电网技术

电力领域数字孪生技术应用研究与实践

  • 基于电热特性融合分析的油浸式变压器匝间短路故障辨识方法

    张立静;盛戈皞;侯慧娟;江秀臣;

    已有的变压器匝间短路辨识方法主要依据绕组电流、阻抗或者油中溶解气体等单一类型信号,难以实现对故障位置的准确诊断,特别对少量匝数短路的辨识效果较差。综合考虑绕组电流、绕组热点温度和油温等变压器电热特征参数,提出了基于电热特性融合分析的油浸式变压器匝间短路故障辨识方法。该方法的主要思路为:运用数字孪生技术建立变压器物理实体的数字孪生体,应用多物理场仿真推演数字孪生体在不同运行断面、不同匝间故障条件下的电热特性参数变化规律,选取绕组电流、绕组热点温度等电热特征参数,建立基于孪生体故障样本数据驱动的匝间短路故障诊断模型。以31.5MVA/110kV变压器为例进行了仿真分析,结果表明本文提出的基于电热特性融合分析的匝间短路辨识方法可以实现对变压器早期潜伏性匝间故障的有效诊断,整体准确率可达94%。

    2021年07期 v.45;No.452 2473-2482页 [查看摘要][在线阅读][下载 1948K]
  • 基于数字孪生驱动的智慧微电网多智能体协调优化控制策略

    高扬;贺兴;艾芊;

    随着电力系统运行中负荷、气象、设备、电/气/热多能流等全景信息的日益增多,传统的电力系统建模仿真技术已很难适应未来智慧能源系统运行控制的需要,而结合机器学习、通信网络、高性能分析计算、物联网的数字孪生技术可以有效解决这一技术难题。首先,针对国内外不同领域对于数字孪生技术的基本定义和应用场景,讨论了面向智慧能源系统的数字孪生构建方式和未来发展思路,设计了考虑多通信协议交互的智慧微电网数字孪生和多智能体控制架构。考虑到物理空间、数字空间及耦合关系,对智慧微电网的全生命周期管理过程进行任务分解,构建调控资源智能体、调控过程智能体和调控服务智能体;然后,构建系统的数字和物理孪生体,利用传感器采集的分布式元件和周围环境的各项孪生数据,对数据库管理模块进行更新,进行组合功率预测和多目标优化决策;最后,构建基于Opal-RT半实物仿真平台的智慧微电网测试模型,利用用户数据报协议(user datagram protocol,UDP)通信协议实时感知试验数据,在微电网并网和孤岛2种工作场景下验证所提控制策略,结果表明:智慧微电网能够按照数字孪生优化后的试验方案在实际系统中执行,同时将执行情况与数字孪生系统实时交互,为全生命周期管理提供运行指导。

    2021年07期 v.45;No.452 2483-2491页 [查看摘要][在线阅读][下载 1904K]
  • 基于特征选择和随机森林的电力系统受扰后动态频率预测

    李冠争;李斌;王帅;李超;刘昊;田杨阳;

    基于机器学习的电网受扰后动态频率预测方法往往忽视系统拓扑变化,造成当电网拓扑改变后原训练模型可能不再适用。为此,提出一种基于随机森林(random forest,RF)的电网频率预测方法。考虑到随机森林算法的训练时间与特征数量成正比,提出基于斯皮尔曼相关性和层次聚类凝聚的特征去冗余方法,降低输入特征数量。在此基础上,提取反映电网动态频率的关键特征,进一步降低训练时间。对输入特征去冗余前后以及提取关键特征后的不同情况进行对比分析,结果显示所提算法在保证高预测准确率的前提下,能大幅缩短训练时间。新英格兰39节点上的仿真测试验证了所提算法的快速性、容错性和准确性。

    2021年07期 v.45;No.452 2492-2502页 [查看摘要][在线阅读][下载 1170K]
  • 基于数字孪生混合储能的风电功率波动平抑策略

    刘宇凝;王迎丽;徐明文;张晓珩;

    针对风电出力的波动性和预测的不准确性,提出一种基于数字孪生混合储能(digital twin hybrid energy storage,DTHES)的控制策略,对储能设备的运行效率进行优化。该策略综合考虑了风电并网波动、预测模型误差和储能设备的使用效率。首先,将注意力机制(Attention)引入门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)中,建立Attention-GRU预测模型。然后,结合并网功率波动标准和不同储能设备的响应特性,对数字孪生预测数据进行虚拟变分模态分解(virtual variational mode decomposition,VVMD),得到初级分配功率。最后,考虑储能设备的运行效率和使用寿命问题,应用混合储能服务系统对虚拟混合储能的初级分配功率进行修正,得到最终分配功率。基于中国东北某地区风电厂数据进行实验,验证了该策略能够提高风电预测效率和精度、抑制风电并网波动的同时,增强储能设备的利用效率。

    2021年07期 v.45;No.452 2503-2514页 [查看摘要][在线阅读][下载 2235K]
  • 数字孪生在先进核能领域中的关键技术与应用前瞻

    胡梦岩;孔繁丽;余大利;杨军;

    数字孪生(digital twin,DT)是一种实现物理系统向信息空间数字化模型映射的技术,被列为未来国防和航天工业6大顶尖技术之一,也被认为将在核电厂智能控制、空间反应堆、小型模块堆等先进核能系统中发挥重要作用。近年来,部分国家已启动项目,开发应用于反应堆的数字孪生技术,目标是显著降低未来核电厂的运行和维修成本。针对于空间核电源、月基核动力装置的数字孪生系统研发也受到关注。综合叙述了数字孪生技术在先进核能领域的研究现状与发展方向,提出了适用于核反应堆领域的多维评估数字模型,初步建立了故障诊断流程,并对数字孪生在先进核能领域中的关键技术与应用前景进行了分析和展望。

    2021年07期 v.45;No.452 2514-2522页 [查看摘要][在线阅读][下载 959K]

国家重点研发计划

  • 计及异质气体混合的电–气–热综合能源系统能量流计算方法

    高鹏飞;周孝信;杨小煜;李亚楼;李芳;

