2010年 第27卷 第6期
2010, 27(6): 1-6.
摘要:
换流变压器阀侧绕组复杂的工作电压环境及其绝缘优劣情况对电力系统运行可靠性的影响, 决定了研究交、直流复合场下变压器油纸绝缘局部放电发展过程的实用价值。通过对复合电场针板模型下油纸绝缘系统放电发展过程的研究, 经过多次重复性实验发现复合场下局部放电相位分布在各个时间段内存在明显差异。根据交、直流电压的自身特点, 从外施电压提供电能、静电场力做功实现能量转换的角度构建数学模型, 得出如下结论:交流电压是放电集中于45°和225°附近的根本原因;直流电压在放电发展过程中加强了外在电能和电势能的转化, 从而为各相位发生放电提供了可能。
换流变压器阀侧绕组复杂的工作电压环境及其绝缘优劣情况对电力系统运行可靠性的影响, 决定了研究交、直流复合场下变压器油纸绝缘局部放电发展过程的实用价值。通过对复合电场针板模型下油纸绝缘系统放电发展过程的研究, 经过多次重复性实验发现复合场下局部放电相位分布在各个时间段内存在明显差异。根据交、直流电压的自身特点, 从外施电压提供电能、静电场力做功实现能量转换的角度构建数学模型, 得出如下结论:交流电压是放电集中于45°和225°附近的根本原因;直流电压在放电发展过程中加强了外在电能和电势能的转化, 从而为各相位发生放电提供了可能。
2010, 27(6): 7-11.
摘要:
基于时步有限元方法分析发电机瞬态过程, 对于改进系统稳定分析中发电机模型具有重要意义。本文采用场路耦合时步有限元方法建立了同步发电机的动态仿真模型, 针对实验室的一台7.5kW非线性发电机模型机三相突然短路进行仿真及实验对比研究。用Prony方法对瞬态电流的仿真及实测结果进行分解, 得到交直流分量, 通过对比分析验证了该动态仿真模型的正确性, 并辨识出时间常数Ta和T′d。进而对不同励磁电流下负载突然短路进行仿真, 得到不同响应的变化趋势。
基于时步有限元方法分析发电机瞬态过程, 对于改进系统稳定分析中发电机模型具有重要意义。本文采用场路耦合时步有限元方法建立了同步发电机的动态仿真模型, 针对实验室的一台7.5kW非线性发电机模型机三相突然短路进行仿真及实验对比研究。用Prony方法对瞬态电流的仿真及实测结果进行分解, 得到交直流分量, 通过对比分析验证了该动态仿真模型的正确性, 并辨识出时间常数Ta和T′d。进而对不同励磁电流下负载突然短路进行仿真, 得到不同响应的变化趋势。
2010, 27(6): 12-15.
摘要:
以交直流混合系统电压稳定裕度为研究对象, 采用原对偶内点算法进行全局寻优;并在此基础上引入预测校正, 通过协调解的可行性和最优性之间的关系提高算法的收敛速度。以IEEE-14、30节点系统为例, 通过对影响算法关键因素σ的分析, 比较了原对偶内点法和预测校正原对偶内点法的计算精度和速度, 验证了本文算法的可行性并对两种算法的全局寻优能力做了比较, 在相同的约束条件下都得到了满意的结果, 且计算速度与系统规模关系不大。
以交直流混合系统电压稳定裕度为研究对象, 采用原对偶内点算法进行全局寻优;并在此基础上引入预测校正, 通过协调解的可行性和最优性之间的关系提高算法的收敛速度。以IEEE-14、30节点系统为例, 通过对影响算法关键因素σ的分析, 比较了原对偶内点法和预测校正原对偶内点法的计算精度和速度, 验证了本文算法的可行性并对两种算法的全局寻优能力做了比较, 在相同的约束条件下都得到了满意的结果, 且计算速度与系统规模关系不大。
2010, 27(6): 16-20.
