2023年, 第43卷, 第5期　刊出日期：2023-10-31

  

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新能源电力系统自动化技术
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  基于数据驱动的风电机组变桨系统故障诊断与健康状态预测研究

  尹子康, 林忠伟, 吕广华, 李东泽

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 1-11. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0001-12

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  文中首先聚焦于风电机组桨叶零位偏移故障，利用GH-Bladed风机仿真软件仿真不同工况下的桨叶零位偏移，研究零位偏差对运行机组叶轮转速、叶根弯矩的影响，并采用风电机组轴向加速度1P谐波幅值和3P谐波幅值之比拟合桨叶零位偏差判定曲线图，构建桨叶零位偏差判定模型。再基于神经网络技术，分析机组实际运行数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA）历史数据，完成变桨故障特征提取和数据分析处理，训练添加注意力机制的长短期记忆神经网络（Long Short-term Memory Neural Network,LSTM）模型，构建 AT-LSTM变桨健康状态预测模型，并从多个分类模型指标，将 AT-LSTM与循环神经网络（RNN）和长短期记忆神经网络（LSTM）进行对比，证明了添加注意力机制对于神经网络带来的提升。
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  基于虚拟发电厂的火电机组厂级负荷两级分配方法研究

  李志伟, 隋旭光, 车铭, 王彤彤, 王松寒, 葛朋

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 12-17. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0012-06

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  在新能源与火电结合发电中，虚拟电厂可以对电网需求侧进行调节，以减缓新能源发电的波动，起到消纳的作用。在虚拟发电厂概念下以火电厂和风电场作为一个整体，研究机组的负荷优化分配方法，建立了既考虑快速性又兼顾经济性的多目标厂级负荷优化分配数学模型，通过调整各目标函数的权值以满足不同情况下的目标需求，利用捕食遗传算法对数学模型进行求解，该方法改善了遗传算法收敛速度较慢的缺点，最后通过仿真进行试验分析。试验仿真结果验证了模型的有效性，提高了系统对风电的消纳能力。
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  振动能量收集系统的输出功率优化设计与分析

  许冠华, 赵新龙

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 18-23. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0018-06

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  为了进一步改善传统梯形梁压电振动能量收集器的电学输出特性，提出了一种在梯形梁自由端作特定形状切口的方案，利用理论模型分析和COMSOL Multiphysics有限元仿真的方法，得到了该新型压电能量收集器的模态分析、挠度分析、输出电压频率响应、最大输出功率与最优负载。结果表明：在振动频率为45 Hz，振动加速度为0.5g的正弦激励下，带有特定形状切口的压电能量收集器的最大输出功率为9.46 μW，比无切口情况下提升了51.8%。
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  音圈直线电机滑模变结构控制方法

  张鑫宇, 吴忠实, 周森磊

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 24-31. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0024-08

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  为了消除音圈直线电机的非线性摩擦特性对系统定位精度的影响，利用机理建模方法建立线性模型描述音圈直线电机系统的幅频及相频特性并采用最小二乘法辨识模型参数。此外，采用摩擦力测试和牛顿第二定律得到系统的等效非线性项参数，利用辨识得到的线性模型与等效非线性项参数，设计了一种含有等效非线性控制项的滑模变结构控制器。实验结果表明，提出的控制方法能够改善音圈直线电机的定位精度，并提升了系统的动态性能。
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  一类具有预设跟踪性能的约束控制器设计

  刘勇华, 潘则丞, 乔瑜姣

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 32-37. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0032-07

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  针对一类含有输出约束的严格反馈非线性系统，设计了一种预设性能控制方法。与基于障碍Lyapunov 函数（Barrier Lyapunov Function,BLF）的控制方法相较，本文所提控制算法通过构造一种新颖的混合坐标变换，分别对系统的输出与跟踪误差进行约束，避免了BLF引起的保守性问题。此外，所设计控制器中的性能函数不依赖于系统的输出约束条件，增大了其选取的灵活性。仿真实例验证了文中所提控制器的有效性。
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  电池储能系统支撑电力系统频率调控策略研究

