非线性有限元法在出线装置复合绝缘结构电场计算中的应用

极性反转是换流变压器出线结构复合绝缘的一种特殊工作状态,极性反转时由于空间电荷作用可导致绝缘介质内部及界面处电场畸变。另一方面,绝缘介质电性能参数是温度的函数,因此温度梯度导致的电性能参数改变同样会影响绝缘结构在极性反转过程中的瞬态电场分布。基于此,为了较准确地模拟复合绝缘结构在考虑温度分布条件下的极性反转瞬态电场,提出应用非线性有限元法对以上2种瞬态电场影响因素进行耦合分析。首先研究了油浸纸复合绝缘体系电性能参数与温度的关系;然后详细介绍了基于非线性有限元法的瞬态电场计算流程,并通过双层同轴复合绝缘结构模型验证了其有效性;最后对实际换流变压器出线装置的油纸-环氧浸渍典型复合绝缘结构建立了二维轴对称仿真计算模型,在考虑材料非线性的条件下对其极性反转瞬态电场变化过程进行了仿真分析。计算结果表明传统模拟方法与考虑材料非线性时的结果存在较大差异,且极性反转过程中复合绝缘结构易出现畸变严重的局部高场强区。     

适用于含新能源逆变电源网络的全时域短路电流计算方法

含新能源逆变电源在故障后无恒定电动势,因而传统交流网络短路电流计算所用的内电动势-阻抗方法不再适用。为解决该问题,提出了一种包含新能源逆变电源故障稳态和暂态2种时间尺度下的全时域短路电流计算方法。故障稳态计算中结合逆变电源的控制策略,将逆变电源视为非线性电流源,充分反映了逆变电源短路后的故障特性。故障暂态计算中基于稳态短路电流结果,利用由控制系统推演出的暂态微分方程,求解出暂态过程中的电流表达式。最后将计算值和仿真结果、录波结果进行对比,验证了该方法的可行性。     

基于ARIMA的矿山电网故障暂态行波波头辨识及故障测距

由于矿山电网含有大量的整流设备及非线性负载,运行时含有稳定的高次谐波分量和高频噪声,同时矿山电网多为短距离线路,故障后产生的暂态信号与原有高次谐波混叠严重,给行波故障测距带来了极大的困难。通过分析矿山电网故障行波的时域特征,提出基于整合移动平均自回归模型(ARIMA)对行波波头到达前的高频周期信号进行预测,并结合波头到达时刻的真实波形得到波形残差,同时对残差进行平稳性校验,通过行波波头到达时刻前后残差平稳性的不同确定准确的波头到达时刻,进而实现行波故障测距。利用低压电缆网络仿真实现矿山电网故障,仿真结果表明:与小波变换与经验模态分解相比,所提方法能够准确辨识行波波头,且不易受故障状况和噪声的影响,能有效提升行波可行性及精度,尤其适用于含有整流设备及非线性负载矿山电网故障测距。     

风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。     

发电机过励限制网源协调性能优化技术

主流励磁调节器厂家在设计过励限制反时限功能时,均依据发电机额定工况下的转子过流能力进行整定,导致系统发生故障时无法充分发挥机组的强励潜能。根据电机暂态温升理论推导得到大型汽轮发电机转子短时电流变化量与温升的关系式,进而求得发电机转子在不同负荷下的过流能力。在此基础上,提出了充分考虑发电机在不同负荷下真实过流能力且具备二次强励功能的励磁调节器过励限制反时限优化设计及实现方案,采用励磁电流计算转子温升变化量代替原来的励磁电流变化量整定反时限时间,在保障发电机安全的前提下,可最大限度地发挥机组对电网的无功支撑能力,提升电网在故障情况下的暂态稳定性。基于PSASP软件的仿真算例结果验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于MGS-LGBM算法的电力系统暂态稳定评估

