华北电力大学学报(自然科学版)


  • 饱和铁芯型故障限流器对输电线路故障特征及保护的影响与对策

    戴志辉;滕正伟;邱宏逸;邱晓璇;秦昊宇;

    目前,饱和铁芯型故障限流器(saturated iron-core superconductive fault current limiter, SISFCL)的研究忽略了其对输电线路故障特征、工频变化量距离保护、负序方向保护及断路器开断能力的影响。以含SISFCL的500 kV双端系统为例,系统分析了输电线路发生不同类型、不同位置及不同初相角故障时的短路电流谐波特征,包括:频率分布、谐波含量、畸变率及时间衰减常数,深入研究了SISFCL对上述线路保护及断路器开断能力的影响并进行了仿真验证。结果表明:加装SISFCL后,故障稳态期间短路电流低频奇次谐波含量上升且不衰减,偶次谐波时间衰减常数增加,线路故障特征愈加复杂;SISFCL对距离保护、负序方向保护的正确动作产生不利影响,而对断路器的故障开断能力起到提升作用。最后,基于SISFCL对输电线路故障特征及保护的影响分析,提出了初步的应对策略。

    2022年04期 v.49;No.218 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1369K]
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  • 基于感应电压特征停运输电线路故障识别方法

    刘英培;王祥宇;王鑫明;李少博;梁华洋;李世泽;

    对停运输电线路进行合闸操作时为避免合闸到故障线路,通常需要对停运线路的故障状态进行判断。对于一回正常运行、另一回处于热备用状态下的同塔双回输电线路,提出一种基于感应电压特征的停运线路机器学习故障识别方法。首先对停运线路感应电压有效值进行测量,取各相电压有效值、电压平均值及故障电压占比作为样本特征。采用径向基核函数支持向量机(RBF-SVM)对停运线路的故障状态进行识别;若存在故障则利用BP神经网络对故障类型进行识别。为验证该方法的故障识别效果,以河北省6条线路的实际数据为基础,在ATP-EMTP中建立500 kV同塔双回输电线路模型。结果表明,对热备用线路上故障状态识别准确率为100%;对故障类型识别时准确率达到99.7%,为调度工作中合闸操作及停运线路故障的排除提供了参考。

    2022年04期 v.49;No.218 14-22+32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1448K]
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  • 用于变压器端部垫块脱落故障识别的时间序列频谱熵稳定度算法

    刘云鹏;周旭东;王博闻;严才鑫;刘嘉硕;来庭煜;

    变压器声纹信号包含丰富的信息,在不同的运行状态下声纹可分为瞬态声纹和稳态声纹。以某变压器端部垫块脱落故障为出发点,分析其振动机理并挖掘声纹特征,实现对该故障的判别工作。首先,建立质量-弹簧-阻尼模型分析了该故障的振动模式和发展规律;其次,对声纹信号进行短时傅里叶变换,并利用Mel滤波器组对时频谱进行压缩感知;再次,利用时间序列频谱熵特征提取算法,引入了信号稳定度的概念;最后,对162台变压器现场采集的工况声纹信号数据集和试验采集的铁心松动故障信号数据集进行稳定度计算,统计稳定度分布情况。利用端部垫块脱落为瞬态声纹分布,而现场和铁心松动故障为稳态声纹分布的差异,通过稳定度方法从两类数据集中识别出端部垫块脱落故障。

    2022年04期 v.49;No.218 23-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2080K]
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  • 计及恢复效果的光热电站黑启动服务定价方法

    李少岩;孙永昭;顾雪平;方宇晨;

    光热电站(concentrating solar power, CSP)因其具备储热系统和良好的运行特性,有望成为服务于电力系统应急恢复的黑启动电源。由于目前黑启动服务无法充分调动CSP电站参与系统恢复的积极性,有必要提出一种适合CSP电站的黑启动服务定价方法。考虑兼顾黑启动服务的CSP电站运行特点,以引导CSP电站在潜在停电风险高时提升储热水平,加快系统恢复为目标,构建了计及恢复效果的黑启动服务定价模型。在模型中,引入等效机组容量来衡量CSP电站在系统恢复时的恢复效果,通过支付给CSP电站恢复效果费来激励其主动做好黑启动准备。为合理确定黑启动服务价格,详细构建了计及黑启动服务影响的CSP电站日前调度优化模型,并提出了综合评判指标。最后,以新英格兰10机39节点系统为例展示了定价过程,并验证了所提定价策略及方法的合理性、有效性。

    2022年04期 v.49;No.218 33-42+1-2页 [查看摘要][在线阅读][下载 1522K]
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  • 基于AFWA的二次系统故障关联分析参数优化

    徐岩;王鸣誉;范文;

