光伏组件数学模型研究与分析

提出一种以光伏组件数学模型,并在Matlab软件环境下对光伏组件进行仿真分析。与其他常用数学模型相比,该模型结构简化,易于操作,能更好地描述光伏组件的电气特性。该模型考虑了在任意光强和温度下光伏组件的输出特性,并将理论估算结果与光伏组件输出特性实验结果比较,两者误差在工程应用允许的精度6%以内。与传统建模方法相比,精度有所提高,为对整个光伏发电系统的进一步研究提供参考价值。     

基于VBR的永磁同步电机节点建模方法研究

大规模电力电子分布式电源与电力电子装置的接入将使电网特性逐渐电力电子化，进行电磁暂态仿真时，将电机模型采用节点法进行建模可以将其作为1个电路元件对整个电力电子系统整体进行建模仿真，提高了仿真效率。voltage-behind-reactance(VBR)建模方法通过将电机建模为电阻–电感–反电势的节点模型，具有直接的电机–外电路接口，但是该方法并不适用于转子结构不对称的凸极式永磁同步电机。针对该问题，文章首先推导基于扩展反电势的凸极式永磁同步电机的数学模型，并提出一种隐显式混合数值积分方法以解决该模型扩展反电势微分项求解的问题。对比了多种建模方法的准确性及运行效率，仿真结果表明，所提模型具有较高的仿真精度与运算速度，且在较大的仿真步长也能够保持稳定，可以准确、高效地应用于包含凸极式永磁同步电机的电力电子系统暂态仿真。     

集成数据中心的综合能源系统能量流–数据流协同规划综述及展望

集成数据中心的综合能源系统(integratedenergy system,IES)成为能量流–数据流深度融合、双向互动的物理载体。IES为数据中心高效低碳供能,并利用数据中心的用能时空可调特性提质增效;数据中心推动IES数字化转型,并促进IES发展数据服务实现业务增值。该文对集成数据中心的IES能量流–数据流协同规划进行综述与展望。首先,梳理并总结了数据中心的数据网络分层架构、计算能耗建模方法和热力学过程建模方法;其次,分析了数据中心用能时空可调特性,探究了集成数据中心的IES能量流–数据流耦合机理;在此基础上,构建了能量流–数据流协同规划广义模型,并分别从跨区级、区域级和用户级3个层次进一步探究了集成数据中心的IES规划模型特点,提炼了规划模型的建模要素;最后,对集成数据中心的IES能量流–数据流协同规划未来发展方向进行了展望。     

面向碳中和的港口综合能源系统(二):能源–交通融合中的柔性资源与关键技术EI北大核心CSCD

港口综合能源系统是能源–交通融合发展的标志,是海洋交通系统节能减排的重要途径,但其分析建模仍存在困难。为厘清港口综合能源系统的建模思路,总结其中的关键问题,该文首先从能源侧与交通侧分析港口能源–交通融合中的柔性资源,分别提出这些柔性资源的建模方法。同时,基于当前陆地综合能源系统的研究,展望港口综合能源系统的能流建模方法。最后结合当前研究现状,提出能源–交通融合规划方法、能源–交通融合运行方法、能源–交通融合评估指标体系3个未来关键技术。研究表明,目前对于港口能源–交通融合建模的工作尚处于起步阶段,港口综合能源系统缺乏统一建模方法,所提模型可以作为未来研究的基础性工具。     

基于温度影响的锂电池模型研究

本文研究分析了一种基于Simscape的锂电池建模方法。通过Simscape语言建立二阶RC等效电路模型中各个组件的物理模型,然后在Simulink环境中按照等效电路中各组件的物理连接关系搭建锂离子电池的二阶RC等效电路模型,模型将考虑温度对电池的影响,模型验证结果表明,该方法所建模型能够准确地反映电池的动静态特性。     