    随着环境污染与化石能源枯竭的问题凸显,电–气–热多能互补的综合能源系统(integrated energy systems,IES)成为了研究热点。针对IES能量流计算中数学模型详细性问题以及未来电制气(power-to-gas,P2G)广泛应用带来的异质气体注入问题,构建了能反映不同气体成分下P2G效率与不同温度条件下电热泵(electric heat pump,EHP)能效的详细模型,考虑了不同成分气体注入对气体参数与系统运行状态的影响以及相应的建模,在传统天然气系统稳态分析方法的基础上介绍了可以反映异质气体注入对网络状态影响的稳态分析方法。以此为基础提出了计及异质气体混合与耦合元件详细模型的电–气–热IES能量流交替迭代计算方法,并采用电力系统分析综合程序(power system analysis software package,PSASP)实现电力系统的潮流计算。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2523-2533页 [查看摘要][在线阅读][下载 1433K]
  • 多级协同虚拟电厂环境下的无功辅助服务优化出清

    刘浩文;刘东;陈张宇;徐晓春;戴欣;

    随着分布式发电在电网中的广泛应用,电网的管理难度日益提高。分布式电源大量接入的配网电压越限问题十分严重,而虚拟电厂是解决这一问题的有效技术手段。文章提出一种考虑调压成本无功备用的虚拟电厂辅助服务交易机制。系统中分布式电源在完成有功发电后一般仍可发出较多无功,若能将之有效利用则能大大降低电网调压成本并提高整体经济效益。基于在多级协同的虚拟电厂服务架构,首先分析了分布发电商的无功服务的有效容量计算方法与价值评估体系,通过边缘计算完成对分布式电源无功服务价格聚合,然后在此基础上建立考虑调压成本的全局辅助服务交易出清优化模型。最后,以某实际电网的算例进行仿真验证。提出的基于边缘计算虚拟电厂无功服务优化出清模型综合考虑了电网调压成本以及虚拟电厂的综合经济效益,能充分调用分布式能源的电压调节能力,可实现各方经济效益的最大化。

    2021年07期 v.45;No.452 2533-2541页 [查看摘要][在线阅读][下载 984K]
  • 基于精细化需求响应的虚拟电厂优化调度

    陈张宇;刘东;刘浩文;尤宏亮;吴晓飞;

    在能源互联网建设背景下,虚拟电厂如何利用居民用户的需求响应能力来充分发挥分布式发电、分布式储能、微电网等资源的绿色价值和灵活价值已成为研究重点。然而居民用户的需求响应难以量化,不同用户在不同场景下的响应趋势大相径庭,导致虚拟电厂很难将居民用户的需求响应能力利用起来。针对这一问题,首先,构建虚拟电厂精细化需求响应模型,其次,为正确反映不同用户的需求响应特征,构建2个长短期记忆(longshort-termmemory,LSTM)网络计算需求响应效益系数,在此基础上将精细化需求响应模型与虚拟电厂优化调度模型相结合并求解,得到最优的调度结果。仿真实验表明,所建立的需求响应系数能正确地反应用户的需求响应倾向,利用精细化需求响应模型虚拟电厂能充分发挥用户侧需求响应,并提高整体经济性。

    2021年07期 v.45;No.452 2542-2550页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
  • 基于深度神经网络的电力系统快速状态估计

    俞文帅;张晓华;卫志农;孙国强;臧海祥;杨滢璇;韩月;

    随着现代电力系统的迅猛发展,电网结构和运行方式日益复杂,对状态估计的实时性和准确性也提出了更高的要求。为此,该文提出一种基于深度神经网络的电力系统快速状态估计,通过相关性分析筛选出该状态估计模型的输入量测集,进一步利用海量历史数据建立基于深度神经网络的状态估计模型。当电力系统的实时量测更新时,将强相关量测输入已建立的状态估计模型中快速获得系统状态的估计结果。通过在IEEE标准系统和某实际省网进行算例仿真表明,所提方法的估计精度和鲁棒性均优于传统加权最小二乘(weighted least square,WLS)和加权最小绝对值估计(weighted least absolute value,WLAV);并且该方法的在线计算时间受系统规模影响较小,由实际省网的仿真结果可知,其计算效率较WLS和WLAV分别提升1.43和27.2倍。

    2021年07期 v.45;No.452 2551-2561页 [查看摘要][在线阅读][下载 1183K]
  • 基于差分分解和误差补偿的短期电力负荷预测方法

    王增平;赵兵;贾欣;高欣;李晓兵;

    基于序列分解的方法能够提高短期电力负荷预测精度,但会带来误差的积累。同时,现有方法忽略了历史预测误差与当前预测结果的相关关系。提出了一种基于差分分解和误差补偿的短期电力负荷预测方法(differential decomposition-error compensation-gated recurrent unit,DD-EC-GRU)。首先,对原始负荷序列进行一阶差分,将负荷的预测问题转化为负荷变化量的预测问题。基于此,在一组实际预测负荷序列的基础上引入多组辅助预测负荷序列,应用门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)构建多目标迭代预测网络。最后综合考虑各序列迭代预测误差的变化趋势与平稳性,构建基于序列相似度和人工神经网络集成模型的误差补偿网络,提升预测精度。在3个实际负荷数据集上对DD-EC-GRU各环节有效性进行验证,并与多种主流算法对比,结果表明本文所提方法有较高的预测精度和较强的适应能力。

    2021年07期 v.45;No.452 2560-2568页 [查看摘要][在线阅读][下载 2119K]
  • 基于数据驱动和条件概率的调频容量需求计算方法

    刘礼恺;胡泽春;罗浩成;宁剑;

    电力系统的二次调频或自动发电控制需要一定的调频备用容量作为支撑。提出了一种基于数据驱动和条件概率的调频容量需求计算方法。首先,对调频容量需求计算中关键指标与参数进行了相关性分析,并采用条件概率的形式建立了调频容量、有功波动和调频表现之间的相关关系;其次,为预测有功波动,建立了基于极限学习机的净负荷标准差区间预测模型;最后,采用数据驱动的方式根据所建立的相关关系和预测所得的有功波动计算各调频容量下调频表现达标概率分布,据此确定系统调频容量需求。基于实际历史数据的仿真结果表明,所提方法不但能够降低平均调频容量,还可提升调频表现。

    2021年07期 v.45;No.452 2569-2576页 [查看摘要][在线阅读][下载 1762K]
  • 数据驱动的用户需求响应行为建模与应用

    彭大健;裴玮;肖浩;杨艳红;唐成虹;