    智能站二次系统出现故障时,可以利用关联分析法挖掘历史数据来得到故障分析结果,传统关联分析算法应用在智能站二次故障数据处理的过程时,需要设置支持度、置信度等指标来筛选合适的规则,指标需要人为设置,这个过程较为繁琐,同时还会产生大量冗余规则,分析时需要耗费大量人力。基于自适应烟花算法,提出了一种AFWA结合ITL-mine算法的关联优化方法,借助历史数据,利用目标函数实现优化参数,实现了对关联规则的优化,提高了规则的可靠性,同时还可以保证分析结果覆盖整个数据,最后引入规则筛选策略,设置最小相似度指标,对分析结果进行筛选,最大程度上排除冗余规则,排除衍生信号,提高规则的可阅读性,确保结果容易理解。经过验证,该方法相比于其它传统优化算法,收敛性能更好,在一定程度上节约了人力,同时保证了分析结果准确可靠。

    2022年04期 v.49;No.218 43-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1092K]
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  • 面向双碳目标的灵活性资源及其激励机制均衡分析

    唐成鹏;张粒子;邓晖;肖艳炜;

    双碳目标下,如何充分调用和激励系统灵活性、引导形成合理的能源结构,成为新型电力系统建设过程中亟需解决的问题。为充分揭示各类灵活性资源和不同激励机制的影响,提出一种结合双层优化模型和深度强化学习的电力市场均衡分析方法。首先,梳理新能源、抽水蓄能和需求响应等面向双碳目标的灵活性资源,从灵活性资源整合、现货市场优化调度与精细化结算、多种辅助服务产品及主辅市场联合优化、长期投资引导等维度,对激励灵活性的市场机制进行梳理和总结。然后,由各类资源的报价决策模型和电能量与灵活爬坡辅助服务联合出清模型构建双层均衡模型,并采用深度强化学习方法进行迭代求解,共同构成适应多种灵活性资源参与不同市场机制的通用型电力市场均衡分析方法。最后,通过构建高比例新能源算例,仿真计算不同灵活性资源组合、各种灵活性激励机制和不同电源结构下的市场均衡结果,进一步探讨灵活性资源及其激励机制的作用,为双碳目标下的新型电力系统建设和市场机制设计提供参考。

    2022年04期 v.49;No.218 52-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1190K]
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  • 并网逆变器早期故障诊断

    魏胜风;帕孜来·马合木提;樊鹏帅;

    并网逆变器是快切换系统且长期处在恶劣工况环境中,可控器件自身标称值便发生偏移,逐渐向硬性故障转化,会造成重大经济损失甚至人员伤亡等。因此,以中点钳位(NPC)型并网逆变器为例,根据键合图(BG)理论建立NPC型逆变器的BG模型,并在BG模型中加入势(De)和流(Df)传感器建立该系统的诊断混合键图(DHBG)模型,再通过覆盖路径法利用节点的特性方程推导出全局解析冗余关系(GARRs)得到故障特征矩阵(FSM),进而对逆变器早期故障进行检测和定位(FDI),并设计了自适应阈值以减少错误报警现象。最后,利用20-sim平台进行仿真研究,验证了基于BG模型的GARRs方法在并网逆变器早期故障诊断方面的有效性。

    2022年04期 v.49;No.218 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2447K]
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  • 不对称故障下永磁直驱风机故障相电压支撑优化控制

    盛四清;田颢璟;王倩;

    电网发生短路故障时,风机需要向系统提供无功功率支撑电网电压恢复。弱电网不对称故障时如果只向系统注入正序无功功率,在提升故障相电压的同时会导致非故障相电压抬升,加剧风机机端三相电压不平衡度,因此需要风机注入一定的负序无功功率来抑制非故障相电压抬升。为了进一步优化不对称故障下永磁直驱风机的故障相电压支撑策略,首先建立电网不对称故障下风机送端系统数学模型及正负序解耦控制锁相环,然后推导风机机端电压与有功无功之间的耦合关系。提出以机端故障相电压最高为优化目标,约束条件为三相电流最大值不超过换流器限流上限,在这种情况下风机发出无功的同时输出一定的有功功率更有利于非故障相电压的支撑。根据华北某实际风电送端系统在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证单相接地故障时该控制策略的可行性和有效性。

    2022年04期 v.49;No.218 73-79+112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1293K]
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  • 三相非正弦多重矢量功率理论

    李琳;于静茹;孙佳安;

    功率理论是以电路中的能量流动和物理现象为基础,通过数学表达式对功率特性进行准确描述,在电能计量、谐波和无功补偿等方面具有重要意义。随着电力电子技术的广泛应用,现代电力系统中非正弦和不对称问题日益严重,但传统无功功率定义仅在正弦条件下有意义,在非正弦下无功功率的补偿方案缺乏理论支撑。文中基于几何代数法建立了多重矢量功率理论,其功率分量包括有功功率、分散功率、Budeanu无功功率、畸变无功功率以及相间不平衡功率。该方法适用于非正弦单相和三相电路,能够很好地描述功率分量,并遵循电路中的基本定理。最后在不同的工况下对功率进行仿真计算,结果表明划分后的各部分功率能够被准确测量,且物理意义明确,验证了该方法的有效性。

    2022年04期 v.49;No.218 80-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1055K]
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  • 基于VMD的CNN-BiLSTM超短期风电功率多步区间预测

    赵征;周孜钰;南宏钢;

