电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2023年第7期

• 多层介质空间电荷测试系统的等效表征模型与信号畸变特性

  史昀祯， 程思闳， 任瀚文， 高浩予， 綦天润， 李庆民

  以高频电力变压器等为代表的新型电力系统装备面临大容量化、紧凑型发展需求，但装备多层复合绝缘材料中的电荷积聚问题严重影响其安全稳定运行，基于电声脉冲法测试空间电荷分布有利于分析其时空演化特性，但测试系统中的复杂声波透射与反射过程直接影响多层介质的电荷结果分析。本文基于电声脉冲测试信号传递和基本传输线系统中信号传播的相似性，提出了电声脉冲系统的等效表征原理，并结合与实验测量波形的一致性模拟结果验证了模型的可靠性。进一步，基于所构建传输线模型，开展了多层绝缘介质下的电荷仿真模拟，研究表明介质及吸声材料厚度是影响多层介质电荷测量结果的关键因素。基于此，提出了适用于多层介质的电声脉冲法测量遴选标准，所提出方法可有效减少声波反射对测量结果的影响。同时，针对声阻抗匹配程度对测量结果的影响作用机制开展研究，模拟结果表明：当半导电电极与试样声阻抗不相等时，将改变界面处的声波产生系数，进而影响上电极界面侧的被测信号幅值；而当传感器与背衬吸声部分的声阻抗不相等时，则会导致所测结果中所有界面处电压波形发生畸变，出现波形展宽和拖尾的情况。本文相关工作可为多层介质电声脉冲测量实验设计与波形恢复提供相关指导。

• 城市轨道交通钢轨紧固件绝缘垫破损对杂散电流空间分布的影响

  暴家良1， 李晓华1， 辛全金1， 张璐科1， 陈璐2

  城市轨道交通运行时钢轨电流会从结构紧固件处泄漏到大地中，为研究钢轨紧固件绝缘垫层破损时杂散电流的空间分布，本文利用CDEGS(Current Distribution,Electromagnetic fields,Grounding,Soil structure analysis)接地分析软件搭建轨道交通仿真模型，对绝缘垫出现破损时各结构层次电位、电流分布和杂散电流空间分布进行对比分析，对钢轨绝缘垫层破损处泄漏电流影响因素进行研究，由此提出钢轨绝缘垫层出现破损时的量值计算模型。结果表明：轨道交通各结构层次电流在绝缘垫层破损处出现突变，而电位变化较小。破损处较大的泄漏电流与沿线钢轨泄漏电流的叠加电场会造成附近土壤等电流密度幅值曲线出现畸变，在本文仿真模型中可对183 m范围的杂散电流空间分布产生影响。同时本文通过修正双边供电电阻网络模型边界条件，推导了钢轨绝缘垫层破损时的解析模型，其与CDEGS仿真结果误差较小，证明了钢轨绝缘垫破损解析模型的正确性和适用性。

• 新能源并网系统的功率传输极限分析研究

  黄海荣1， 张旭2， 翁华1， 何勇玲1， 李宇骏2， 朱维骏1， 郭雨涵1

  功率传输极限作为评估新能源并网系统输送功率能力的重要指标，其受到诸多因素的影响，并在一定程度上制约了新能源系统的发电水平。本文首先推导出新能源并网系统的功率传输极限分析模型，并指出当换流器处于单位功率因数控制下时，其功率传输极限仅为输电线路功率传输极限的一半。其次，提出了一种在公共连接点处配置无功补偿装置的方法以提高并网换流器功率传输能力。然后，研究了含无功补偿装置的新能源并网系统的功率传输极限以及静态稳定边界。最后，提出提升功率传输极限的无功控制规律并通过仿真验证其正确性。