  郝晓强, 刘文字

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 38-42. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0038-05

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  由于新能源的大规模并网，导致电力系统惯量降低，严重影响电网频率稳定，需有效的频率支撑技术。针对上述问题，文中提出电池储能系统支撑电力系统频率调控策略。首先，建立电池等效电路模型来模拟电池的动态与静态性能及外特性；其次，运用下垂控制、加速下垂控制两种调频策略控制电池储能系统发出的有功功率；最后通过MATLAB/SIMULINK搭建含25%比例风电的四机两区系统并以风机大功率突减和风机快速大功率波动两种场景进行仿真分析。结果表明，文中所提出的调频策略均能有效改善系统频率最低点和新稳态的频率，且可以减缓频率下降速度，提高了电网的频率稳定性。
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  基于超螺旋滑模控制的LCL三相逆变器离网扰动抑制策略

  晋秉义, 于凯, 李强, 张伟

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 43-52. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0043-10

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  三相逆变器系统使用传统控制方法存在抗干扰能力差及发生扰动后的动态特性慢等局限性，同时控制器设计对LCL滤波器参数不确定性敏感。针对以上问题，文中提出了一种基于超螺旋算法的LCL三相逆变器离网扰动抑制策略。首先，在dq坐标系下对三相LCL逆变器设计超螺旋滑模控制数学模型，优化电压电流双环控制结构；其次，在PLECS软件对该离网逆变器进行仿真，验证超螺旋算法对参数波动不敏感的特性；最后，基于RTBox半实物实验平台分别进行了负载波动和电压参考实验。与传统PI控制对比，所提超螺旋滑模控制方法具有较强的鲁棒性、稳定性和动态特性。
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  考虑风偏闪络的电力系统故障场景仿真方法研究

  陈立征, 姚树国, 施啸寒

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 53-58. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0053-06

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  近年来，自然地理环境以及气候条件对电网稳定运行造成的不利影响增多，气候条件的剧烈变化对电网输电线路造成的影响更是难以被忽视，风偏闪络现象在电网输电线路中发生的频率越来越高。文中提出了一种在动态风激励作用下考虑时空特性的风偏角计算模型。基于Matlab仿真平台对风偏闪络动态过程进行了模拟分析，编程实现对风速模拟以及风偏角计算过程的模拟；基于PSASP仿真实现电力系统在风偏闪络故障后的动态过程揭示，并对系统的稳定性进行了分析。算例验证了计算模型以及仿真方法的可行性。
综述类
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  环境射频能量收集技术综述

  李建坡, 丁昱竹, 赵佳琪, 于廷文

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 59-69,92. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0059-12

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  在低功耗设备与装置日益普及的今天，通过无线方式实现能量收集，为设备供电正成为科研人员日益关注的研究热点之一。文中通过分析射频能量收集系统的基本结构，详细介绍了天线、匹配网络和整流电路的工作原理和优化方法，分析了射频能量收集系统的应用水平，并对目前存在的问题及发展趋势进行了探讨。
理论与方法研究
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  基于改进的AHP-CRITIC综合权重计算法的多元用户用能行为特性刻画及评价方法

  朱辉, 闫腾飞, 丁一, 程晓艳, 盛耀龙, 陈海鹏

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 70-77. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0070-08

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  随着中国电力市场和综合能源系统的不断发展，工业用户的能源消费方式变得愈加复杂。因此，在目前的市场环境下，现阶段的用户用能行为画像技术已无法满足当前的发展需求。针对上述问题，研究了一种多元用户用能行为特性画像和评价方法。首先，从用电负荷水平、用电低碳性、用电稳定性、用电互动能力以及用热/冷特性六个方面构建了用户用能评价体系；其次，利用改进的AHP-CRITIC算法计算各指标的权重，并基于用户综合用能指数形成考虑用能特性的用户用能画像；最后，选取不同类型工业用户的用能特性画像，验证所提出方法的有效性。
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  计及辐照区间划分的含光伏电源配电网源-荷联合场景生成