    随着售电侧电力市场改革推进,参与需求响应的用户数量日益增加,由于参与互动用户的特性不一、响应能力差异大,多类型用户组合后还造成整体响应特性呈现高维、非线性、非凸的复杂特征,这对于传统基于模型驱动的互动建模和优化定价策略带来了巨大挑战。对此,提出一种新型的数据驱动的用户需求响应行为建模方法,采用不涉及用户隐私的环境气象数据、电价数据及用户聚合体的历史互动数据,结合深度长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络方法实现了对用户聚合体的复杂响应特征的有效表征,建立了反映用户聚合体差异化需求响应能力的特性封装模型,并将其在零售市场定价场景中进行了应用测试。结果表明,所提出的深度学习封装建模方法能够很好地逼近用户需求响应特性理论值,具有良好的精度,同时能显著降低零售定价迭代出清所需时间,可为复杂用户参与下的电力市场运行提供一定参考。

    2021年07期 v.45;No.452 2577-2586页 [查看摘要][在线阅读][下载 2272K]
  • LCC-MMC型混合直流输电系统送端交流故障穿越控制策略

    李国庆;娄伟涛;辛业春;江守其;王拓;

    整流侧采用电网换相型换流器,逆变侧采用模块化多电平换流器的混合直流输电系统可以解决传统直流输电逆变侧换相失败问题。针对混合直流输电系统送端交流故障引起的直流功率传输中断问题,提出一种基于降低逆变侧桥臂电压交直流分量的故障穿越控制策略。在分析送端交流故障特性的基础上,设计了根据整流侧交流母线电压跌落程度确定逆变侧子模块减投个数的方法,依靠对逆变侧直流电压的降低值进行定量分析来维持送端交流故障后直流系统的功率传输能力。在计及换流器有功、无功约束的条件下,设计了整定逆变站直流调压限值的方法。采用同步调控换流器桥臂电压交直流分量的方法降低逆变侧直流电压,能够满足系统对调制比的要求,使逆变侧交流出口电压不发生畸变,且适用于送端交流母线电压跌落较大的情况。最后,通过对不同严重程度的送端交流故障进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2586-2595页 [查看摘要][在线阅读][下载 1435K]
  • 具备故障电流对称清除能力的双向开关钳位式全桥子模块

    王琛;陶建业;王毅;许同;魏晓光;王新颖;

    实现对直流侧故障的快速隔离与穿越是基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的直流输电系统亟需解决的问题。在对现有子模块进行归纳与改进的基础上,提出了一种双向开关钳位式全桥子模块(bidirectional switch clamped full bridge sub-module,BCFSM),该子模块具备直流短路故障电流对称清除能力,闭锁后可引导故障电流对桥臂内所有电容进行串联充电,从而快速清除故障电流并保证闭锁期间桥臂内电容电压的均衡。同时,由于双向开关兼具钳位与旁路通道作用,与其他具备故障穿越能力的子模块相比,BCFSM具有良好的经济性。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,BCFSM-MMC可快速清除直流短路故障电流,且能够快速重启,具有高直流故障穿越可靠性的同时降低了换流站的建造与运行成本。

    2021年07期 v.45;No.452 2596-2604页 [查看摘要][在线阅读][下载 1747K]
  • 直流微电网多端口变换器虚拟惯性控制策略

    曹建博;王林;黄辉;吴金龙;郜亚秋;李宪鹏;

    目前,直流配电系统内部多变换器并联一般采用传统的下垂控制策略,系统表现出低惯性、弱阻尼的特征,使得系统稳定性较差,为此提出了一种用于直流微电网多端口变换器的类虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)虚拟惯性控制策略。该策略可同时实现下垂、虚拟惯性及阻尼特性功能。首先,对多端口变换器的拓扑结构进行了简介;其次,对所提控制策略进行了理论分析与推导,并给出了控制策略框图;再次,建立了变换器小信号模型,分析了加入类VSG虚拟惯性控制策略后变换器的稳定性;最后,在Matlab/Simulink中建立了系统仿真模型,并进行了仿真对比,验证了所提控制策略的有效性及稳定性分析的正确性。与传统控制策略相比,所提控制策略增加了直流配电系统的惯性,平抑了直流母线电压的波动。

    2021年07期 v.45;No.452 2604-2615页 [查看摘要][在线阅读][下载 1705K]
  • 量测装置优化配置下的分布式配电网故障定位方法

    胡明峰;刘洋;华斌;

    变电站端故障监测"高阻"现象可能使得配电网故障定位失败。为了解决这个问题,提出了一种量测装置优化配置下的分布式配电网故障定位方法。所提方法的主要特点是在量测装置全局最优配置下,基于故障暂态信号的时间特性实现分布式故障区段定位。首先,改进的l_(2,1)主元分析方法被用来识别配电网中状态变化敏感的节点作为全局最优配置位置,然后根据配置结果构建了故障监测域并得到故障监测增广矩阵,进而给出故障区段判别规则,最后依据行波测距基础理论完成故障点定位。使用PSCAD/EMTDC搭建的改进IEEE34节点馈线系统进行仿真验证,仿真结果表明所提方法能准确识别出故障区段且对过渡阻抗具有较强的鲁棒性,定位结果不受故障类型、故障位置的影响。

    2021年07期 v.45;No.452 2616-2622页 [查看摘要][在线阅读][下载 965K]

电力系统

  • 利用注入信号的配电网自适应三相重合闸研究

    廖宏宇;康小宁;袁燕磊;李珂;

    传统的三相重合闸经整定时间进行重合,不对故障性质进行判别,重合失败将导致对系统的二次冲击。为避免重合于永久性故障造成的二次冲击危害,提高重合闸成功率,提出了通过电压互感器二次侧注入电压信号的自适应三相重合闸策略。该策略根据电压互感器一次侧端口电压的特征,确定不带并联电抗器的配电网线路相间故障点绝缘是否恢复,最后根据故障性质决定是否执行重合闸操作。经过理论推导和基于PSCAD/EMTDC平台的仿真验证,证明了所提出的自适应重合闸策略能够判别瞬时性故障和永久性故障,并阻止因永久性故障跳闸的配电线路进行重合闸操作。

    2021年07期 v.45;No.452 2623-2630页 [查看摘要][在线阅读][下载 1225K]
  • 欧洲大陆同步电网“1·8”解列事故分析及启示

    孙为民;张一驰;张晓涵;安学民;屠竞哲;何剑;周勤勇;

    2021年1月8日,欧洲大陆同步电网解列为西北部、东南部两个区域,法国、意大利共切除1700MW可中断负荷,西北部地区约70MW、东南部地区约233MW负荷因频率、电压剧烈波动而脱网。介绍了欧洲电力系统概况、梳理了事故的发展过程,总结了事故发生的原因,并结合我国电网实际情况,提出本次解列事故对我国电力系统发展的启示。

