华北电力大学学报(自然科学版)


  • 连接孤岛风电场的混合直流系统对送端电网的频率控制方法

    仝义;李昊;赵成勇;贾秀芳;王志冰;

    由于部分直流输电系统的送端交流电网容量规模较小且风电占比较高,存在频率控制能力差的问题,因此直流系统参与送端电网调频具有现实意义。文章提出了一种连接孤岛风电场的混合直流系统对送端电网的频率控制方法,使混合直流系统与风电场共同支撑送端系统频率,并针对在接入电网的模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)满载运行时,混合级联直流系统因风电场参与调频而降低传输直流电流的问题,提出了混合级联直流系统在换流器重载运行下的改进频率控制,以提高在此工况下的频率调节能力。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台建立相应的仿真模型,验证了所提频率控制方法的有效性。

    2023年05期 v.50;No.225 1-9+18页 [查看摘要][在线阅读][下载 567K]
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  • 风光火打捆系统暂态稳定性及其虚拟同步机策略研究

    余明昊;顾雪平;李少岩;

    风力、光伏发电是我国大力发展的清洁能源,将风电、光伏与火电三者打捆通过长距离通道外送能够有效解决我国能源逆地势分布的问题,而将虚拟同步机策略(virtual synchronous generator, VSG)与打捆系统中的风电、光伏机组有效结合,是针对新能源高比例并网造成的送端惯量缺失问题的一种有效解决方式。基于PSCAD仿真软件,首先搭建了风光火打捆外送系统的基础仿真模型,并通过仿真分析了不同的交流故障类型、送端风光火三者占比以及直流整流侧控制方式对打捆外送系统暂态稳定的影响,仿真结论与理论基本一致。之后在双馈风电机组和光伏的外送换流器环节中引入虚拟同步机控制策略,并通过仿真验证了虚拟同步机策略对于提升风光火打捆系统送端惯量的有效性。

    2023年05期 v.50;No.225 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 538K]
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  • 规模化半导体组件隔离供能系统负载自均衡设计

    李嘉靓;齐磊;詹良涛;张翔宇;单天培;沈弘;焦重庆;

    混合式直流断路器半导体组件数量过多,现有工程采用电缆穿过磁环的方法实现为绝缘栅双极晶体管供电,但部分输出端口处于极端的暂态过程时,磁环等效负载不一致,常导致功率难以控制。就目前应用于直流断路器转移支路规模化半导体组件工频供能系统的负载不均衡现象,提出了基于反馈控制电流稳定的四种供能系统拓扑,这些拓扑以工频供能系统为基础,结合电力电子主动控制手段实现稳流控制。参数试验和仿真研究结果表明,低电位侧串联反并联晶闸管是解决当前工频供能系统负载不均衡问题的最优措施。该拓扑除实现负载均衡外,还对提高系统功率因数、减小地面侧电源的容量有显著的效果。

    2023年05期 v.50;No.225 19-26+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 611K]
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  • 基于ESPRIT-PSA与LightGBM算法的感应电动机转子断条数目诊断新方法

    许伯强;王晨曦;何俊驰;

    提出一种基于旋转不变信号参数估计技术ESPRIT (Estimation of signal parameters via rotational invariance technique)、模式搜索算法PSA(Pattern search algorithm)与轻型梯度提升机LightGBM (Light gradient boosting machine)结合的感应电动机转子断条数目诊断新方法。模拟了转子断条故障下的瞬时无功功率信号并用其衡量ESPRIT-PSA的性能。结果表明:ESPRIT-PSA只需短时数据就能准确测量瞬时无功功率信号中的转子断条故障特征分量。随后,为解决现有的电机瞬时无功功率信号分析MIRPSA(Motor instantaneous reactive power signal analysis)类方法无法准确诊断转子断条数目的问题,引入LightGBM对转子断条故障进行多分类以准确诊断转子断条数目。最后针对一台异步电动机进行转子断条诊断实验,结果表明:该方法是有效的,并且因将瞬时无功功率作为分析信号而适用于电机低转差率的情况。

    2023年05期 v.50;No.225 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 346K]
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  • 基于改进SSD算法和紫外成像的悬式绝缘子放电严重程度评估

    王胜辉;董兴浩;王玺铭;金潮伟;孙凯旋;律方成;