• 计及电解铝负荷需求侧响应的风电并网调峰研究

  张斌1,2， 司大军2， 李凡3， 何金定2， 剡文林2， 牛涛3

  风电的反调峰特性和电网中调峰资源的不足，导致系统对风电的消纳能力偏低，弃风现象严重。相较于安装储能设备等措施，引导负荷侧参与需求响应是一项经济且高效的手段。考虑到西部地区丰富的可再生能源和众多电解铝企业，本文提出一种引导电解铝负荷参与风电调峰的方法。首先，建立了电解铝负荷的数学模型；以此为基础，借鉴鲁棒优化的思想，引入功率松弛变量，设计了电网-多电解铝负荷的协同调度模型，在电网侧采用模糊机会约束刻画风电出力的不确定性；同时通过交互松弛变量的值，在保证电解铝负荷生产隐私的前提下，实现双方的有效调度；然后，采用纳什合作博弈模型，进行多方利益分配；最后，通过改进的IEEE-30节点测试系统，验证了本文所提方法的可行性。

• 无储能光伏逆变器多模态运行与并离网切换策略研究

  梁纪峰1， 臧谦1， 姜玉洁2， 周文1， 王振雄2， 易皓2， 白岳谦2

  随着我国能源转型以及“双碳”目标的提出，分布式光伏装机量不断上升，其对电网的主动支撑控制技术是近来研究的热点问题。当分布式光伏工作在失去电网或储能支持的极端模态时，需要切换至无储能孤岛模态，采用电压型控制策略独立支撑电压。其中，实现光伏逆变器在并网运行模态与无储能孤岛模态之间的平滑切换，对于在失去电压同步信号后，仍能保证负载的不间断供电具有重要意义。因此，本文研究无储能光伏逆变器多模态控制策略，并提出了一种无储能光伏逆变器并离网平滑切换策略，该策略可以维持光伏逆变器在并网运行模态与无储能孤岛模态下的稳定运行，并能实现在两种模态之间的平滑切换，保证了光伏逆变器和负载之间的功率平衡。最后，实验结果验证了该方案的有效性，保证了含分布式光伏的配电网在多种模态下的供电品质。

• 用于多交流系统耦合下MMC-HVDC稳定性分析的模块化阻抗建模方法

  高剑1， 朱童1， 杜程茂2， 杜雄2， 张博2， 李甘1， 叶希1， 聂鸿宇1， 应林志1

  模块化多电平换流器（MMC）换流站与风电或电网等交流系统之间均存在振荡风险，严重削弱了系统的稳定运行能力。阻抗分析方法是分析振荡问题的一种简单有效的手段。然而，多交流系统耦合下基于模块化多电平换流器的高压直流输电（MMC-HVDC）的阻抗建模目前尚未形成统一的认识。本文提出一种“子系统划分-交流系统阻抗提取-直流端口阻抗等效与聚合”的模块化建模思路。首先根据稳定性分析需求进行子系统划分，然后提取各交流系统的频域阻抗特性，最后采用多谐波线性化方法建立MMC换流站的直流端口阻抗模型，并依据直流网络结构进行聚合。搭建了基于Matlab/Simulink的四端MMC-HVDC系统电磁暂态(EMT)平台，仿真结果验证了模型的正确性和建模方法的有效性。

• 一种面向储能系统的双向隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略

  梅杨， 慕月清， 赵英鹏

  为了满足网侧高电能质量以及储能元件安全可靠和长使用寿命的需求，本文针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器提出了一套系统的控制策略，包括对系统的双闭环控制和变换器的后级单重移相调制方法。其中双闭环控制包含网侧电流内环控制和直流侧电流外环控制，调制方法中保持前后级电路间协调同步，前级电路采用双线电压调制方式，后级电路采用等比例移相调制方式。仿真和实验结果显示，变换器的网侧功率因数可达0.99，直流侧电压纹波在0.15%以内。直流侧电流指令突变时，电流跟踪速度快且无超调。因此，采用所提出的控制策略可以保证网侧电能质量高、直流侧具有良好的动静态特性。