    风能是随机波动的不稳定能源,大规模风电并入电网将对电网稳定性造成很大影响,有效预测风电功率区间将极大提高电网经济性与稳定性。针对风电功率数据的非线性,非平稳特性,提出一种基于VMD的CNN-BiLSTM超短期风电功率多步区间预测方法。首先对风电功率数据进行小幅上下波动,形成CNN-BiLSTM模型的初始上下限。其次运用变分模态分解(VMD)分别将上下限数据分解为若干个子分量,以降低风电功率时间序列的非平稳特性。然后将子分量输入CNN-BiLSTM模型,得到风电功率预测区间。最后以改进覆盖宽度准则为目标函数优化区间,得到给定置信水平下的风电功率预测区间。使用某风电场实际运行数据,与CNN-GRU、CNN-LSTM、KELM、SVR这4种模型作比,验证结果表明基于VMD的CNN-BiLSTM超短期风电功率多步区间预测方法可有效提高风力发电超短期区间预测精度。

    2022年04期 v.49;No.218 91-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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  • 石墨烯涂料对片式散热器散热性能的影响研究

    白云松;尹忠东;

    目前片式散热器所用防腐涂料主要为丙烯酸聚氨酯涂料和环氧防腐涂料,其导热系数、发射率较低,严重影响了散热器的散热效果。为解决该问题,提出了向涂料中添加石墨烯的改进措施,首先制备了丙烯酸聚氨酯涂料和不同石墨烯添加量的水性环氧富锌涂料。然后实验测量并分析了丙烯酸聚氨酯涂料与不同石墨烯添加量的水性环氧富锌涂料导热系数、发射率。最后基于上述实验测量结果,以10 kV油浸式变压器用片式散热器为模型,用fluent仿真分别计算了使用石墨烯涂料与丙烯酸聚氨酯涂料时片式散热器的散热量。仿真结果表明:使用石墨烯涂料时散热器散热量明显高于使用丙烯酸聚氨酯涂料时,石墨烯涂料显著增强了散热器的散热效果。研究结果可为片式散热器的优化设计提供参考。

    2022年04期 v.49;No.218 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1301K]
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  • 基于吸收-压缩新型热泵循环变工况性能分析

    马世财;周少祥;王寅武;孙健;

    针对常规热泵在工业余热回收领域的应用缺陷,该研究针对一种压缩式与吸收式循环深度耦合的新型热泵,用于直接回收工业余热制取高温热水。研究首先介绍了耦合热泵循环的运行原理,其次建立了耦合热泵的热力学模型,最后计算分析了压缩式冷凝、蒸发温度及余热水出口温度对耦合热泵性能的影响。在设计工况下,回收75℃的余热水,耦合热泵可将高温热水由90℃加热至135℃,且COP可达到1.75,显著提高了常规热泵的工作范围,研究结果为该机组设计和运行提供了依据。

    2022年04期 v.49;No.218 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1401K]
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  • 基于铜、锰基的CaSO_4复合载氧体反应活性改善的实验研究

    李慧君;王业库;李东;张鹏飞;

    为了提高CaSO_4载氧体的反应活性,通过机械混合法和浸渍法分别制备了CuO+CaSO_4和MnO_2+CaSO_4两种载氧体。改变向CaSO_4载氧体添加CuO、MnO_2的方法和数量,利用热重分析仪进行了两种复合载氧体与CO的化学链燃烧实验,通过场发射扫描电镜和X射线能谱分析反应前后样品的组成并对表征了表观形貌,发现浸渍法和机械混合法分别制备的载氧体反应活性均有提高,但前者优于后者;当CuO和MnO_2分别添加5mol%、10mol%时,表现最佳;对比相同添加量,CuO+CaSO_4载氧体的反应活性较高,MnO_2+CaSO_4载氧体在反应初期反应活性很高,而后反应活性降低较快。CuO+CaSO_4载氧体更有利于提高化学链燃烧性能。

    2022年04期 v.49;No.218 113-119+126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1400K]
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  • 考虑不确定性的风力机翼型颤振边界研究

    于佳鑫;王晓东;陈江涛;吴晓军;康顺;

    随着风力机叶片长度不断增加,其柔性增加,气弹稳定性下降。准确判别叶片气弹稳定性边界对叶片设计具有重要意义。然而,风力机现实工作环境存在不确定性的随机影响因素,使得叶片气弹稳定性边界不是确定值。基于OpenFOAM求解器,对FFA-W3-241翼型的动态失速过程进行了数值模拟,通过能量法找寻翼型俯仰与沉浮耦合运动下的颤振边界;采用基于稀疏网格法的多项式混沌方法对耦合运动进行了不确定性量化分析。结果表明,在轻度失速工况下翼型颤振边界不明确,考虑不确定因素为俯仰平均攻角、俯仰攻角振幅、俯仰折合频率、沉浮距离振幅、沉浮折合频率后,翼型发生颤振的概率为49.48%。此外,颤振发生对俯仰折合频率的敏感度最高,其次是沉浮折合频率,而沉浮距离振幅、攻角振幅对颤振的影响较小。

    2022年04期 v.49;No.218 120-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1333K]
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