考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型EI北大核心CSCD

三相三柱变压器广泛运用于电力系统中,需建立精准的三相三柱变压器模型支撑电力系统电磁暂态分析与防护研究。经典的变压器BCTRAN模型被广泛运用在电磁暂态仿真研究中,然而经典BCTRAN模型难以准确模拟铁芯在深度饱和状态下变压器不同端口的饱和特性。该文利用序分量参数建立三相三柱变压器BCTRAN模型,精准表征变压器各相绕组间的耦合关系;利用交直流混合源对变压器进行端口试验获取励磁支路深度饱和电感从而构建完整励磁支路;在经典BCTRAN模型的基础上,通过在变压器端口添加表征铁芯空间励磁特性差异的励磁支路,进而建立考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型。对300VA三相三柱变压器及22kVA三相三柱变压器有限元模型分别进行励磁涌流试验,与传统模型相比,改进模型不同端口励磁涌流首峰值更接近实测值。试验证明,提出的三相三柱变压器改进BCTRAN模型能够较为准确地表征变压器端口的饱和特性,可为电力系统电磁暂态仿真研究提供基础模型。     

基于高频电力线模型的整流器传导干扰分析与验证EI北大核心CSCD

电力传输线是引起电力电子装置或系统发生电压反射以及无法满足电磁兼容限值的主要原因,为了实现整流系统电磁干扰估算,构建能够精确反映电磁传输特性的电缆模型是关键环节之一。高频时参数的频率变化及集肤效应引起的分布特性差异对导体电流分布密度产生影响,此时计及集总参数的S.Kim模型无法精确表征传输线固有特性。为实现模型宽频带寄生参数准确辨识,故采用基于"N-Branch"理论的传输线等效电路拟合策略,从而实现预测模型精确逼近和稳定收敛,为功率整流器系统的EMC设计提供有效的理论依据。最后,通过数值计算和实验结果对上述建模机理可行性与准确性进行验证,在低频段传导干扰实测值与预测结果几乎一致,而在高频段仅仅产生约5 d B的估算误差,预测趋势基本符合。     

交错磁极混合励磁同步发电机数学模型研究EI北大核心CSCD

交错磁极混合励磁同步发电机的导磁套筒、转子为实心结构,为准确计算发电机暂态性能,必须考虑实心结构的涡流效应。类似于电励磁发电机,该文将导磁套筒、转子的涡流效应集中等效为d轴与q轴阻尼绕组,建立考虑涡流效应的混合励磁发电机数学模型;然后,利用三维有限元法对该发电机频率特性进行分析,揭示该发电机瞬态参数L’d与L"d标幺值较大(分别为0.49与0.32),且L’d与Ld标幺值比较接近(Ld的标幺值为0.53)的特点,并从理论上分析得出,该发电机带整流负载时能够稳定运行;最后,通过试验验证了该发电机数学模型的正确性。     

CLLLC谐振电路模型改进方法研究EI北大核心CSCD

CLLLC谐振变换器能实现功率双向流动以及全局软开关而广泛应用于电动汽车充电和直流微电网中。文中对CLLLC电路的小信号建模方法和静态建模方法分别进行改进。谐振型变换器,由于其状态变量含高频的开关分量且开关周期平均值为0,因此,无法满足传统状态空间平均法中小纹波假设的条件。对传统扩展描述函数法进行改进,通过正弦和余弦分量的叠加来表示对应的状态变量,并对各状态变量取各模态的加权平均值,建立CLLLC电路的小信号模型。在开关频率小于谐振频率段内,为简化建模中对状态量稳态值的求解计算过程且同时保持高精度,提出一种状态变量优化计算方法,即在等效输出负载中包含开关频率和谐振频率信息,在此基础上对输出电压波形进行简化近似,得到更准确的输出等效负载。该方法可得到与基波近似(fundamental harmonic approximation,FHA)法相同的简化结构,解决了其工作在欠谐振时状态量求解精度低的问题。此外,该模型还可用于电路参数设计,以提高谐振腔参数设计的精度。最后,通过仿真和实验对所提模型进行对比和验证。     

