舰船直流区域配电系统安全运行边界计算与分析

根据综合电力系统采用直流区域配电的特点,借鉴配电网最大供电能力(TSC)的概念,提出基于斩波器负载率的舰船直流区域配电系统安全域模型及其TSC模型,并引入{1}-广义逆的概念分析了安全域模型的解空间形式。进而给出了可视化安全边界仿真算法流程,将TSC模型求解结果作为初始迭代值,对直流区域配电系统中的斩波器进行两两分组,任选一组进行仿真逼近,得到二维安全边界断面图。最后,采用Lingo计算了直流区域配电系统TSC临界安全工作点,给出了两种典型分组情况下的安全边界断面图,分析了同一区域和不同区域各斩波器之间的负荷关系,为综合电力系统安全预防控制提供了研究基础。     

舰船直流区域配电网线路保护方法

针对传统舰船保护方法在新型舰船直流区域配电网中适应性差,以及现有研究对该型网络故障暂态特征认知不足的问题,展开分析并提出线路保护方法.阐述了多种舰船直流区域配电网络共性,分别从设备级和系统级分析了传统舰船保护方法对新型舰船直流区域配电网的适用能力;推导了区域配电中变流器限流控制下的系统短路电流和线路保护整定之间的计算关系,通过递归小波分辨故障电流特征信号,避免保护拒动;结合网络拓扑结构,分析开关保护范围的重叠性,对广度优先搜索算法进行改进,确定开关动作优先级别,划分保护动作范围,解决保护误动;提出基于三维综合控制覆盖域的新型保护方法,仿真验证了保护方法.该方法所用到的3个维度之间相互独立,能够确定保护动作的覆盖范围,适应舰船直流区域配电网的继电保护需求.     

电机控制及配电系统备件优化配置

为了提高舰船电力系统的运行安全性和设计科学性,研究了舰船电力系统电机控制及配电系统的备件设置对电力系统脆弱性的影响。提出了综合考虑降低费用、重量、体积等约束条件,以多尺度综合脆弱度范数最小与资源消耗规模最小为双目标的优化模型;根据满足率的要求确定舰船电力系统电机控制及配电系统的初始备件配置方案,再利用边际优化方法得到最优备件配置方案。实现在网络结构不变的前提下,通过合理配置节点元件备件数量,达到提高舰船电力系统健壮性的目的。最后以复杂环形舰船电力系统为例对模型及算法进行了验证。     

中低压直流配电电压层级配置方法

随着直流配电系统的发展,中低压直流电压等级的确定,在直流配电典型应用场景中,如何合理地选取电压序列确定直流电压层级,是直流配电发展初期的基础问题。首先,针对中低压直流配电系统提出了电压层级选取方法。该方法根据综合费用最低原则,分析了影响直流配电电压层级的关键因素,并建立了直流配电电压评估模型。然后,通过该模型对每一级电压值的综合费用进行对比,从而选取出完整的电压序列。最后,以负荷密度近似均匀的供电区域为例,验证了所提方法的有效性,为直流配电系统建设提供了参考。     

适用于直流配电网母线保护的改进方法

当直流系统的母线发生故障时,故障电流迅速上升,目前直流配电网母线保护基本引用了交流保护方案,动作时间较长,不利于直流故障的快速隔离。为保证经济性的同时,实现在直流配电系统母线故障时的可靠快速保护,首先对直流配电网母线故障特性进行分析,然后对直流配电网母线保护接线方案、保护算法、资源配置进行改进,提出了差流直接通过直流互感器采集、采用电流变化率算法、分级处理数据、使用不同形态出口继电器等方法。通过实时数字仿真仪进行仿真分析,验证了所提方法的有效性,该方法在兼顾经济性同时可以有效提高直流配电系统母线保护的可靠性和快速性。     

考虑电动机启动的舰船直流区域配电系统最大供电能力计算与分析

根据舰船综合电力系统采用直流区域配电的新特点,以电动机安全启动为目标,提出基于逆变器负载率的直流区域配电系统(DC zonal electrical distribution system,DC-ZEDS)负荷一次转供最大供电能力(total supply capability,TSC)模型,通过引入虚拟联络矩阵和综合负荷转移矩阵的概念推导负荷二次转供矩阵的表达式,并给出逆变器最大负载率的解析表达式。然后,根据DC-ZEDS的结构特殊性,建立基于逆变器过载约束的负荷二次转供TSC模型。最后,分别计算逆变器安全运行和区域内直接联络逆变器过载两种状态DC-ZEDS的负荷一次转供TSC及逆变器的最大负载率向量,分析负荷一次转供后逆变器过载的可能,进一步通过解析法和模型法求得负荷二次转供TSC,并根据逆变器负载率之间允许差额的不同给出几组不同的逆变器最大负载率向量,解决DC-ZEDS因电动机启动可能造成的切负荷问题,并给出该情况下DC-ZEDS的安全运行边界,为舰船综合电力系统安全预防控制提供研究基础。     