实时动态监测系统在东北电网负荷建模中的作用

东北–华北联网后的计算分析表明，选择不同的发电机和负荷模型对稳定计算结果的影响较大，东北电网负荷模型的建模或校核需要以大扰动试验数据为依据，分析了实时动态监测系统(wide area measurement system，WAMS)在东北电网基于大扰动事件的负荷建模过程中的作用，WAMS是大扰动试验风险可观测、试验出现异常情况可控制的基本保障，为基于大扰动事件负荷建模研究提供了电网动态测试数据，其实测的相量数据同时也是建立仿真计算运行方式的重要数据源。运行经验表明，开展东北电网负荷建模的可持续研究需要基于WAMS的扰动数据收集、处理和分析制度的保障。     

可控电流源型换流器换流应力分析EI北大核心CSCD

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。     

双馈式风力发电系统的机电暂态建模与运行分析

为了准确分析双馈式风力发电系统及其在电网中的运行特性,建立了该系统的机电暂态模型。应用机理建模方法建立了风力机、机械转动装置和双馈异步发电机等双馈式风力发电系统各组件的数学模型和桨距角控制模型。基于电磁暂态模型结合机电运行特性建立了转子侧和网侧的变流器控制系统模型。在此基础上,在PSASP7.0建模系统中构建了完整的双馈式风力发电系统的UD模型。将该UD模型应用于含双馈式风力发电的单机无穷大系统中,对风速变化和电网故障等情形进行了仿真分析,结果表明所建模型能正确反映系统的机电暂态特性和运行特性。     

基于能源自组织的能源–信息–交通–社会耦合网络研究综述

该文归纳了复杂网络视角下研究能源–信息–交通–社会耦合网的背景意义、国内外研究现状、面临的研究挑战及亟需解决的关键科学问题。基于自组织理论对亟需解决的关键科学问题进行深入思考,并定义了能源自组织(energy self-organization,ESO)概念。通过ESO个体与集群的复杂特性分析,总结和比较了ESO与现有诸多文献研究类似概念的差别与优势,完善了复杂网络分析在区域能源互联网中的应用理论体系。通过提出ESO个体和集群的复杂网络建模、最优网络流分配、同步控制、故障级联机理分析及利益交互博弈等问题的研究思路与方法,揭示和增强能源–信息–交通–社会耦合网局部和整体在相互作用过程中的独立自治、自优化、自适应等特性。最后,分析展望了基于复杂网络分析研究能源–信息–交通–社会耦合网络的前景。     

光伏电池数学模型的labVIEW仿真分析

针对光伏电池数学模型需要知道一些特定参数,分析研究光伏电池有一定的困难,为此本文提出简化的工程用数学模型。使用LabVIEW搭建所建模型,并模拟光照强度和环境温度的变化对光伏电池输出特性的影响。仿真结果接近光伏组件实际工作特性,验证了建模的有效性。光照强度和温度对光伏电池输出特性影响的测试实验验证了所建模型的正确性,对于光伏阵列建模及光伏电池的研究有理论和实际意义。     

免液氦量子电压标准热传导特性

基于小型Gifford-McMahon(G–M)制冷机的低温系统是免液氦量子电压标准的关键组件之一，然而由于量子效应的电学表征与结阵表面温度密切相关，结阵芯片对环境温度高度敏感。特别是当结阵表面辐照较大功率的微波时，大量热负荷加剧了无液氦环境下超导量子态的不稳定性。针对上述问题，深入分析和研究了免液氦量子电压标准的低温固体热传导特性，建立低温恒温系统两级辐射漏热及结阵接触热传导模型，应用该模型设计了低温恒温器，并开展了结阵温度稳定性和超导电流–电压(I–U)特性实验。实验结果表明：2伏可编程约瑟夫森结阵所有子阵列的量子电压台阶宽度均大于1.3 mA，验证了所提模型的准确性和可行性。该研究的相关理论和方法可为免液氦量子电压标准低温系统设计和完善提供重要依据。     

光伏组件局部遮挡特性仿真及分析

近几年随着太阳能光伏产业的突飞猛进,光伏组串的相关特性分析与仿真得到大量的研究,而对于组件内部的研究则相对较少。本文建立了光伏电池片级的光伏组件仿真模型,对其横向、纵向局部遮挡特性进行了理论分析与仿真,对旁路二极管对组件输出特性的影响及其本身的动作条件、组件夜晚特性进行了研究,仿真分析了其外接电压源时的输出特性。各项实验结果均证明了仿真模型及理论分析的正确性。     

