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包含快照选择策略的POD-QDEIM油浸式变压器绕组瞬态温升降阶算法研究及其实验验证

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4998-5010,I0033页

作者：刘刚胡万君郝世缘姜雄伟高成龙刘云鹏王文浩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 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014

为了提高采用有限元方法对油浸式电力变压器绕组瞬态温升进行仿真的计算速度,该文提出一种包含快照选择策略的本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)-基于列主元QR分解的离散经验插值(QR factorization-discrete empirical... 详细信息

为了提高采用有限元方法对油浸式电力变压器绕组瞬态温升进行仿真的计算速度,该文提出一种包含快照选择策略的本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)-基于列主元QR分解的离散经验插值(QR factorization-discrete empirical interpolation method,Q-DEIM)(POD-QDEIM)算法。首先,文章基于最小二乘有限元法与迎风有限元法推导绕组流热耦合计算方程;其次,通过引入POD方法,降低有限元方程阶数提高求解效率;同时提出POD自适应快照选择策略,在保证降阶模型精度的前提下,减小快照矩阵规模;随后,为了改善POD方法求解非线性问题时效率不高的劣势,文章结合基于Q-DEIM方法,通过插值的方法形成方程中的非线性项,从而提高每一时步非线性项的形成效率;最后,基于110 kV油浸式电力变压器绕组基本结构,建立了八分区分匝绕组传热模型以及绕组温升试验装置对所提算法进行验证,仿真及实验结果表明POD-QDEIM降阶算法的计算精度在工程上属于可接受范围,其计算效率较全阶计算提升了近11.72倍,说明该算法在油浸式电力变压器绕组瞬态温升快速仿真领域的工程应用价值。

关键词：绕组瞬态温升快照选择策略本征正交分解离散经验插值温升实验

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深调背景下抽真空系统改造的必要性探究

科学技术创新 2024年第7期 51-54页

作者：王军高世杰吝江李燕平白会忠河北蔚州能源综合开发有限公司河北张家口大唐华北电力试验研究院北京

为了解决抽真空系统在运行中存在的真空泄漏率过大,对系统整体运行性能产生影响的问题,有必要进行深入的背景调查,并开展抽真空系统改造的必要性探究。从硬件方面来看,对凝汽器结构和抽气设备结构进行改造,以提高系统的性能。从软件方... 详细信息

为了解决抽真空系统在运行中存在的真空泄漏率过大,对系统整体运行性能产生影响的问题,有必要进行深入的背景调查,并开展抽真空系统改造的必要性探究。从硬件方面来看,对凝汽器结构和抽气设备结构进行改造,以提高系统的性能。从软件方面来看,通过分析漏气量对凝汽器的影响,并实现优化,以及对泵吸气性能进行修正,以提高系统的性能。通过对改造后的系统运行性能进行分析,可以得出结论:改造后的系统真空泄漏率显著降低,改造方案具备较高必要性。

关键词：深调抽真空系统改造必要性

基于U-net神经网络的油浸式变压器绕组流-热耦合快速计算

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2897-2909,I0032页

作者：刘云鹏高艺倩刘刚胡万君王文浩王博闻高成龙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 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310000

该文针对采用传统数值方法进行大型油浸变压器绕组温升仿真时间较长的问题,提出一种基于U-net神经网络训练的快速计算方法,可以迅速地预测变压器绕组温升及热点。首先,根据流热耦合原理筛选输入变量,并运用流热耦合方法计算不同工况下... 详细信息

该文针对采用传统数值方法进行大型油浸变压器绕组温升仿真时间较长的问题,提出一种基于U-net神经网络训练的快速计算方法,可以迅速地预测变压器绕组温升及热点。首先,根据流热耦合原理筛选输入变量,并运用流热耦合方法计算不同工况下的输出结果,并将之制作成训练集和测试集。同时,详细讨论3个对网络训练影响最显著的超参数;其次,将归一化后的训练集输入U-net神经网络进行训练,并设置超参数最佳组合;最后,将预测集输入训练好的模型进行预测计算及反归一化操作,预测绕组热点与Fluent仿真结果相差仅0.44 K,单次仿真时间从200 s缩短为0.07 s。预测结果与实验温度平均误差最大为2.31 K,最小为0.98 K,预测方差为0.31左右。结果表明:该方法可用于快速获得油浸式变压器绕组的温度及热点,可满足变压器温度热点数字孪生的实时性仿真要求。

关键词： U-net神经网络流热耦合绕组温升快速计算数字孪生

基于抗扰动Smith预估补偿的磨煤机出口风粉温度优化控制

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洁净煤技术 2024年

作者：陈刚尹瑞麟范常浩华山孙立国能南京电力试验研究有限公司东南大学能源与环境学院

电站锅炉磨煤机的出口风粉温度控制面临大延迟、多干扰问题，对燃煤机组安全稳定运行具有重要的影响。本文基于Smith预估控制器，在补偿回路中增设反馈环节，实现了高效抗干扰，提升磨煤机风粉温度控制性能。通过Taylor级数展开和待定... 详细信息

