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ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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风力发电中风速的波动将会引起输出功率的波动，基于变桨执行机构快速地跟踪桨距角命令，变桨恒功率控制可平抑输出功率的波动。液压变桨执行机构以其响应频率快、扭矩大、便于集中布置和集成化等优点在目前的变桨距执行机构中广泛应用。常规比例积分（proportional integral, PI）控制的液压变桨执行机构，具备一定的动态响应性能，但其鲁棒稳定性相对不好。为此，针对液压变桨执行机构设计了H∞控制器，不仅能快速有效地跟踪桨距角命令，还能在变桨执行机构存在参数不确定性情况下，保持系统稳定，同时具备优良动态性能，鲁棒性好。仿真分析表明：相比PI控制，H∞控制系统各方面性能较优越。在设计H∞控制器过程中，提出了一种新的加权函数的快速构造方法。研究结果表明：提出的方法能快速地构造所需的加权函数，为H∞控制在工业上的应用提供参考
随着双馈感应风力发电机组（doubly-fed induction generators，DFIG）装机容量在电力系统中所占比重的不断增加,其与电力网络之间的相互影响日渐增大。采用DIgSILENT软件包对含有DFIG的电力系统的暂态稳定性进行了研究,并从Crowbar保护控制与电力网络之间相互影响的角度探讨了DFIG的Crowbar投切策略。首先研究了单台DFIG的稳定性,然后以IEEE 30节点系统为例分析了在系统的同一节点分别接入DFIG型风电场和同步发电机组时系统的暂态稳定性；最后,从电力系统功角稳定性角度研究了Crowbar的最佳退出时间。结果表明,含DFIG型风电场的电力系统因短路电流降低使得继电保护范围缩小。
在分析板式蒸发式冷凝器工作原理的基础上，通过合理简化，提出了一种逆流热质传递过程的数学模型。采用方程求解器对模型进行了分析求解，得到了空气温度、空气湿度和水温沿流程分布的情况，以及空气温度、空气湿度、空气流量和水流量对板式蒸发式冷凝器换热特性的影响规律。研究结果表明：空气温度越高，蒸发式冷凝器的换热量越低，相对湿度越高，换热量越小；空气流速为1~3 m/s时，换热量增加幅度较大；在空气流速达到4 m/s之后，换热量增加缓慢，趋于稳定；当水流量小于0,2 m/s时，换热量与水流量呈线性关系，水流量越大，换热量越大。
建立了内部包含冷热电三联供、储能以及光伏发电等多种分布式电源的微电网数学模型，提出了考虑经济性的运行控制策略，并采用DIgSILENT软件进行了仿真分析。在此基础上，研究了微电网并网转孤岛运行和光伏系统出力大幅变化时分布式电源功率、微电网电压和频率的变化情况，分析了运行模式转变对微电网稳定运行的影响，验证了模型与控制策略的有效性。
对微网并网运行模式下的动态经济调度进行了研究，建立了优化微网内分布式电源出力的数学模型，同时考虑对主网向微网输入功率的优化。数学模型以最小化微网内总用电成本为目标，目标中将从主网中的购电成本视为用电成本的一部分，在考虑微网内功率平衡以及分布式电源出力大小和爬坡限制的约束条件下，对目标函数进行优化。解决平衡约束时，采用潮流计算的方法，将公共连接点视为潮流计算中的平衡节点，可根据网内出力和负荷平衡情况适时进行调节。求解数学模型时，采用粒子群算法，并对粒子群算法进行改进，在其中加入自适应措施，以解决非凸、高维、非线性的优化问题。典型算例验证表明，所提出的微网动态经济调度模型合理，求解算法具有很好的实用价值。
