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地磁暴对电力系统稳定性的影响

电工技术学报 2022年第7期37卷 1780-1788页

作者：王泽忠司远刘连光高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学) 北京102206 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

鉴于近年来地磁暴侵害中低纬度地区电网事件的增加及强地磁暴引起的魁北克大停电事故,分析地磁暴对电力系统稳定运行的影响十分必要。受各种因素的约束,电力系统往往运行在极限稳定状态,地磁暴感应电流(GIC)会引起变压器无功损耗(以下... 详细信息

鉴于近年来地磁暴侵害中低纬度地区电网事件的增加及强地磁暴引起的魁北克大停电事故,分析地磁暴对电力系统稳定运行的影响十分必要。受各种因素的约束,电力系统往往运行在极限稳定状态,地磁暴感应电流(GIC)会引起变压器无功损耗(以下简称为GIC-Q)增加,具有全网群发性和波动性的GIC-Q是否会增大系统失稳风险以及直流系统的加入是否会对电网抗磁暴能力产生影响尚未得到研究。从电力系统稳定的角度出发,研究长时间尺度下变电站GICQ的概率分布规律,结合GIC标准算例,在系统原有负荷的基础上将GIC-Q作为一种无功负荷,分析地磁暴对交流系统及交直流混联系统概率稳定性的影响。

关键词：地磁暴 GIC-Q 交直流混联系统电力系统稳定性概率分布

交直流GIS/GIL微纳粉尘可视化探测技术研究进展

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高电压技术 2023年第9期49卷 3607-3624页

作者：李庆民魏来薛乃凡杨睿成王媛华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学北京市高电压与电磁兼容重点实验室北京102206

交直流气体绝缘开关/气体绝缘输电线路运行的工程现场会产生多尺度微粒,其中的微纳粉尘在腔体中受到耦合场作用发生弥散运动。微纳粉尘粒径小、物化活性强、诱发的故障特征隐蔽性高,极大威胁设备绝缘安全。为此梳理了微纳粉尘的弥散浓... 详细信息

交直流气体绝缘开关/气体绝缘输电线路运行的工程现场会产生多尺度微粒,其中的微纳粉尘在腔体中受到耦合场作用发生弥散运动。微纳粉尘粒径小、物化活性强、诱发的故障特征隐蔽性高,极大威胁设备绝缘安全。为此梳理了微纳粉尘的弥散浓度检测、空间分布的可视化探测技术的研究进展,并归纳了输电装备绝缘危险程度的评估方法。在此基础上,提出了微纳粉尘检测和危险程度评估中需要突破的关键问题和技术手段。高精度的微纳粉尘弥散浓度检测技术是研究和分析粉尘散射演化特性与弥散机制的基础,空间分布的可视化探测技术为实现微纳粉尘的示踪和探究时空动力学行为特征提供技术支撑。利用弥散浓度检测和可视化探测技术获得的微纳粉尘特征信息,能够建立粉尘危险程度评估的定量评价体系。微纳粉尘特征信息可视化探测技术的探索,也为开展微纳粉尘放电形态检测和放电机制研究提供思路。最后,总结了解决微纳粉尘可视化探测的技术途径,对研究气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(gas insulated switchgear/gas insulated transmission lines,GIS/GIL)微纳粉尘的弥散演化机制与空间分布特征提供参考。

关键词：微纳粉尘弥散浓度空间分布危险程度评估放电形态检测

直流GIS/GIL中驱赶电极与微粒陷阱的协同抑制作用及优化设计方法

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电工技术学报 2023年第12期38卷 3338-3349页

作者：胡智莹耿秋钰魏来常亚楠李庆民新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学) 北京102206

直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因,采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动,与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。该文首先建立微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型,发现受驱赶... 详细信息

直流气体绝缘组合电器和封闭输电线路中的运动金属微粒是造成绝缘故障的重要原因,采用驱赶电极可使微粒朝远离绝缘子的方向运动,与微粒陷阱配合使用可显著提高微粒的捕获概率。该文首先建立微粒与驱赶电极的碰撞动力学模型,发现受驱赶电极作用的微粒落点具有强集中性,进而考虑电场畸变特性与微粒落点分布对驱赶电极的结构参数进行了优化设计。进一步以微粒陷阱的捕获概率优化为目标,提出驱赶电极与微粒陷阱的协同布置策略,相较于无驱赶电极时,陷阱布置在驱赶电极下微粒集中落点位置时的捕获概率提升了20%。同时,考虑驱赶电极对陷阱中微粒入射角的影响,提出驱赶电极与微粒陷阱结构参数的协同优化方法,增加了微粒在陷阱内碰撞次数,提高了微粒陷阱的捕获概率。具体结果表明,当驱赶电极倾角为8°、陷阱倾角为50°时,微粒陷阱的捕获概率最高,可达69.8%。通过搭建包含驱赶电极与微粒陷阱的实验平台,验证了协同布置策略与参数优化方法的有效性。所提出的驱赶电极与微粒陷阱的协同设计方法适用于不同尺寸的直流气体绝缘装备,可为实际工程的微粒有效抑制提供指导。

