2011年 第28卷 第2期
2011, 28(2): 1-6.
摘要:
针对武汉特高压实验基地1100kV特高压GIS实验回路, 设计了一宽频带窗口式快速暂态过电压(VFTO)测量传感器, 以准确测量其隔离开关操作引起的VFTO。该传感器基于电容分压器的原理, 低压臂为平板式薄膜电容, 高压臂为GIS导杆与低压电极的分布电容。研究表明, 该传感器不仅能较好地响应50Hz工频信号, 而且能够准确测量纳秒级的快速信号。实测结果表明, 在该1100kV特高压GIS实验回路下, 隔离开关操作产生的VFTO上升时间约为10ns, 基本振荡频率为563kHz、1.37MHz, 并叠加了7.8MHz和13.2MHz的高频振荡。
针对武汉特高压实验基地1100kV特高压GIS实验回路, 设计了一宽频带窗口式快速暂态过电压(VFTO)测量传感器, 以准确测量其隔离开关操作引起的VFTO。该传感器基于电容分压器的原理, 低压臂为平板式薄膜电容, 高压臂为GIS导杆与低压电极的分布电容。研究表明, 该传感器不仅能较好地响应50Hz工频信号, 而且能够准确测量纳秒级的快速信号。实测结果表明, 在该1100kV特高压GIS实验回路下, 隔离开关操作产生的VFTO上升时间约为10ns, 基本振荡频率为563kHz、1.37MHz, 并叠加了7.8MHz和13.2MHz的高频振荡。
2011, 28(2): 12-16.
摘要:
为解决多种电力系统分析软件不能与PSS/E交互使用的问题, 本文利用PSS/E软件开发电力系统元件的自定义模型。首先, 选取BPA软件中的一种带PID控制器的电子液压型调速器模型作为参考, 并据此建立基于PSS/E的调速器自定义模型。然后, 利用单机无穷大系统, 在BPA和PSS/E中分别作仿真分析, 以检验调速器自定义模型的性能。仿真曲线和误差量化分析表明调速器自定义模型能够正常工作且与源模型的性能非常接近, 利用PSS/E的模型自定义功能可以实现电力系统其他仿真软件与PSS/E的交互使用。
为解决多种电力系统分析软件不能与PSS/E交互使用的问题, 本文利用PSS/E软件开发电力系统元件的自定义模型。首先, 选取BPA软件中的一种带PID控制器的电子液压型调速器模型作为参考, 并据此建立基于PSS/E的调速器自定义模型。然后, 利用单机无穷大系统, 在BPA和PSS/E中分别作仿真分析, 以检验调速器自定义模型的性能。仿真曲线和误差量化分析表明调速器自定义模型能够正常工作且与源模型的性能非常接近, 利用PSS/E的模型自定义功能可以实现电力系统其他仿真软件与PSS/E的交互使用。
2011, 28(2): 17-22.
摘要:
可用输电能力(ATC)是衡量互联电网安全性与稳定性的重要指标, 而灵活交流输电技术(FACTS)是提高系统可用输电能力的有效途径。以提高可用输电能力为目的, 将静止同步串联补偿器(SSSC)引入互联电力系统。首先利用功率注入法, 建立SSSC的稳态数学模型, 然后基于最优潮流法, 将SSSC的功率注入模型加入潮流方程, 建立了计及SSSC的可用输电能力计算模型, 并采用原对偶内点法对其进行求解。为了确定装置的安装位置, 利用特征结构分析法, 根据最小模特征值对控制变量的灵敏度系数来选择最有利于提高输电能力的SSSC安装位置。利用IEEE\|30节点系统进行仿真计算, 结果显示安装SSSC后互联系统间的传输容量得到提高, 稳定裕度也得到提升, 合理地配置SSSC可以有效提高系统的可用输电能力。
可用输电能力(ATC)是衡量互联电网安全性与稳定性的重要指标, 而灵活交流输电技术(FACTS)是提高系统可用输电能力的有效途径。以提高可用输电能力为目的, 将静止同步串联补偿器(SSSC)引入互联电力系统。首先利用功率注入法, 建立SSSC的稳态数学模型, 然后基于最优潮流法, 将SSSC的功率注入模型加入潮流方程, 建立了计及SSSC的可用输电能力计算模型, 并采用原对偶内点法对其进行求解。为了确定装置的安装位置, 利用特征结构分析法, 根据最小模特征值对控制变量的灵敏度系数来选择最有利于提高输电能力的SSSC安装位置。利用IEEE\|30节点系统进行仿真计算, 结果显示安装SSSC后互联系统间的传输容量得到提高, 稳定裕度也得到提升, 合理地配置SSSC可以有效提高系统的可用输电能力。
2011, 28(2): 7-11.