电站锅炉磨煤机的出口风粉温度控制面临大延迟、多干扰问题，对燃煤机组安全稳定运行具有重要的影响。本文基于Smith预估控制器，在补偿回路中增设反馈环节，实现了高效抗干扰，提升磨煤机风粉温度控制性能。通过Taylor级数展开和待定系数法求取模型近似转换参数，获得一阶惯性纯滞后模型，进而设计抗扰动型Smith预估补偿控制器。通过与单回路PID控制实验对比，可以得到Smith预估补偿控制算法可有效补偿控制对象的纯延迟滞后环节。相比经典Smith预估补偿控制算法，抗扰动Smith预估补偿控制算法可以提高控制算法的抗扰动性能，并能明显改善控制对象的动态特性，单位阶跃响应超调量减小44.7%，调节时间缩短15.7%。在某660MW超临界机组的现场试验结果进一步验证了本文方法的有效性。

关键词：抗扰动 Smith预估补偿控制模型转换非线性规划

直驱风电场并网对直流输电引起的火电机组轴系扭振影响机理分析

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电工技术学报 2024年第7期39卷 1971-1984页

作者：高本锋董涵枭卢亚军钟启迪河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003 国网经济技术研究院有限公司北京102209

火电机组与电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)间的次同步交互作用会引发火电机组轴系扭振(SSTI),而直驱风电场(DDWF)接入LCC-HVDC送端对SSTI阻尼特性的影响与机理尚未明确,相关研究有待开展。针对上述问题,该文基于DDWF与火电打捆经... 详细信息

火电机组与电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)间的次同步交互作用会引发火电机组轴系扭振(SSTI),而直驱风电场(DDWF)接入LCC-HVDC送端对SSTI阻尼特性的影响与机理尚未明确,相关研究有待开展。针对上述问题,该文基于DDWF与火电打捆经LCCHVDC送出系统,采用模块化建模法建立了小信号模型,使用特征值法分析了DDWF的接入与参数变化对LCC-HVDC引起的火电机组SSTI阻尼的影响;同时,针对特征值分析结果进行了机理分析。研究结果表明,DDWF会与火电机组共同承担LCC-HVDC的功率波动,削弱火电机组与LCC-HVDC间的次同步交互作用,从而增大SSTI阻尼,降低SSTI风险;当DDWF的容量增大、风速提升时,SSTI阻尼增大;当DDWF与LCC-HVDC整流站间电气距离增大时,SSTI阻尼降低;当LCC-HVDC整流侧由定电流控制转为定功率控制,或逆变侧由定电压控制转为定关断角控制时,SSTI阻尼降低。基于PSCAD/EMTDC平台进行了时域仿真,验证了特征值分析与机理分析的正确性。

关键词：电网换相换流器高压直流输电直驱风电场特征值分析轴系扭振风火打捆

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中频变压器绕组非正弦周期载荷振动特性分析

电机与控制学报 2024年第4期28卷 11-17,30页

作者：陆格野孙路刘宏亮清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 国网河北省电力有限公司电力科学研究院河北石家庄050021

针对非正弦周期载荷作用下的中频变压器绕组振动问题,建立柱坐标下的圆筒形绕组和笛卡尔坐标下的矩形绕组动力响应数值计算模型,模型考虑了电磁-结构扰动的耦合关系。根据屈服条件和流动理论,建立变压器绕组弹塑性变形的动力平衡方程。... 详细信息

针对非正弦周期载荷作用下的中频变压器绕组振动问题,建立柱坐标下的圆筒形绕组和笛卡尔坐标下的矩形绕组动力响应数值计算模型,模型考虑了电磁-结构扰动的耦合关系。根据屈服条件和流动理论,建立变压器绕组弹塑性变形的动力平衡方程。引入夹层模型简化计算,计算得到夹层模型薄层间距,可用于绕组拉伸、压缩变形等效建模。通过一台中频变压器算例进行非正弦周期载荷作用下绕组动力响应的实验测量和数值计算。研究表明,三角波载荷与正弦波载荷作用下绕组振动特性相同,而矩形波载荷作用下绕组振动在激励周期内几乎不衰减。发生故障工况时,由于高频振动,绕组残余形变迅速积累。2 kHz的矩形波载荷作用下绕组在1 ms内极限载荷强度可下降至1/4。

关键词：中频变压器机械振动绕组强度动力响应非正弦周期载荷极限载荷强度

基于带状光纤分布式传感的变压器绕组轴向与辐向形变区分及程度检测

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中国电机工程学报 2024年

作者：李东阳刘云鹏范晓舟李欢黎晏霖刘海琳河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 国网冀北电力有限公司电力科学研究院