    2021年07期 v.45;No.452 2630-2637页 [查看摘要][在线阅读][下载 2055K]
  • 次暂态电势固有响应延迟对电压恢复性能影响及应对策略

    郑超;舒展;吕思卓;蔡霞;李惠玲;邓健;

    电力电子化发展的电力系统,电压恢复性能恶化甚至电压失稳的风险日趋加剧。该文面向支撑电压恢复的重要无功源—同步发电机,首先建立以传递函数描述的机组详细动态模型,揭示了d轴暂态开路时间常数引起的次暂态电势响应延迟特性,及其影响机组与电容组合无功源无功输出的机制;其次,定义基于受扰响应信息的无功源暂态无功支撑能力和交流电网电压恢复性能的定量评价指数;再次,提出缓解次暂态电势延迟影响,充分发挥组合无功源支撑能力提升电压恢复性能的应对策略;最后,针对即将投运的雅中特高压直流馈入的江西电网,通过大扰动时域仿真,验证了次暂态电势响应延迟对组合无功源输出特性影响机制分析的正确性,以及评价指数和应对策略的有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2638-2647页 [查看摘要][在线阅读][下载 1378K]
  • 可再生能源电力系统运行灵活性需求量化及优化调度方法

    李静轩;周明;朱凌志;孙轶恺;张利军;

    以风、光为代表的波动性能源发电占比快速增加,对电力系统的运行灵活性提出了更高要求。综合考虑风光出力不确定性、波动性及相关性特征,用多胞体描述多个随机源的联合波动域,构建系统灵活性需求量化模型;并利用多胞体在线路上的投影得到灵活性需求的空间分布特征。针对灵活性需求优化调度问题,建立了考虑灵活性需求空间分布约束的区间优化滚动调度模型,给出满足给定置信度下灵活性要求的发电调度方案。在IEEE 39节点系统及我国西北高比例新能源电力系统上进行算例验证,证明了所提的灵活性需求量化方法及调度策略的有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2647-2656页 [查看摘要][在线阅读][下载 1782K]
  • 考虑充电功率衰减的电动汽车两阶段优化调度策略

    刘向军;牟明亮;黄绍模;刘迪;孙毅;张旭东;李飞;

    通过对锂电池充电特性进行分析,发现电动汽车充电后期会出现明显的功率衰减,忽略这种现象会导致电动汽车所需充电时长的错误预估。为减小功率衰减带来的负面影响,该文基于最佳充电电流理论,构建电动汽车最佳充电曲线,并根据不同电动汽车充电功率变化特性,在考虑功率衰减的条件下提出一种基于多元混合优化算法的电动汽车两阶段优化调度策略。首先,基于电动汽车充电电流、电压以及功率之间的相关性,构建电动汽车用户模型,根据不同队列电动汽车充电特性,构建负荷聚合商调度模型;进而,基于最高响应比优化算法解决调度第一阶段的用户充电紧迫性与公平性问题,基于粒子群优化算法解决第二阶段光伏消纳偏差量最小化问题,实现考虑功率衰减特性的电动汽车两阶段优化调度;最后,在仿真实验中通过对未考虑功率衰减时电动汽车计划和实际充电行为进行对比,分析充电功率衰减对电动汽车用户和负荷聚合商的影响,通过对考虑功率衰减时不同调度策略下的电动汽车充电行为进行对比,验证本文策略在降低光伏消纳偏差量,提高用户满意度,改善负荷聚合商经济效益方面具有明显效果。

    2021年07期 v.45;No.452 2656-2666页 [查看摘要][在线阅读][下载 1187K]
  • 计及用电满意度优先级划分的负荷聚合商调度策略研究

    何沁蔓;刘晓峰;王琦;孙旺青;

    为实现大规模海量居民柔性负荷有序参与需求响应,可以利用负荷聚合商对居民柔性负荷进行聚合调度。为了降低负荷聚合商需求响应调度对居民用户的影响,首先,根据居民用户用能诉求对柔性负荷进行聚类;其次,构建用电满意度函数对各类柔性负荷进行调度优先级划分,并通过设置不同补偿价格来实现优先调度级别高的负荷;最后,以负荷聚合商收益最大为目标构建调度决策模型。仿真结果表明,所提方法可以有效降低电网负荷需求峰谷差,还可以降低需求响应对用户用电满意度的影响。

    2021年07期 v.45;No.452 2666-2675页 [查看摘要][在线阅读][下载 1161K]
  • 仿射型区间潮流算法应用与展望

    黄耿业;邵振国;黄圆皓;陈飞雄;

    可再生能源的大规模开发和并网,给电力系统带来了极大的不确定性,增加了电力系统分析的复杂性。仿射算术作为区间算术的一种扩展,能够考虑不确定因素之间的相互影响,对于分析电力系统不确定性具有重要意义。对比了现有仿射型区间潮流算法的差异,分析了各自特点及其应用现状。首先整理与分析了目前采用的仿射算术,总结其保守性的主要来源和特点;将仿射型区间潮流分成仿射迭代类和仿射优化类潮流,并分别对这两类潮流算法进行对比分析;而后分析了目前仿射型区间潮流算法的应用现状;最后指出了仿射型区间潮流亟待解决的关键问题及未来的研究方向。

    2021年07期 v.45;No.452 2675-2682页 [查看摘要][在线阅读][下载 921K]
  • 交直流混合配电网改进区间潮流算法

    费迎阳;江岳文;洪启腾;

    将区间泰勒展开法应用到交直流混合配电网中,结合增广直角坐标潮流模型,提出了一种适用于求解交直流混合配电网中存在间歇性电源以及波动性负荷的区间潮流算法。该算法考虑了主从控制策略与对等控制策略下直流配电网中节点电压和功率的波动对交流配电网与电压源换流器(voltage source converter,VSC)中潮流和调制比的影响,采用区间泰勒展开法避免了区间迭代与非线性优化,基于增广直角坐标潮流模型的雅克比矩阵与海森矩阵稀疏度极高,提高了计算效率。最后,在IEEE33节点扩展的交直流混合配电网中验证所提算法,并通过将结果与蒙特卡罗算法运行后的结果相比较,验证了该算法的有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2683-2692页 [查看摘要][在线阅读][下载 1338K]
  • 模块化多电平矩阵变换器一致渐近稳定控制器设计