考虑电动机起动的舰船直流区域配电系统预防控制方法

根据舰船综合电力系统(IPS)采用直流区域配电的新特点,针对电动机起动带来的逆变器过载问题,在电动机安全起动的前提下,以最小化开关操作代价为目标,分别建立负荷一次转供模型和负荷二次转供模型。然后,通过比较不同工况下直流区域配电系统(DC-ZEDS)的负荷量与负荷转供最大供电能力(TSC)模型给出的安全边界之间的大小关系,同时,考虑负荷优先级的不同,给出了DC-ZEDS的重载询问流程。最后,针对不同工况下的负荷分布情况,提出相应的预防控制策略,解决了因电动机起动可能造成的逆变器过载问题,并最大限度地避免了切负荷操作。     

“直流配电系统关键技术”特约主编寄语

当前,光伏等直流型分布式电源快速发展,电动汽车充电桩、数据中心等直流型负荷日益增多,使得配电系统中“源荷”的直流特性日趋明显。由于直流配电系统能有效减少变流环节、提高对分布式电源的接纳能力和能源利用效率,在国内外引起广泛关注。未来直流配电系统的高效可靠运行与推广应用,对系统规划、运行、控制与保护等技术,以及直流相关设备的研发等诸方面都提出了新要求和新挑战。 《电力系统自动化》针对这一研究热点策划了“直流配电系统关键技术”专辑,旨在剖析直流配电系统在分布式电源与负荷接入、电压序列、电气装备、控制保护等方面的新特点,分析未来直流配电网技术发展趋势,研讨直流配电系统规划设计、设备研发、控制保护以及工程应用等关键技术。本期专辑收录论文17篇。 直流配电系统总体方面安排3篇论文。针对中压直流配电网应用场景与系统设计问题,华北电力大学韩民晓等论述了其应用场景、特点及优势,并从工程实现的角度阐述了中压直流配电网设计所涉及的关键技术。针对当今社会能源变革现状及电力系统发展新趋势,山东大学马钊等指出了新一代低压直流供用电系统的主要特征、典型应用场景、关键技术及未来研究方向。针对直流配电系统的控制与保护问题,天津大学王守相等对直流配电系统的控制与保护协同关键技术进行了总结和展望。 直流配电系统规划方面安排3篇论文。针对中低压直流配电电压层级选择问题,中国科学院电工研究所金吉等建立了直流配电电压评估模型,提出了中低压直流配电电压层级的选取方法。针对直流配电系统的组网问题,华南理工大学张勇军等开展了直流配电系统的接入方式及其控制技术研究。针对配电网直流改造问题,中国农业大学许彪等提出了考虑高密度负荷与分布式电源接入下城市配电网直流改造经济性评估模型和方法。 直流配电装置研发方面安排1篇论文。针对在直流变压器中广泛应用的隔离型双有源桥直流变换器关键技术问题,华中科技大学胡燕等提出了双重移相隔离型双有源桥变换器的自然软开关电流应力优化方法。 直流配电系统运行控制方面安排4篇论文。针对交直流配电网状态估计问题,浙江大学马鑫等考虑相量测量单元及数据采集与监控系统混合量测,提出了采用原对偶内点法进行三相不平衡下交直流配电网状态估计的方法。以中低压直流配电系统为研究对象,东南大学潘鹏鹏等提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。为实现系统扰动后不平衡功率的优化分配以及直流电压的稳定控制,东北电力大学成龙等提出了基于元胞自动机的多端柔性直流配电网自组织下垂控制方法。山东理工大学彭克等还对柔性直流配电系统稳定性及其控制关键问题开展了综述研究。 直流配电系统保护方面安排3篇论文。针对采用故障自清除换流器消除故障电流的直流配电系统的健全区失电问题,天津大学李斌等提出一种基于二极管的直流配电系统故障分区方案及保护策略。针对环状直流配电网的中压直流线路单极接地故障的保护问题,华北电力大学戴志辉等提出了基于模型相似度比较的环状柔直配电网线路保护方案。针对直流配电线路保护,北京交通大学李猛等提出了基于全电流方向特征的柔性直流配电网纵联保护方法。 直流配电系统工程应用方面安排3篇论文。南瑞集团有限公司吴通华等结合即将实施的苏州中低压直流配用电系统示范工程,研究了其保护分区及原则、保护配置方案和故障定位方法。国网江苏省电力有限公司电力科学研究院刘瑞煌等探讨了中压直流配电网中直流变压器的工程化应用问题。针对珠海唐家湾三端柔性直流配电网故障隔离需求,清华大学屈鲁等开展了三端口混合式直流断路器工程应用研究。 最后,衷心感谢各位作者的踊跃投稿,感谢各位评审专家和编辑部为本专辑从酝酿到推出所付出的辛勤汗水。期盼通过本专辑的引领,以小流汇成大海,促进在直流配电这一领域更多的开拓创新,并收获累累硕果。     