为了对变压器绕组形变状态有更清晰的感知，需要对绕组轴向及辐向形变进行同时检测。该文首先分析绕组弯曲时的应变分布规律，并提出应变向量的概念及绕组轴向与辐向应变解耦方法。随后，在35kV连续式绕组模型上布置带状光纤并搭建试验... 详细信息

为了对变压器绕组形变状态有更清晰的感知，需要对绕组轴向及辐向形变进行同时检测。该文首先分析绕组弯曲时的应变分布规律，并提出应变向量的概念及绕组轴向与辐向应变解耦方法。随后，在35kV连续式绕组模型上布置带状光纤并搭建试验平台，借助布里渊光时域分析技术以进行应变分布式传感，完成了对绕组形变的轴向、辐向区分测量，应变向量相对误差在7.5%以内。最后，得出绕组轴向、辐向挠度都与带状光纤平均应变满足二次函数关系，R2＞0.99，并利用该关系预测了绕组的变形程度，误差小于5%。该文方法不仅能单独检测轴向或辐向形变，也能在同时发生两种形变时分别得出轴向和辐向形变；解决了绕组轴向形变无法有效传感及变形程度难以定量判断的难题，为变压器绕组形变的检测提供了新的方案。

关键词：变压器绕组形变轴向与辐向应变解耦分布式光纤传感布里渊光时域分析技术

基于绕组首饼温度及温度梯度的变压器热点模型

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中国电机工程学报 2024年

作者：范晓舟刘云鹏律方成李欢徐永超闫泽玉河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 国网冀北电力有限公司电力科学研究院

变压器热点温度是衡量变压器负载潜力及运行安全性的重要指标，一直是变压器状态监测以及预测的重点。绕组底部首饼直接与散热片回流的冷油接触，周围油温与冷油近似相等，可以较为准确地分析其散热。该文从变压器传热原理出发，提出一... 详细信息

变压器热点温度是衡量变压器负载潜力及运行安全性的重要指标，一直是变压器状态监测以及预测的重点。绕组底部首饼直接与散热片回流的冷油接触，周围油温与冷油近似相等，可以较为准确地分析其散热。该文从变压器传热原理出发，提出一种新的热点温度计算模型。首先基于理论推导，建立绕组首饼温度的控制方程，并使用热电类比方法建立可用于实际运行的绕组首饼局部热路模型。通过对一台内置传感光纤的110kV油浸式变压器进行11级不同负载共21h温升试验，获得不同负载率下绕组温度变化情况，并提出基于绕组首饼温度及绕组温度梯度的热点温度模型。基于局部热路模型，使用负载率及散热片进出口油温作为输入变量，成功预测绕组首饼温度。随后，建立绕组整体温度梯度的指数、差分方程模型，并基于提出的热点计算模型对连续变负载试验的结果进行预测。结果可知，模型预测均方根误差为4.02K，相较传统模型，最大误差降低了21%，验证了所提计算模型的有效性。

关键词：变压器热点温度温度梯度温升试验分布式光纤传感

考虑风光消纳的储能系统容量优化配置及运行策略研究

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储能科学与技术 2024年第8期13卷 2713-2725页

作者：栗占伟樊东方曾超何雯倩何金中国大唐集团科学技术研究总院有限公司中南电力试验研究院河南郑州450000 大唐华银电力股份有限公司耒阳分公司湖南耒阳421800

“双碳”背景下,综合考虑储能系统容量配置方法和运行策略,有助于提高风光可再生能源消纳率、保障系统经济性和安全运行。在储能系统规划阶段,针对风光协同消纳的不同应用场景,本文提出一种基于运行成本考虑的储能系统容量优化配置方法... 详细信息

“双碳”背景下,综合考虑储能系统容量配置方法和运行策略,有助于提高风光可再生能源消纳率、保障系统经济性和安全运行。在储能系统规划阶段,针对风光协同消纳的不同应用场景,本文提出一种基于运行成本考虑的储能系统容量优化配置方法。以弃风、弃光和储能投资成本之和最小为目标函数,考虑功率平衡、支路潮流以及火电、风电和光伏出力等构建约束条件,对不同场景下储能系统容量进行规划,从而减少弃风弃光,实现对风光可再生能源的消纳。在储能系统实际运行阶段,针对储能系统SOC均衡度较差和运行策略实现较难的问题,提出储能系统功率优化分配双层运行策略。根据调度系统为消纳风光等可再生能源下发的储能系统功率指令,在上层基于储能电池子系统剩余电量(state of charge, SOC)和充放电能力选择最优充放电电池子系统,在下层以电池单元SOC均衡为目标实现功率优化分配,并基于AOE(activity on edge)控制组态通过Excel编写配置文件实现该策略,具有使用难度低、编写简单、控制过程形象直观、计算与运行效率高等优点,对减缓电池老化、降低用户运行策略实现难度、有效消纳风光可再生能源具有重要意义。

关键词：储能系统容量优化配置运行策略剩余电量均衡 AOE

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