    夏超英;门旭明;于佳丽;

    模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)是一种应用于高压大功率领域的交交变换器拓扑。现有的多环控制方案需要调整的参数较多,并且没有严格的稳定性证明,不能保证闭环系统全局稳定。为此,建立了三相静止坐标系下M3C系统的状态空间模型,并应用Lyapunov稳定性理论设计了状态误差反馈控制算法,可保证系统的全局渐近稳定,参数调整简单,控制性能良好。最后,仿真和实验结果验证了所设计的M3C控制策略的性能。

    2021年07期 v.45;No.452 2692-2705页 [查看摘要][在线阅读][下载 2992K]
  • 降低不平衡电网下PWM整流器开关频率的顺序模型预测直接功率控制方法

    魏昂;王丹;武文杰;王浩亮;刘陆;彭周华;

    在中高压大功率PWM整流器中,降低整流器功率器件的开关频率能够显著降低系统工作过程中的功率损耗,然而低开关频率运行将导致整流器网侧电流畸变率升高,电能质量下降,在电网电压不平衡时这种现象更为突出。针对上述问题,提出一种基于顺序模型预测控制的低开关频率运行方法。该方法结合瞬时功率补偿策略,通过对不平衡电网条件下整流器的功率分析获得功率参考值,采用顺序模型预测控制思想,设计双评价函数在降低整流器开关频率的同时降低了网侧电流畸变率,减小了有功功率波动。该方法可以在两相静止坐标系下实现,结构简单,计算量小,且取消了传统模型预测控制中的权重因子。仿真和实验结果验证了理论研究和所提方法的有效性和可行性。

    2021年07期 v.45;No.452 2700-2708页 [查看摘要][在线阅读][下载 2522K]
  • 基于谐波状态空间的车网耦合系统小信号阻抗建模和稳定性分析

    李志远;吴思奇;孟祥宇;刘志刚;张晗;

    随着我国电气化高速铁路的快速发展,电气化铁路网运行的动车组数量大幅增加。高密度运行的动车组可能会引发车网耦合系统的低频振荡(low-frequency oscillations,LFOs),严重影响轨道交通运输的正常进行。该文针对具有复杂电力电子结构特性的单相车网耦合系统,尝试将谐波状态空间方法(harmonic state-space,HSS)应用于车网耦合系统的小信号阻抗建模。首先推导了车网耦合系统的基于谐波状态空间HSS的小信号阻抗模型,分别通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了此模型的精确性;基于所搭建的模型,采用阻抗稳定性分析方法,成功地分析了多车并网引起车网耦合系统低频振荡的机理;最后分别定量研究了电力机车接入的数目和网侧感抗值对车网耦合系统稳定性的影响规律。理论分析和半实物结果表明,该建模方法可以实现简单且精确的车网耦合系统稳定性分析。

    2021年07期 v.45;No.452 2709-2718页 [查看摘要][在线阅读][下载 2286K]
  • 基于Bi-LSTM和特征关联性分析的日尖峰负荷预测

    李玉志;刘晓亮;邢方方;温国强;卢楠滟;何慧;焦润海;

    近年来,负荷高峰时段电力供需不平衡问题日益突出,电网运行成本增加。为提高尖峰负荷预测准确度,提出了一种基于双向长短期记忆网络和特征关联性分析的日尖峰负荷预测方法。采用描述类、曲线类指标分析不同行业下的用户日峰值负荷特性,并基于Copula函数定量分析多维时序数据之间的关联度,构建基于双向长短期记忆网络的幅值预测模型。由于多峰特性在用电规律中的普通存在,先将连续的历史发生时刻点转为离散的时间段中,再利用幅值模型的预测结果展开基于XGBoost分类器的日峰值负荷出现时段预测。在真实数据集上的实验结果表明,该方法对高位负荷的预测具有较高预测精度,对提高电网削峰填谷和供电服务能力具有重要意义。

    2021年07期 v.45;No.452 2719-2730页 [查看摘要][在线阅读][下载 1529K]
  • 注入电流馈线分布特征及其在接地故障检测中的应用

    刘宝稳;曾祥君;张慧芬;马宏忠;

    注入法是配网接地故障保护的重要方法之一,然而实际接地故障存在过渡电阻,尤其是高阻接地故障时,传统注入电流分布模型和故障检测方法的有效性受到严重影响。为解决配网单相经高阻接地故障检测的难题,构建了基波注入电流在多馈线配网中的精准分布模型,提出可消除电网分布参数不对称影响的接地故障判定和选线新方法。通过对线路零序电流成分的分解,发现非金属性接地故障下每条线路中均存在注入电流,且分布在每条线路中的比例等于当前工况下该线路零序导纳与系统总导纳的比值,将该比值定义为"分担系数"。针对不同接地方式,刻画出分担系数随过渡电阻变化的轨迹特征,并提出了基于分担系数幅相特征的不对称配电网单相接地故障识别和故障选线方法,理论上消除电网三相分布参数不对称的影响,具有耐受过渡电阻能力强的优势。实际应用中仅需调节一次注入电流并测量被检线路零序电流的变化量,操作简单、易于实现。

    2021年07期 v.45;No.452 2731-2740页 [查看摘要][在线阅读][下载 1029K]

高比例可再生能源并网

  • 计及风险备用约束的输电网风储容量双层优化

    刘若河;贾燕冰;付可宁;韩肖清;

    提高规划方案在电网调度运行中的适用性,是提高新能源消纳能力的有效解决措施之一。提出一种计及风险备用约束和多能源机组组合调度约束的输电网中风电场与储能电站联合配置的规划方法,充分利用电网灵活性资源调节能力并探索峰谷电价政策下的储能调峰盈利模式,综合考虑火电煤耗运行成本、风电弃风功率、储能建设成本与调峰收益、切负荷风险。采用双层优化方法,在外层基于向量序优化理论对配置方案做多目标评估筛选,在内层建立基于确定性备用约束的粗糙模型和基于N-1故障的概率性风险备用约束的精确模型的机组组合消纳运行模型。IEEE-RTS24节点系统算例结果证明,所提优化方法可平衡计算精度与计算速度,提高输电网的新能源规划、消纳和风险应对的能力。

    2021年07期 v.45;No.452 2741-2752页 [查看摘要][在线阅读][下载 3004K]
  • 弱电网下风电有功出力对次同步振荡特性影响分析及参数调整

