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面向受端电网暂态电压稳定的高压直流系统主动控制研究

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中国电机工程学报 2022年第22期42卷 8041-8053页

作者：吕哲葛怀畅郭庆来王彬孙宏斌电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

随着负荷中心的高压直流受电规模的增大，本地发电机组等主要无功源的减少对受端电网的暂态电压安全构成严重威胁。为此，在详细分析交直流系统的故障暂态交互过程及直流低压限流环节(voltagedependentcurrentorder limiter,VDCOL)控制... 详细信息

随着负荷中心的高压直流受电规模的增大，本地发电机组等主要无功源的减少对受端电网的暂态电压安全构成严重威胁。为此，在详细分析交直流系统的故障暂态交互过程及直流低压限流环节(voltagedependentcurrentorder limiter,VDCOL)控制影响的基础上，提出一种提升直流暂态电压主动支撑能力的改进控制方案。其中，为将暂态期间稀缺的动态无功从用以支撑直流功率恢复转移到支撑电网暂态电压恢复上，采用“S”(Sigmoid)型函数的改进VDCOL控制曲线。此外，由于电网换相换流器(linecommutated converter,LCC)型高压直流存在有功、无功耦合特性，提出综合考虑电网暂态电压及功角稳定的评估指标对VDCOL改进曲线进行优化。通过电磁暂态仿真及实际电网算例，验证所提改进方案对改善受端电网的暂态电压稳定性具有明显效果。

关键词：高压直流受端电网暂态电压稳定改进低压限流单元控制评估优化主动支撑

基于离散状态事件驱动的电励磁同步电机系统建模解算方法

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电工技术学报 2023年第10期38卷 2602-2612页

作者：许涵赵争鸣施博辰鞠佳禾虞竹珺电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

微电网系统可以实现分布式电源、储能和负载的灵活接入,目前受到了广泛关注。建模仿真方法是微电网系统分析和设计的基础工具。但是,由于微电网系统往往含有多种直流、交流电源以及大量的电力电子装置,对系统进行准确解算耗时很长,仿真... 详细信息

微电网系统可以实现分布式电源、储能和负载的灵活接入,目前受到了广泛关注。建模仿真方法是微电网系统分析和设计的基础工具。但是,由于微电网系统往往含有多种直流、交流电源以及大量的电力电子装置,对系统进行准确解算耗时很长,仿真速度慢已成为系统分析设计的瓶颈问题之一。离散状态事件驱动(DSED)方法能够针对大规模电力电子变换器进行高效的解算,具备在微电网系统仿真中应用的潜力,但是由于建模解算均基于线性状态方程,该方法目前无法求解电励磁同步电机这一微电网系统中的非线性基本元件。该文提出了基于DSED方法的电励磁同步电机建模解算方法——状态变量接口解耦解算方法,使得DSED方法能够对包含电励磁同步电机的非线性微电网系统进行高效解算,从而提高仿真效率。在微电网系统算例研究中,与商业仿真软件相比,基于该文所提方法可以在相同精度下提高解算速度40余倍,从而可以为包含非线性旋转设备的大规模微电网系统准确高效的分析和设计提供仿真工具。

关键词：离散状态事件驱动电励磁同步电机电力电子系统仿真微电网

基于生成对抗网络和模型迁移的电力系统典型运行方式样本生成

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中国电机工程学报 2022年第8期42卷 2889-2900页

作者：兰健郭庆来周艳真孙宏斌电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

典型运行方式是电力系统运行方式编制的重要基础。由于电力系统的高维度、非线性和不确定性，制定运行方式时往往面临组合爆炸难题，运方人员难以根据实际需要生成所需的典型运行方式，例如：使某个待研究断面安全裕度低的运行方式，因... 详细信息

