High voltage (HV) cables are widely used in urban power transmission networks. The key component in HV cable, the buffer layer, has attracted lots of attention and more and more researchers are devoting to its material property evaluation and quality test techniques. A longitude water-blocking property evaluation method of buffer layer based on image processing is proposed in this paper. The microscopic images of the buffer layer are enhanced and morphologically processed. The area fraction method, entropy method, and fractal dimension method are used to evaluate the distribution characteristics of buffer layer water-blocking powder in binary images. This article innovatively proposes a more economical and convenient simulation method that can efficiently and accurately evaluate the waterproof performance of the buffer layer of high-voltage cables. With the proper use of the buffer layer, it can effectively protect the cables and improve the stability of power system operation.
With the promotion and development of China’s electricity market reform process, how to capture the maximum profits of all responding entities at the level of industrial parks to guide users to actively participate in demand response has become a new problem to be solved. Based on the situation that the market information disclosure is limited and users and aggregators freely conclude contracts in the response process, this paper proposes an optimal game strategy from the perspective of aggregators and a revenue distribution method for users. Considering the interests of users in the industrial park, a multi-agent and two-tier game structure is established with incomplete information Bayesian game as the upper layer and cooperative game as the lower layer; Secondly, in order to maximize their own interests, an algorithm combined with improved counterfactual regret minimization idea and heuristic algorithm is used to solve the game equilibrium to achieve a stable cooperative relationship in the park. Finally, a numerical example is used to verify that multiple comparison models are set up for the declaration strategy and income distribution in different scenarios. The results show that the strategy obtained under the proposed method can improve user income, and the reasonable selection of the benefit distribution mechanism can play a catalytic role in improving the enthusiasm of users to respond to their needs.
换流器作为高压交直流输电系统中的重要元件,因其存在复杂的电力电子器件而产生大量频次的谐波严重影响到输电系统的安全稳定,获取交直流输电系统交流侧谐波电流是谐波治理的基础,因此交流侧谐波电流的精确计算具有重要意义.本文基于时域分段法的思想,充分考虑到直流纹波电流的影响,提出了内外双环迭代的计算方法:内环采用时域分段法计算直流侧端口电压瞬时量、采用相量法计算直流侧纹波电流、利用直流纹波电流和直流侧端口电压耦合迭代计算的方法计算直流侧纹波电流;外环利用换相过程中退出换相的相电流在换相结束时刻电流过零的特点,结合纹波电流迭代计算换相角的方法精确获取换相角和交流侧谐波电流.与PSCAD/EMTDC模型计算结果对比表明:此方法既保证了谐波电流计算结果的精确度和计算效率,也充分计及了工频负序电压、背景谐波电压、触发角不等距、换相电感不平衡、变比误差、测量误差、纹波电流等各种非理想因素的影响,同时易于程序实现.
电流母排是中低压开关柜中主要的发热部件之一,有效抑制其温升对确保开关柜安全可靠运行具有重要意义.抑制母排温升的现有措施大多不够经济或操作、实施较为复杂.本文依据传热学理论,提出采用适当厚度、传热系数较好的绝缘材料对电流母排进行包裹,以提高母排散热效率,从而达到抑制母排温升的目的.理论推导得到了电流母排散热效率的解析模型,数值计算和有限元仿真分析均验证了所提出措施的有效性;基于解析模型分析了该措施的适用范围;并通过物理实验验证了所提出方法的有效性.研究结果表明,针对多种常用型号的母排,其温度随绝缘层厚度的增加先降低,后升高;包裹用绝缘材料的导热性能越好,散热效果改善越明显;本文提出的改善散热措施适用于采用自然对流散热的中低压开关柜.
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.