摘要:
振荡波电压法主要是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理。振荡电压的多次极性变换可在电缆缺陷处激发出局部放电信号, 通过高频耦合器测量该信号可达到检测目的。采用振荡波电压法对一条退运电缆且中间接头分别存在压接管表面误用绝缘胶带、主绝缘表面存在水膜时的情况进行了研究。结果表明振荡波电压法对压接管表面误用绝缘胶带缺陷的检出效果比较明显, 对其它一些缺陷检出效果不明显, 基于有限元分析方法的电场仿真结果也验证了这一点。因此振荡波电压法可否作为10kV交联聚乙烯电缆入网试验的一种替代方法有待进一步研究。
振荡波电压法主要是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理。振荡电压的多次极性变换可在电缆缺陷处激发出局部放电信号, 通过高频耦合器测量该信号可达到检测目的。采用振荡波电压法对一条退运电缆且中间接头分别存在压接管表面误用绝缘胶带、主绝缘表面存在水膜时的情况进行了研究。结果表明振荡波电压法对压接管表面误用绝缘胶带缺陷的检出效果比较明显, 对其它一些缺陷检出效果不明显, 基于有限元分析方法的电场仿真结果也验证了这一点。因此振荡波电压法可否作为10kV交联聚乙烯电缆入网试验的一种替代方法有待进一步研究。
2011, 28(2): 23-27.
摘要:
为有效求解病态潮流问题, 引入一种全新的潮流计算模型, 将潮流计算问题转化为一组自治常微分方程组(ODE)求解问题, 采用多种数值计算方法(如龙格库塔法)求解新模型。通过对欧洲和国内几个实际系统进行仿真, 表明新算法求解大规模系统病态潮流问题时实用有效。新模型原理清晰、结构简单, 经典牛拉法和基于牛拉法的多种鲁棒性方法都可以表达成新模型的特殊情况, 可为求解潮流问题提供一种新的思路。
为有效求解病态潮流问题, 引入一种全新的潮流计算模型, 将潮流计算问题转化为一组自治常微分方程组(ODE)求解问题, 采用多种数值计算方法(如龙格库塔法)求解新模型。通过对欧洲和国内几个实际系统进行仿真, 表明新算法求解大规模系统病态潮流问题时实用有效。新模型原理清晰、结构简单, 经典牛拉法和基于牛拉法的多种鲁棒性方法都可以表达成新模型的特殊情况, 可为求解潮流问题提供一种新的思路。
2011, 28(2): 28-31.
摘要:
为精确检测出次同步谐振(SSR)参数, 提出了基于随机子空间辨识(SSI)与最小二乘(Least Square)法的次同步谐振参数检测新方法。首先运用奇异值差值法确定次同步谐振模型信号的阶数;再利用SSI算法直接对量测信号精确检测出次同步谐振的频率;最后应用最小二乘法对各次同步频率分量进行幅值和相位的估计, 从而实现了次同步谐振参数的检测。分别针对含有基波、高次谐波和次同步频率分量的信号以及含有噪声的上述信号进行参数检测, 仿真分析表明该方法抗噪能力强、检测精度高、计算速度快, 尤其是对频率相近的次同步频率信号具有较高的分辨率。
为精确检测出次同步谐振(SSR)参数, 提出了基于随机子空间辨识(SSI)与最小二乘(Least Square)法的次同步谐振参数检测新方法。首先运用奇异值差值法确定次同步谐振模型信号的阶数;再利用SSI算法直接对量测信号精确检测出次同步谐振的频率;最后应用最小二乘法对各次同步频率分量进行幅值和相位的估计, 从而实现了次同步谐振参数的检测。分别针对含有基波、高次谐波和次同步频率分量的信号以及含有噪声的上述信号进行参数检测, 仿真分析表明该方法抗噪能力强、检测精度高、计算速度快, 尤其是对频率相近的次同步频率信号具有较高的分辨率。
2011, 28(2): 32-36.