    郝亚峰;梁军;王克文;吴广禄;王要强;

    针对弱电网下直驱风电场有功出力对次同步振荡特性(subsynchronous oscillation,SSO)的影响问题,建立了并网系统动态数学模型,利用特征值分析法和参与因子计算,得到主导振荡模式以及主要参与的控制环节。通过分析在不同控制参数和系统结构参数下有功出力与SSO特性的关系,解释学术界和工程中关于有功出力对SSO阻尼影响存在不同观点的原因,确定影响有功出力与SSO阻尼之间关系的主导因素。同时,根据有功出力与SSO阻尼相关特性制定具有抑制SSO作用的参数调整方案,以求对实际工程起到重要的指导作用。时域仿真验证了相关特性和参数调整方案的正确性与有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2752-2765页 [查看摘要][在线阅读][下载 1348K]
  • 计及细节层次直接负荷控制的区域综合能源系统多时间尺度优化调度

    朱兰;田泽清;唐陇军;李孝均;崔楷舜;

    考虑风光出力和负荷的不确定性及温控负荷反弹特性的精细建模程度对区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)优化调度的影响,提出计及细节层次直接负荷控制的多时间尺度协调优化调度策略。日前调度采用三阶段反弹简化直接负荷控制模型,以系统运行经济性最优为目标求解机组运行计划;日内调度基于细节层次直接负荷控制仿真修正日前反弹负荷曲线,求解各微源的出力计划;实时调度进一步细化日内仿真反弹负荷曲线,结合模型预测控制理论,通过反馈校正和滚动优化调整微源出力,实现多时间尺度的协调运行。算例结果表明多时间尺度下计及细节层次的直接负荷控制更能贴合实际系统运行,实现机组出力精准化控制,验证了所提优化调度策略的可行性及有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2763-2774页 [查看摘要][在线阅读][下载 1462K]
  • 考虑风向和大气稳定度的海上风电功率短期预测

    戚创创;王向文;

    对于海上风电功率的预测,传统预测模型未计及因风向与大气条件改变引起的输出功率差异。为了提升预测精度,在考虑大气稳定度的同时,根据风向与功率损失构建出功率风向(power-direction,Pd)模型,并在此基础上提出基于编码–解码(Encoder-decoder)框架的海上风电功率预测方法。该方法可根据Pd模型更新尾流效应损失,并有效平抑预测功率波动,区分不同大气层结稳定度下的尾流效应。首先,通过长短期记忆神经网络(long-short term memory,LSTM)等预测模型验证大气稳定度及Pd模型的有效性,然后使用Encoder-decoder对实际海上风电场进行风电功率预测。实验结果表明,考虑大气稳定度并使用Pd模型的Encoder-decoder方法,其均方根误差较单一Encoder-decoder预测方法降低了2.39%。

    2021年07期 v.45;No.452 2773-2780页 [查看摘要][在线阅读][下载 2045K]
  • 基于阻耗系数的双馈风机系统阻尼控制研究

    章艳;张萌;高晗;

    针对风电并网所带来的系统低频振荡问题,文章基于能量法分析了双馈风机并网时系统的阻尼特性,从物理层面探讨了表征振荡能量耗散的阻耗系数与系统阻尼之间的关系。在双馈风机并网系统中,结合根轨迹法验证了阻耗系数定量分析系统阻尼的有效性,并定量分析了四机两区系统中不同振荡模态下的机组间阻尼。从补偿系统阻尼的角度,结合阻耗系数分析提出了一种模糊控制策略,根据阻耗系数选择了最优模糊控制参数,以最大化增强区间振荡下的系统阻尼。并在恒定风速和随机风速下的多机系统中验证了对区间振荡的抑制效果。

    2021年07期 v.45;No.452 2781-2795页 [查看摘要][在线阅读][下载 2353K]
  • 基于“共享储能–需求侧资源”联合跟踪可再生能源发电曲线的市场化消纳模式

    刘敦楠;赵宁宁;李鹏飞;刘明光;许小峰;邵平;曹晓峻;

    可再生能源发电出力波动性大给电力系统运行带来了诸多挑战,这也直接影响了可再生能源电力的消纳。鉴于此,提出了一种考虑"共享储能–需求侧资源"联合跟踪可再生能源发电曲线的市场化消纳模式。首先梳理了用户参与该交易的全过程步骤,然后以用户的净收益最大化为目标函数建立了混合整数线性规划模型,最后通过实际算例验证了该模式优于仅考虑"共享储能"模式、峰谷分时电价需求响应模式。所提出的联合跟踪模式增强了用户利用自身需求侧资源和共享式的储能设备提高其对可再生能源电力的消纳能力,为进一步探索"源网荷储一体化"提供了一定思路。

    2021年07期 v.45;No.452 2791-2802页 [查看摘要][在线阅读][下载 1087K]
  • 基于电转气反应热应用和合作博弈的电转气装置容量规划

    张锴;郭小璇;韩帅;孙乐平;

    针对电转气装置目前普遍存在的效益较低的现状,计及了电转气反应热的利用,并考虑了加强与综合能源主体的合作,从这两方面实现了电转气产业链的延伸和产业模式的创新。通过计及电转气放热、碳交易等,挖掘了电转气的盈利空间;基于合作博弈,提出了以含电转气的综合能源联盟净收益最大为目标的系统运行模型,基于Shapley值对联盟的每个主体进行了公平、合理的利润分配机制。此外,还对风电和热电联产机组间的利益冲突进行了分析,并进行了碳交易价格和电转气用电成本的灵敏度研究。分析结果表明,联盟的形式有助于电转气企业的投资与盈利,碳交易价格决定了电转气容量上限,用电成本直接决定了电转气投资与否。

    2021年07期 v.45;No.452 2801-2811页 [查看摘要][在线阅读][下载 1224K]
  • 基于异质依存网络的电-气区域综合能源系统弹性评估

    彭寒梅;李才宝;刘健锋;苏永新;谭貌;

    含多耦合节点的区域综合能源系统存在多能量形式的深度耦合,节点连接关系更加复杂,难以直接利用单一网络进行计算和评估。基于异质依存网络进行电–气区域综合能源系统弹性评估。首先,基于耦合元件的电气解耦,建立了电–气区域综合能源系统的双层异质依存网络模型,并转化为双层双向图;其次,提出综合考虑脆弱性和恢复力的弹性指标,采用复数形式表示并基于双层双向图进行弹性指标计算,再提出几何平均G1-反熵权法计算得到综合弹性值。最后,通过电–气区域综合能源系统弹性评估算例,验证了所提方法的正确性和有效性。