多VSC系统有功功率–频率动态的电路建模方法

包含不同类型电压源变流器(voltage-source converter,VSC)的多机系统在各种干扰期间易发生暂态功率环流和功频振荡现象。为了简化多VSC系统有功功率–频率动态特性分析,文中基于机械导纳法构建描述VSC有功功率–频率动态的电路模型。根据机电比拟原理,构建单台同步发电机(synchronous generator,SG)/VSC的电路模型框架,并推导9种典型VSC控制的电路模型参数。以VSC四机系统为例,构建其电路网络模型,并从模型比较、频域特性和仿真分析3方面验证所建模型的准确性和有效性。电路建模法的优点是不仅可推导出不同类型扰动下的详细传递函数,而且对不同类型VSC控制策略均适用。基于该模型,可采用电路理论分析多VSC系统的有功功率–频率特性,为多VSC动态特性分析提供了一种新思路。     

电弧热等离子体建模、仿真及应用综述

电弧现象是电气工程领域的基本问题,在该领域的研究包括电弧利用和电弧抑制2个方面,借助常规实验条件观测电弧等离子体物理状态属性较为困难,对其采用建模、计算、试验等分析手段,是优化电气结构、完善工艺过程等方面的重要依据。在综合已有电弧研究文献基础上,从建模机理及分类、数值计算方法、计算仿真软件、应用领域及测试系统等方面进行了全面的归纳与整合。首先可把电弧建模划分为外部电气特性和内部物理–化学特性两种方式,前者将电弧视为系统电路组成部分,通过数值拟合或经验值提取等方式确定模型参数后进行仿真,研究其外特性变化;后者是以流体力学、动力学、热力学、电磁学等理论为建模依据,进行电弧内部机理分析,反映了电弧流体的整体宏观属性和粒子细致微观属性的动态物理化学过程。其次,在数值计算方面,介绍了常规数值计算和数值实验的内容、区别和适用范围,对数值计算方法进行了分类汇总。从电弧模型的应用对象及应用角度,介绍了几种模型的计算过程及步骤。再次,汇总了目前常规使用的商业仿真软件,对其核心算法、特点及操作步骤进行了介绍,总结了各自适用范围和领域。最后,根据电弧的应用领域及产生电弧的背景参数,分析了所适用的建模理论依据及模型种类,并对不同应用场合下的电弧实验测试手段及平台的使用情况进行了综述。     

主网在线安全态势及运行经验的获取方法

基于单一指标的主网在线安全态势(即安全水平及趋势)表征,便于运行经验的获取和积累,也易于"知识"建模。基于电网的有功路径映射弹性网模型,分析了主网静态功–角安全性特征;从适配性和抗噪性方面,选择并研究了量化指标的可行性,进而提出了基于摄动–安全态势感知的经验获取方法。分析发现,电网静态功–角稳定的充要条件是所有全路径都满足功–角稳定;分级电网(包括主网)的功–角安全性特征是,所有分级路径的长度(即相位角差)均衡且较短。研究表明,等效功角指标?eq(t)可量化主网的安全性特征,且在个别分级路径变长导致整体安全性变差时,具有良好的灵敏性;PMU测量误差不影响?eq(t)曲线的趋势,仅造成上、下微小偏移;?eq(t)表征的整体安全态势,对各种摄动(运行动作和扰动)具有正确、清晰的响应。该研究不仅具有现实意义,也为实现"智能电网"提供了一条有前景的探索途径。     

