大功率电力电子变换器技术及应用专辑主编评述

大功率电力电子变换技术在提高大型互联电网运行可靠性、中高压大容量电力负荷供电与驱动、新能源中高压并网发电、电能质量治理以及大规模电力储能有着广泛的应用前景。为了总结近年来大功率电力电子技术变换方面取得的成果,梳理大功率电力电子变换技术的发展方向,电源学报特别推出“大功率电力电子变换器技术及应用”专辑。专辑征文得到了各高校和企业同行的大力支持与积极响应,经过认真细致的评审,收录18篇论文     

一种Buck变换器大信号非线性模型

多变换器系统广泛应用于航天航空、舰船电源以及新能源发电中。随着应用条件的变化,多变换器系统的工作点大幅改变,其大信号稳定性是系统分析与设计的关键。由于电力电子变换器的复杂性,多变换器系统大信号详细建模往往面临阶数过高、工作模式过多等问题。首先以平均电流控制的Buck变换器为例,分析了变换器不同工作模式的特征;然后,基于变换器平均模型给出一种大信号非线性模型,该大信号模型在DCM和CCM模式下具有统一的数学表达,并实现了系统的降阶;最后,通过逐周期仿真,验证了该模型的准确性。     

计及柔性资源的含风电场电力系统多目标动态协调调度EI北大核心CSCD

针对风电出力的间歇性和不确定性,提出考虑能量存储系统和需求侧管理的含风电场电力系统的动态经济环境协调调度模型。结合风电出力概率模型,将含随机变量的机会约束转化为确定性约束条件。在此基础上,建立含风电场及柔性资源的多目标调度模型,并提出一种基于拥挤熵的改进多目标粒子群优化(IMOPSO-CE)算法对该模型进行求解。最后以含6台火电机组和1个风电场的电力系统为算例,对不同调度情景下的仿真结果进行比较分析,验证了所提模型的合理性及IMOPSO-CE算法的有效性,为解决含风电场电力系统动态经济环境调度问题提供了一种新思路。     

考虑动态频率约束的含高渗透率光伏电源的孤立电网机组组合

孤立电网具有低惯性及一次调频能力弱的特点,高渗透光伏接入孤立电网后会进一步降低孤立电网惯性及其调频能力。为了保障系统有充足的频率响应能力,本文在UC中考虑动态频率约束,并且通过光伏电源减出力参与调频来增强系统的调频能力。推导考虑光伏电源调频情况下,系统发生故障时最大频降、最大频降出现时间的表达式。基于此,推导了光伏的最小调频容量表达式,用以限制UC在优化过程留有充足但不过量的光伏电源调频容量。根据以上推导建立考虑动态频率约束的含高渗透率光伏电源的孤立电网UC优化模型。针对所提的混合整数非线性优化模型,采用产生Benders割以及优化割的方法来降低问题的求解复杂度。最后采用含高渗透率光伏电源的孤立电网算例进行测试,结果表明所提模型能够兼具安全性和经济性,测试过程也表明了所提求解方法的有效性及优越性。     

高压直流绝缘材料表面电荷积聚研究进展

随着直流输电技术的发展,直流气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)因其具有占地面积小、可靠性高、维护少等优点已得到越来越多的关注。相比交流GIS,直流GIS盆式绝缘子存在严重的表面电荷积聚问题,导致其沿面闪络特性下降,制约着直流GIS的工程应用。目前关于高压直流下绝缘材料表面电荷积聚特性及抑制措施的研究已成为国际上的热点,本文对此进行系统性的综述,包括:表面电荷测试的常用技术和电荷反演算法,表面电荷的积聚途径及相应来源,表面电荷积聚的仿真模型,表面电荷积聚的影响因素及调控措施。最后,对表面电荷积聚下一步的研究工作给出了建议。     

考虑无功功率的大电网主动解列最优断面搜索策略

主动解列是指当大电网遭受大扰动失去同步时,主动断开一系列线路将电网切割为多个电力孤岛以防止事故进一步扩大的一种控制方式。本文提出一种考虑无功平衡的大电网主动解列最优断面搜索策略。该策略容许在不对电网进行化简的前提下,搜索同时满足电网有功与无功平衡的最优解列断面。并通过对华中电网算例仿真及波兰电网算例验证该策略的有效性以及正确性。     

考虑“风-光-荷-储”联合运行的配电网双层规划方法

分布式电源与储能系统在配电网中的应用是当前研究的热点。提出了一种风机、光伏电源、储能系统在配电网中的双层规划模型。上层模型以投资、运维费用为优化目标,同时考虑区域的购电费用及网损费用,完成风机和光伏电源的容量配置;下层模型提出了一种储能系统削峰填谷的运行策略,基于该策略完成储能系统的选址定容工作。针对以上模型,提出以下求解方法:基于遗传算法求解上层模型,并通过K均值聚类方法对比研究输入数据序列长度对规划结果的影响,通过帕累托分析研究了投资运维费用与购电费用及网损费用的关系;使用YALMIP工具箱完成储能系统运行策略的求解,进而完成储能系统的选址定容工作。最后,通过IEEE-33节点标准配电系统仿真验证了所提模型在风机和光伏电源以及储能系统规划方面的有效性,结果显示所提储能运行策略具有良好的削峰填谷效果。     

测试电流对SF_6断路器动态电阻测量的影响研究

动态电阻测试可在不拆解SF6断路器灭弧室情况下获得其触头状态。为研究不同烧蚀程度SF6断路器动态电阻测试受测试电流的影响,文中对126 kV SF6断路器进行模拟烧蚀试验,在13种不同烧蚀程度下选用3种试验电流进行动态电阻测试。试验结果表明,任何烧蚀程度下,测试电流越大则弧触头测量电阻越小,弧触头行程与测试电流无明显联系,测试结果分散性随测试电流增大而减小,在触头烧蚀非常严重时,无论测试电流大小如何,测试结果分散性均很大。综合考虑测试电流对接触电阻的影响,为获得更真实的弧触头电阻并减小测试结果分散性,应尽量选择较大的动态电阻测试电流,在触头烧蚀十分严重时,必须进行大量测试,根据测试结果分布情况判断弧触头状态。     

强迫空气冷却高压开关柜三维气流——温升仿真分析

为辅助高压开关柜设计及优化,减少试验次数、缩短产品开发周期;文中基于有限容积法对10 kV KYN-28A高压开关柜整体模型进行了三维气流—温升仿真分析。通过建立10 kV高压开关柜三维模型、划分网格、计算发热功率、采用有限容积法计算出开关柜内各部件的温度以及柜内气流分布。计算结果表明,强迫风冷状态下由于上下静触头盒内气流流速明显不同,上部隔离触头温度要高于下部隔离触头的温度,且为发热的主要部位。进行了相关的温升实验,数值计算结果与试验结果基本吻合。     

水平分支对方框带射线型接地体冲击特性的影响

接地电阻是衡量接地体性能的重要指标。为降低方框带射线型接地体冲击接地电阻,文中采用模拟试验方法,在双层土壤环境下,研究水平分支对不同接地体冲击特性与散流分布的影响。结果表明:对于单根水平接地体,分支呈120°三段式结构的改型接地体的降阻效果最优;相较于简单方框带射线型接地体,添加水平分支,且分支呈120°的三段式结构可减小电感效应,使其分支端部的流散电流增大,火花放电更为强烈,使得平均降阻百分比可达10%。增加水平分支有利于降低接地体冲击接地电阻,需根据具体接地体尺寸改进。