    为实现基于边缘检测的悬式绝缘子放电日盲紫外成像智能评估,论文搭建了悬式绝缘子污秽放电试验平台,获得了相对光斑面积等紫外参数并提出了放电严重程度判据,建立了不同放电程度的紫外图像样本数据库;采用改进的SSD模型对紫外放电视频流进行训练,实现了模型参数缩减以及训练收敛速度的提升。研究结果表明:采用改进后的SSD模型对放电图像进行训练,模型文件大小为4.5MB,具有良好的嵌入式检测性能;在模型训练过程中,设计了自主更新学习率机制,使得模型的收敛速度提升约3.5倍,收敛值降低1/2。可将绝缘子的放电严重程度智能评估为“slight”、“moderate”、“heavy”、“worse”四个等级,论文的研究成果为边缘侧基于紫外成像的电力设备放电严重程度的实时评估提供了新思路。

    2023年05期 v.50;No.225 35-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 761K]
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  • LW30-252型SF_6高压断路器潜伏性故障声信号识别方法

    刘云鹏;韩帅;廖思卓;杨宁;高飞;王博闻;

    高压断路器动作声信号中包含其本体的机械状态信息。以LW30-252型SF_6高压断路器的CT26弹簧操动机构为研究对象,搭建故障模拟平台,模拟了高压断路器油缓冲器漏油、合闸弹簧疲劳、传动轴销磨损、主轴卡涩、地脚螺栓松动共5种典型潜伏性故障,然后以断路器动作的声音为检测信号,提取声信号的梅尔倒谱系数、伽马通滤波倒谱系数与幂律归一化倒谱系数共同构成混合倒谱系数,输入卷积神经网络进行故障识别,并在实测的断路器潜伏性故障声纹数据集上进行了验证,结果表明本文方法能够有效实现断路器的5种潜伏性机械故障诊断。

    2023年05期 v.50;No.225 45-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 732K]
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  • 无雨环境中复合绝缘子表面积污饱和特性及影响因素研究

    张重远;刘继兴;耿江海;黄志成;刘云鹏;

    复合绝缘子作为输电线路外绝缘的重要元件,在运行过程中其表面会粘附污秽直至达到饱和。为定量研究无雨环境中电场力、曳力、粘附力等因素对绝缘子表面积污饱和特性的影响,设计了一种绝缘子饱和积污试验平台,以场致荷电方式控制污秽荷质比,进而控制颗粒所受电场力,加速饱和积污过程。同时,在积污区域通过风机营造了有风环境,在人工气候室内进行试验确保了温湿度恒定。通过该平台进行饱和积污试验,得到了不同电压及类型、污秽粒径、风速与相对湿度下的复合绝缘子积污特性曲线,并在风洞试验系统中做了进一步验证。试验结果表明:除风速和相对湿度外,其余因素只影响积污的快慢,而不改变饱和积污量;小粒径污秽在低荷质比情况下对积污的促进作用更为显著;饱和积污量和积污速率随风速增大而下降,随相对湿度增加而升高。研究结果可为建立科学合理的绝缘清扫制度提供参考。

    2023年05期 v.50;No.225 56-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 875K]
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  • 功率器件高温可靠性测试加速老化模型及其测试条件综述

    王延浩;邓二平;严雨行;吴立信;黄永章;

    高温可靠性测试如高温栅偏(High Temperature Gate Bias, HTGB)、高温反偏(High Temperature Reverse Bias, HTRB)、高温高湿反偏(High Humidity High Temperature Reverse Bias, H3TRB)是器件出厂和寿命评估必备的测试。然而,不同标准的测试条件不尽相同,其对应的内在机理也不明确。为讨论测试条件的确定原则,首先从单个和耦合的温度、电场、湿度加速老化模型出发,论述了相关测试标准所用模型,分析了其应用范围和使用原则。进一步地,总结了现有各类标准下的测试条件,计算了电动汽车模块正常运行30年所需HTGB、HTRB、H3TRB加速老化时间分别为832 h、866 h、1 038 h,测试的样本数均为70,并指出测试时间、样本数需根据实际工况决定。最后,基于以上分析,提出了一种加速老化时间、样本数可调的高温可靠性测试流程。

    2023年05期 v.50;No.225 68-77+86页 [查看摘要][在线阅读][下载 310K]
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  • 基于KPCA-Kmeans++数据挖掘的二次风燃烧优化

    孙宇航;田亮;

    为了解决算法对全工况数据挖掘难以精简寻优,以及针对燃烧优化调整试验中工况点选取不全面的问题,设计了一种基于KPCA-Kmeans++数据挖掘燃烧优化方法。通过对海量历史运行数据挖掘,发现不同工况下锅炉稳态运行条件下主要运行参数与性能指标之间的关联关系,并根据关联规律得到锅炉高效率低污染运行时所对应的参数运行目标值,通过对大量数据挖掘结果进行降维聚类得到直观、精简的燃烧控制规律,进而指导燃烧优化。以起磨方式作为工况划分标准,采用核主成分分析(KPCA)对历史数据所包含参数进行降维处理,以改进K均值(Kmeans++)算法对同种工况下海量数据聚类分析,在每种工况下确定3种燃烧优化模式。对比某电厂5号机组二次风优化效果表明,优化后SCR脱销入口NOx浓度平均下降29.2mg/m~3,锅炉效率平均提升0.11%。