典型运行方式是电力系统运行方式编制的重要基础。由于电力系统的高维度、非线性和不确定性，制定运行方式时往往面临组合爆炸难题，运方人员难以根据实际需要生成所需的典型运行方式，例如：使某个待研究断面安全裕度低的运行方式，因而面临生成所需类型样本难度大、生成效率低的问题。为此，该文首次提出结合生成对抗网络与模型迁移的典型运行方式样本生成方法，仅需少量数据和少量微调即可高效地得到具有高性能的典型运行方式生成模型。首先，设计了面向运行方式生成的生成对抗网络模型，通过基础模型充分学习到不同类型的运行方式样本的共性特征；在此基础上，提出适用于生成对抗网络的模型迁移训练方法，使参数微调后得到的目标模型可以有针对性地生成大量所需的典型运行方式样本。所提方法以输电断面安全裕度为研究主题，在新英格兰10机39节点系统上进行了验证，结果表明，所提方法能根据实际需求生成任意指定安全裕度的运行方式样本，有效解决运行方式制定中所需特定类型样本不足的难题，为后续运行方式分析提供坚实的数据支撑。

关键词：生成对抗网络迁移学习电力系统运行方式样本生成

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高模数电磁力对永磁电机电磁振动影响

电工技术学报 2022年第10期37卷 2446-2458页

作者：洪剑锋王善铭孙宇光孙旭东曹海翔电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

分析了永磁电机在空载和负载工况下高模数电磁力波对电机电磁振动的影响。首先通过麦克斯韦应力张量法推导了电机电磁力波的幅值、频率和模数特征。其次阐述了引起永磁电机低阶电磁振动源的高模数和低模数电磁力波特点并探讨了齿宽对两... 详细信息

分析了永磁电机在空载和负载工况下高模数电磁力波对电机电磁振动的影响。首先通过麦克斯韦应力张量法推导了电机电磁力波的幅值、频率和模数特征。其次阐述了引起永磁电机低阶电磁振动源的高模数和低模数电磁力波特点并探讨了齿宽对两种电磁力的影响。然后计算和详细对比了电机空载和负载工况下两种电磁力波对低阶电磁振动的贡献,并用模态叠加法仿真电机的振动,对理论进行验证。最后在一台10极12槽永磁电机上进行空载电磁振动实验,与仿真计算结果吻合较好。研究表明,高模数电磁力波能引起较大的低阶电磁振动,但在分数槽电机中,其贡献程度随负载的增加而减弱。该文的研究将为永磁电机电磁振动的准确预测和减振提供思路。

关键词：高模数电磁力波低阶电磁振动齿斩波效应永磁同步电机

轨道交通350kW大功率无线电能传输系统研究

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电工技术学报 2022年第10期37卷 2411-2421,2445页

作者：陈凯楠蒋烨檀添林秋琼李剑超赵争鸣电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

无线电能传输(WPT)技术应用于轨道交通领域,可解决传统接触式供电在安全性、可靠性和经济性等方面的问题。但相比于当前主流WPT研究,该应用场景所涉及的功率大、系统复杂、实现难度较高,且在运动、机械等方面亦具有自身特征,存在诸多关... 详细信息

无线电能传输(WPT)技术应用于轨道交通领域,可解决传统接触式供电在安全性、可靠性和经济性等方面的问题。但相比于当前主流WPT研究,该应用场景所涉及的功率大、系统复杂、实现难度较高,且在运动、机械等方面亦具有自身特征,存在诸多关键技术问题有待解决。该文从拓扑架构、磁耦合机构、系统建模与参数优化、控制策略等方面对其开展研究,取得了若干阶段性成果,并基于此研发350kW轨道交通无线充电系统样机,在功率传输能力、系统效率、输出特性等方面均取得了较好的效果。该文将从这一系统入手,对大功率轨道交通WPT的关键技术和实现方案进行阐述和探讨,力求为大功率WPT技术的发展及其在轨道交通中的应用提供助力。

关键词：无线电能传输无线充电轨道交通磁耦合机构

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压水堆核电站无损检测与状态监测研究综述

机械工程学报 2022年第4期58卷 1-13页

作者：黄松岭孙洪宇王珅赵伟彭丽莎清华大学电机系北京100084 清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084