相较于传统并联型微电网,串联型微电网将低压微源变换器输出端直接相串联进行升压供电,具有无需额外升压环节、无环流问题、电压质量高、系统效率高、功率协调控制简单等优点,为微电网的组网方式提供了一种新的有效途径.面向串联光伏微电网系统,本文提出了一种统一并离网模式的双层分布式控制策略,基于串联光伏模块邻近通信的功率因数角一致性协议,底层一次控制实现频率同步和功率协调,上层二次控制实现并离网模式管理、并网下功率优化和离网下电压频率恢复等功能,所提分层分布式控制能够保证并离网双模式及其无缝切换下的稳定运行.最后搭建了四台逆变器串联实验平台,结果验证了所提控制方法的可行性和有效性.
目前,柔性多状态开关(FDS)多采用背靠背拓扑,需要工频变压器隔离零序回路,整体占地面积较大且效率偏低.为提升FDS在低压配电台区普及的可行性,本文提出了一种基于高频变压器隔离的功率复用型FDS.首先,介绍了变流器功率复用的基本原理,分析了时分复用方法相比频分复用方法更适合构建高频隔离FDS的原因;其次,阐明了高频隔离FDS的详细拓扑结构,设计了装置各变流器的控制策略,并使用PSCAD仿真初步验证原理;最后,设计算例验证了新型FDS在减少配电台区线损和均衡负载等方面的优势.所提装置与方法为在低压台区配电网中应用FDS提供了新选择.
四旋翼无人机具有较强的非线性特性,容易受到内外部不确定性扰动的影响,因此精准的轨迹跟踪控制成为挑战.本文针对上述问题提出了 一种基于改进自抗扰控制和模型预测控制结合的分层控制架构以提高系统的鲁棒性及跟踪精度.首先,基于非线性自抗扰控制设计了外环位置控制器,同时针对自抗扰控制存在的相位滞后问题,设计了相位补偿器;然后基于模型预测控制设计了内环姿态控制器.本文所采用的控制方法不依赖于精确的数学模型,能够在满足系统约束的条件下对给定的轨迹进行精确的跟踪,具有较强的抗干扰能力.通过典型工况的仿真实验表明本文所提控制方法在轨迹跟踪精度上较传统自抗扰控制提升了 40％以上,且具有较强的鲁棒性.
智能接地配电系统所用选线判据具有所有线路动作门槛统一的优点,但灵敏性较差,运用其进行选线存在高阻接地故障时保护易拒动问题.电流修正选线法在高阻接地故障时依然能正常选线,但每条线路动作门槛须单独整定,较为繁琐.为解决上述问题,本文结合原判据与电流修正方法,提出一种兼具二者优点的新判据,有效应对高阻接地故障的同时,保留了动作门槛统一的优点,无须其他线路电气特征即可完成选线.新判据在原理上不受过渡电阻影响,耐过渡电阻能力只取决于测量设备精度.经Matlab建模仿真,验证了方法的有效性及新判据的可靠性,仿真结果表明,本文方法能有效应对4 000Ω以下的高阻接地故障.
XLPE电缆局部放电实验技术能够及时发现设备绝缘缺陷,是目前电缆质量评价的重要手段.现有电缆局部放电实验多在超低频(0.1 Hz)电压和工频(50 Hz)电压下开展,为了深入挖掘两类电压下局部放电特征的关联性,本文在实验室内人工制作了四种典型XLP E电缆缺陷模型,包括断口不齐、绝缘划痕、夹层污染以及半导电层残留,开展了超低频、工频电压下 XLP E电缆局部放电实验,依次从局部放电电压特征、放电活跃性、相基统计特征和放电统计时延四个维度对比分析了四种电缆缺陷的局部放电特性.结果表明,两类电压下局部放电特征有较高的一致性和等效性,且在不同放电类型下特征存在明显差异,可以较好地区分缺陷类型.此外,本文验证了超低频电压下局部放电测量的有效性和适用性,为XLPE电缆的绝缘状态评估提供了一定的技术依据.