考虑燃气–蒸汽联合循环机组的机组组合建模综述EI北大核心CSCD

在“碳达峰、碳中和”背景下,燃气–蒸汽联合循环机组(combined-cycle gas turbine,CCGT)因其快速启动及深度调峰等优良特性,可为消纳大规模可再生能源提供灵活性资源,得到了广泛关注。首先,该文针对现有关于CCGT的6种建模方式,讨论其建模的精确性、计算效率以及解的可行性。其次,总结其中4种考虑机组内部轮机实际物理特性的模型,并比较他们的特点及适用范围。最后,考虑将蒸汽配合特性引入模型以及精细化启停过程、变量类型、收紧约束、结构变化对模型求解的影响。研究结果能够为推动适用于大规模机组组合的CCGT建模研究和应用提供一定参考。     

10 kV直流配电系统建模与仿真研究

针对系统网架主回路结构、网架参数、设备拓扑及设备控制系统进行了论述，并分析了AC/DC电压源换流器及DC/DC直流变流器等关键设备的建模方法。通过MATLAB/Simulink仿真平台搭建了系统模型，并基于所建立的模型，对关键设备的控制方法进行分析，同时开展了系统稳态和暂态运行的仿真研究，得出了直流配电系统直流电压和功率的稳态和暂态运行特征，从而检验了系统建模的正确性，为后续研究打下了良好基础。     

高压直流换流站换流系统宽频建模研究

高压直流(high voltage DC,HVDC)换流站电磁骚扰主要由阀体内的晶闸管在周期性的导通和关断过程中产生。该骚扰中的高频分量通过辐射和传导2种形式可能会对换流站内的通讯设备、保护与控制系统和载波系统以及换流站附近的无线电台站等产生影响,所以,建立换流系统的宽频等效电路模型对该骚扰进行计算和预测,研究其时频特性是进行干扰机理分析的前提条件。该文给出了HVDC换流站各主要设备的建模方法及其等效电路,包括阀组件、换流变压器、平波电抗器、滤波器等。其中,阀组件内各元件的阻抗通过网络分析仪测量,然后通过矢量匹配进行零极点提取,最后通过布隆法进行网络综合得到阀组件各器件的宽频等效电路。应用有限元方法计算了阀塔以及散热片的寄生电容参数。以阀塔作为整体,基于PSCAD/EMTDC建立了HVDC换流站换流系统宽频仿真模型。在此基础上,研究了传导电磁骚扰特性。计算结果和测量结果的比较,验证了该文建模方法的正确性。     

基于全要素组件模型库的输电线路杆塔三维高效高精度建模

目前国内高压输电线路杆塔三维模型大多依靠专业建模人员参考相应的设计参数,采用CAD软件手工创建,工作量大且费时、费力,难以满足高压输电线路走廊快速数字化建模的需要。对此,提出了一种输电杆塔三维模型组件式建模方法,满足建模人员对输电杆塔的快速、高精度三维重建。通过对不同类型输电杆塔的现有三维模型进行分解,建立输电杆塔的全要素组件模型库,实现模型库中的不同组件能够根据其固定的连接关系自动拼接。在对特定杆塔建模时,用户只需指定输电杆塔的类型和高度参数,并对模型方向和塔头宽度进行微调,即可获得输电杆塔的高精度三维模型。该方法能降低输电线路杆塔三维建模的难度,提高建模效率,满足电力线路走廊快速数字化建模的工程应用需要。     

正极性上行先导特性的模拟试验方法

开展负极性雷电地闪过程中地面物体正极性上行先导特性的模拟试验研究是完善雷电屏蔽分析模型的基础,选择正确的模拟试验方法十分必要。分析了采用棒–棒、棒–板及板–棒等典型放电间隙结构的模拟试验方法的电场特征,研究了各种方法获得的正极性先导特性,并通过与自然雷电下的电场特征及上行先导特性进行对比,评价了各模拟试验方法的等价性。结果表明:采用棒–棒间隙和棒–板间隙无法模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性;采用板–棒间隙可以模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性,但传统的冲击电压发生器无法产生与自然雷电下行先导趋近地面过程中电场时变规律相同的冲击电压。因此,提出了研发一种基于电力电子技术、能够模拟自然雷电下电场时变规律的高压任意波形发生器,并结合板–棒间隙结构,形成正确有效的正极性上行先导特性模拟试验方法。