摘要:
针对电压暂降问题, 利用动态电压恢复器(DVR)从超级电容器蓄电池混合储能装置汲取电能补偿负载电压。介绍基于有源式混合储能系统的动态电压恢复器的等效电路, 建立了蓄电池电容器并联的数学模型和控制系统, 提高整套DVR的工作特性与经济性能比。对有源式混合储能系统用于DVR进行仿真分析, 结果表明对于持续时间较长的电压暂降, 有源式混合储能系统能有效维持敏感负荷的电压恒定。
针对电压暂降问题, 利用动态电压恢复器(DVR)从超级电容器蓄电池混合储能装置汲取电能补偿负载电压。介绍基于有源式混合储能系统的动态电压恢复器的等效电路, 建立了蓄电池电容器并联的数学模型和控制系统, 提高整套DVR的工作特性与经济性能比。对有源式混合储能系统用于DVR进行仿真分析, 结果表明对于持续时间较长的电压暂降, 有源式混合储能系统能有效维持敏感负荷的电压恒定。
2011, 28(2): 37-42.
摘要:
通过优化火电机组出力, 研究风电并网后, 电力系统的短期动态经济调度问题。优化模型中引入了上、下旋转备用, 以此应对风电功率预测误差给系统调度带来的波动。在基本粒子群优化算法基础上, 提出了3种改进策略:先采用“循环处理策略”和“优先启停策略”生成问题的可行解, 然后采用“机会停机策略”进一步优化可行解。经典算例结果表明, 本文提出的策略稳定性好、寻优速度快、优化结果好, 具有高效的搜索能力和适应性。
通过优化火电机组出力, 研究风电并网后, 电力系统的短期动态经济调度问题。优化模型中引入了上、下旋转备用, 以此应对风电功率预测误差给系统调度带来的波动。在基本粒子群优化算法基础上, 提出了3种改进策略:先采用“循环处理策略”和“优先启停策略”生成问题的可行解, 然后采用“机会停机策略”进一步优化可行解。经典算例结果表明, 本文提出的策略稳定性好、寻优速度快、优化结果好, 具有高效的搜索能力和适应性。
2011, 28(2): 43-48.
摘要:
为了较为准确地对并网光伏发电系统的发电量做出预测, 提高光伏并网后电网的安全性及稳定性。本文对硅太阳电池单一组件发电功率进行了理论计算, 建立了一种以辐射量及组件温度为变量的多元线性回归光伏发电功率及发电量预测模型。设计了系统测试方案, 采集了光伏系统在晴天I、多云II、阴转多云或晴转多云III 3类天气下的运行数据, 依据预测模型求解出3种不同天气类型下的预测回归方程, 并把预测模型用于2kW并网光伏系统。预测结果表明, 该预测方法简单、预测精度高, 能解决系统的随机性问题, 提高系统的稳定运行能力。
为了较为准确地对并网光伏发电系统的发电量做出预测, 提高光伏并网后电网的安全性及稳定性。本文对硅太阳电池单一组件发电功率进行了理论计算, 建立了一种以辐射量及组件温度为变量的多元线性回归光伏发电功率及发电量预测模型。设计了系统测试方案, 采集了光伏系统在晴天I、多云II、阴转多云或晴转多云III 3类天气下的运行数据, 依据预测模型求解出3种不同天气类型下的预测回归方程, 并把预测模型用于2kW并网光伏系统。预测结果表明, 该预测方法简单、预测精度高, 能解决系统的随机性问题, 提高系统的稳定运行能力。
2011, 28(2): 49-52.