• 基于电磁耦合结构的谐振屏蔽及抗偏移性能研究

  吉莉， 葛富辰， 张弛， 张明， 钱步仁， 孙红军

  为了削弱无线充电系统周围空间的漏磁强度，并提高整个系统的抗偏移性能，本文针对圆形耦合结构提出了一种谐振屏蔽方法。首先，建立了系统等效电路模型，理论分析了传输效率和谐振屏蔽原理。采用控制变量与有限元仿真相结合的方法，优化屏蔽电流、屏蔽线圈匝数和位置，使得耦合结构的抗偏移性能提高了6.72%，同时，与传统铁氧体屏蔽方法做比较，所提方法提高了34.19%的屏蔽性能。最后，搭建了一套带有屏蔽线圈的耦合结构模型，利用LCR分析仪对所提方法进行了实验验证。

• 计及多种需求响应资源的虚拟电厂运行机制及控制策略优化

  杜宏宇1， 张宏宇1， 陈波1， 李瑛1， 梁惠施2， 冯楠2， 袁志昌3

  需求响应是虚拟电厂应对电力市场交易中由不确定性因素带来交易风险的重要资源。本文提出一种计及多种需求响应资源的虚拟电厂运行机制以及控制策略。首先，通过v型支持向量回归机对虚拟电厂可再生能源出力、负荷出力、电力市场价格等不确定量进行日前预测，并利用自回归移动平均对预测误差进行典型场景生成。其次，考虑来自虚拟电厂内部直接可控负荷以及外部需求响应交换市场所购得的需求响应资源，基于多阶段随机规划优化框架，以预期利润最大化以及可再生能源未消纳率最小化为目标，构建了不考虑风险控制和考虑风险控制两种条件下的虚拟电厂竞价策略优化模型。最后，通过算例分析不确定性和风险偏好对虚拟电厂的预期收益及可再生能源消纳率的影响，验证了所提运行策略的有效性。

• 基于分段隔磁桥的V型转子永磁电机的振动噪声削弱方法

  陈丽香， 姜植元， 孙宁

  电动汽车用V型转子永磁电机中的电磁噪声是电动汽车噪声的主要来源，影响到乘车人的舒适度问题。本文以1台额定功率104 kW的电动汽车用V型永磁电机为研究对象，分析电机电磁噪声产生的原因，提出一种在转子中开设分段隔磁桥的方案以降低电机的振动噪声，并与不分段隔磁桥、双层分段隔磁桥方案进行比较。在Maxwell中建立仿真计算模型，并采用有限元法对多个优化方案的电机模型进行电磁性能、振动、噪声的分析比较，并通过样机的振动噪声试验证明了计算方法的正确性及准确性。结果表明，考虑到制作工艺等问题，采用单层分段隔磁桥能够在几乎不影响电磁性能的情况下，有效地减弱电机的电磁噪声。

• 恶劣天气下基于N-2故障组合剪枝法的电网多重故障风险评估

  陈军1， 高兴1， 南东亮1， 马闻清2， 王建2， 李玉敦3

  预想事故集筛选是电力系统多重故障风险评估的关键部分，现有筛选方法容易将大量高概率低风险故障加入预想事故集或是生成预想事故集的过程涉及复杂网络拓扑计算，影响风险评估效率。因此，本文提出了一种基于N-2故障组合剪枝预想事故集快速筛选方法。首先，利用低维度的风险信息来进行剪枝操作，生成多个剪枝后的故障状态树。然后，使用回溯算法完成树的深度优先遍历，得到满足故障概率阈值且风险指标高的多重故障组合，筛选合并后作为预想事故集。最后，以IEEE-RTS 79系统作为测试对象，应用所提方法进行多重故障风险评估。结果表明：所提方法的风险评估结果在算例中与N-4故障遍历的评估结果相当，计算效率有明显提升。所提方法适用于恶劣天气下电网多重故障扫描和预想事故排序，为电网风险防控提供快速计算方法。