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基于统一流体模型的微放电数值仿真研究

物理学报 2024年第12期73卷 235-259页

作者：王震赵志航付洋洋清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

数值仿真技术已发展成为气体放电领域的重要研究手段,常用于研究揭示某一具体放电形式的微观物理过程.本文介绍了气体放电的统一流体模型,包括粒子的连续性方程、能量守恒方程及泊松(Poisson)方程,考虑阴极电子发射(二次电子、热电子发... 详细信息

数值仿真技术已发展成为气体放电领域的重要研究手段,常用于研究揭示某一具体放电形式的微观物理过程.本文介绍了气体放电的统一流体模型,包括粒子的连续性方程、能量守恒方程及泊松(Poisson)方程,考虑阴极电子发射(二次电子、热电子发射)、反应倍变与气体加热、阴极热传导等基本过程,可模拟得到包含盖革-米勒(Geiger-Müller)放电、汤森(Townsend)放电、辉光放电、电弧放电等各区域的完整伏安特性曲线.基于该模型,仿真得到的气体放电伏安特性曲线与已有文献结果一致,验证了该模型的正确性.在此基础上,对间距为400μm、气压分别为50和500 Torr(1 Torr≈133.322 Pa)的放电过程进行了具体研究,对比分析了不同气压条件下放电典型参量的分布特性.该模型实现了广域参数范围条件下的气体放电数值仿真,拓展了气体放电流体模型的应用范围,促进了对放电参数特性的系统性分析.

关键词：气体放电统一流体模型伏安特性汤森放电辉光放电电弧放电

面向波浪发电优化控制的开关磁阻发电机四象限推力分配策略

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3670-3678页

作者：林泽川黄宣睿肖曦清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

直线开关磁阻发电机(LSRG)由于其成本低、可靠性高,十分适合直驱式波浪发电的应用场合。为了提升波浪能的捕获效率,波浪发电装置需要采取优化控制策略来主动地改变浮体-波浪间的相互作用,此类策略要求电机在全部四个象限下具备推力指令... 详细信息

直线开关磁阻发电机(LSRG)由于其成本低、可靠性高,十分适合直驱式波浪发电的应用场合。为了提升波浪能的捕获效率,波浪发电装置需要采取优化控制策略来主动地改变浮体-波浪间的相互作用,此类策略要求电机在全部四个象限下具备推力指令跟踪的功能。然而,现有的波浪发电LSRG往往工作在固定开通-关断角的模式下,无法满足这一要求。为此,该文提出一种基于优化推力分配函数的LSRG控制方案,以使电机在四象限下以最小的推力波动实现推力指令跟踪。提出考虑直流电压受限这一约束条件的优化推力分配函数,并进一步讨论其在四象限下的实现方案。搭建LSRG-永磁同步电机对拖实验平台以模拟实际波浪发电工况,在恒定速度、阻尼控制和谐振控制的运行条件下,验证了所提出控制方案的有效性。

关键词：波浪发电直线开关磁阻发电机推力波动抑制

基于最优动态功率补偿的先进绝热压缩空气储能一次调频控制策略

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高电压技术 2024年第6期50卷 2433-2441,I0001页

作者：崔森陈来军陈思源孙正堂梅生伟清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优... 详细信息

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优势而受到广泛关注,但由于其储能和释能过程涉及气-热动态耦合过程,调频特性较为复杂,调频潜力还有待挖掘。因此,首先建立AA-CAES系统全工况动态仿真模型,进而基于期望频率动态曲线设计AA-CAES系统调频传递函数,优化目标传递函数关键参数,实现AA-CAES最小动态功率补偿下满足系统频率调节需求。最后通过仿真实验,验证了所提控制策略可优化AA-CAES调频容量的同时减小系统的稳态频率偏差与频率超调量,显著改善频率响应特性,为建设电网友好型AA-CAES电站提供技术支撑。

关键词：先进绝热压缩空气储能全工况动态建模功率补偿期望曲线频率调节调频容量

基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器

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电力自动化设备 2024年第8期44卷 45-53,61页