摘要:
神经网络是风电功率预测系统中应用最广泛的方法, 而其训练算法是影响预测精度的重要因素之一。探讨了采用聚类法和正交最小二乘算法两种训练方法。以中国北方某风电场的实际数据以及数值天气预报数据为依据, 对RBF聚类法和正交最小二乘算法进行了验证, 最终研究并比较RBF不同预测情况与BP的差异。结果表明:对于提前24h的风电功率预测, RBF神经网络模型预测精度要好于BP神经网络模型, 尤其以正交最小二乘算法为训练方法建立的RBF模型, 预测精度较高, 能够很好拟合实际功率曲线。
神经网络是风电功率预测系统中应用最广泛的方法, 而其训练算法是影响预测精度的重要因素之一。探讨了采用聚类法和正交最小二乘算法两种训练方法。以中国北方某风电场的实际数据以及数值天气预报数据为依据, 对RBF聚类法和正交最小二乘算法进行了验证, 最终研究并比较RBF不同预测情况与BP的差异。结果表明:对于提前24h的风电功率预测, RBF神经网络模型预测精度要好于BP神经网络模型, 尤其以正交最小二乘算法为训练方法建立的RBF模型, 预测精度较高, 能够很好拟合实际功率曲线。
2011, 28(2): 53-57.
摘要:
为了验证新型涡流发生器(柱面梯形翼)对直接空冷凝汽器单排管的换热有一定的强化作用, 利用FLUENT 6.3商业软件对安装柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管空气侧换热及流动特性进行了三维数值模拟。结果表明, Re数在300～900的范围内, 与未安装涡流发生器的单排蛇形翅片扁管相比, 带柱面梯形翼的翅片扁管的平均Nu数增大了123%, 摩擦因子增大了111%, 其综合换热性能(Nu/f)最多提高5.65%, 这说明柱面梯形翼对翅片扁管有强化传热的作用。在模拟过程中, 对实际直接空冷凝汽器蛇形翅片单排扁管进行了一定程度的简化, 将计算区域按照翅片扁管的对称性尽可能缩小。并将数值模拟的结果进行了网格独立性验证, 表明模拟结果的可靠性。
为了验证新型涡流发生器(柱面梯形翼)对直接空冷凝汽器单排管的换热有一定的强化作用, 利用FLUENT 6.3商业软件对安装柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管空气侧换热及流动特性进行了三维数值模拟。结果表明, Re数在300～900的范围内, 与未安装涡流发生器的单排蛇形翅片扁管相比, 带柱面梯形翼的翅片扁管的平均Nu数增大了123%, 摩擦因子增大了111%, 其综合换热性能(Nu/f)最多提高5.65%, 这说明柱面梯形翼对翅片扁管有强化传热的作用。在模拟过程中, 对实际直接空冷凝汽器蛇形翅片单排扁管进行了一定程度的简化, 将计算区域按照翅片扁管的对称性尽可能缩小。并将数值模拟的结果进行了网格独立性验证, 表明模拟结果的可靠性。
2011, 28(2): 58-64.
摘要:
通过瞬变负荷试验, 采用不同的负荷升速率、幅度、波动次数动态分析机组锅炉效率、汽轮机热耗率、厂用电率、供电煤耗率等经济性特性, 得出了相应的定量关系。本分析结果可达到提高机组运行的经济性, 降低机组供电煤耗率和厂用电率, 最终为电厂节能减排、优化机组间运行和调度方式提供参考依据, 为电网企业分析负荷管理发挥的效益提供理论依据, 从而使百万机组实现最大程度上的深度节能降耗。
通过瞬变负荷试验, 采用不同的负荷升速率、幅度、波动次数动态分析机组锅炉效率、汽轮机热耗率、厂用电率、供电煤耗率等经济性特性, 得出了相应的定量关系。本分析结果可达到提高机组运行的经济性, 降低机组供电煤耗率和厂用电率, 最终为电厂节能减排、优化机组间运行和调度方式提供参考依据, 为电网企业分析负荷管理发挥的效益提供理论依据, 从而使百万机组实现最大程度上的深度节能降耗。
2011, 28(2): 65-68.