利用直流输电的电力系统恢复多目标优化方法

为了兼顾直流系统快速可靠启动和交流系统稳定可靠运行,提出利用直流输电的电力系统恢复多目标优化方法。所提方法以系统恢复功率的效率最大化、最短的直流输电系统启动时间和已恢复交流系统的抗冲击能力最大化为优化目标,并考虑各类约束;然后结合非支配近邻免疫算法(NNIA)和最短路径优化算法对电力系统恢复过程进行优化;最后采用灰关联投影算法对Pareto最优解集进行排序优选,确定最满意的利用直流输电的电力系统恢复方案。以新英格兰10机39节点系统和利用政平换流站恢复江苏南部电网为算例,并采用PSCAD搭建电力系统恢复模型,仿真验证了所提方法可快速、可靠地恢复电力系统。     

直流配电系统保护技术研究综述

直流配电系统适用于分布式电源多点接入,可促进直流家电和"直流生态住宅"的发展,是配电领域新的发展方向。继电保护技术是直流配电系统发展的关键技术之一,目前尚处于起步阶段,亟需深入研究。该文旨在系统地介绍国内外直流配电系统保护技术的研究状况。介绍了目前直流配电领域的三种保护设备,总结直流配电领域保护的研究现状,包括地铁、舰船直流配电的保护和直流配电系统的保护;重点介绍了直流配电系统故障定位和隔离,以及典型直流配电系统的整体保护配置方案。指出了目前直流配电系统保护亟需解决的关键问题和未来的发展方向。     

基于直流区域配电的船舶电网潮流计算

考虑到船舶直流区域配电网络与传统船舶配电网络在结构上和电制上存在的差异,根据船舶直流区域配电网络的数学模型,提出一种新的潮流计算方法。针对直流网络的特点,将前推回代法和牛顿拉夫逊法做了变形,并对船舶直流区域配电网络进行了分层处理。利用改进之后的船舶直流网络潮流计算方法,分别对各层单独计算。最后通过对某船直流区域配电网络实例进行计算分析,验证了该方法的正确性。     

直流混合型超导限流器强迫换流方法研究

针对现有断路器开断容量不能满足现代舰船直流电力系统短路电流分断要求的现状,提出了一种直流混合型超导限流器的方案。舰船直流电力系统短路电流上升率高达20 A/μs,该限流器需要完成短路电流的快速换流,研究了强迫换流方法。讨论了直流混合型超导限流器的工作原理,对限流器的限流过程进行了分析。在给定电力系统短路电流参数的条件下,结合电路仿真软件,对辅助换流支路参数进行了设计。实验结果表明,强迫换流的方法在38 μs内完成了上升率为20.4 A/μs的7 680 A的短路电流的换流,混合型方案具有可行性,强迫换流的方法能够实现短路电流的快速换流。     

配电系统状态估计区域解耦算法

简述了目前常用的配电状态估计算法,分析比较了这些算法各自的优缺点。针对配电系统量测的特点,提出一种配电系统状态估计的区域解耦算法,将配电网中各馈线分解成多个量测区域,使得分解后的各个区域之间解耦,即可以对各个区域单独进行状态估计。该算法无需利用配网辐射特性或者放弃某些实时量测,就可以大大减小计算规模,加快计算速度,因此能充分利用各种量测,还可以应用于弱环网配电系统。理论分析和算例结果表明,所提出的方法高效可行,适合当前配电系统在线应用的实际要求。     

电力电子在舰船电力系统中的典型应用

近年来,电力电子技术得到了迅速的发展,越来越广泛地应用于舰船电力系统领域.本文列举了电力电子在舰船高速感应发电机静止励磁系统、静止式电能变换系统、直流区域配电系统以及电力推进系统中的典型应用,并对后续加快电力电子技术的发展提出了几点建议.     