摘要:
为了实现电缆故障的精确定位, 将小波变换模极大值与信号奇异性关系的理论应用于检测电缆故障行波信号。借助电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC, 以35kV交联聚乙烯单芯电缆为原型, 建立电力电缆故障仿真测试模型。采用Daubechies小波对故障测试波形进行多尺度、多分辨率分析, 仿真结果表明利用小波变换的时频局部化特性能够有效聚焦到电缆故障行波信号中脉冲的起始点, 为提高电缆故障定位精度提供了有效的检测方法。
为了实现电缆故障的精确定位, 将小波变换模极大值与信号奇异性关系的理论应用于检测电缆故障行波信号。借助电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC, 以35kV交联聚乙烯单芯电缆为原型, 建立电力电缆故障仿真测试模型。采用Daubechies小波对故障测试波形进行多尺度、多分辨率分析, 仿真结果表明利用小波变换的时频局部化特性能够有效聚焦到电缆故障行波信号中脉冲的起始点, 为提高电缆故障定位精度提供了有效的检测方法。
2010, 27(6): 21-25.
摘要:
小电流接地系统(NUGS)发生单相接地故障时接地残流小, 正确的接地故障选线是长期存在的难题, 现行采用的单一选线方法都有一定的局限性和不足, 选线可靠性不高。为了解决这一问题, 提出利用基于模糊集理论的模糊综合决策对多种选线方法进行综合和智能处理, 并且通过对变电站出线端到负荷端分支线进行多次选线, 达到对小电流接地系统单相接地故障定位的效果, 以零序电流比幅法、小波分析法和5次谐波分量法三种接地选线方法为例进行了模拟综合决策的仿真, 结果表明针对多种选线方法进行模糊综合评判的故障选线模式具有更高的可靠性。
小电流接地系统(NUGS)发生单相接地故障时接地残流小, 正确的接地故障选线是长期存在的难题, 现行采用的单一选线方法都有一定的局限性和不足, 选线可靠性不高。为了解决这一问题, 提出利用基于模糊集理论的模糊综合决策对多种选线方法进行综合和智能处理, 并且通过对变电站出线端到负荷端分支线进行多次选线, 达到对小电流接地系统单相接地故障定位的效果, 以零序电流比幅法、小波分析法和5次谐波分量法三种接地选线方法为例进行了模拟综合决策的仿真, 结果表明针对多种选线方法进行模糊综合评判的故障选线模式具有更高的可靠性。
2010, 27(6): 26-30.
摘要:
谐振接地系统中的消弧线圈调谐控制依赖于接地电容电流检测, 以安徽芜湖某变电站为背景, 研究了接地电容电流检测的方法。首先介绍了调谐法基本原理以及两种主要调谐方法;然后以提高接地电容电流检测精度为目的, 考虑PT精度及测量等环节在中性点电压较低时的影响, 提出了利用切掉阻尼电阻来放大中性点电压的改进调谐法;采用本文方法分析了装有阻尼电阻的串联谐振回路, 给出了具体实施步骤;最后基于实际系统进行了MATLAB仿真, 结果表明文中所提出接地电容电流检测的改进调谐法合理有效。
谐振接地系统中的消弧线圈调谐控制依赖于接地电容电流检测, 以安徽芜湖某变电站为背景, 研究了接地电容电流检测的方法。首先介绍了调谐法基本原理以及两种主要调谐方法;然后以提高接地电容电流检测精度为目的, 考虑PT精度及测量等环节在中性点电压较低时的影响, 提出了利用切掉阻尼电阻来放大中性点电压的改进调谐法;采用本文方法分析了装有阻尼电阻的串联谐振回路, 给出了具体实施步骤;最后基于实际系统进行了MATLAB仿真, 结果表明文中所提出接地电容电流检测的改进调谐法合理有效。
2010, 27(6): 31-34.