针对分布式电源不具有惯性使得微电网控制困难的问题，引入了虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）控制技术，设计了基于VSG算法的逆变器控制策略，并针对该控制策略存在的不足提出了一种基于VSG算法的直接功率控制策略；微电网中不同分布式电源分别采用上述2种基于VSG算法的控制策略，并分别作为组网单元和并网单元，它们控制方式不同但均具有类似同步发电机的负荷响应特性，在实现微电网虚拟惯性的同时可以达到灵活控制的目的；对微电网的协调控制进行了分析，设计了微电网频率调整和电压控制策略，针对孤岛向并网模式平滑切换，采取基于虚拟功率的预同步控制策略；最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的有效性。
基于当前微电网研究领域热点，在某些不考虑具体设备暂态过程的仿真研究中，为缩短建模时间和仿真时间，滤除仿真结果中的谐波干扰，针对分布式电源详细模型的本质特点，对其组成部分原动机和逆变器分别进行简化，提出相应的简化模型。在光伏并网的仿真场景下，建立整体仿真模型，将详细模型与简化模型进行对比可知：简化模型不仅在稳态时达到了与详细模型相同的结果，而且暂态响应优于详细模型，达到了预期的对简化模型的要求。
阐述了一种海岛微电网组网方案的优化方法，并结合实际项目运行数据进行了验证。通过对微电网组网方案数据的整理分析，研究了利用Homer工具计算并网、离网组网方案的净现值投资、发电成本单价、发电量及可再生发电比例，分析光伏设备价格、储能设备使用寿命、风速、柴油价格波动对组网方案的影响，比较出经济性最优方案。然后在Powerfactory仿真软件中搭建经济性方案模型，研究验证最优方案的可行性，实际并网运行数据和调研资料也验证了现有组网方法合理
随着特高压输电网建设规模的日益扩大，合理规划输电网中交直流输电方式成为一个迫切需要解决的问题。以基于输电能力的特高压交流和直流输电适用范围作为研究对象，考虑交直流输电特性，建立了反映功率传输特性、安全稳定性、经济性等因素的交直流输电方式的评价指标，采用基于最优组合权重方法，对“点对网”情景下1 000 kV特高压交流和±800 kV特高压直流输电模型进行评估，得到了这2种输电方式适用范围。本文提出的方法和模型为未来特高压电网规划，特别是为各大能源基地外送输电方式的选择提供参考依据。
输电线路覆冰灾害严重影响特高压直流输电系统的正常运行。介绍目前特高压直流输电工程所使用的线路防冰的运行方式。对换流器并联融冰运行方式的效果进行分析计算，提出了融冰运行方式下的控制保护策略，并通过基于实时数字仿真器（real time digital simulator，RTDS）高压直流输电系统仿真平台对融冰运行方式进行试验验证。在锦苏特高压直流输电工程系统调试阶段对换流器并联融冰运行方式进行了现场试验。仿真试验与现场试验的结果均证明换流器并联融冰运行方式可行、有效。
针对目前直流线路的直流融冰方法研究现状，提出了一种基于双24脉波不控整流器的直流融冰装置，可以通过改变整流变压器二次侧电压档位以及整流器输出连接方式来扩大装置融冰范围。给出了详细的直流融冰装置设计方案，在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了直流融冰装置模型，仿真结果验证了设计的有效性。
为了解决输配电线路中钢和铝合金金具高能耗的问题，降低线路损耗，对数十种工程塑料进行了遴选和研究，确定以PA66尼龙作为复合材料的基材。在基材中加入玻璃纤维、增韧剂、耐臭氧和耐腐蚀等改性材料，并通过反复试验测试和配方优化，成功研制出一种改性复合材料，其抗拉强度为210 MPa，延伸率为4,5%。材料具有密度小、绝缘性好、耐辐射、节能环保、耐疲劳等优点。进行了基于改性复合材料的间隔棒和悬垂线夹设计、试制与试验研究，结果表明其性能满足国家标准和电力行业标准要求。基于复合材料的悬垂线夹已应用于35 kV和220 kV架空输电线路中，运行状况良好。