多粒度级联轻型梯度提升机(MGS-LGBM)具有超参数设置简单、模型泛化能力强、分类准确率高、训练评估快等特点。为提高电力系统暂态稳定评估的准确性和快速性,将MGS-LGBM引入电力系统暂态评估中。首先通过时域仿真提取原始数据,构造能够反映系统稳定情况的23维特征量,输入MGS-LGBM模型中,稳定结果作为输出量,利用模型中的多粒度扫描和级联结构对样本特征和结果进行高效并行训练。通过新英格兰10机39节点系统仿真验证MGS-LGBM算法,通过与其它机器学习算法比较,算法在提高暂态评估准确率的同时兼顾快速性,且在含有无关特征和训练集较少的情况下仍能保持较好的评估性能。     

正交滤波相量算法的故障暂态响应及校正方法

正交滤波相量算法在故障暂态过程中的响应与故障前电气量及故障初相角有关,输出结果不确定。为更快得到准确的故障后相量,利用正交滤波器的等效变换提出1种校正方法,以故障起始时刻为起点,仅利用故障后的采样值,随着不断扩展的数据窗,迅速将正交滤波相量算法输出校正到故障稳态结果,通过理论分析和数字仿真验证了该校正算法的有效性。所提出的校正算法适用于电流、电压、阻抗等电气量的计算,不受频率偏移和故障前电气量影响,相比于滑窗相量算法和两点乘积等短窗算法,性能有较大提高,且计算量增加不大。     

带有串联电容补偿装置的10kV配电网线路短路故障暂态过程研究

配电网是电力系统直接连接用户的关键供电环节。采用串联电容补偿装置来补偿线路电抗的串补技术,在输电线路中可提高交流输电线路输电容量、提高系统的稳定性等优点。串补在配电网中可以改变线路R-L-C参数,有效改善沿线电压质量,但串补的接入会影响配电网的暂态过程,因此需要研究串补的暂态工作特性尤其是发生概率居首位的短路故障下。本文以陕西地区一条典型的10 kV配电线路为例,基于先前的研究成果,在线路串补安装位置及补偿度最优补偿方式下,计算分析了线路不同短路故障下的电磁暂态过程及其影响,获得了串补电容保护装置配置参数对暂态过程的影响规律和保护效果。     

基于流式计算的暂态电压扰动并行实时监测技术

暂态电压扰动模式识别面临两个挑战,一是局限于单一监测点的扰动识别不能准确解释复杂扰动的完整过程,另一是离线分析很难满足辅助决策实时性的要求。提出基于Storm流式计算框架,结合logstash和Kafka消息中间件,构建面向多监测点的实时数据监测处理平台。采用滑动时间窗口算法,实现Storm编程逻辑拓扑。通过设置基本时间窗口大小和数量,实现面向区域电网的多时空尺度、多业务模型的暂态电压扰动模式识别。实验结果表明,合理设置Storm组件的任务数目能够最大限度发挥并行处理能力。通过仿真数据测试得到的吞吐量和平均处理延迟结果,能够满足电网对流数据实时处理的高吞吐量、可扩展性、实时性和准确性的要求。     

基于CPU-FPGA异构平台的虚拟同步并网逆变器 实时仿真算法设计

随着电力系统中电力电子器件的广泛应用,对于小步长(≤2μs)电磁暂态实时仿真的需求逐渐增加。此时,单独依靠CPU已难以满足其要求,转而结合现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)来实现是一大趋势。搭建了适用于虚拟同步并网逆变器系统实时仿真的CPU-FPGA异构计算平台。其中,FPGA电路部分采用优化EMTP (Electro-Magnetic Transient Program)流程实现,综合利用恒导纳开关建模、支路拆分并行处理及矩阵化流程计算来优化仿真实时性能。CPU控制部分采用虚拟同步控制,并设计了与FPGA异步通信的数据交互接口。最后,针对该并网逆变器系统进行小步长实时仿真,与Simulink离线仿真结果相对比,同时分析平台实时性能与FPGA上资源消耗,验证了基于所提平台实现虚拟同步并网逆变器系统实时仿真的准确性与有效性。