电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2025年第8期

• 构网型飞轮储能发展概论

  唐西胜1,2

  随着新型电力系统的深化发展，对惯量响应、暂态支撑、频率与电压快速调节等构网技术设备的需求日益迫切，以弥补同步发电机组占比下降带来的系统稳定与控制问题。飞轮储能作为一种旋转机械惯量装置，具有构网运行的天然优势。目前，飞轮储能可以作为独立的储能单元通过电能变换装置并网，也可以与调相机结合以增加惯量。本文提出了“构网型飞轮储能”的概念，涵盖了惯量飞轮调相机、电力电子并网型高速飞轮储能、同步机并网型高速飞轮储能等典型技术方向，分析了构网运行机制、关键技术及应用场景，为飞轮储能的研发及应用提供了参考。

• 基于六相同步电机的高速飞轮储能系统并网控制研究

  张国平1,2， 王富强1， 张洪福1， 袁桂丽2

  多相永磁同步电机飞轮储能系统的并网需实现直流母线电压的稳定控制、网侧瞬时有功功率的快速响应，针对传统的并网功率/直流母线电压控制方式并网功率响应速度慢、偏差大等问题，本文开展了六相电机驱动的高速飞轮储能系统并网控制策略研究，对飞轮并网的三个阶段，提出了相适应的多相电机高速飞轮储能系统并网控制方法。在飞轮升速阶段，母线电压、飞轮转速分别由网侧变流器、机侧变流器控制；并网准备/运行阶段，母线电压采用机侧变流器控制，网侧变流器控制飞轮并网功率。基于六相永磁同步电机数学模型开展仿真验证，结果表明，所提控制策略可实现六相电机飞轮储能系统并网运行时直流母线电压的稳定控制；与传统控制策略相比，在100 kW、200 kW、300 kW、400 kW、500 kW阶跃式并网功率指令下，响应时间分别提前3 ms、9 ms、14 ms、27 ms、53 ms。

• 飞轮储能磁轴承系统多频振动的变速重复控制方法研究

  徐铖1,2， 唐西胜1,2

  传统的重复控制器只能在固定频率下抑制谐波，不能满足高速飞轮储能磁轴承系统在较宽工作频率范围内的振动控制需求。为此，本文提出基于变采样频率法的变速重复控制器，并与基于分数阶延迟法的重复控制器进行对比，证明了变采样频率法的优越性。同时，为了提升重复控制器对谐波电流的抑制能力，提出一种比例微分重复控制方法。基于此，提出了变采样频率法与比例微分重复控制方法相结合的新型变速重复控制器，解决了飞轮储能在宽频率范围运行的多频振动控制问题。最后，数值仿真和实验测试表明，所提重复控制器能够抑制约66%以上的谐波成分，适用于磁轴承系统多频振动控制。

• 基于双馈异步电机的磁悬浮惯量飞轮系统并网控制策略

  史学伟1， 宁照轩2， 李明1， 姜新建2， 陆海峰2， 张东晖1， 董文琦1

  针对惯量飞轮系统参与电网惯性响应和调频控制的问题，首先介绍了惯量飞轮系统的结构、数学模型及其工作机理，其次提出了基于改进的两步预测法的惯量飞轮双馈异步电机模型预测电流控制策略，并将该策略应用于惯量飞轮系统参与电网惯性响应和调频控制过程，提出了基于模型预测的惯量飞轮参与电网惯性响应和调频控制策略。通过仿真对所提出的控制策略的控制效果从电流脉动、过载能力和调频能力等方面进行测试，仿真结果表明，本文提出的模型预测电流控制相比矢量控制能够有效降低惯量飞轮正常运行的电流脉动与功率脉动，同时惯量飞轮系统具有较强的过载能力，在电网惯性响应阶段具有良好的惯性响应能力。