    2021年07期 v.45;No.452 2811-2821页 [查看摘要][在线阅读][下载 1037K]

面向新一代电力系统和能源互联网的人工智能技术

  • 基于深度学习的输电线路螺栓检测技术

    张姝;王昊天;董骁翀;李玉容;李烨;王新迎;孙英云;

    输电线路螺栓缺陷检测对电力系统安全可靠运行具有重要意义,但螺栓在巡检图像中具有特征不明显、尺寸小的特点,这给螺栓检测研究带来了一定挑战。随着直升机、无人机巡检技术和边缘计算的发展,传统巡检图像处理方法已满足不了实时检测的需求。针对上述问题,提出一种基于深度学习的输电线路螺栓检测系统。采用分级检测原则,首先利用SSD(single shot mutibox detector)算法定位存在缺陷螺栓的连接部位并切割出连接部位,增大螺栓在巡检图像中的占比,其次利用数据增强扩充数据集,最后利用YOLOv3算法检测缺陷螺栓。最终将边缘计算装置搭载在直升机、无人机上,实现输电线路螺栓缺陷实时检测。为验证该系统的鲁棒性,对不同光照强度下的巡检图像进行仿真。实验结果表明,该方法能够有效、精确地实现巡检图像中螺栓缺陷的实时检测。

    2021年07期 v.45;No.452 2821-2829页 [查看摘要][在线阅读][下载 2181K]
  • 基于强化学习理论的输电网扩展规划方法

    王渝红;胡胜杰;宋雨妍;江栗;沈力;

    该文将人工智能扩展至传统输电网规划中,提出基于强化学习理论的输电网扩展规划方法,以带自适应学习因子的多步回溯α-Q(λ)算法进行求解。基于数据库与蒙特卡洛法,并计及输电可靠性成本建立了扩展规划模型,设计自适应学习因子的多步回溯Q(λ)算法,利用强化学习智能体以最大累积奖励为目标,结合输电网扩展规划特性,将混合整数规划模型转换为算法的智能体与环境,用以模拟规划人员对电网的规划过程。在Garver-6与IEEE 24-RTS系统中验证该文所提方法的有效性,并与其他智能算法进行比较。

    2021年07期 v.45;No.452 2829-2838页 [查看摘要][在线阅读][下载 1077K]
  • 基于时间序列的配电网数据清理和融合方法研究

    朱有产;梁玮轩;王英姿;

    随着配电物联网的快速发展,海量异构数据不断地从生产、传输、消费端产生,这些数据具有更新速度快、质量差、价值密度低、时间序列性强的特点。如何从这些海量数据中提取高质量的有价值数据,减少数据冗余,需要有效的数据清洗融合方法。为此,提出了一种基于时间序列相似性度量的数据清理、融合方法,该方法利用近似符号聚集、欧式算法和调整相似度加权的相似序列完成数据清理,利用多元异构数据融合算法完成数据融合。选用1440点负荷数据进行实验,结果表明,该方法可以检测配电网异常数据、填充空缺数据、减少数据冗余、融合异构数据,处理后的数据精度高,计算复杂度低,整体提高了数据质量,为配电物联网应用提供可靠的基础数据。

    2021年07期 v.45;No.452 2839-2846页 [查看摘要][在线阅读][下载 981K]

直流输电与直流电网

  • 半桥–全桥子模块混合型MMC的换流阀损耗分析方法

    赵宇含;王鑫;赵成勇;杨琳;

    随着架空线路在直流输电工程中的应用和多端直流电网的逐步建设,半桥–全桥子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)具有广阔的应用前景,其损耗计算也具有重要的工程意义。针对控制环节中加入二次环流抑制和三倍频电压注入的半桥–全桥子模块混合型MMC,对其工作原理和调制策略进行了阐述,对换流阀的损耗进行了分类并给出了计算方法:根据桥臂电流方向对通态损耗进行分段计算;根据桥臂电流方向和桥臂电压变化情况对开关损耗进行分段计算。在PSCAD/EMTDC中进行仿真,验证了采用的半桥–全桥子模块混合型MMC损耗分析方法的正确性。计算和仿真结果表明,半桥–全桥子模块混合型MMC的阀损耗和全桥子模块比例正相关,且受到功率因数角和调制比的影响,在允许范围内功率因数角越接近零损耗越低,调制比越高损耗越低。

    2021年07期 v.45;No.452 2847-2856页 [查看摘要][在线阅读][下载 1130K]
  • 高频变压器技术研究综述

    叶志军;林晓明;谭锴佳;罗继亮;郝亮亮;

    高频变压器(high frequency transformer,HFT)是一种结合电力电子技术和高频磁链技术的电能变换设备。由于与工频变压器相比,HFT具有体积小、质量轻等优点,因此HFT在现代变换器中有着广泛的应用。但是,HFT在应用过程中还存在许多问题有待解决。在介绍HFT发展历史的基础上,总结了HFT的基本原理和计算方法,介绍了漏感和分布电容等参数,归纳了绕组及磁损耗的计算方法,并对HFT的优化设计技术,如磁芯优化技术、绕组优化技术、样机设计制造技术与多物理仿真等进行了梳理和概括。最后对HFT还存在的问题以及发展方向进行归纳与展望。对于HFT相关的研究者和生产者具有一定的参考价值和学习意义。

    2021年07期 v.45;No.452 2856-2870页 [查看摘要][在线阅读][下载 1776K]
  • 直流接地极入地电流引起的高速铁路系统不同位置变压器直流电流分布规律

    张华志;宋伟;黄军;陈争;李晨琨;张波;

    随着我国直流输电工程与高速铁路的广泛延伸,直流接地极与高速铁路相接近的情况时有发生。当直流接地极有大电流入地时,直流电流会流入高速铁路系统,可能造成沿线变压器直流偏磁。该文建立了包含高速铁路综合接地系统和牵引供电系统的直流电流分布的分析模型,计算了直流接地极入地电流在高速铁路系统的总体分布,获得牵引变电所、自耦变压器(auto transformer,AT)所、分区所内各变压器和机车牵引变压器流过的直流电流,分析以上各所的间距、直流接地极位置、动车的存在等因素对流过变压器的直流电流的影响。研究结果表明,接地极在高铁上的投影位于牵引变电所或AT所时所内变压器流过的直流电流最大,而位于分区所或相邻两所中间位置时,流过变压器的直流电流会有所降低。动车位置对高速铁路直流电流分布影响不大。

