《上海交通大学学报》“新型电力系统与综合能源”专题（2022年1~6月）
直流电容是并网逆变器中最易老化失效的器件之一,对其进行容值参数辨识可以及时发现并更换老化电容,有利于提高系统可靠性.提出一种基于预充电电路的并网逆变器直流电容容值辨识方法,通过分析预充电过程中电容容值与充电电流、电压的数值关系,结合历史运行数据,构建电容状态特征向量集合.利用该集合训练支持向量回归(SVR)模型,建立状态值与容值的回归预测关系,并采用粒子群优化(PSO)算法对模型进行优化,优化后的模型可用于直流电容容值辨识.仿真和实验结果表明,所提方法可对并网逆变器直流电容进行容值辨识,辨识误差小于0.95%.该方法无需增加硬件电路且不改变控制算法,具有一定的实用价值.
针对山区广泛存在的上覆土、下卧岩的地质条件,一种桩-锚复合基础被应用在输电线路杆塔工程中.为了揭示其上拔承载机理,完善抗拔承载力和承载力发挥系数k的计算方法,通过PLAXIS 3D有限元软件建立了现场试验案例的验证模型,在此基础上进行了参数研究,研究了岩土体弹性模量和黏聚力以及基础工况对k值的影响.结果表明,基础上部桩和下部锚杆部分的上拔承载极限状态不同步,基础桩、锚部分承载比和承载力发挥系数k与地质和基础构造相关.结合参数研究和上拔荷载与位移关系的相关解析解,提出了考虑基础自重的上拔承载力发挥系数k的理论计算方法,通过与现场试验和有限元结果的对比,验证了本方法的正确性,为该类新型基础的设计和应用提供了理论参考.
多源配网主动孤岛恢复是极端条件下保障关键负荷供电的重要手段,有利于提高配电网的供电可靠性.主动孤岛恢复过程中存在负载和分布式电源组网瞬间产生暂态电压、频率波动的问题,影响孤岛安全稳定运行,严重时还会出现组网失败.为此,考虑储能系统功率响应的快速性,建立基于储能控制的主动孤岛动态组网电压、频率波动平抑模型,设计电压电流双环前馈扰动补偿控制系统,提出改进双环控制的储能系统矢量控制方法,解决了传统V/f控制电压偏移和电压波动过大问题.依据黑启动原则,利用MATLAB/Simulink软件搭建不同控制方式下的仿真模型,仿真结果表明:相较于采用传统V/f控制,基于矢量法的改进双环控制具有较强的抗干扰能力,能够明显改善孤岛黑启动自组网过程和孤岛并入主网瞬间的电压及频率波动,提高系统的动态响应性能.
风光-电动汽车协同调度能够有效降低风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.现有优化调度模型多以等效负荷波动最小为优化目标,仅考虑了等效负荷的整体波动性,无法衡量风光出力与负荷的匹配度且并未考虑不同出力场景下风光出力的差异性.针对上述问题,提出一种面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法.构建基于蒙特卡罗模拟的电动汽车无序充电模型;基于风光出力预测数据,构建基于Gap statistic和K-means++算法的风光出力典型日划分模型;以等效负荷方差和负荷追踪系数最小为双优化目标,构建风光-电动汽车协同调度模型,并采用NSGA-II算法求解.结果表明:所提模型能够有效提升风光出力与负荷的匹配度,降低等效负荷波动性,从而缓解风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.
对国内外海上风电经柔性直流并网标准的现状进行介绍,选取具有代表性的海上风电经柔性直流并网标准,从功率控制、故障穿越、电能质量、稳定性等几个方面进行对比,分析海上风电经柔性直流并网标准的发展趋势.对中国海上风电经柔性直流并网标准的制修订提供合理建议,以促进海上风电行业的发展.
锂离子电池健康状态(SOH)的准确性影响电池的安全性和使用寿命.针对锂离子电池SOH估算问题,提出一种基于证据推理(ER)规则的布谷鸟搜索支持向量回归(CS-SVR)的SOH估算模型,并利用NASA Ames研究中心的锂离子电池数据集进行SOH估算试验.该方法以电池放电循环的平均放电电压和平均放电温度为模型输入,利用ER规则进行推理,得到输入数据的融合信度矩阵.将该矩阵输入CS算法优化的SVR模型得到电池SOH估算结果.结果表明,与5种估算效果较好的现有模型相比,基于ER规则的CS-SVR模型具有更良好的估算性能.
