强健的滤波作用。为此,该文研究发现,可利用智能变电站和智能开闭所中电子式电压互感器、金属氧化物避雷器与其余设备杂散电容共同作为线路边界,其优异的高频滤波作用能够为暂态量保护方案的设计奠定基础;其次,利用区内外故障时电压行波高频频带能量差异构造保护判据,并基于整定门槛与动作时序的合理配合形成单端暂态量阶段式保护方案;最后,基于PSCAD仿真平台验证所提方案的有效性、灵敏性与可靠性,其可与电流保护方案协同互济以强化主动配电网继电保护方案的动作性能。

关键词：配电线路单端暂态量保护线路边界电子式电压互感器金属氧化物避雷器智能变电站

计及典型控制的风电场调频能力量化评估及影响因素分析

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电力系统自动化 2024年第8期48卷 42-52页

作者：阮益闽宗启航姚伟周泓宇张鑫灏文劲宇强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

为尽可能充分利用风电场支撑功率,避免资源浪费,有必要量化评估风电场的调频能力。然而,风电场调频能力缺乏定义且难以评估,运行参数及边界约束对支撑能力的影响机理不明。为此,定义了多时间尺度、多能量形式、多评估层次的指标,从而精... 详细信息

为尽可能充分利用风电场支撑功率,避免资源浪费,有必要量化评估风电场的调频能力。然而,风电场调频能力缺乏定义且难以评估,运行参数及边界约束对支撑能力的影响机理不明。为此,定义了多时间尺度、多能量形式、多评估层次的指标,从而精准量化评估调频能力。基于所提评估指标,通过分析风电场运行参数对调频能力的作用机理,揭示了转速是低风速和低减载工况下的主要影响因素,而载荷与容量是高风速和高减载工况下的主要影响因素等结论。进一步,提出了基于非线性规划模型的方法对评估指标进行精确计算。最后,对四机两区域系统中下垂和减载控制下的单机聚合风电场进行了算例分析,验证了所提评估指标的合理性和评估方法的准确性,以及关键影响因素分析结论的正确性。

关键词：风电场调频能力下垂控制超速减载量化评估方法影响因素分析

基于时域动态过程的变速抽蓄机组外部故障短路电流计算方法

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电力自动化设备 2024年第3期44卷 172-179页

作者：卢庆辉乔健尹项根刘之畅王义凯朱凌进毛冀龙华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室湖北武汉430074

变速抽蓄机组(VSPSU)采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU... 详细信息

变速抽蓄机组(VSPSU)采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU分为持续励磁和跨接器动作这2种情况,并基于空间矢量分析分别建立2种情况下的时域动态电路模型。在此基础上,结合2种情况的过渡边界条件和定子磁链动态特性推导得到VSPSU外部故障短路电流的解析表达式。与PSCAD/EMTDC仿真结果的对比表明,所提出的VSPSU外部故障短路电流计算方法具有较高的准确性及实用价值,能满足变速抽水蓄能电站一次设备选型以及继电保护等工作的需要。

关键词：变速抽蓄机组外部故障短路电流跨接器动态电路

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二代高温超导带材失超特性研究

电工技术学报 2024年第1期39卷 110-120,153页

作者：杨志星任丽徐颖段璞李鑫强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析... 详细信息

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下,以磁场强度矢量为求解变量,建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型,研究了二代高温超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程,分析了高温超导带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为,区分了不同类型的过电流失超行为,并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

关键词：二代高温超导带材失超特性有限元电磁热耦合

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无刷双馈电机研究综述与展望

电工技术学报 2024年第2期39卷 397-422页

作者：于克训陈曦谢贤飞赵探探潘卫东强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点... 详细信息

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

关键词：无刷双馈电机命名原则定转子方案等效电路优化设计控制系统

基于变电站高频滤波边界特性的配电网线模行波选线方法

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电工技术学报 2024年第7期39卷 2072-2088页

作者：吴宇奇李正天林湘宁黄梓欣黎钊华中科技大学(强电磁技术全国重点实验室) 武汉430074

受母线并联电容器对于线模行波的高频滤波作用的启发,该文跳出基于零模行波设计选线方法的视角,提出利用变电站边界特性的配电网线模行波选线方法。首先,研究证实了电子式电压互感器、金属氧化物避雷器与母线其余设备杂散电容共同组成... 详细信息

受母线并联电容器对于线模行波的高频滤波作用的启发,该文跳出基于零模行波设计选线方法的视角,提出利用变电站边界特性的配电网线模行波选线方法。首先,研究证实了电子式电压互感器、金属氧化物避雷器与母线其余设备杂散电容共同组成的智能变电站线路边界具备强健的高频滤波特性,其对于线模行波的折射衰减作用为后续选线方法的设计奠定了基础;然后,基于健全线路与故障线路上线模行波高频瞬时能量的差异构造了选线新判据,其在高阻故障与小相角接地故障等工况下具备较高的灵敏度;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提选线方法的有效性、灵敏性与可靠性,该方法以线模行波作为所选模量,为故障选线问题的解决提供了全新的思路。

关键词：配电网故障选线线模行波边界特性高频瞬时能量