在新建工程的可研和初步设计阶段，从新的设计条件出发推算铁塔质量，可以帮助完成杆塔选型和规划、路径比选、杆塔优化排位等，对提高概算准确性、节省工程造价具有重要意义。为此在特高压直流输电线路铁塔质量分析计算的基础上，对荷载更大、塔头布置形式多样化的特高压交流输电线路铁塔质量进行深入研究，并推广至500 kV超高压交流输电线路领域。采用“1 000 kV浙福线工程”及“500 kV铁塔通用设计”中不同塔型、呼高所对应的质量数据样本，建立回归分析数学模型，使用Matlab软件得到质量计算关系式。将计算结果与实际铁塔质量作比较，进一步验证了该方法及公式的准确性和适用性。对于重覆冰区线路，则应考虑导地线脱冰跳跃时产生不平衡张力的影响，修正和补充质量计算关系式。
以锂基润滑脂为基础脂，导电炭黑为填料，经分散、研磨等工艺制备了含导电炭黑的润滑脂，并对其进行了电导率、滴点、锥入度以及摩擦学性能的测试。试验结果表明，润滑脂中添加导电炭黑的含量和种类对含炭黑润滑脂的导电性、抗磨减摩性以及理化性能有很大影响。其中含5%的HD-2类炭黑的润滑脂具有最佳的综合性能，其电导率为374 μs/cm，平均摩擦系数为0,087。长时间暴露在实验室环境中，导电膏导电性能没有太大的改变，但老化现象依旧明显，其表现在热安定性及摩擦学性能方面的变化，导电膏A3滴点由227,7 ℃下降到207 ℃，B3滴点由301,6 ℃下降到260 ℃，摩擦系数也出现较大波动。
为了解决双馈异步风力发电机（doubly-fed induction wind generator，DFIG）不对称电网网侧变换器采用双电流闭环控制策略（double current closed loop control strategy，DCCS）时响应速度慢、动态性能差等问题，提出了根据电流差、电流差变化率在线模糊自适应修正比例积分微分（proportion integration differentiation，PID）控制器参数的Fuzzy PID策略，建立了DFIG网侧变换器数学模型。基于Matlab/Simulink仿真工具，通过模拟电网侧发生不对称电网故障，仿真得到网侧变换器在改进控制策略下的直流侧电压、电流波形。仿真结果表明：与传统DCCS相比，Fuzzy PID策略进一步改善了直流侧电压、电流的稳定性，减少了直流侧电压、电流纹波分量，改进后的控制系统响应速度更快、动态性能更好。
为了满足堆顶组件整体吊装和冷却介质流道的要求，第三代核电站控制棒驱动机构（control rod drive mechanism，CRDM）冷却系统风机采用了有别于在传统压水堆核电站中此类风机的结构和布置形式，研究其性能和鉴定方案是设计该类设备的关键点。通过分析CRDM冷却系统和风机的设计要求，采用传统方法计算主要性能参数，确定了风机的类型和主要结构形式，计算结果表明，第三代核电站CRDM冷却系统风机为非标设计，国内暂无同类成熟产品，其设计需经试验和工程实践检验。针对风机设计中的关键考核点，结合工程经验和标准规范要求，拟定了用于质量鉴定的试验要求和型式试验方案，可为研制此类风机产品提供技术指导。
直接空冷凝汽器在高空中受环境风的影响，容易出现热风回流和倒灌等问题，影响机组的安全与经济运行，为此提出了空冷岛地下进风方式。以某600 MW直接空冷机组为例，建立空冷岛地下进风的物理模型，利用Fluent软件，采用Simple算法和标准k-ε模型，对采用两风道地下进风布置方式的空冷岛周围空气流场和温度场进行数值模拟；计算了地上、地下进风的空冷岛通风量，分析了在主导风向下风速对直接空冷凝汽器换热效率及压力的影响。计算结果表明：在有环境风的条件下，空冷岛地下进风方式的凝汽器工作性能优于地上进风，在任何风速下都没有出现热风回流和倒灌；在同等条件下，当环境风速大于4 m/s时，地下进风的通风量较地上进风大，换热效率较地上进风高，当风速超过8 m/s后，凝汽器压力比地上进风低7~11 kPa。
直接空冷机组风机转速与其排汽压力紧密相关，故直接影响机组运行经济性。因此，基于环境温度、风速及风向等影响因素，确定最佳风机转速，对实现节能降耗具有较大意义。以某600 MW直接空冷机组为例，建立风机转速优化目标函数，通过分别确定风机工作点、风机转速与排汽压力的关系及汽轮机功率背压特性，得到目标函数值，利用适当的优化算法确定最佳风机转速。结果表明：随着环境温度或风速或机组负荷的增加，排汽压力逐渐提高，进而最佳风机转速也随之增大，反之降低；当环境温度高于20 ℃时，对风机转速的影响较为突出；环境风向对风机转速也具有一定影响，其最佳值在x风向下最高，在主导风向下最低。