新能源的大规模开发利用是实现“双碳”目标的重要手段.可再生能源发电耦合制氢技术在提高可再生能源消纳率的同时,加速了新能源汽车的普及.未来,电氢能源系统与交通系统的耦合将会更加密切.以大规模新能源汽车接入为背景,首先综述了电氢能源系统的发展现状,并对耦合系统制氢、出力波动平抑以及参与电力系统优化运行3种工作模式进行了介绍.在此基础上,从不同能源角度出发,分别对电力-交通耦合系统中的联合规划与优化运行研究现状以及氢能-交通耦合系统中的加氢站优化与氢能运输相关问题进行了总结分析.最后,结合当前研究中存在的瓶颈,从动态模型构建、不确定性因素影响等方面对未来可行研究方向进行了展望.
核电设备全生命周期的状态评估对提高核电厂安全性、经济性影响重大.以往国内核电厂对系统、设备、构筑物的运维评估手段多依赖于设备自身报警机制、简单阈值判断或者现场工程师经验.随着在线监测系统在核电厂的应用实施和海量设备运行数据的积累,利用数据驱动技术进行设备健康状态评估已经成为行业关注重点.对此,介绍核电在线监测系统现状,分析主要核电设备存在的常见故障,并将核电设备的状态评估归纳为异常检测、寿命预测和故障诊断共3大问题,分别综述其研究和应用现状,重点阐述深度学习技术在该领域的应用潜力.在此基础上,进一步分析核电厂设备状态评估面临的挑战和可能的解决方案.
5G基站的大量接入为未来电力系统的低碳化发展提供了新的可能.通过激励5G基站参与需求响应,并将其纳入现有主动配电网(ADN)运行框架,能够在降低5G基站自身用电成本的同时,促进可再生能源(RES)消纳和高效利用.提出了一种考虑5G基站低碳赋能的ADN多目标区间优化运行方法.在深入分析5G基站与配电网互动模式的基础上,构建了5G基站运行灵活性描述模型,并采用系统动力学方法分析了5G基站对配电侧碳减排的作用.以系统运行成本和碳排放量最小化作为目标,考虑配电网和通信网两方面的约束限制,建立了含5G基站的ADN多目标运行优化模型.该模型通过对ADN中RES及5G基站设备联合调度,并采用区间方法考虑RES出力和通信负载的不确定性,可实现系统经济与低碳效益的综合最优.结合基于区间分析的等效转化和非支配排序遗传算法对问题进行求解,算例分析结果证明了所提方法的有效性.
我国“碳达峰、碳中和”目标的实现在很大程度上依赖于电力系统的低碳转型,而现有研究很少从区域尺度研究电力系统低碳转型.综合使用政府间气候变化专门委员会温室气体清单编制方法、网络模型分析法量化了粤港澳大湾区电力生产和消费引致的碳排放,并使用对数平均迪氏指数分析法分析了社会经济因素对大湾区电力碳排放的影响.结果表明:香港、澳门电力低碳转型进展缓慢,广东省低碳电力份额持续提高;快速扩大的经济规模和电力需求是大湾区排放增长的最主要驱动因素;外部低碳电力的输入以及部门用电效率的提升抵消了部分排放增长.
针对大型风电场跨区输送电能时引起的低频振荡问题,提出了一种阻尼系统低频振荡的单神经元自适应比例积分微分(PID)附加阻尼控制策略.通过对双馈风电机组的动态频率响应特性进行分析,构建了一种在单神经元自适应PID控制算法中引入二次型性能指标的风电场阻尼系统振荡控制器.通过对励磁变频器进行自适应调节,促使风电场快速发出有功功率,产生最大正阻尼,抑制系统低频振荡.利用MATLAB搭建含风电场的四机两区域电力系统仿真模型,通过对比验证了所提方法能够在系统发生低频振荡时有效抑制同步发电机功角的摇摆,改善系统惯性响应,降低电网发生低频振荡的风险.