摘要:
输电导线表面覆冰可能会导致断线、倒塔等安全事故, 严重威胁着输电网络的安全可靠运行, 本文探索防覆冰方法, 通过化学刻蚀及涂覆低表面能物质的方法, 在导线表面制备了超憎水涂层, 并在覆冰模拟实验室里观察了超憎水涂层对导线表面覆冰的影响。试验现象表明, 超憎水涂层可以增大导线表面的水滴接触角(CA), 减小冰与导线之间的作用力, 在一定程度上可以抑制和缓解铝导线表面覆冰的形成和增长, 可用于导线防冰工作中。
输电导线表面覆冰可能会导致断线、倒塔等安全事故, 严重威胁着输电网络的安全可靠运行, 本文探索防覆冰方法, 通过化学刻蚀及涂覆低表面能物质的方法, 在导线表面制备了超憎水涂层, 并在覆冰模拟实验室里观察了超憎水涂层对导线表面覆冰的影响。试验现象表明, 超憎水涂层可以增大导线表面的水滴接触角(CA), 减小冰与导线之间的作用力, 在一定程度上可以抑制和缓解铝导线表面覆冰的形成和增长, 可用于导线防冰工作中。
2010, 27(6): 35-40.
摘要:
逆流式自然通风冷却塔热力性能研究主要包括热力设计计算方法、热力计算、阻力计算、填料特性研究和冷却塔热力性能影响因素研究。本文对国内外专家在这几个方面研究所提出和开发的各种计算模型、经验公式和计算程序进行了综述, 并介绍了目前国内外在诸如雨滴直径、环境侧风、淋水密度和周围空气条件等冷却塔热力性能影响因素方面的研究进展。另外, 进一步阐述了国内在填料特性研究、热力计算程序验证和塔内设施计算等方面存在的问题。最后探讨了随超大型逆流式自然通风冷却塔以及超大型高位收水冷却塔出现而产生的新问题及对应的研究新课题。
逆流式自然通风冷却塔热力性能研究主要包括热力设计计算方法、热力计算、阻力计算、填料特性研究和冷却塔热力性能影响因素研究。本文对国内外专家在这几个方面研究所提出和开发的各种计算模型、经验公式和计算程序进行了综述, 并介绍了目前国内外在诸如雨滴直径、环境侧风、淋水密度和周围空气条件等冷却塔热力性能影响因素方面的研究进展。另外, 进一步阐述了国内在填料特性研究、热力计算程序验证和塔内设施计算等方面存在的问题。最后探讨了随超大型逆流式自然通风冷却塔以及超大型高位收水冷却塔出现而产生的新问题及对应的研究新课题。
2010, 27(6): 41-45.
摘要:
以宝钢电厂燃气蒸汽联合循环发电机组为背景, 在深入分析了联合循环机组变工况性能的基础上, 为解决常规的机理建模方法主要关注机组在设计工况附近的性能而在机组运行点偏离设计工况较远时模型误差较大的问题, 将基于机组运行特性曲线的机理模型和基于KPLS的数据模型相结合, 建立了以大气温度/压力、燃料流量、冷却水温度/流量和汽轮机背压为输入, 机组出力为输出的联合循环混合模型。基于核函数的偏最小二乘方法(KPLS), 是将PLS和核函数理论相结合, 提高了PLS方法的非线性处理能力。用基于KPLS的数据模型修正机理模型预测值与机组实测值的偏差, 使得混合模型既能反映过程机理, 同时又具有较高的精度。以宝钢电厂联合循环机组的历史运行数据为例, 对单纯的机理模型与混合模型进行了比较。实验结果表明, 与单纯的机理模型相比, 混合模型的精度有较大提高。
以宝钢电厂燃气蒸汽联合循环发电机组为背景, 在深入分析了联合循环机组变工况性能的基础上, 为解决常规的机理建模方法主要关注机组在设计工况附近的性能而在机组运行点偏离设计工况较远时模型误差较大的问题, 将基于机组运行特性曲线的机理模型和基于KPLS的数据模型相结合, 建立了以大气温度/压力、燃料流量、冷却水温度/流量和汽轮机背压为输入, 机组出力为输出的联合循环混合模型。基于核函数的偏最小二乘方法(KPLS), 是将PLS和核函数理论相结合, 提高了PLS方法的非线性处理能力。用基于KPLS的数据模型修正机理模型预测值与机组实测值的偏差, 使得混合模型既能反映过程机理, 同时又具有较高的精度。以宝钢电厂联合循环机组的历史运行数据为例, 对单纯的机理模型与混合模型进行了比较。实验结果表明, 与单纯的机理模型相比, 混合模型的精度有较大提高。
2010, 27(6): 46-50.