    2021年07期 v.45;No.452 2871-2878页 [查看摘要][在线阅读][下载 1164K]
  • 考虑交直流谐波交互影响的高压直流开关函数建模

    丁天皓;汪娟娟;叶运铭;陈威;傅闯;

    开关函数法通过构造换流器的数学模型来分析换流器两侧电气量的响应特性,传统的开关函数模型受限于换流阀在交流故障时不对称导通特性的影响,不能准确地反映换流器的谐波特性。通过分析交流故障情况下换相电压相位以及触发角等关键电气量的变化,着重考虑了换流器两侧谐波对于换相时间的影响,给出计及交直流侧谐波交互影响的换相角计算方法,以此为基础建立了适用于换流器不对称运行条件的开关函数模型,在PSCAD/EMTDC中采用CIGRE高压直流标准测试模型和±500kV牛丛直流(同塔双回)工程模型进行仿真校验,验证了该方法的有效性和准确性。

    2021年07期 v.45;No.452 2879-2889页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]

高电压技术

  • 基于新奇检测的两级电气故障声纹识别算法

    孙汉文;李喆;林睿;江一;盛戈皞;江秀臣;

    基于闭集算法的声纹识别模型由几类故障样本与正常样本训练得到,同时假设后续输入样本同属于这几个确定的类别。在应用中,强环境噪声等陌生类别可能导致大量误报。为在室外等多噪声环境下降低误报率,同时保持故障样本召回率,提出了一种基于新奇检测的两级声纹识别算法。以断路器储能电机为实验对象,对1种正常工况和3种异常工况的声音信号进行加窗、分帧等预处理,随后提取梅尔频率倒谱系数(Mel frequency cestrum coefficient,MFCC)特征向量,最后使用单类支持向量机(one-class support vector machine,one-class SVM)作为第1级新奇检测算法分离陌生类,再使用C参数支持向量机(c-support vector machine,C-SVM)作为第2级算法进行识别。实验结果表明,与现有的单级声纹识别方法相比,所提出的方法可以有效检出陌生类,在信噪比高于20dB时故障样本召回率下降小于0.33%,在信噪比低于20dB时误报率下降超过63.47%。

    2021年07期 v.45;No.452 2888-2895页 [查看摘要][在线阅读][下载 2555K]
  • 激光清除硅橡胶伞裙污秽及老化表层技术研究

    袁田;龚宇佳;张锦;王昱晴;童悦;杨国泰;

    针对硅橡胶伞裙表面污秽和老化引起憎水性下降的问题,该文利用激光器清洗技术对硅橡胶伞裙表面的污秽及老化表层清除技术进行了研究。依据硅橡胶在激光光斑照射时会出现快速气化的原理,对硅橡胶伞裙表面污秽和老化表层进行了清除研究。清除采用的激光光斑功率为66W、光斑脉冲200kHz、清洗宽度3cm、行走速度3mm/s和清洗深度0.03mm/次。根据不同清洗深度的硅橡胶表层进行了傅里叶红外光谱测试(Fourier transformed infrared spectroscopy FTIR)和200倍的表面龟裂情况观测,当清洗深度≥0.1mm时,羟基键(-OH)会明显减少,在硅氧键和硅甲基光谱附近,杂乱的官能团被清除,龟裂也基本消失,因此推荐清洗深度为0.1~0.2mm。激光清洗后的硅橡胶表面憎水性迁移良好,其憎水性丧失恢复和迁移相比未清洗表面有明显提高。

    2021年07期 v.45;No.452 2896-2903页 [查看摘要][在线阅读][下载 2297K]
  • 自然环境下覆冰绝缘子长串交流闪络电压及电弧发展现象

    何昱燊;张志劲;傅海涛;武剑;郑凯;蒋兴良;

    现有研究表明,国内外学者对覆冰绝缘子闪络特性及放电机理的研究大多基于人工气候室内的覆冰试验完成。人工气候室模拟的环境条件和自然环境有较大区别,绝缘子的工况也有所不同。以不同型式和结构的4种绝缘子长串为研究对象,在雪峰山覆冰试验站对其开展了自然覆冰环境下的交流闪络试验,得到了绝缘子长串在不同污秽度和覆冰程度下的交流闪络电压,并拍摄了其放电过程及电弧发展现象。研究结果表明:覆冰绝缘子长串的闪络电压随冰重、盐密呈负幂指数的下降;盐密对玻璃绝缘子冰闪电压的影响指数为0.212~0.294,对于瓷绝缘子为0.184~0.322。在绝缘子长串自然覆冰的放电过程中,电弧熄灭重燃现象明显,飘弧现象严重。

    2021年07期 v.45;No.452 2904-2912页 [查看摘要][在线阅读][下载 1750K]
  • 快速开关多场协同仿真下的应力与形变研究

    王汝凡;王德全;邱军;尹红阳;冷彤;廖敏夫;

    针对目前采用单一电磁场无法反映出电磁斥力机构开断过程中关键部位形变的问题,该文提出一种电磁场、结构分析场及瞬态力场的协同仿真方法,围绕着斥力线圈外壳材料、厚度、径向匝数、核心连接部件尺寸等参数对快速开关进行了多场协同仿真的应力与形变研究。其次,针对直流断路器在较大额定工作电流条件下需要快速开关提供较高合闸保持力的问题,仿真研究了T形衔铁结构对合闸保持力的影响,并探究其对分闸过程斥力线圈外壳的形变与应力影响。最后,依据电磁斥力机构多场协同仿真结果,设计了一种混合式双线圈型快速电磁斥力机构。研究结果表明厚度适中且材料为Q235的斥力线圈外壳应力及形变小、分闸速度较快;中心支撑杆与斥力线圈尺寸存在相互影响的制约关系;T形衔铁台阶宽度、厚度的增加使合闸保持力上升率先快后慢。相同电路参数下合闸保持力升高使得分闸速度降低但形变与应力会减小,相互制约存在临界最优情况。该文通过多物理场协同仿真对应力与形变的研究为快速开关设计与优化提供了理论指导,为工程应用提供一定技术参考。

    2021年07期 v.45;No.452 2913-2923页 [查看摘要][在线阅读][下载 3266K]
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