关键词：驱赶电极微粒陷阱协同抑制优化设计方法

直流电应力下线形微粒飞萤运动物理机制与临界起始判据

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电工技术学报 2023年第3期38卷 648-658页

作者：常亚楠耿秋钰胡智莹李庆民新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学) 北京102206

直流气体绝缘开关与输电管道(GIS/GIL)中线形微粒存在特殊的飞萤运动行为,即未碰撞地电极而反向运动或在高压电极表面悬浮运动,是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素之一。为厘清微粒飞萤运动物理机制,搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量... 详细信息

直流气体绝缘开关与输电管道(GIS/GIL)中线形微粒存在特殊的飞萤运动行为,即未碰撞地电极而反向运动或在高压电极表面悬浮运动,是影响直流GIS/GIL绝缘性能的关键因素之一。为厘清微粒飞萤运动物理机制,搭建了微粒飞萤运动观测与荷电量测试平台,获得了不同电压下线形微粒的运动与荷电特性。研究表明,线形微粒附近空间电荷导致微粒荷电量的极性变化,是产生飞萤运动的关键诱因,电极表面线形微粒的电晕起始电压是导致微粒荷电量极性改变的临界电压。进一步,基于直流棒板间隙的光电离模型计算了电极表面线形微粒的起晕电压,由测量结果拟合得到纳入起晕电压影响的微粒荷电量表达式,并结合电荷端部集中特性建立了线形微粒的荷电运动模型,由此提出飞萤运动的临界起始判据,实现了线形微粒飞萤运动的动态模拟。计算获得100kV直流GIL样机中不同尺寸微粒的飞萤起始电场强度,对于0.5MPa的SF6气体环境,直径0.2mm、长度5mm线形微粒的负极性飞萤起始电场强度为2.78MV/m,正极性飞萤起始电场强度为4.93MV/m。该研究在抑制微粒飞萤运动方面为直流GIL的主绝缘设计提供了参考依据。

关键词：直流气体绝缘输电管道(GIL) 线形微粒飞萤机制临界起始电场强度

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风电机组高柔塔二阶涡激振动特性研究

太阳能学报 2022年第2期43卷 498-503页

作者：陶涛龙凯白欣鉴刘永前新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 华北电力大学新能源学院北京102206

针对现有风电机组涡激振动研究侧重于无顶部质量刚塔的一阶涡激振动,忽视有顶部质量高柔塔的二阶涡激振动的不足,开展高柔塔二阶涡激振动特性研究。首先,基于GH Bladed软件建立高柔塔风电机组模型,并通过模态分析得到高柔塔二阶固有频... 详细信息

针对现有风电机组涡激振动研究侧重于无顶部质量刚塔的一阶涡激振动,忽视有顶部质量高柔塔的二阶涡激振动的不足,开展高柔塔二阶涡激振动特性研究。首先,基于GH Bladed软件建立高柔塔风电机组模型,并通过模态分析得到高柔塔二阶固有频率及模态振型;然后,基于涡激振动相关标准,计算二阶涡激振动作用时各高度处的惯性力;最后,以某型2 MW高柔塔风电机组为研究对象,进行二阶涡激振动特性分析,并与一阶涡激振动特性进行对比。结果表明,高柔塔一阶涡激振动造成的影响较小,可忽略不计;二阶涡激振动易导致塔筒强度不足,存在较大的倒塔风险。

关键词：风电机组塔筒疲劳损伤涡激振动极限强度

直流应力下主动式微粒抑制方法的动态配合研究

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电工技术学报 2023年第10期38卷 2794-2805,2831页

作者：王健平安常亚楠胡智莹李庆民新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学) 北京102206

直流气体绝缘输电线路(GIL)中自由金属微粒的活性较之交流GIL中更为活跃,对直流GIL的技术发展以及应用带来了严峻的挑战。目前,将各种抑制微粒手段进行主动式动态配合设计是未来发展的趋势。该文搭建直流GIL金属微粒主动式抑制的动态配... 详细信息