基于MFOA-GRNN模型的年电力负荷预测EI北大核心CSCD

精确的年电力负荷预测为电力建设和电网运行提供可靠的指导。受多种因素的影响,年电力负荷曲线呈现出非线性特性,因此年电力负荷预测问题的解决需要建立在非线性模型的基础之上。广义回归神经网络（GRNN）已被证明在处理非线性问题上是非常有效的。该网络只有一个扩展参数,如何确定适当的扩展参数是使用GRNN进行预测的关键点。提出了一种将多种群的果蝇优化算法（MFOA）和GRNN相结合的混合年电力负荷预测模型,用以解决上述问题。其中,MFOA用作为GRNN电力负荷预测模型选择适当的扩展参数。最后通过模拟实验数据分析,MFOA-GRNN模型的年电力负荷预测平均绝对百分比误差为0.510%,均方误差为0.281。并且将其结果与差分进化的支持向量机模型（DE-SVM）、粒子群优化的GRNN模型（PSO-GRNN）、以及果蝇优化的GRNN模型（FOA-GRNN）的预测结果进行了比较。最终得出,文中所提出的MFOA-GRNN模型在年电力负荷预测中的预测性能优于上述3种模型。     

低频工况下MMC模型预测控制策略EI北大核心CSCD

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在船舶电力推进系统、电力传动以及变频驱动等领域有着广泛的应用前景。然而,MMC在启动或低频运行时,子模块(sub-module,SM)电容电压波动急剧增大,严重危害了MMC系统的安全运行。文中提出一种MMC低频SM电容电压波动抑制的模型预测控制策略。建立含共模电压的电流预测模型及桥臂电压差预测模型,构建统一控制代价函数对参考值与实测值的误差进行评估。在滚动优化中采用2N+1电平输出方式,可为低频MMC的最优控制提供更多的选择自由度。为验证所提控制策略的可行性与有效性,对其进行仿真和实验研究。结果表明,所提的控制策略能有效抑制低频时MMC子模块电压的波动,降低系统输出电流谐波含量,提升MMC系统安全运行能力。     

基于模块化多电平换流器的STATCOM分析与控制EI北大核心CSCD

针对基于模块化多电平换流器(MMC)结构的静止同步补偿器(STATCOM),详细分析了其电路拓扑和工作原理。研究了一种基于三角函数变换法则的动态无功电流检测方法,将其应用于MMC型STATCOM,取得了较好的动态检测效果。为保证MMC直流侧电容电压的稳定,采取了子模块电压均分和电压平衡的控制方法,并提出将误差调节信号叠加至CPS-SPWM的各子模块调制波上,在跟踪输出补偿电流的同时,提高了直流侧电容电压的抗干扰性。最后通过仿真分析和对比试验,说明了MMC型STATCOM在稳态和动态调节中均具有良好的补偿效果。     

基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM不平衡补偿研究EI北大核心CSCD

星形级联H桥静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)在中高压配电和输电网中应用广泛,但其负序电流补偿能力较弱,容易引起相间子模块直流电压的不平衡。为了实现任意不平衡度的负序电流补偿,文中提出一种基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM拓扑,该拓扑在传统星形结构基础上仅需增加两组相间RLC谐振器,并利用谐振频率分量实现相间功率的流动,且不影响工频补偿电流的输出。在分析拓扑工作原理的基础上进一步提出基于双频功率的控制策略,能够在相间重新分配三相不平衡功率,保证三相直流侧电压平衡,实现任意不平衡度的电流补偿。最后,针对所提出的拓扑及控制策略进行仿真及实验验证,证明所提方法的有效性与优势。     

地震作用下变压器侧壁套管的理论建模及摆动效应分析EI北大核心CSCD

变压器是变电站的重要设备,具有较高的地震易损性。为评估变压器侧壁套管的抗震性能,建立了变压器-套管体系简化计算理论模型,并通过一台220 kV变压器-套管体系振动台试验结果加以验证。分析了侧壁L形升高座根部法兰连接处箱体侧壁的面外摆动效应对套管地震响应的影响,并通过参数分析探讨了其地震响应机理。结果表明:箱体侧壁的摆动效应是侧壁L形升高座顶部加速度放大的主要原因;升高座根部箱体侧壁面外转动刚度以及升高座高长比对该种摆动效应有十分显著的影响。因此,应合理设计变压器箱体侧壁的面外刚度和L形升高座的高长比,降低摆动效应对套管地震响应的影响。     