为进行复杂能量系统的热经济学分析和评价，找出提高核电机组热经济性的新途径，基于火用经济学理论和矩阵算法，建立了压水堆核电机组热力系统火用成本分析通用模型。以某900 MW压水堆核电机组热力系统为例，进行了39股火用流的单位火用成本计算及分析，并对具体设备提出了明确的优化改进措施。结果表明:沿热力循环方向，各股火用流的单位火用成本先增加后减小；凝汽器输出火用流的单位火用成本最高，为7,1754，其次是凝结水泵和1号低压加热器，分别为5,249和4,1911。矩阵算法较常规火用成本分析法具有构造简单、矩阵元素填写法则简便、物理意义明确和规律性强等优点；利用矩阵算法的易编程性，便于开发出相应的计算及分析软件，进而为核电机组热力系统优化及故障诊断奠定理论基础。
通过对宁德核电站1号机组除氧器工作原理、内部结构、运行方式的研究，对除氧器保压控制策略的设计目的、适用工况、探测原理及实现方法等进行了深入地分析。总结了调试期间出现的问题及解决方案，在机组进行跳机不跳堆、甩50%负荷至汽轮机额定转速等典型瞬态试验时，对除氧器保压控制策略的响应首次进行了全面验证，结果显示除氧器蒸汽压力控制平稳，相关经验具有一定的借鉴意义。
为了建立科学合理的可再生能源总量目标模型，制定切实可行的指标分解方案，深入分析了典型国家制定可再生能源发展目标及配额指标的经验，结合中国国情和可再生能源发展现状，构建了可再生能源电力总量目标预测模型及基于可再生能源潜力和消费的配额指标分解模型。选取2015年作为规划年，对中国可再生能源电力配额方案进行了深入探讨，并从环境效益和社会成本进行经济性评价。研究结果表明，中国在制定可再生能源电力配额指标时，应采取自上而下的分解方法，综合考虑非化石能源消费结构、CO2减排目标、国民生产总值（gross national product，GDP）增长、电力需求及电网能力对配额比例的影响。
降低电力需求侧能耗是电力行业节能减排的重要途径之一。结合比较分析法和情景分析法，提出了一种基于长期能源替代规划系统（long-range energy alternatives planning，LEAP）模型的电力需求侧碳减排潜力分析模型。从经济增长、政府产业激励政策、技术进步、人口增长率、人均生活用电角度出发，设计3类7种电力行业节能减排情景，并从碳排放增长率、碳排放增长贡献率等角度，对各种情景进行综合评价。研究发现在情景A、B、C下，2010—2030年和2030—2050年期间，我国电力行业碳排放增长率分别为2,78%、3,21%、3,64%和0,69%、1,09%、1,51%。在情景B、G下，2030—2050年居民生活用电碳排放量对电力行业碳排放增长的平均贡献率分别为21,71%、45,36%。结果显示未来居民生活用电将是影响我国电力行业碳排放的主要因素；第三产业用电的快速增长，将是我国未来电力行业碳排放增加的重要因素之一。
分析阿根廷43个气象站点观测资料，选取典型年份评估风能资源情况，发现阿根廷风能资源条件优异，南部巴塔哥尼亚地区10 m高度平均风功率密度达0,4 kW/m2以上，并且已建有高压输电外送通道，具备大规模风电开发基础条件。通过分析当地风电开发的条件与政策约束，研究了我国企业赴阿根廷开发风电的优势和适宜采用的进入方式。
提出了一种能定量确定电网主设备经济退役点的方法。首先假设设备的累计失效概率符合三参数威布尔分布，构建设备失效模型；其次通过最小二乘法和最大相关系数优化法确定分布参数，由此得到设备的失效率；最后假设运维成本与失效率成正比，在时间-成本坐标系上同时画出运维成本曲线和退役成本曲线，其交点即为设备最佳退役时间。最后以SF6断路器为例，描述了如何使用该方法确定电网主设备的经济退役点。