目前水电机组向着单机大容量、高转速的趋势发展,发电机体积功率密度将进一步提升,转子的散热矛盾也逐渐凸显.为了验证相变液冷技术在转子上应用的可行性并分析其冷却效果,本文提出了一种转子励磁绕组全浸式蒸发冷却结构方案,通过搭建立式电机转子相变液冷实验研究平台对转子蒸发冷却系统流动与换热特性进行了测试,首先验证了该种冷却方式满足转子散热需求;其次采用实验测试与CFD仿真相结合的方式进一步分析验证了不同离心加速度下系统换热和流动特性,结果显示随离心加速度增大模拟磁极线圈温度由均匀分布转变为沿径向线性分布,随离心加速度增大循环流量由逐渐减小转变为与热流密度呈正比关系.研究结果可为蒸发冷却技术在大容量、高转速立式电机转子冷却领域的应用提供一种可行的思路及设计参考.
电能质量扰动分类方法目前存在人工提取特征困难、训练模型参数冗余等缺点,本文针对以上问题提出一种将改进的粒子群优化算法和卷积神经网络相结合的电能质量扰动类型分类方法.首先将差分预处理过的一维扰动波形送入卷积神经网络进行特征提取,接着利用改进的粒子群算法对卷积层中的卷积核数量矩阵进行自动迭代,通过该算法减少模型冗余的参数,提高模型的扰动分类效果.仿真和实测结果表明,基于改进粒子群优化卷积神经网络(IPSO-CNN)方法具有扰动类型分类准确度高、损失率低且模型训练参数更少的优点,是一种有效的电能质量扰动分类方法.
电解电容寿命是影响传统发光二极管(LED)驱动电源使用年限的主要原因.因此,本文提出了一种将反激变换电路与辅助储能电路高度集成的单级式两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,并在此基础上提出了一种适应于该拓扑结构的控制策略,通过控制两个开关管同时关断时间与两个开关管同时导通时间,来控制储能电路充电和放电过程,进而平衡输入瞬时功率和输出恒定功率的脉动差,抑制了输出电流低频纹波.辅助储能电路吸收了引起电压尖峰的漏感能量,降低了开关管的电压应力.最后,本文通过30W的实验样机验证了LED驱动电路的可行性和可靠性.
大力发展以光伏、风电为主的新能源是实现"双碳目标"、解决我国能源战略安全问题以及推动生态文明建设的重要途径.新能源电源出力具有随机性、波动性、间歇性的特点,且大多为非同步机电源,不具备传统电源对电网的惯量支撑特性.随着新能源电源渗透率的逐渐增高,传统电源容量占比逐渐降低,电力系统所面临的频率暂态稳定性问题变得愈发严重.新型电力系统暂态频率响应特性主要由惯量支撑和调频特性决定,因此,对系统惯量支撑和调频的建模以及特性分析成为新型电力系统频率稳定性研究以及解决方案设计的关键.本文旨在综述新型电力系统惯量支撑和调频特性研究过程中所需的模型,总结仿真建模过程中的典型模型和关键参数,以期为同领域的研究者在新型电力系统惯量支撑和调频研究过程中提供有益的参考.
针对高频链AC-DC矩阵变换器中高频变压器绕组损耗大的问题,提出了一种高频变压器绕组优化设计方法,该方法首先建立了漏感模型和绕组损耗模型,并基于模型合理选择关键参数作为优化参数,应用有约束的多目标遗传优化算法对关键参数进行寻优,最后得到一套高频变压器绕组的优化设计方案.仿真和实验结果表明,该方法与传统面积乘积法(AP)法相比,绕组损耗可降低10%以上,变换器整机效率最高提升了1.07%,由此证明,该变压器绕组优化设计方法可以通过降低高频变压器的绕组损耗,达到降低高频链AC-DC矩阵变换器损耗、提升变换器整体效率的目的.