核电站无损检测和状态监测对保障核电站安全稳定运行具有重要意义,在役的不同类型的传感器也在发挥着其独特的作用。在基于新型传感技术的背景下,对核电站的无损检测、状态监测和传感系统优化方法进行全面综述。研究并阐述常规超声、相... 详细信息

核电站无损检测和状态监测对保障核电站安全稳定运行具有重要意义,在役的不同类型的传感器也在发挥着其独特的作用。在基于新型传感技术的背景下,对核电站的无损检测、状态监测和传感系统优化方法进行全面综述。研究并阐述常规超声、相控阵超声、激光超声和电磁超声等主流的超声检测诸多方法的同时,也对其他检测无损检测手段进行对比分析。论述和总结基于光纤传感的新型核电站状态监测方法,并讨论不同光纤材料在状态参数测量中的适用性。调研和概括大规模复杂核电站传感系统的优化和状态监测方法以及传感器的状态监测后端所涉及的信息分析手段,并依据当今的先进工业互联网和人工智能技术对核电站的无损检测和状态监测未来发展给出设想。

关键词：传感技术无损检测状态监测压水堆核电站

考虑电力系统拓扑变化的消息传递图神经网络暂态稳定评估

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中国电机工程学报 2021年第7期41卷 2341-2350页

作者：王铮澄周艳真郭庆来孙宏斌电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

近年来,数据驱动相关方法已经在电力系统暂态稳定评估等领域得到了广泛的应用。然而,传统数据驱动方法大多用于分析欧式数据,对电网拓扑连接关系的刻画受限,导致传统方法在新拓扑下的应用泛化能力不足。为此,该文基于消息传递图神经网络... 详细信息

近年来,数据驱动相关方法已经在电力系统暂态稳定评估等领域得到了广泛的应用。然而,传统数据驱动方法大多用于分析欧式数据,对电网拓扑连接关系的刻画受限,导致传统方法在新拓扑下的应用泛化能力不足。为此,该文基于消息传递图神经网络(message passing neural network,MPNN),提出一种基于稳态数据的电力系统暂态稳定评估方法。通过图数据处理和拓扑连接关系建模,训练得到能够描述电力系统拓扑变化的暂态稳定性评估模型。论文在新英格兰39节点系统上进行全面的仿真,生成包含600多种拓扑在内的百万级别样本数据。算例分析表明,与传统数据驱动方法相比,所提方法在面对拓扑频繁变化的运行场景数据集上具有更好的性能,对未学习过的新拓扑具有更强的泛化能力。

关键词：数据驱动深度学习暂态稳定性评估图神经网络拓扑变化

多能流多尺度综合安全评估关键技术研发与应用

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电网技术 2021年第2期45卷 437-447页

作者：薛屹洵潘昭光王彬孙宏斌郭庆来电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

综合安全评估是保障多能流系统安全运行的核心功能,在工程应用中面临多能安全状态"时间相依"、大规模多能流系统预想故障快速分析两方面挑战。针对上述挑战,设计了多能流多尺度综合安全评估功能框架,提出了"时间相依"的多能流安全状态... 详细信息

综合安全评估是保障多能流系统安全运行的核心功能,在工程应用中面临多能安全状态"时间相依"、大规模多能流系统预想故障快速分析两方面挑战。针对上述挑战,设计了多能流多尺度综合安全评估功能框架,提出了"时间相依"的多能流安全状态及安全指标,基于多能灵敏度和准稳态模型提出了快速预想故障筛选技术和多能流动态预想故障分析加速技术。所研发的多能流多尺度综合安全评估功能在多个现场实现应用,能考虑多能相互支撑作用,分析多能流间的连锁故障及随时间演变过程。

关键词：安全评估多能流能量管理系统时间相依连锁故障预想故障分析

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一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

电工技术学报 2024年第1期39卷 194-205页

作者：王哲李驰郑泽东李永东电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京100084

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开... 详细信息

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

关键词：耦合电感谐振变换器高增益软开关