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分布式换能系统的概念、架构与规划分析

中国电机工程学报 2024年第10期44卷 3885-3896,I0011页

作者：郝俊红冯晓龙杨云溪陈卓贤孙健杜小泽新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 华北电力大学能源动力与机械工程学院北京市昌平区102206

在城市区域积极拓展终端能源消费和改变用户能源消费模式是构建新型电力系统和实现双碳战略的重要举措。该文基于城市不同区域的换热站和变电站,引入高效电热转换、气/热/电转换、混合梯度储能及换热设备等,提出计及多能转换、传输与存... 详细信息

在城市区域积极拓展终端能源消费和改变用户能源消费模式是构建新型电力系统和实现双碳战略的重要举措。该文基于城市不同区域的换热站和变电站,引入高效电热转换、气/热/电转换、混合梯度储能及换热设备等,提出计及多能转换、传输与存储等过程的分布式换能系统,由此构成了由配电、配热与配气等3网融合的配能网供能系统。基于该概念,围绕住宅、学校、办公楼和购物中心等典型城市用户类型,提出并构建10种适用于不同场景和用户的分布式换能系统,通过系统经济性和碳排放分析,提出分布式换能系统的集群化的系统配置方法,为城市电、热供需的灵活解耦和柔性控制提供了理论基础。

关键词：分布式换能高效转换多网融合系统架构规划

基于介质碳化通道电阻与温度映射关系的光伏直流汇集系统早期故障判别

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电网技术 2024年第4期48卷 1645-1653,I0075,I0077,I0078页

作者：张旸贾科张恬昕施志明毕天姝新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

光伏中压直流汇集系统中,极间短路故障过流很可能迫使换流器在几毫秒内闭锁,保护来不及动作,引发整个系统停运。该问题可通过提前识别并隔离直流线路中的早期故障来解决。然而在直流线路上,早期故障与绝缘缺陷尚缺乏明确的边界,故障检... 详细信息

光伏中压直流汇集系统中,极间短路故障过流很可能迫使换流器在几毫秒内闭锁,保护来不及动作,引发整个系统停运。该问题可通过提前识别并隔离直流线路中的早期故障来解决。然而在直流线路上,早期故障与绝缘缺陷尚缺乏明确的边界,故障检测判据的阈值难以给定。为此,该文提出了基于碳化通道电阻与温度映射关系的早期故障边界给定原则。基于早期故障发展机理,建立了电缆早期故障实验拟合模型,选取介质碳化通道电阻为故障特征量。在计及系统电压控制约束条件下,解析电缆层间温差与碳化通道电阻的映射关系,进而确定早期故障边界。在此基础上提出了基于故障介质碳化通道电阻值的早期故障判据。仿真结果证明了早期故障边界的合理性以及早期故障判据的有效性,能够为光伏中压直流汇集系统的持续安全运行提供保障。

关键词：直流汇集系统早期故障故障边界故障判别

基于热负荷均匀分配原则的直接空冷系统轴流风机转速灵活调节策略

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3125-3136,I0016页

作者：侯一晨陈志董张宗阳贾贺王伟佳陈磊杨立军电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学能源动力与机械工程学院) 北京市昌平区102206

在直接空冷电站中,轴流风机功耗占厂用电比例较高。为获得更为高效的风机运行调整策略,以某典型2´600 MW直接空冷机组为例,基于热负荷均匀分配原则,采用数值模拟方法,研究轴流风机转速灵活调节策略。获得不同环境温度和风速条件下,各... 详细信息

在直接空冷电站中,轴流风机功耗占厂用电比例较高。为获得更为高效的风机运行调整策略,以某典型2´600 MW直接空冷机组为例,基于热负荷均匀分配原则,采用数值模拟方法,研究轴流风机转速灵活调节策略。获得不同环境温度和风速条件下,各轴流风机转速分布规律以及通过空冷凝汽器单元的冷却空气质量流量分布规律。最终,计算得到不同环境气象条件下不同轴流风机转速调节策略风机总功耗变化规律。结果表明,基于热负荷均匀分配原则的轴流风机转速灵活调整策略明显优于轴流风机转速整体调节策略,结果可为直接空冷机组优化运行和深层次节能提供参考。