作者：宋强王云飞赵彪余占清刘文华曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

海上风机正向超大容量方向发展,基于较低电平数目变流技术的风电变流器在电压、容量等级的提升方面受到限制。提出了基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器方案,采用直流电压可大范围调节的宽直流电压模块化多电平变流器(MMC)... 详细信息

海上风机正向超大容量方向发展,基于较低电平数目变流技术的风电变流器在电压、容量等级的提升方面受到限制。提出了基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器方案,采用直流电压可大范围调节的宽直流电压模块化多电平变流器(MMC),在单级多电平变流器中实现DC/DC和DC/AC两级变换功能。基于风电变流器的单向功率传输特性,采用单向电流型宽直流电压MMC优化开关器件用量,并基于负电平利用优化调制比大幅降低MMC的子模块电容用量。所提出的方案不仅具有电压与容量等级高、功率损耗低、谐波含量低的优势,还能最大限度降低开关器件和电容的用量。与现有风电变流器方案进行对比,结果表明所提方案在经济性、运行性能等方面具有显著优势。通过仿真验证了所提方案拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。

关键词：海上风电变流器模块化多电平变流器变流器拓扑宽直流电压超大容量

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基于负荷台阶的工业需求响应用户优选方法

中国电力 2024年第1期57卷 18-29页

作者：苏湘波吕睿可郭鸿业陈启鑫清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

在未来高比例新能源渗透下,供需平衡不确定性逐步增加,需求响应是通过挖掘用户侧灵活性资源保障系统电力电量平衡的重要手段。在电力部门进行需求响应工作时,需要使用历史数据来初步评估负荷响应潜力,以便选择潜力高的用户并展开动员工... 详细信息

在未来高比例新能源渗透下,供需平衡不确定性逐步增加,需求响应是通过挖掘用户侧灵活性资源保障系统电力电量平衡的重要手段。在电力部门进行需求响应工作时,需要使用历史数据来初步评估负荷响应潜力,以便选择潜力高的用户并展开动员工作。面向表征工业用户用能特点的负荷台阶,对其进行了定义并给出了数学表达,进而提出了基于负荷台阶的工业需求响应用户优选方法。首先,构建了基于负荷台阶的工业用户多时间尺度需求响应潜力指标体系;然后,构建了需求响应用户优选模型,实现对不同用户响应潜力的初评估,并利用k-means算法和近邻传播算法进行群体划分,在不同时间尺度对用户进行优选;最后,基于水泥、造纸等4个行业的多个工业用户实际负荷数据进行算例分析,呈现了所提方法下工业需求响应的用户优选结果。

关键词：工业需求响应负荷台阶效应潜力评估用户优选

IGCT门阴极换流路径杂散阻抗在线监测方法研究

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电网技术 2024年第5期48卷 2152-2160页

作者：朱鸿凡吴锦鹏王鹏陈政宇刘佳鹏余占清曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084

集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)换流路径杂散阻抗是评估其关断能力的重要参数,现有离线测量方法有诸多缺陷并且测试过程复杂,实时性差。该文主要针对IGCT换流路径杂散阻抗在线监测问题,结合IGCT关断过... 详细信息

集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)换流路径杂散阻抗是评估其关断能力的重要参数,现有离线测量方法有诸多缺陷并且测试过程复杂,实时性差。该文主要针对IGCT换流路径杂散阻抗在线监测问题,结合IGCT关断过程,分析了换流路径杂散阻抗的构成;根据基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s current law,KCL)、基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s voltage law,KVL)推导了换流路径电压、电流方程,进而提出基于阴极集成印刷电路板(printed circuit board,PCB)式电流传感器的换流路径杂散参数在线监测方法;采用高速采集卡和LabVIEW软件,构建了测量系统;通过在高压、大电流加速老化测试平台上的实际测试,实现了mΩ级电阻与nH级电感的杂散阻抗准确提取,验证了在线监测方法的有效性。