模块化多电平换流器操作过电压分析EI北大核心CSCD

模块化多电平换流器(MMC)是高压大容量柔性直流(VSC-HVDC)输电工程的核心,换流器设备的参数设计和型式试验需要基于其暂态过电压的分析结果。为此,提出了模块化多电平换流器的操作过电压计算模型。基于±500 k V柔性直流输电工程的系统参数,研究了模块化多电平换流器设备的设计参数对操作过电压的影响,包括避雷器、桥臂电抗器和子模块储能电容器。结果表明:对于模块化多电平换流器,操作过电压分析中起决定作用的故障工况是换流器交流出口单相接地故障、换流器直流出口单极接地故障、和换流器交流出口相间短路故障;避雷器的荷电率增加时,模块化多电平换流器交流侧相对地、直流侧极对地和桥臂端间的最大操作过电压幅值降低;桥臂电抗器的电感值增加时,模块化多电平换流器的交流侧相对地最大操作过电压幅值降低;子模块储能电容器的电容值增加时,模块化多电平换流器直流侧极对地最大操作过电压幅值增加。研究结果可为柔性直流输电工程换流器的设计和试验提供参考。     

多直流附加暂态稳定控制策略及其适应性研究EI北大核心CSCD

为了利用高压直流(HVDC)输电系统功率调制能力提高多直流互联系统的稳定性,提出了一种全新的、可以适用于各种拓扑模型的多直流系统数学描述方法,在此基础上,基于快速耗散系统暂态能量的原则,提出了一个多直流附加暂态稳定控制策略,并在一个四区域三直流系统中详细分析了该控制策略在不同暂态稳定模式下的适应性。分析结果表明:当故障位置、拓扑结构或运行方式等变化引起系统稳定模式改变时,该多直流附加暂态稳定控制策略投入后均能明显提高系统的暂态稳定水平,对不同稳定模式具有良好的适应性。     

配电网地埋电缆载波信道模型及影响因素分析EI北大核心CSCD

为研究载波信号在中压配电网地埋电缆的传输特性及相关影响因素,首先结合卡接式电感耦合器的物理结构及耦合原理,推导出耦合器数学模型。其次根据配电网地埋电缆实际结构分析电缆单位长度参数矩阵,通过回路形式分析与正交变换实现参数矩阵对角化,求得地埋电缆的传输线模型。后依据配电网地埋电缆拓扑结构及环网柜接地形式,建立载波信号在配电网中的信道模型,并通过仿真及实验室测试验证所建地埋电缆信道模型的有效性。最后在信道模型基础上,分析影响载波信号在中压地埋电缆中传输特性的影响因素,结果表明:载波信号强度在电缆铠装层上最大,屏蔽层次之,三相缆芯中最小;电缆线路每经过一个环网柜,其载波信号强度将出现一次较大衰减。     

一种构建网络状态空间模型的新方法及其在SSR研究中的应用EI北大核心CSCD

在总结输电网接线特点的基础上,给出网络部分状态变量的选取方法及电容支路动态导纳矩阵的定义,并提出一种形成电力系统网络状态空间模型的新方法。该方法无需通过复杂的拓扑分析生成网络常态树即可确定网络的状态变量,无需按照严格的规则对支路和节点进行编号,即可方便地生成网络状态空间模型,且在网络结构变化时网络状态空间模型修改容易,适于进行多机系统的次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)特征值分析。以国内某多机串补输电系统为例,利用文中所提方法分析了系统的SSR特性及静止无功补偿器对其SSR问题的抑制作用,并通过时域仿真验证了所提方法分析结果的有效性。该方法可为火电厂的系统接入方案规划以及SSR抑制措施的设计提供指导和理论支撑。     