摘要:
节能降耗是火电厂的重要任务, 如何最大限度降低厂用电率已成为电厂节能降耗面临的主要问题之一。调速凝结水泵在低负荷下没有处在最佳工况点运行, 增加了厂用电率。为寻找调速凝结水泵的最佳运行工况点, 依据泵的相似定律和凝结水泵的实际性能曲线, 建立了调速凝结水泵功率在线分析数学模型。在考虑管道阻力损失的情况下, 建立不同流量下凝结水泵最小功率的方程, 确定了调速凝结水泵在不同工况下的功率目标值;计算了除氧器定压运行和滑压运行下调速凝结水泵的最小功耗, 并得到其最优的运行方式。实例计算结果表明了该方法的有效性。
节能降耗是火电厂的重要任务, 如何最大限度降低厂用电率已成为电厂节能降耗面临的主要问题之一。调速凝结水泵在低负荷下没有处在最佳工况点运行, 增加了厂用电率。为寻找调速凝结水泵的最佳运行工况点, 依据泵的相似定律和凝结水泵的实际性能曲线, 建立了调速凝结水泵功率在线分析数学模型。在考虑管道阻力损失的情况下, 建立不同流量下凝结水泵最小功率的方程, 确定了调速凝结水泵在不同工况下的功率目标值;计算了除氧器定压运行和滑压运行下调速凝结水泵的最小功耗, 并得到其最优的运行方式。实例计算结果表明了该方法的有效性。
2010, 27(6): 51-57.
摘要:
以解决风光储互补发电系统的合理配置问题, 实现系统能独立为风光资源丰富的边远地区和海岛提供清洁、可靠及廉价的电力能源为目的, 提出了一种基于全年负载缺电率(LPSP)和全寿命周期成本(LCC)为优化目标的风光储互补发电系统优化设计方法。为精确计算系统的运行状态, 建立了基于小时时间尺度的风力机组发电量计算模型、光伏电板发电量计算模型和蓄电池组的表征组件特性的数学模型;为发挥风光互补系统发电量互补的优势, 建立了风光储互补发电系统中光伏方阵倾角优化模型;以LPSP和LCC作为系统的优化指标, 建立了LPSP和LCC计算模型;运用迭代算法计算各种可能出现配置下的LPSP和LCC;通过LPSP可靠性筛选和LCC经济性优化, 最终得到LCC最小并能满足LPSP要求的系统配置。该优化方法按照小时的尺度进行优化计算, 优化结果精度高;LCC经济性评价指标全面和客观;倾角优化发挥出系统发电量互补的优势。
以解决风光储互补发电系统的合理配置问题, 实现系统能独立为风光资源丰富的边远地区和海岛提供清洁、可靠及廉价的电力能源为目的, 提出了一种基于全年负载缺电率(LPSP)和全寿命周期成本(LCC)为优化目标的风光储互补发电系统优化设计方法。为精确计算系统的运行状态, 建立了基于小时时间尺度的风力机组发电量计算模型、光伏电板发电量计算模型和蓄电池组的表征组件特性的数学模型;为发挥风光互补系统发电量互补的优势, 建立了风光储互补发电系统中光伏方阵倾角优化模型;以LPSP和LCC作为系统的优化指标, 建立了LPSP和LCC计算模型;运用迭代算法计算各种可能出现配置下的LPSP和LCC;通过LPSP可靠性筛选和LCC经济性优化, 最终得到LCC最小并能满足LPSP要求的系统配置。该优化方法按照小时的尺度进行优化计算, 优化结果精度高;LCC经济性评价指标全面和客观;倾角优化发挥出系统发电量互补的优势。
2010, 27(6): 58-61.