直流气体绝缘输电线路(GIL)中自由金属微粒的活性较之交流GIL中更为活跃,对直流GIL的技术发展以及应用带来了严峻的挑战。目前,将各种抑制微粒手段进行主动式动态配合设计是未来发展的趋势。该文搭建直流GIL金属微粒主动式抑制的动态配合实验平台,并结合有限元仿真,从陷阱捕获率的角度优化了驱赶电极与陷阱间的位置配合;同时提出直流老练优化程序,最终获得主动式微粒抑制的动态配合有效方案。研究结果表明,当驱赶电极与陷阱间的距离为18 mm时,陷阱捕获率可高达70%;该文优化后的直流老练程序较传统程序可使陷阱捕获性能提升50%以上;最后通过实验验证了驱赶电极的有效性,且通过大量实验发现,高压电极布置驱赶电极后,陷阱捕获率可提高50%以上。因此,该文结果对提升直流GIL抑制金属微粒的能力具有一定的参考价值。

关键词：直流气体绝缘输电线路(GIL) 金属微粒抑制驱赶电极微粒陷阱直流老练程序动态配合

基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法

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电力系统自动化 2023年第4期47卷 19-26页

作者：张尧翔刘文颖庞清仑韩小齐新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206

随着新能源发电技术在全球范围内的高速发展,各国电网新能源消纳压力日益凸显。利用跨境输电网络进行新能源跨境交易是提高新能源利用率的有效途径。然而,现有的跨境电能交易市场中常采用固定电量及电价的方式,难以有效激励新能源跨境... 详细信息

随着新能源发电技术在全球范围内的高速发展,各国电网新能源消纳压力日益凸显。利用跨境输电网络进行新能源跨境交易是提高新能源利用率的有效途径。然而,现有的跨境电能交易市场中常采用固定电量及电价的方式,难以有效激励新能源跨境消纳。为此,提出了基于主从博弈的跨境新型电力系统双边交易决策方法。首先,基于现有跨境电能协商交易模式,考虑新能源跨境交易需求,提出一种跨境新能源激励交易模式。其次,基于两国初始交易计划及联络线约束,对新能源跨境消纳潜力进行分析,并建立了以新能源购电国为主导层、售电国为随从层的主从博弈模型。针对跨境两国交易信息隐私性的特点,采用分布式迭代算法对博弈模型进行求解。最后,通过算例验证了盈余新能源跨境双边博弈决策的可行性和有效性。

关键词：新型电力系统新能源交易高比例新能源跨境双边交易主从博弈

基于暂态负序电流积聚量比值的海上风电交流汇集线路保护

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电力系统自动化 2023年第12期47卷 137-144页

作者：郑涛马家璇吕文轩庄心怡新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206

海上风电经柔性直流送出系统交流汇集线路发生不对称故障时,线路因两侧换流器采用负序抑制策略而呈现微弱故障特征,导致常规工频量交流保护性能下降。文中首先分析了海上交流汇集线路发生不对称故障时的故障回路及区内、外故障下负序电... 详细信息

海上风电经柔性直流送出系统交流汇集线路发生不对称故障时,线路因两侧换流器采用负序抑制策略而呈现微弱故障特征,导致常规工频量交流保护性能下降。文中首先分析了海上交流汇集线路发生不对称故障时的故障回路及区内、外故障下负序电流的分布情况,发现连接于同一母线的故障线路与非故障线路的负序电流存在明显差异。进而通过构造负序电流积聚量,放大故障线路与非故障线路的负序电流幅值差异特征,提出了一种基于暂态负序电流积聚量比值的交流汇集线路保护方案。所提方案可实现故障线路的快速准确识别,具有一定的耐过渡电阻能力。最后,基于PSCAD/EMTDC平台进行了仿真验证,结果表明新方案具有可行性和有效性。

关键词：海上风电交流汇集线路保护负序电流积聚量

基于电压上升限时检测的含新能源配电网自适应重合闸

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电力系统自动化 2023年第22期47卷 66-74页

作者：杨彬贾科李俊涛刘浅毕天姝新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206

断路器跳闸后下游分布式新能源可能持续带故障运行,配电网传统无检重合闸盲目投切将导致系统遭受二次冲击。文中面向含高比例分布式新能源配电网提出一种基于电压上升限时检测的自适应重合闸方法。首先,基于对跳闸后计及新能源故障穿越... 详细信息

断路器跳闸后下游分布式新能源可能持续带故障运行,配电网传统无检重合闸盲目投切将导致系统遭受二次冲击。文中面向含高比例分布式新能源配电网提出一种基于电压上升限时检测的自适应重合闸方法。首先,基于对跳闸后计及新能源故障穿越控制的配电网故障特性分析,探明了跳闸后系统电压与新能源-负荷功率比值间的分段映射关系;利用伴随故障清除的电压上升特性,提出了基于电压差积分的故障状态检测判据;进而,融合保护动作信息与新能源故障穿越时间极限对故障检测时间进行规限,提出重合闸延时自适应整定方案。仿真结果表明,所提方法能够可靠检测不同位置、类型的瞬时性故障清除,并根据故障状态自适应调节重合闸延时,加快系统供电恢复。

关键词：配电网分布式新能源自适应重合闸故障电压上升