基于故障全电流相关性检验的柔性直流配电线路纵联保护

柔性直流配电系统中,直流故障通常导致全网换流器自身闭锁保护速动(2～5ms),保护需要利用有限、时变的故障信息快速、准确地识别故障区域,跳开相应故障隔离开关快速恢复供电。因此,基于时变的故障暂态信号,研究快速、准确识别故障区域的保护是直流配电系统发展的迫切需求。该文提出一种基于故障全电流相关性检验的柔性直流配电线路纵联保护。该方法以故障发生后线路两侧电流波形形变特征、极性特征的规律变化为基础,通过t检验(假设检验的一种)算法对两侧全电流信号进行相关性检验,即对两侧全电流信号的幅值大小、方向、极性、突变特性进行统一描述,进而构造保护动作判据。所提方法优点在于无需固定频段特征提取,无需特征绝对值及瞬时幅值的比较,因此避免了常规利用暂态信号的保护受过渡电阻、线路分布式电容、噪声的影响。通过物理实验与仿真结果表明所提保护能较好地满足直流配电系统对保护速动性与选择性的需求,具有一定的应用前景。     

基于等效电流量测变换的状态估计及不良数据检测与辨识方法

针对输电系统和配电系统量测类型多样性及传统快速解耦状态估计算法的不足，作者讨论并发展了一种基于等效电流量测变换的状态估计及不良数据检测与辨识方法。该方法是通过对量测系统的实际量测进行等效电流量测变换，并根据误差传播理论改变相应的量测权值而推导出来的。它不仅保留了传统状态估计算法的快速解耦特性，并在无任何假设的情况下实现了雅可比矩阵的完全常数化，算例分析表明，该方法快速有效，对r/x的比值不敏感，并能有效地处理不良数据，能较好地应用于输系统和配电系统的状态估计计算。     

计及等效电流量测变换及坏数据辨识的状态估计方法

针对输电系统和配电系统量测类型多样性及传统状态估计算法的不足,讨论并发展了一种基于等效电流量测变换的状态估计及坏数据检测与辨识方法。该方法是通过对量测系统的实际量测进行等效电流量测变换,并根据误差传播理论改变相应的量测权值而推导出来的,其不仅保留了传统状态估计算法的快速解耦特性,并在无任何假设的情况下实现了雅可比矩阵的完全常数化。算例分析表明,该方法快速有效,并能有效地处理不良数据,能较好地应用于输电系统和配电系统的状态估计计算。     

舰船直流限流器故障快速保护装置的设计

舰船直流电力系统的短路电流在几ms内就可达到峰值,限流器必须快速检测并限制故障电流,从而有效抑制短路电流对系统的冲击。提出了基于电流变化率di/dt与电流幅值I双重判据的快速检测短路故障原理,以CPLD器件核心开发了保护装置,并对该装置进行了试验验证,试验结果表明,故障快速保护装置可以满足舰船直流电力系统的短路保护要求。     

基于快速分解法的电力系统状态估计

电力系统状态估计,对保证电力系统的安全性和经济性起着重要的作用,是电力系统调度、控制、安全评估等方面的基础,也是当代电力系统能量管理系统（EMS）的核心组成部分。状态估计算法是状态估计的核心,其中快速分解状态估计算法是在吸取潮流计算经验的基础上得到,是状态估计的优良实用算法。本文对电力系统状态估计的原理及方法进行研究,建立了快速分解法状态估计的数学模型。最后,通过对IEEE-14节点的算例分析,验证模型的有效性。     

基于有限状态机转换矩阵建模的直流配电系统精细化控制

电力电子化和多电压等级化是未来直流配电的两大基本特征,对系统进行精细化和分散化控制是直流配电控制领域亟待研究的问题。针对中低压直流配电系统多运行状态、多元电力电子装备和多控制模式现状,建立了有限状态机矩阵对系统多重运行状态及相互切换过程进行数学描述,同时提出系统基于多换流器并网的协调控制策略,实现平滑切换的同时达到精细化控制。该方法将直流配电系统当前运行状态和触发条件作为控制器输入变量,待转换状态和系统协调控制策略作为输出变量,建立数学模型。最后,通过仿真分析验证了所提方法的正确性和有效性。