摘要:
对于480t/h以上的大型循环流化床锅炉, 实际运行时, 由于床层流化不均, 风室内会出现不同程度的漏煤现象。为了改善床料的流化质量, 文中采用多孔介质模型对布风板的结构进行了简化, 模拟时采用三维双欧拉多相流模型, 并结合颗粒动力学理论使方程封闭, 研究了480t/h循环流化床在不同布风板阻力下的流化特性, 模拟结果表明, 增大布风板阻力能有效改善煤层流化均匀性, 减少风室漏煤。因此, 大型循环流化床锅炉设计时, 需要对布风板结构、开孔尺寸精心设计, 合理增加布风板阻力。
对于480t/h以上的大型循环流化床锅炉, 实际运行时, 由于床层流化不均, 风室内会出现不同程度的漏煤现象。为了改善床料的流化质量, 文中采用多孔介质模型对布风板的结构进行了简化, 模拟时采用三维双欧拉多相流模型, 并结合颗粒动力学理论使方程封闭, 研究了480t/h循环流化床在不同布风板阻力下的流化特性, 模拟结果表明, 增大布风板阻力能有效改善煤层流化均匀性, 减少风室漏煤。因此, 大型循环流化床锅炉设计时, 需要对布风板结构、开孔尺寸精心设计, 合理增加布风板阻力。
2011, 28(2): 69-74.
摘要:
为尽快满足电网调频的要求, 提高电网供电质量, 做好并网机组一次调频功能实测及投入工作, 对机组永态转差系数、接力器转速死区、频率死区、负荷响应滞后时间等一次调频功能重要参数指标进行实测, 依据试验结果对广州蓄能水电厂机组一次调频性能进行分析, 并根据分析结果对调速器参数进行了优化, 使得机组一次调频投入并达到电网要求。实验结果证明大型抽水蓄能机组通过对调速器相关参数的优化, 在保证机组安全运行的基础上, 可以满足电网对于一次调频性能的相关要求。
为尽快满足电网调频的要求, 提高电网供电质量, 做好并网机组一次调频功能实测及投入工作, 对机组永态转差系数、接力器转速死区、频率死区、负荷响应滞后时间等一次调频功能重要参数指标进行实测, 依据试验结果对广州蓄能水电厂机组一次调频性能进行分析, 并根据分析结果对调速器参数进行了优化, 使得机组一次调频投入并达到电网要求。实验结果证明大型抽水蓄能机组通过对调速器相关参数的优化, 在保证机组安全运行的基础上, 可以满足电网对于一次调频性能的相关要求。
2011, 28(2): 75-78.
摘要:
在电力线双向工频通信系统(TWACS)的基础上提出了一种新型功率角测量方法, 在变电所内通过所用变压器二次侧的人为短路在电压过零点附近进行电压畸变信号的调制, 同时利用该畸变信号在传输过程中几乎无时延的特点, 在低压用户端对其进行时频分析, 根据其能量参数的时间分布情况来获得工频通信系统首末端的电压过零点时差, 最后结合变压器的连接组别来得到线路功率角。实际算例表明, 该方法操作简单, 测量精度能够满足配电网稳定性监测的要求。
在电力线双向工频通信系统(TWACS)的基础上提出了一种新型功率角测量方法, 在变电所内通过所用变压器二次侧的人为短路在电压过零点附近进行电压畸变信号的调制, 同时利用该畸变信号在传输过程中几乎无时延的特点, 在低压用户端对其进行时频分析, 根据其能量参数的时间分布情况来获得工频通信系统首末端的电压过零点时差, 最后结合变压器的连接组别来得到线路功率角。实际算例表明, 该方法操作简单, 测量精度能够满足配电网稳定性监测的要求。
2011, 28(2): 79-83.
