Effect of pressure on three catalytic partial oxidation reactions at millisecond contact times

The effects of pressure on reactant conversion and product selectivities in three catalytic oxidation systems have been examined at pressures between 1 and > 5 atm. Reaction was sustained autothermally near adiabatic operating conditions at temperatures of 1000°C with residence times over the noble metal catalysts between 10^–4 and 10^–2 s. The three systems investigated were (1) HCN synthesis over Pt-10% Rh gauze catalysts, (2) methane oxidation to synthesis gas (CO and H₂) over rhodium-coated monoliths, and (3) ethane conversion to ethylene over platinum-coated monoliths. We find that selectivities in all three reactions do not change dramatically with approximately a five-fold increase in pressure. This strongly suggests that free radical homogeneous chain reactions are not significant in these processes and that they can be operated reliably above atmospheric pressure. For the synthesis of HCN over Pt-10% Rh gauzes, the selectivity to HCN can be maintained above 0.75 at pressures up to 5.5 atm. Selectivities to synthesis gas (CO and H₂) from a methane-air mixture over a Rh-coated foam monolith at pressures up to 5.5 atm were maintained above 0.90. Over a Pt-coated foam monolith, the selectivity to ethylene from ethane-air and ethane-O₂ mixtures was independent of pressure up to 6.5 atm and conversion rose slightly although it was necessary to maintain constant velocity and residence time over the catalyst to avoid carbon formation.This research was supported by DOE under Grant No. DE-FG02-88ER13878.     

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。     

考虑同步机制的双馈风电系统小扰动建模与稳定性分析

对比分析了锁相环同步机制和虚拟同步发电机同步机制下的双馈风电系统小扰动稳定性及动态特性。针对2种同步机制下的双馈风电系统,基于数学方程分别得出相应的小扰动模型,进而利用特征值分析法对系统小扰动稳定性进行研究。在StarSim硬件在环(StarSim-HIL)半实物仿真平台上搭建相关模型,通过仿真对2种同步机制下的双馈风电系统有功支撑等动态特性及小扰动稳定性进行了分析与验证。对2种同步机制的适用性进行总结,指出锁相环型控制虽然动态特性好、响应速度快,但是在弱电网下的小扰动稳定性及有功支撑等方面,虚拟同步发电机控制更有优势。     

考虑风电不确定性的交直流配电网低碳分布鲁棒优化调度

为增加配电网风电的消纳能力,减少碳排放,建立了一种交直流配电网低碳分布鲁棒优化调度模型。分析风电预测误差和预测出力历史数据之间的正相关性,采用混合Copula函数,建立它们之间的联合概率分布,得到风电预测误差的条件概率分布。将交直流配电网解耦为交流和直流子网,以各自综合运行成本最小为优化目标,在交流子网优化模型中引入碳交易机制,建立交直流配电网分散协调优化模型。以得到的风电预测误差的条件概率分布为参考,构建了基于K-L散度的分布鲁棒模糊集。利用拉格朗日对偶理论,将优化模型转化为单层优化目标模型,并利用交替方向乘子法进行分散协调优化求解。基于修改后33节点交直流配电网模型的仿真结果表明所提模型能有效减少配电网侧碳排放量,显著提高风电消纳能力。     

基于方差变化率判据-四分位的风电场功率异常数据识别

风电场运行中产生了数量巨大的历史数据,而提升历史数据的质量是实现风电场高效智能运维的前提。为此,文中分析了风电场风功率数据的分布特征和形成机理,提出基于方差变化率判据-四分位法组合的风电场风功率异常数据识别方法。首先,利用物理规则对原始风功率曲线进行预处理,剔除明显异常的数据;然后,利用风功率方差变化率判据法识别并清洗风功率曲线的堆积型异常功率数据点,判据的阈值借助箱型图自动获取;同时,利用四分位法识别并清洗剩余的离散型异常数据点;最后,通过算例验证了所提算法的可行性。研究结果表明所提算法具有易实现、效率高和通用性强的优点,其异常识别效果优于局部离群因子(local outlier factor,LOF)算法和Thompson tau-四分位算法,其耗时比LOF和Thompson tau-四分位算法分别减少9.6 s和0.49 s,且在5个不同位置的风电场验证了所提算法的通用性。     

改进 YOLOv5s 的风力涡轮机表面缺陷检测

针对传统方式检测风力涡轮机表面缺陷时出现的精度不足、泛化性较差问题,提出了一种改进YOLOv5s的风力涡轮机表面缺陷检测模型。在网络结构方面,首先在主干特征提取网络引入改进的MobileNetv3网络,用于协调并平衡模型的轻量化和精度关系;其次采用BiFPN式的融合方式,增强神经网络的多尺度适应能力,提高融合速度和效率;最后为轻量化的自适应调节特征权重,运用ECAnet通道注意力机制,进一步提高神经网络的特征提取能力。在损失函数方面,将边框回归的损失函数修改为αIoU Loss,进一步提升了bbox回归精度。实验结果表明,基于YOLOv5s的改进算法可以在复杂环境下快速准确地识别风机表面的缺陷目标,能够满足实时目标检测的实际应用需求。     

基于特勒根定理的风场送出线路新型纵联保护

双馈风机和永磁直驱风机广泛应用于陆上风电场。受控制策略影响,送出线路故障时风场侧故障特性与同步机电源差异显著,使传统纵联保护性能下降。特勒根定理建立于基尔霍夫电压、电流定律,仅与电路拓扑结构有关,对含线性/非线性、时变/时不变元件的电路均能适用。将特勒根定理应用到陆上风场送出系统,建立了满足定理应用要求的线路故障拓扑结构图。以此为基础,分析了能够区分内、外部故障的特征量,提出了一种基于故障前后线路两端电压电流的新型纵联保护动作判据。利用风场多个故障案例的录波数据和基于PSCAD的仿真数据对所提判据进行验证及对比分析,证明了所提纵联保护方法的优越性和可行性。     

基于暂态高频能量的直驱风场汇集线路保护

针对直驱风场汇集线路故障难以识别的问题,提出了一种基于暂态高频能量的直驱风场汇集线路保护方法。首先,基于风机变流器控制系统与电气参数影响,结合元件在高频区段的暂态特性,建立由感性阻抗构成的风场汇集线路暂态高频模型。在此基础上,建立区内外故障下的暂态高频网络,根据不同故障场景与保护安装处暂态高频能量的匹配特性,构建基于暂态高频能量方向差异的保护判据。最后,在RT-LAB仿真平台验证了所提方法在各种故障情况下,均能正确识别区内外故障,故障识别不受同步误差影响,耐过渡电阻能力强。     

基于正序阻抗幅值比的风电场送出线路纵联保护

针对风电场送出线路纵联保护在数据延时传输及异常采样数据下保护性能不佳的问题,提出了基于正序阻抗幅值比的纵联保护。通过分析风电系统送出线路发生区内外故障时正序阻抗幅值特征,得出区内外故障下双端正序阻抗幅值差异比特征不同。引入综合层次聚类(balanced iterative reducing and clustering using hierarchies, BIRCH)方法剔除正序阻抗幅值序列中异常采样数据,形成不含异常采样数据的故障时间序列聚类特征,并结合双端正序阻抗幅值差异比特征,构造不受数据延时传输影响的纵联保护判据。仿真结果表明,所提出的纵联保护不受系统运行工况、故障类型、数据延时传输及异常采样数据的影响。在过渡电阻达到150  时,所提出的纵联保护仍能正确判别故障方向,具有较强的抗噪性能,适用于含风电接入的弱馈型电力系统。     

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术（即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC）送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。