随着分布式发电研究与应用的迅速发展,分布式交易市场作为一种新型的电力交易模式,能够有效提升可再生能源消纳率,是推动实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段.将市场评价机制引入用户的竞拍交易机制中,将促使用户考虑市场评价机制对其交易策略的影响,推动分布式交易市场的良性发展.针对微网用户间的分布式电能交易市场展开研究,首先,以市场参与主体及交易支撑软硬件为研究对象,分别从电能供应能力、用户满意度、平台安全性等方面建立多维度绩效评价指标体系.然后,对分布式电能交易市场评价方法研究现状进行总结与梳理,并从指标体系建立、指标计算方法及综合评价方法三方面分析了分布式电能交易绩效评价的关键技术.最后,结合当前发展现状,对未来分布式电能交易绩效评价的研究方向进行了展望.
柔性直流系统中模块化多电平换流器(MMC)的子模块故障影响系统正常运行,可靠性和经济性的相互制约是MMC冗余数量配置优化的关键问题之一.对此,建立含冗余子模块MMC可靠性和经济性数学模型的多目标优化函数,提出一种柔性控制器子模块冗余数量双重协同优化方法.该方法结合权重系数和NSGAII多目标优化算法的优势,在冗余数量取相同选择偏好下,计算得到两者优化结果的交集.以南京某柔性台区直流工程为例,在MATLAB中搭建模型,仿真结果表明所提方法在满足柔性直流系统可靠性的同时,能够显著提高经济性,为实际柔性直流工程中MMC冗余子模块数量配置提供思路.
为抑制高压直流后续换相失败,研究系统恢复时电气量与控制量的动态响应,提出引起后续换相失败的主要原因是恢复过程中,故障后换流母线电压处于跌落状态,逆变侧实际触发角存在超调现象,直流电流持续上升,三者共同作用导致系统换相能力不足,无法完成换相过程中阀臂电感能量的转移.为此,提出一种考虑系统恢复过程换相能力的后续换相失败抑制策略,通过限制触发角超调时的直流电流,增大系统换相能力,抑制后续换相失败,以实现直流系统的有效恢复,并在仿真软件PSCAD/EMTDC中利用高压直流标准模型CIGRE Benchmark对所提理论进行了测试与验证.
针对锂离子电池实际应用中存在不完全充放电而导致的充电起始点及截止点不确定问题,提出一种基于双充电状态因子的电池健康状态估计方法.搭建电池老化实验台架,采用8块镍钴锰锂离子电池进行老化实验;区别于传统单状态因子估计,选取不同老化阶段下恒压充电状态前端等时间差的电流平均值,以及恒流充电状态末端等幅值电压的充电时间构造健康因子;分析不同老化阶段实验电池的荷电状态-开路电压对应关系,通过理论推导及实验结果证明健康因子的正确性;建立具备强泛化能力的改进支持向量回归模型,并通过粒子群算法优化模型超参数.实验结果表明:所提双充电状态健康因子与电池老化衰减密切相关,所建立的改进支持向量回归模型可实时估计不同老化状态下的电池健康状态,具备容量局部回弹变化的表征能力,可作为一种有效的嵌入式电池管理系统健康状态估计方法.
在时差信息冗余情况下求解非线性方程时,采用到达时差定位法(TDOA)的雷电定位系统会出现求解发散问题,而我国油罐系统等雷电敏感系统多经历了雷声和电磁探测的雷电定位技术发展过程.对此,提出一种有效融合雷电声波信号和放电电磁信号的TDOA雷电定位改进方法.根据已有站点信息将目标区域划分为16个子区域,在子区域内利用L-M迭代算法实现监测目标区域的雷电定位,提升TDOA雷电定位系统的定位精度和抗误差扰动能力.结果表明:传统法的雷电定位误差均值为203.2 m;所提方法经过声波信息融合和L-M算法改进后,雷电定位误差均值减小为108.4 m,监测目标区域边缘雷电定位精度提高了51.2%.研究对改进已有雷电定位系统和有效利用声波信息具有实际意义.
《上海交通大学学报》“新型电力系统与综合能源”专题（2022年1~6月）