摘要:
分布式电源接入配电网是实现智能配用电的关键问题之一, 由于保护和控制功能的时间特性, 对通信过程的时延提出了较为严格的要求。本文首先结合IEC 61850和IEEE 1547标准, 分析了实现保护、控制和量测等功能的时延要求;其次, 考虑到配电网实际情况, 对可能采用的有线和无线通信技术进行了分析讨论;最后, 以较为典型的配电自动化系统为实例, 分别建立了基于双绞线和光纤以太网的有线通信仿真模型、基于扩频技术的IEEE 802.11(无线局域网)仿真模型。仿真结果表明, 所选通信方式均能满足分布式电源接入配电网的保护控制时延要求。
分布式电源接入配电网是实现智能配用电的关键问题之一, 由于保护和控制功能的时间特性, 对通信过程的时延提出了较为严格的要求。本文首先结合IEC 61850和IEEE 1547标准, 分析了实现保护、控制和量测等功能的时延要求;其次, 考虑到配电网实际情况, 对可能采用的有线和无线通信技术进行了分析讨论;最后, 以较为典型的配电自动化系统为实例, 分别建立了基于双绞线和光纤以太网的有线通信仿真模型、基于扩频技术的IEEE 802.11(无线局域网)仿真模型。仿真结果表明, 所选通信方式均能满足分布式电源接入配电网的保护控制时延要求。
2011, 28(2): 84-89.
摘要:
为满足华北电网“两个细则”自动发电量控制(AGC)的要求, 以大同第二发电厂三期工程为例, 提出了超临界机组的AGC协调优化控制策略。该优化控制策略在汽机主控中加入了微分信号回路, 使汽轮机侧能够快速响应负荷的变化;对负荷速率环节进行修正, 当负荷与压力的综合工况改变时, 提高负荷变化速率;在压力设定中引入了保持策略, 避免了压力偏差大时的波动;用水煤比和压力偏差对锅炉主控前馈进行校正, 缩短了锅炉侧的响应时间;在给水控制中加入了过热度调节, 有利于压力的变化, 避免了水量波动。文中对控制策略优化前后的数据进行比较, 证明了优化后机组AGC性能指标有较大提高。这表明优化控制提高了超临界机组的AGC协调控制能力, 能够适应“两个细则”的要求, 可以争取到一定的补偿。
为满足华北电网“两个细则”自动发电量控制(AGC)的要求, 以大同第二发电厂三期工程为例, 提出了超临界机组的AGC协调优化控制策略。该优化控制策略在汽机主控中加入了微分信号回路, 使汽轮机侧能够快速响应负荷的变化;对负荷速率环节进行修正, 当负荷与压力的综合工况改变时, 提高负荷变化速率;在压力设定中引入了保持策略, 避免了压力偏差大时的波动;用水煤比和压力偏差对锅炉主控前馈进行校正, 缩短了锅炉侧的响应时间;在给水控制中加入了过热度调节, 有利于压力的变化, 避免了水量波动。文中对控制策略优化前后的数据进行比较, 证明了优化后机组AGC性能指标有较大提高。这表明优化控制提高了超临界机组的AGC协调控制能力, 能够适应“两个细则”的要求, 可以争取到一定的补偿。
2011, 28(2): 90-94.
摘要:
为减少一次风机故障减负荷(runback, RB)过程中蒸汽温度的波动范围, 针对百万千万超超临界机组, 对影响超超临界机组RB过程汽温波动的主要因素进行了研究, 分析了燃水比、过剩空气系数等影响汽温波动的因素, 阐述了机组正常运行时燃料、给水、总风量的调节控制关系, 提出了RB过程中的燃料量、给水流量和总风量的控制关系及有效的RB过程汽温控制策略, 给出了一次风机RB过程主汽温度、再热汽温度、机组负荷、主汽压力等机组参数的变化结果。大唐潮州电厂4号机组应用及试验结果表明, 本文提出的RB控制策略对过热汽温、汽压等参数控制效果良好, 对同类机组RB过程的实施具有重要的参考价值。
为减少一次风机故障减负荷(runback, RB)过程中蒸汽温度的波动范围, 针对百万千万超超临界机组, 对影响超超临界机组RB过程汽温波动的主要因素进行了研究, 分析了燃水比、过剩空气系数等影响汽温波动的因素, 阐述了机组正常运行时燃料、给水、总风量的调节控制关系, 提出了RB过程中的燃料量、给水流量和总风量的控制关系及有效的RB过程汽温控制策略, 给出了一次风机RB过程主汽温度、再热汽温度、机组负荷、主汽压力等机组参数的变化结果。大唐潮州电厂4号机组应用及试验结果表明, 本文提出的RB控制策略对过热汽温、汽压等参数控制效果良好, 对同类机组RB过程的实施具有重要的参考价值。