摘要:
在雷击过程中, 雷电流沿风电机组塔筒注入接地网, 会引起接地网的地电位升高。为更好地研究雷击产生的暂态过电压对风电机组及其输变电设备产生的影响, 采用场路结合的思想建立接地网暂态电路模型, 对雷击引起的地电位升高进行系统仿真计算。计算结果表明:由于雷电流波头频率很高, 与电阻相比接地体本身的电感效应非常明显, 将引起接地网的地电位大幅度升高;暂态过电压将对地下传输、通信和控制电缆最外层绝缘造成破坏, 严重时甚至会造成局部放电。
在雷击过程中, 雷电流沿风电机组塔筒注入接地网, 会引起接地网的地电位升高。为更好地研究雷击产生的暂态过电压对风电机组及其输变电设备产生的影响, 采用场路结合的思想建立接地网暂态电路模型, 对雷击引起的地电位升高进行系统仿真计算。计算结果表明:由于雷电流波头频率很高, 与电阻相比接地体本身的电感效应非常明显, 将引起接地网的地电位大幅度升高;暂态过电压将对地下传输、通信和控制电缆最外层绝缘造成破坏, 严重时甚至会造成局部放电。
2010, 27(6): 62-65.
摘要:
介绍了钠硫电池的结构组成、工作原理和参数特性, 分析了钠硫电池的应用类型和应用现状;针对负荷平定、不间断电源和应急电源的应用情况给出了统计分析;以美国第一个兆瓦级储能项目为例说明了其成本构成和经济效益;对典型钠硫储能系统给出了设计方案和关键技术分析, 对电池管理系统、功率转换系统以及监控系统给出了详细介绍;依据2010年国家电网对清洁能源做出的预计对于国内电力储能需求和钠硫电池国产化后的应用前景给出了预测。
介绍了钠硫电池的结构组成、工作原理和参数特性, 分析了钠硫电池的应用类型和应用现状;针对负荷平定、不间断电源和应急电源的应用情况给出了统计分析;以美国第一个兆瓦级储能项目为例说明了其成本构成和经济效益;对典型钠硫储能系统给出了设计方案和关键技术分析, 对电池管理系统、功率转换系统以及监控系统给出了详细介绍;依据2010年国家电网对清洁能源做出的预计对于国内电力储能需求和钠硫电池国产化后的应用前景给出了预测。
2010, 27(6): 66-72.
摘要:
根据单元机组低阶非线性模型, 经过适当简化, 推导出能够描述机组动态特性及机炉耦合关系的通用线性模型。以该模型为基础, 采用有限带宽控制的分散相对增益法(dRG)从理论上进行了分散控制结构分析, 并对得出的分散控制结构利用独立设计法整定PID控制器参数, 保证系统稳定性。当系统耦合严重、完全分散控制不能满足系统性能要求时, 采用格拉姆(Gramian)法进行部分分散控制结构分析, 并在分散及集中控制器基础上整定出部分分散控制器参数。仿真对比试验表明部分分散控制系统能达到与多变量协调控制系统相近的性能, 而且部分分散控制结构更简单、设计及调试方法更容易。
根据单元机组低阶非线性模型, 经过适当简化, 推导出能够描述机组动态特性及机炉耦合关系的通用线性模型。以该模型为基础, 采用有限带宽控制的分散相对增益法(dRG)从理论上进行了分散控制结构分析, 并对得出的分散控制结构利用独立设计法整定PID控制器参数, 保证系统稳定性。当系统耦合严重、完全分散控制不能满足系统性能要求时, 采用格拉姆(Gramian)法进行部分分散控制结构分析, 并在分散及集中控制器基础上整定出部分分散控制器参数。仿真对比试验表明部分分散控制系统能达到与多变量协调控制系统相近的性能, 而且部分分散控制结构更简单、设计及调试方法更容易。
2010, 27(6): 73-78.
摘要:
采用开放与标准化的技术是提高电网自动化系统间集成度的基础与关键。将IEC 61970标准的公共信息模型(CIM)规范与W3C推荐的可缩放矢量图形(SVG)标准结合, 设计和构建标准与开放化的系统。在技术上通过Batik包与Java组件实现对SVG图形的操作, 采用Hibernate框架实现CIM模型与关系数据库的映射, 实现了基于SVG/XML/CIM的图数模一体化。研究结果表明图数模一体化系统对系统间数据集成、应用集成和互操作具有实际意义。
采用开放与标准化的技术是提高电网自动化系统间集成度的基础与关键。将IEC 61970标准的公共信息模型(CIM)规范与W3C推荐的可缩放矢量图形(SVG)标准结合, 设计和构建标准与开放化的系统。在技术上通过Batik包与Java组件实现对SVG图形的操作, 采用Hibernate框架实现CIM模型与关系数据库的映射, 实现了基于SVG/XML/CIM的图数模一体化。研究结果表明图数模一体化系统对系统间数据集成、应用集成和互操作具有实际意义。
2010, 27(6): 79-82.