• 计及控制时滞的主动磁轴承系统自适应控制策略研究

  徐铖1,2， 唐西胜1,2， 刘冠杰1

  在线调整比例-积分-微分（PID）控制器参数对于优化主动磁轴承(AMB)系统的运行性能具有决定性作用。然而，现有参数设计方法常常忽略控制器响应周期和轴承线圈电感效应引入的控制时滞，导致基于闭环传递函数计算的PID参数无法确保系统稳定性。为此，本文研究了表征控制时滞的AMB系统运行特性，并基于PID算法构建了考虑控制时滞的AMB系统控制参数计算模型。进一步，建立了计及控制时滞的AMB系统数值模型，并搭建了AMB刚性转子系统实验平台，实验和仿真研究了主动磁轴承在不同转子频率和PID参数下的运行性能。同时，分析了控制时滞下PID参数与系统性能之间的映射关系，据此提出一种基于转子频率的自适应PID参数整定策略，实验测试结果表明所提控制策略能够实现转子以较小的振动在全转速区稳定运行。

• 考虑电感参数失配的磁轴承模型预测控制策略

  袁野， 郭仲男， 杨帆， 朱俊俊

  针对传统磁轴承模型预测控制系统中电感参数失配对电流预测精度的影响，本文以永磁偏置磁轴承为研究对象，提出了一种考虑参数失配的磁轴承模型预测控制策略。首先分析了磁轴承驱动电路三电平调制原理；然后基于混合逻辑动态模型设计了磁轴承模型预测控制器，并引入滑模观测器计算出一个控制周期内所有开关状态对应的电流预测误差；最终得到的预测电流误差进一步校正预测模型，实现在参数失配时对预测模型的修正，保证参数失配时电流预测精度，进而提升控制系统性能。仿真与实验结果表明，相较于传统模型预测控制策略，采用本文策略的控制系统在发生电感参数失配时，稳态电流纹波降低，负载变化工况下的控制系统动态性能也更优。

• 考虑电动汽车充电行为特征的微电网两阶段优化调度策略

  陈铎文1， 孙凯2， 冯伟2， 赵健1

  针对电动汽车（EV）大规模入网尤其是快充行为造成的负荷尖峰问题，本文提出了一种考虑EV充电行为特征的微电网两阶段优化调度策略。首先，第一阶段基于车网互动（V2G）特性和分时电价体系，构建考虑EV充放电成本和微电网负荷峰谷差的函数模型，制定出最优的EV充放电策略，实现负荷的削峰填谷；其次，第二阶段以微电网运行成本和环境成本最低为目标，优化各发电单元或电网的出力，通过熵权法确定最优解；最后，两阶段优化模型分别采用CPLEX求解器和改进的多目标蜣螂算法（MOIDBO）分为并网和孤岛模式联合求解。仿真结果证明，本文所提策略在保障EV充电需求的同时，实现了削峰填谷，降低了EV用户充电成本，提升了含高比例EV充电负荷的微电网系统经济性。

• 同步发电机RTDS实时仿真建模及单相接地序阻抗参数辨识

  邢海青1， 姚海燕2， 张旭峰2， 郭强2， 王井南1， 周念成3

  同步发电机是电网的重要组成部分，准确地建立同步发电机的参数模型，是对其进行分析和计算的基础。本文首先搭建了同步发电机实时数字仿真系统（RTDS）模型；然后在同步发电机等效电路图、磁通链方程、电压方程的基础上，推导其单相接地短路暂态定子电流表达式；以短路电流计算值间标准化误差平方和最小为目标，通过单相接地短路电流试验值与辨识得到的参数计算所得，加入收敛因子对海鸥算法迁徙模型进行改进，提出同步发电机单相接地序阻抗参数辨识方法；最后通过对一台真实的同步发电机进行短路实验和RTDS模拟进行比较，证明了该辨识方法的正确性。本文方法将实验测量与智能算法相融合，以短路试验故障电流为基础，结合改进的海鸥优化算法的快速收敛特性，提高了同步发电机参数辨识的准确性。