关键词：集成门极换流晶闸管换流路径杂散阻抗在线监测

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面向新型电力系统运行的数据-物理融合建模综述

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5021-5036,I0001页

作者：阮广春何一鎏谭振飞钟海旺清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084

构建新型电力系统是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键,将给电力工业带来深刻变革与挑战。数据-物理融合建模(简称融合建模)是一类新兴的建模技术,能够同时发挥物理机理与数据的价值,有望成为新型电力系统重要的分析工具。为此,该文首... 详细信息

构建新型电力系统是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键,将给电力工业带来深刻变革与挑战。数据-物理融合建模(简称融合建模)是一类新兴的建模技术,能够同时发挥物理机理与数据的价值,有望成为新型电力系统重要的分析工具。为此,该文首先梳理融合建模的相关概念与应用场景,讨论近年来国内外的研究趋势与热点。进而从技术特征和融合模式两方面,提出针对融合模型的分析框架。同时,聚焦于新型电力系统运行领域,全方位总结整理融合建模在应对现有技术挑战方面的潜在优势及不足,并展望未来研究与工程实践的重点发展领域。

关键词：新型电力系统高比例可再生能源数据驱动知识驱动人工智能机器学习

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基于人工蜂群算法的温差发电阵列最优重构方法

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上海交通大学学报 2024年第1期58卷 111-126页

作者：杨博胡袁炜骥郭正勋束洪春曹璞璘李子林昆明理工大学电力工程学院昆明650031 香港理工大学电机工程系中国香港999077

在新能源发电技术快速发展的背景下,温差发电(TEG)技术能够很好地利用新能源发电中产生的废热.然而,温度分布的变化会使得TEG阵列的输出特性恶化、发电效率降低.提出基于人工蜂群(ABC)算法的TEG阵列重构方法,在3种不同温度分布情况下,利... 详细信息

在新能源发电技术快速发展的背景下,温差发电(TEG)技术能够很好地利用新能源发电中产生的废热.然而,温度分布的变化会使得TEG阵列的输出特性恶化、发电效率降低.提出基于人工蜂群(ABC)算法的TEG阵列重构方法,在3种不同温度分布情况下,利用ABC在对称9×9和不对称10×15两种TEG阵列进行动态重构.将所提算法与遗传算法、粒子群优化算法和秃鹰搜索优化算法3种启发式算法作对比,并给出由ABC重构后的TEG阵列温度分布图.结果表明:ABC能够提高TEG阵列的输出功率,输出功率-电压曲线均趋向呈现出单个峰值.此外,利用基于RTLAB平台上的硬件在环实验验证了硬件可行性.

关键词：温差发电人工蜂群算法动态重构硬件在环实验

基于改进FCI算法的电力负荷-气象数据因果关系图辨识

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中国电机工程学报 2024年

作者：张广伦钟海旺清华大学电机工程与应用电子技术系

电力系统中，存在着大量不同时间尺度的时间序列变量，如运行场景下的功率负荷曲线，暂态场景下的电压电流波形等。其中，负荷与其他时序变量之间的关联关系在负荷预测、调度运行等场景下均有着广泛的研究。作为关联关系的一种表述形式... 详细信息

电力系统中，存在着大量不同时间尺度的时间序列变量，如运行场景下的功率负荷曲线，暂态场景下的电压电流波形等。其中，负荷与其他时序变量之间的关联关系在负荷预测、调度运行等场景下均有着广泛的研究。作为关联关系的一种表述形式，因果性具有明确的物理意义，所描述的关联性信息冗余度小，能够在一定程度上反映电力系统的物理运行规律，在电力大数据的背景下具有广泛的应用前景。本文提出一种基于多种因果辨识原理的改进FCI（Fast Casual Inference，快速因果推断）算法，并将其用于电力负荷-气象数据因果关系辨识中，建立负荷及多种气象时序数据间的因果关系图。基于某地2019年至2022年的实际数据开展案例分析，并与基于相关性分析建立关联关系图的方法进行了对比，验证了本文所提方法的有效性。

关键词：因果分析因果发现电力负荷气象因素