    2023年05期 v.50;No.225 78-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 437K]
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  • 基于系统动力学的能源大数据生态系统演化发展研究

    王俐英;宋美琴;董厚琦;方程;曾鸣;

    以宏观系统角度研究能源大数据生态系统发展的影响因素,分析能源大数据生态系统的内涵和架构,建立了能源大数据生态系统演化发展的系统动力学模型,并运用Vensim软件进行模拟仿真验证了模型的有效性,分析了影响能源大数据生态系统演化发展的关键因素。研究结果表明,影响能源大数据生态系统发展的最关键因素为消费趋势影响因子,其次为技术研发投入因子和技术升级需求,最后为财政投入因子、环境影响因子和法律法规政策投入因子。

    2023年05期 v.50;No.225 87-96+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 863K]
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  • 1000 MW燃煤锅炉掺烧生物质的数值模拟

    李加护;王智;马驰;吴少华;李佳兴;

    生物质能是循环可再生能源,能实现可持续发展。为了节约煤炭资源,探究将生物质能利用于燃煤电站锅炉,研究生物质与煤混燃的可行性。以某电厂1 000 MW超超临界旋流对冲锅炉为研究对象,运用Gambit软件搭建模型,导入Fluent软件,研究纯燃煤工况以及生物质掺烧比为20%的混燃工况,其中混燃工况包含生物质从不同喷口位置喷入的5种工况。通过分析各工况时炉膛的速度场、温度场、烟气组分和污染物NOx的变化趋势,确定出最佳的燃烧工况。结果显示:相比于纯燃煤工况,混燃时降低了炉膛内最高温度、提高了炉膛出口温度、降低了炉膛出口的O_2浓度、减少了NO的排放量、促进了燃料的燃烧。各混燃工况相比较,在不改变锅炉结构情况下,从最上层燃烧器喷入生物质时降低污染物NO的排放最明显。

    2023年05期 v.50;No.225 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 484K]
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  • 塔式太阳能吸热器中超临界CO_2流动换热研究进展

    刘赟;董月;张传智;

    归纳总结了超临界CO_2在8 MPa、10 MPa和12 MPa下的热物性特点,并对超临界CO_2在水平管、竖直管以及螺旋管中流动与传热的实验研究和数值研究文献进行了总结,整理了非均匀热流边界条件下超临界CO_2流动换热研究文献。水平管中产生的二次循环可以强化超临界CO_2的流动传热;竖直管中由密度变化引起的浮力效应导致超临界CO_2的局部传热系数在沿管向上和向下流动中呈现不同的变化趋势;螺旋管中浮力和离心力的作用均能在圆周截面上产生二次流动,提高超临界CO_2的传热效率。此外,利用超临界CO_2替代传统的传热流体可以有效提高太阳能热发电的效率。太阳能吸热器的非均匀热流会导致热损失和热应力的增加,进一步调整超临界CO_2流量分布以匹配热流分布可以减少热损失、减少热应力分布不均匀。

    2023年05期 v.50;No.225 105-115+126页 [查看摘要][在线阅读][下载 355K]
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  • 非平整基底上含表面活性剂液滴铺展中的指进现象与分形特性

    郭馨声;李春曦;苏浩哲;叶学民;

    含表面活性剂液滴在铺展过程中将形成复杂的指进现象。基于润滑理论,采用FreeFem++软件数值求解了非平整基底上液膜厚度和活性剂浓度的二维演化方程,得到了指进现象的非线性特征,分析了不同基底形貌下的液膜厚度和扰动能量变化,并采用分形维数和手指方差探讨了指进现象中的分裂和屏蔽现象。研究表明:对于相同形貌的基底,增大基底粗糙度促使扰动强度增加,粗糙度与超薄液膜区的扰动能量成正相关;手指的分形维数受粗糙度与基底横流影响,仅有一维凹槽基底促进扰动增强;与凹槽基底相比,波纹基底对粗糙度的敏感性更强,其扰动能量随粗糙度的变化更突出。增加基底沿y方向的变化将加速手指的分裂,而增加基底粗糙度则强化手指的屏蔽效应。

    2023年05期 v.50;No.225 116-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1027K]
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