• 区域配电网电能交换器多模式协调控制策略

  王宏1， 刘扬1， 尹超1， 赵晓君2， 杨丽2， 张纯江2

  随着风、光等可再生能源以及储能的大规模并网，新型配电台区已呈现出多能源互联互通的特征趋势，电能交换器需要实现多能源系统能量流的主动控制和管理。其中，串并联架构区域电能交换器(SPA-RPE)具备200%能量传输和能量流柔性运行的优势。本文将SPA-RPE作为研究对象，针对分布式能源渗透下的新型配电台区，考虑了变换器额定容量、可再生能源出力波动和储能SOC状态等因素，构建了以提高新能源消纳比例为目标的多模式协调控制策略(MCCS)。主要特征为：设计考虑直流母线有功功率的自由度选取原则，建立分布式能源(DES)、储能系统(ESS)和负荷功率的能量配置关系，实现不同工况下系统对最优运行模式的自主选择。此外，本文所提出的MCCS可实现SPA-RPE对不同运行模式的无缝切换，以及为负荷提供持续稳定的电能。最后，建立了基于StarSim HIL的实验平台，实验结果验证了MCCS的可行性和有效性。

• 基于可控移相器的三端口柔性合环装置结构设计及控制策略研究

  冯倩1， 庄浩彦2， 陈冉1， 鲍伟1， 张鹏1， 易皓2

  柔性合环设备是优化大规模、多元化源荷接入配电系统后潮流调度的有效方案，针对以统一潮流控制器为代表的电力电子型合环设备在成本、效率及可靠性等方面的不足，本文提出一种三端口柔性合环可控移相器（T-FPS），该设备由多绕组变压器及混合式有载分接开关组成，能够灵活、快速地调节合环线路潮流。首先，本文根据所提出的柔性合环可控移相器拓扑结构，分析该设备运行原理和有载分接开关结构，并设计变压器绕组投切时序；其次，在已知互联馈线参数的前提下，推导计及移相器的三端口潮流方程，进而分析互联馈线之间的功率耦合关系，并提出移相器稳态潮流控制策略；最后，通过半实物仿真模型，验证所提柔性合环可控移相器控制策略在多种工况下的有效性。

• 基于改进AGWO-CS算法的变压器全寿命周期成本优化方法

  薛欢1， 魏高涵2， 季跃1， 于晓蕾1 ， 唐昊2

  由于变压器各项评估指标的健康程度影响其可靠性、运行与检修等成本，进而影响其全寿命周期成本。因此，本文提出了一种基于健康指数的变压器全寿命周期成本优化策略。首先，基于变压器运行中的多项健康指标提出了一种基于主客观评价结果的健康指数计算方法，以构造故障率模型；其次，在故障率、运行年限等约束条件下，以未来服役寿命、检修时间以及检修程度为优化变量，构建了以全寿命周期年均成本最小为目标的优化模型；然后，引入一种基于Logistic-Tent混沌映射的初始种群生成方法，并给出一种新的探索因子更新公式，从而提出了一种改进的增强灰狼杜鹃(AGWO-CS)算法，以对变压器的全寿命周期成本进行寻优。仿真结果表明，与传统的粒子群算法(PSO)、杜鹃算法(CS)、AGWO-CS算法相比，本文方法明显降低变压器的全寿命周期成本，可为电力系统的经济运行提供一定的参考依据。

• 基于图卷积神经网络的充电桩计量故障预测方法

  王亚超1， 党兆帅2， 李学超3， 韩迪1， 戚成飞1， 毕超然1， 杨挺2

  随着新能源汽车数量的激增，电动汽车充电设施的稳定运行对电网安全和用户权益保障变得尤为关键。本文针对电动汽车充电桩的故障预测进行了深入分析，首先基于核密度估计研究用户的充电行为，探讨了充电起始、持续时间和结束时刻的时序相关性，并据此提出了非欧几里得域数据建模方法。进一步，研究引入图卷积神经网络（GCN）和卷积神经网络（CNN），搭建了一个GCN-CNN深度学习联合模型，有效捕捉故障分类与数据特征间的复杂非线性关系。通过在真实数据集上进行消融和算法对比实验，本模型在验证集上取得了F1score和G-mean均为0.844的优越性能，较其他模型平均性能分别提升了6.28%和6.04%。该研究为充电桩故障预测提供了创新解决方案，有助于降低运维成本并提升检测效率。