SF6 气体因其优异的绝缘和灭弧性能被广泛应用于各类电力设备中,对电力设备中的SF6 泄漏的监测及预警研究,不但对电力系统的安全稳定运行具有重大意义,还是建设生态文明实现碳中和的有力举措.为解决实际工程中出现的多种因素对气体泄漏监测的干扰,本文针对复杂环境建立了SF6 气体泄漏实验平台,获得不同条件下的气体泄漏红外图像数据集,并结合红外数据增强的Yolov4 算法实现了对SF6 气体泄漏监测.实验结果表明,在复杂环境中本文提出的监测模型对SF6 气体泄漏的监测精度为 80%,相对于当下主流目标监测模型,表现出更好的鲁棒性.同时,将Yolov4 算法与图像增强算法结合,可提升识别精度约 9.08%,优化了模型稳定性.然后分析在同一红外成像视角下发生多处SF6 泄漏的监测结果,结果显示多点泄漏的识别精度低于单点泄漏,但在工程中依旧具有实用性.最后对比红外相机不同安放位置对于气体泄漏识别的影响,发现当相机与泄漏点垂直时(θ =90°),本模型的识别置信度可达到0.95,而当相机处于泄漏点侧面时(θ = 10°),置信度降为0.51,但该精度依然满足实际监测需要.
局部放电导致的绝缘缺陷是SF6 气体绝缘电气设备运行中出现最多的故障之一.为此,本文在模拟尖刺放电缺陷的基础上,利用光谱仪、光电倍增管和特高频传感器等对放电过程中SF6 的发射光谱、时域光脉冲、特高频等信号进行了检测,分析了SF6 在放电条件下的光学-电学联合特性.试验结果表明:SF6 的特征谱线主要在 482～485 nm、492 nm、502～507 nm、574～577 nm和629 nm波长处;随着电场强度的增大,502～507 nm波长处的特征谱峰出现了斯托克斯增宽.根据PRPD谱图,特高频信号主要集中在负半周期270°附近,随着施加电压的增大,脉冲数、幅值及分布区间宽度均逐渐增大.对于光脉冲信号,放电开始阶段,光学信号主要集中在正半周 90°和负半周270°附近;当施加电压进一步增大时,信号同时出现在正、负半周,信号幅值无明显变化,但信号脉冲数的密度明显增大.
工作在数十兆赫兹的功率变换器采用谐振型拓扑作为整流环节,传统的参数扫描法耗时且极度依赖初值的选取.本文提出一种电压型Class-E整流环节的参数理论设计方法,所提方法以整流环节的工作模态为基础,利用傅里叶分解与基波分析法建立谐振参数与输出参数的数值关系.通过推导功率因数的约束方程,实现了整流环节的单位功率因数.根据所提的整流环节参数设计方法,搭建了一台20 MHz、输入18 V、输出10V/10W的样机,实验结果表明样机性能良好,满载效率为81.4%,验证了所提理论设计方案的有效性.
随着性能的不断提高,锂离子电池也开始应用到高能器件上,通常要求电池频繁做大电流脉冲放电.然而当前学术界对电池老化的研究只关注循环充、放电工况或其他车用工况,对高脉冲工况缺少研究.本文旨在研究高脉冲工况下锂离子电池老化特性及规律.在循环工况实验过程中,通过电性能测试,即容量测试、混合脉冲功率特性测试和容量增量测试,分析锂离子电池的老化特征.结果表明,相对于1C循环老化工况,高倍率脉冲放电工况下的电池容量衰减更快,至 480 周循环容量衰退率就达到 21.8%.内阻增加同样表现得迅速,480 周循环极化内阻与欧姆内阻增长率分别达到85.0%与141.3%,是1C循环工况电池的数十倍.同样IC/DV曲线变化也更加明显.
串联谐振变换器由于其高效率、低电磁干扰等优良性能,在新能源系统中得到了广泛的应用.针对传统双向谐振变换器增益范围较窄、双向工作模式切换困难的问题,本文提出了一种双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略.该控制策略采用变频移相调制方式,维持品质因数与频率相关变量的乘积为优化选取的固定值,实现了变换器所有开关管的零电压开通,并通过改变副边全桥相对于原边全桥的移相角实现宽范围的双向电压增益调节.通过对载频积参数的优化设计,抑制了谐振腔环流能量,提高了变换器的效率.此外,控制策略可以实现双向工作模式的自动切换,切换过程快速、平滑,适用于能量双向流动的储能系统应用场合.最后搭建了原边电压340 V、副边电压52 V、额定功率2kW的实验样机,验证了控制策略的可行性和优越性.