关键词：直接空冷系统热负荷均匀分配轴流风机转速灵活调节数值模拟传热传质

面向区域多主体平衡的独立平衡服务商运营双层优化研究

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全球能源互联网 2024年第2期7卷 210-219页

作者：胡洋加鹤萍韩雅萱郭宇辰冯云辰刘江艳刘敦楠华北电力大学经济与管理学院北京市昌平区102206 新能源电力与低碳发展研究北京市重点实验室北京市昌平区102206

随着新型电力系统及新型电力市场的区域平衡模式发生转变,发用电主体参与市场交易的平衡需求逐步提高,亟待探索新型电力系统下的新型平衡服务模式。首先,在梳理国内外平衡机制实践的基础上,提出面向区域多主体平衡的独立平衡服务商概念... 详细信息

随着新型电力系统及新型电力市场的区域平衡模式发生转变,发用电主体参与市场交易的平衡需求逐步提高,亟待探索新型电力系统下的新型平衡服务模式。首先,在梳理国内外平衡机制实践的基础上,提出面向区域多主体平衡的独立平衡服务商概念及运营模式,深入分析电力市场中新型主体与独立平衡服务商运营模式的异同点。其次,构建以独立平衡服务商收益最大以及发用电主体平衡成本最小为目标的双层优化模型。最后,通过某地日典型发用电偏差情况的算例分析对所提模型进行验证。结果表明,独立平衡服务商的运营模式能够在降低市场主体平衡成本的同时保证服务商的收益,为新型电力系统的平衡模式提供了有益的探索。

关键词：独立平衡服务商平衡机制运营模式双层优化

S型翼缝与尾缘襟翼联合控制风力机翼型气动性能的研究

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发电技术 2024年第1期45卷 24-31页

作者：秦志鹏魏高升崔柳杜小泽电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

降低叶片气动载荷对于延长风力机叶片寿命极为重要,尾缘襟翼是降低叶片气动载荷的一种有效手段,然而其在大攻角下对翼型的气动特性控制效果减弱。通过在50%叶片弦长处添加S型翼缝,采用数值模拟方法研究S型翼缝与尾缘襟翼联合调节风力机... 详细信息

降低叶片气动载荷对于延长风力机叶片寿命极为重要,尾缘襟翼是降低叶片气动载荷的一种有效手段,然而其在大攻角下对翼型的气动特性控制效果减弱。通过在50%叶片弦长处添加S型翼缝,采用数值模拟方法研究S型翼缝与尾缘襟翼联合调节风力机叶片气动特性的作用。利用剪切应力输运(shear stress transport,SST)湍流模型,计算模拟了S809翼型在雷诺数106下,S型翼缝与尾缘襟翼联合控制对翼型气动特性的影响,并分析了S型翼缝与尾缘襟翼的协同控制机理。结果表明,尾缘襟翼的偏转可显著改变翼缝槽内的气体流量,并有效调节叶片中部的压差,这种联合控制策略可在大攻角下大幅改善翼型的失速现象,从而显著增强尾缘襟翼对升力系数的调控能力。

关键词：风能风力机翼型翼缝襟翼气动性能

风光电源故障暂态解析及实用化短路电流峰值计算

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电网技术 2024年第2期48卷 830-838页

作者：贾科李英孔嘉靖毕天姝胡薇刘嘉超新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网青岛供电公司山东省青岛市266000

研究风光电源的故障暂态过程及短路电流峰值能为设备选型及保护整定提供重要依据。然而,现有的风光电源暂态短路电流计算模型过于依赖参数,计算模型难以满足工程应用需求。因此,该文首先分别对光伏电源、永磁同步风机及双馈感应风机进... 详细信息

研究风光电源的故障暂态过程及短路电流峰值能为设备选型及保护整定提供重要依据。然而,现有的风光电源暂态短路电流计算模型过于依赖参数,计算模型难以满足工程应用需求。因此,该文首先分别对光伏电源、永磁同步风机及双馈感应风机进行故障暂态解析,继而构建形式简洁实用的短路电流峰值表达式。对于光伏电源及永磁同步风机,在恒功率控制阶段建立了基于故障期间电源出力变化的暂态短路电流计算模型;在限幅控制阶段通过分析阻尼比系数,得到短路电流峰值的实用化表达式。对于双馈感应风机,通过分析其故障后定转子磁链的耦合关系,得到Crowbar电阻投入阶段短路电流的简化条件,进而求解出短路电流峰值表达式。最后通过录波数据与仿真数据验证了理论的可行性和正确性。