摘要:
为研究适应配电网发展需求的监测网络, 提出采用集成了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器的单芯片CC2430进行无线传感器网络节点的硬件设计, 并基于μC/OSⅡ嵌入式操作系统和CC2430芯片内置的ZigBee协议栈进行软件设计, 实现数据采集处理和无线通信等功能。无线传感器网络节点包括传感器节点和汇聚节点, 通过同一款芯片CC2430来实现, 在具体的设计过程中, 针对不同的功能, 传感器节点和汇聚节点在硬件和软件设计上有不同的侧重。本设计具有成本低、性能好和可靠性高的优点, 可适应配电网无线监测的要求。
为研究适应配电网发展需求的监测网络, 提出采用集成了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器的单芯片CC2430进行无线传感器网络节点的硬件设计, 并基于μC/OSⅡ嵌入式操作系统和CC2430芯片内置的ZigBee协议栈进行软件设计, 实现数据采集处理和无线通信等功能。无线传感器网络节点包括传感器节点和汇聚节点, 通过同一款芯片CC2430来实现, 在具体的设计过程中, 针对不同的功能, 传感器节点和汇聚节点在硬件和软件设计上有不同的侧重。本设计具有成本低、性能好和可靠性高的优点, 可适应配电网无线监测的要求。
2010, 27(6): 83-87.
摘要:
对地区全社会用电量进行需求分析, 找出全社会总用电量与行业用电量之间的关系。通过SPSS软件用主成分分析法对某地区行业用电量指标进行主成分分析, 找出若干个重点行业用电量(若干个个变量)的主成分因子, 然后再通过回归分析法对主成分因子和全社会用电量进行回归分析, 建立电力需求模型。实例分析证明, 这种由少数几个行业用电量来预测全社会总用电量的方法, 可得到较好的预测效果。
对地区全社会用电量进行需求分析, 找出全社会总用电量与行业用电量之间的关系。通过SPSS软件用主成分分析法对某地区行业用电量指标进行主成分分析, 找出若干个重点行业用电量(若干个个变量)的主成分因子, 然后再通过回归分析法对主成分因子和全社会用电量进行回归分析, 建立电力需求模型。实例分析证明, 这种由少数几个行业用电量来预测全社会总用电量的方法, 可得到较好的预测效果。
2010, 27(6): 88-91.
摘要:
为了找出线损管理中存在的问题, 通过制定对策, 全面做好各项线损管理工作, 达到有效降低管理性线损的目标, 建立了一套比较完善的管理性现状评价体系, 通过自评、他评、上级评3种评分结果的加权综合的打分形式实现对管理工作现状的科学、全面的评估。统计分析了开展各种相关线损管理工作所需要的投入和产出的经济效益, 并首次将分数与投入产出通过明确的量化模型联系起来, 提出以每分的投资效益比最小为原则对降损管理方案进行选择。克服了以往的管理性降损措施量化具有很强模糊性的缺点。算例表明了该方法的合理性及实际价值。
为了找出线损管理中存在的问题, 通过制定对策, 全面做好各项线损管理工作, 达到有效降低管理性线损的目标, 建立了一套比较完善的管理性现状评价体系, 通过自评、他评、上级评3种评分结果的加权综合的打分形式实现对管理工作现状的科学、全面的评估。统计分析了开展各种相关线损管理工作所需要的投入和产出的经济效益, 并首次将分数与投入产出通过明确的量化模型联系起来, 提出以每分的投资效益比最小为原则对降损管理方案进行选择。克服了以往的管理性降损措施量化具有很强模糊性的缺点。算例表明了该方法的合理性及实际价值。