  黄南天, 郭玉, 赵暄远

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 78-84. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0078-07

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  光伏电源大量接入配电网导致源-荷波动性、随机性增强。针对气象敏感负荷、光伏电源不确定性、多节点源-荷关联性复杂等随机因素导致海量不确定性运行场景刻画受限问题，提出一种计及辐照区间划分的耦合气象特征辐照-负荷多节点联合场景生成模型。首先，分析多元气象因素与辐照、负荷相关性，筛选出强相关气象特征；其次，对基于辐照区间划分的历史气象特征进行聚类分析，获取对应不同气象特点的历史源-荷场景集；在此基础上，以类内辐照、多节点负荷历史数据，构建基于WGAN-GP的多节点联合场景生成模型，并生成多节点源-荷场景；最后，通过与历史真实场景的概率分布特性、源-荷相关性等多项指标对比，验证了该方法能够有效刻画不同气象条件下与真实数据相符的含光伏电源配电网运行场景。
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  电子元件中板翅式散热器梯形翅片的优化研究

  王玉坤, 刘吉营, 吴小虎

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 85-92. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0085-08

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  在梯形翅片基础上，通过提出一种新形状翅片的板翅式散热器来达到优化散热的目的。基于商用软件COMSOL Multiphysics 6.0，建立了一种梯形翅片间开槽的仿真散热器模型。对翅片间不同开槽宽度、开槽高度以及开槽移动位置进行了性能评估，分析了流体速度对不同翅片散热效果的影响。研究结果表明，梯形翅片间开槽相比未开槽时具有更低的芯片温度，且改变开槽宽度、开槽高度及开槽移动位置均对散热有影响。在低流体速度下，无论是增加开槽宽度和开槽高度，还是将开槽移动位置下移都能够有效地提升散热器的散热效率。经优化后的梯形开槽翅片散热器结构能够比原梯形散热器最大提升12%的传热率，比原矩形直翅片散热器最大提升22%的传热率。该研究结果可为未来板翅式散热器散热效率提升等方向研究提供参考。
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  复合防风偏绝缘子在抑制输电线路风偏中的应用研究

  屈子淇, 郝锦琦, 张有佳

  东北电力大学学报. 2023, 43(5): 93-100. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-05-0093-08

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  为了弥补目前输电线路防风偏方法的不足之处，寻求高效的输电线路防风偏装置。通过塔-线一绝缘子-防风偏装置耦合模型的风致反应分析，研究复合防风偏斜撑支柱式绝缘子的防风偏有效性以及影响其防风偏效果的相关因素。研究结果表明：所采用的复合防风偏斜撑支柱式绝缘子具有超强的防风偏效果，相比于未加装新装置，加装新装置后的输电线路防风偏降低幅度高达95.6%；其结构参数对抑制风偏的影响很大：风致引起的绝缘子串处的最大风偏角随磁流变液屈服强度增大而减小，减小幅度为0.022°风偏角/kPa；其随SMA螺旋弹簧等效刚度的增大也减小，减小幅度为0.073°风偏角/kN/m；其随着活塞有效长度增大而减小，减小幅度为0.021°风偏角/mm；其随着活塞间隙增加而增大，增大幅度为0.51°风偏角/mm。因此，在应用复合防风偏斜撑支柱式绝缘子进行输电线路抗风偏设计时，应选择磁流变液屈服强度大、SMA螺旋弹簧等效刚度大、活塞有效长度长、活塞间隙小的绝缘子，如此可使在不改变绝缘子外部尺寸的情况下达到更好的抑制风偏效果。