关键词：风光电源故障暂态解析短路电流计算短路电流峰值

台风天气考虑故障演化的电力系统韧性评估方法

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电网技术 2024年第3期48卷 1114-1124页

作者：荣俊杰周明元博李海峰武昭原新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网能源研究院有限公司北京市昌平区102209 国家电网新疆电力有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市

全球气候变化和温室效应加剧造成了极端天气发生的频次增多、强度增大,给电力系统造成的影响愈发严重。电力系统大力发展风/光新能源发电作为缓解温室效应有效手段的同时,也深受极端天气影响。韧性是体现电力系统抵御极端事件、减小故... 详细信息

全球气候变化和温室效应加剧造成了极端天气发生的频次增多、强度增大,给电力系统造成的影响愈发严重。电力系统大力发展风/光新能源发电作为缓解温室效应有效手段的同时,也深受极端天气影响。韧性是体现电力系统抵御极端事件、减小故障影响并恢复供电的能力,近年来受到广泛关注。因此,亟需开展新能源电力系统在极端天气下的韧性评估研究。以台风作为极端灾害天气代表,提出了一种台风天气下考虑故障演化的电力系统韧性评估方法。首先,根据台风天气下电力系统故障的发展特征,确定了根据系统性能变化曲线及事故链发生概率综合评估系统韧性的整体框架和流程。具体地,考虑台风天气因素对于风电机组和输电线路的影响,提出了考虑不同时间尺度故障的元件及系统状态转移概率模型;在此基础上,考虑风机故障对风电出力不确定性的影响,建立了计及电网元件故障的系统改进随机潮流模型;然后,根据系统潮流分布和线路过载概率计算连锁故障的发生概率;最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行算例分析,结果表明所提方法能够有效评估极端天气下含风电电力系统的韧性,并为极端天气下含风电电力系统的安全运行提供参考。

关键词：极端天气风电连锁故障韧性评估

面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

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中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4566-4578,I0034页

作者：刘刚胡万君郝世缘高成龙武卫革刘云鹏李琳河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 河北省输变电装备电磁与结构性能重点实验室(保定天威保变电气股份有限公司) 河北省保定市071056 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线... 详细信息

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

关键词：油浸式电力变压器绕组稳态温度本征正交分解包含线性多项式的径向基函数响应面降阶模型

考虑PMU数据质量问题的电力系统扰动检测方法

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 451-463,I0002页

作者：李子康刘灏毕天姝杨奇逊国网上海市区供电公司上海市虹口区200080 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

快速准确的电力系统扰动检测能够为后续扰动分析提供有效的指导信息,而广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的广泛应用为扰动检测提供了有力的数据基础。基于PMU量测数据,该文提出一种考虑PMU不良数据的扰动事件检测方法... 详细信息

快速准确的电力系统扰动检测能够为后续扰动分析提供有效的指导信息,而广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的广泛应用为扰动检测提供了有力的数据基础。基于PMU量测数据,该文提出一种考虑PMU不良数据的扰动事件检测方法。首先分析PMU异常数据行为特性,揭示扰动事件与不良数据的差异性特征。进一步,提出一种基于差分Teager-Kaiser能量算子与3Sigma准则相结合的PMU异常数据初筛方法,避免了低强度扰动漏检和扰动的重复检测问题。接着,利用动态时间规整和最大互信息系数分别计算不同PMU间的时空相似性,以及同一台PMU内不同量测间的相关性,并以此作为表征扰动事件和不良数据差异的特征。最后,通过局部离群概率算法对得到的综合度量指标进行分析,可实现在含有不良数据场景下的扰动事件准确检测。基于IEEE39系统,实际电网模型以及PMU实测数据,验证所提方法具有较好准确性、实时性以及泛化能力。

关键词：同步相量测量扰动检测数据质量问题不良数据