电站局部多机条件下五阶发电机哈密顿模型EI北大核心CSCD

在多机条件下,发电机d、q轴电压电流的变化正是反映本机与其它机组之间耦合特性的重要参数之一。该文建立了包含d、q轴电磁暂态的五阶发电机哈密顿模型,为更好地揭示多机耦合作用的内部动力学机制奠定基础。依据机电分析动力学理论,从发电机基本能量关系分别获得各子系统的拉格朗日函数、耗散函数和广义外力,得到发电机的拉格朗日麦克斯韦方程组。通过定义广义动量,将拉格朗日麦克斯韦方程组转化为广义哈密顿系统模型,模型结构清晰、能量流与实际物理系统一致。采用局部简化方法,将系统转化为实用参数描述的模型。提出了电站局部多机系统的概念,导出了以机端可测参数描述的隐式多机系统哈密顿模型。分析表明,该模型具有良好的结构特性。     

列车混运的车网系统低频振荡建模与分析EI北大核心CSCD

电气化铁路中,瞬态直接电流控制(transientdirect currentcontrol,TDCC)和d-q解耦控制(d-qdecoupling control,DQDC)等不同控制类型的列车尚未建立统一坐标下的模型,难以进行多控制类型列车混合运行工况下的车网系统低频振荡研究。该文在d-q坐标下建立TDCC列车单相变流器小信号阻抗模型,实现与DQDC变流器模型坐标系的统一,并计及现有TDCC变流器模型中所忽略的控制结构。之后,推导TDCC单相变流器的d-q解析模型,基于此揭示TDCC列车单独运行时系统的低频振荡机理,阐明了所建模型运用于低频振荡分析的准确性优势。进一步地,进行不同控制类型列车混运工况下系统的低频振荡分析。最后,通过时域仿真和半实物实验验证所建模型的准确性和理论分析的正确性。     

送端多直流落点谐波耦合引发铁心饱和不稳定的研究EI北大核心CSCD

换流站的谐波通过交流网络相互作用使得送端多落点直流输电系统的谐波不稳定问题很复杂。在PSCAD/EMTDC中建立只含整流器的送端多直流系统模型的基础上,采用频率扫描和时域仿真相结合的方法,研究了送端多直流落点换流站谐波通过二次耦合阻抗相互作用引起换流变压器铁心饱和直流侧基频阻抗角差对系统的影响;并提出了二次耦合阻抗的阈值来评估送端多落点直流。结果表明:当耦合阻抗阻抗角一定时,阈值的幅值随交流侧二次频率阻抗幅值增大而增大,随直流侧基频阻抗幅值减小而增大,随变压器拐点降低而增大,随变压器磁化电流的降低而增大。     

基于改进相变模型的重力热管传热特性数值模拟EI北大核心CSCD

基于改进相变模型和工质饱和蒸汽压关系式对重力热管相变传热过程进行数值模拟,通过与文献结果和该文实验数据的对比,分析了冷凝过程质量转换时间松弛因子(冷凝系数)和相变判据对模拟结果的影响。结果表明:通过对冷凝系数的优化促进了热管启动过程的热质平衡,合理控制冷凝系数的变化速率可显著降低计算域质量偏差,并提高管壁温度模拟精度;饱和温度对热管蒸发段壁面温度影响最大,对冷凝段壁面温度影响最小,同等条件下低于合理取值的饱和温度将导致更大的管壁温度模拟偏差;采用工质饱和蒸汽压关系式作为相变判据能获得合理的饱和温度,模拟结果与实验值具有良好的一致性;基于改进模型的数值模拟结果直观再现了热管内部相变传热传质过程。结果可为热管相变传热数值模型的优化改进提供指导,有助于加深对热管内部传热机理的认识。     

混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究EI北大核心CSCD

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。     

大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究(一):模型结构EI北大核心CSCD

建立准确的新能源场站模型是研究大规模新能源接入对电网影响的基础。该文首先从大规模新能源接入对系统功角稳定性、频率稳定性、电压稳定性、和电力电子多频段振荡角度出发,论述大规模电力系统仿真对新能源场站模型的需求,并总结出新能源场站等值模型需求表。然后,通过仿真验证新能源场站模型对大规模电力系统仿真的关键影响因素,在某些工况下,新能源场站内的拓扑结构、集电线路阻抗、发电单元功率分布的影响不可忽略。最后,综述现有新能源场站等值方面相关文献,通过需求分析、场站为单位的建模体系,提出统一结构的新能源场站等值模型。     

模块化多电平直流变压器研究EI北大核心CSCD

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。