2023年, 第43卷, 第6期　刊出日期：2023-12-31

  

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高比例可再生能源并网消纳关键技术专题
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  新型电力系统中电化学储能应用与关键技术综述

  任子俊, 曲小慧, 王敏之, 陈国剑

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 1-7. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0001-08

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  新型电力系统中由于新能源占比、电力电子化程度以及负载自由度具有“三高”特性，其系统拓扑结构和动态特性亦复杂且多变。在电网强度变弱、源荷波动大的背景下，新型电力系统的功率平衡和稳定运行将面对更为严峻的挑战，而电化学储能的快速响应和灵活配置可有效改善新型电力系统的动态特性，并能够在多时间尺度内发挥支撑作用。文中从新型电力系统的动态特征和功率能量平衡的需求出发，归纳常规储能技术的研究现状，探讨电化学储能在新型电力系统中的技术优势及应用前景，并进一步研究电化学储能在新型电力系统中的主动支撑作用和优化配置，为利用电化学储能维持新型电力系统安全稳定运行提供参考
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  模块化多电平换流器数学建模方法综述

  徐梓高, 杨桂森, 刘瑜超, 李彬彬

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 8-16. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0008-09

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  在新能源远距离、大容量的外送需求下，以模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）为核心的柔性高压直流（High Voltage Direct-current,HVDC）输电技术在我国得到快速发展，并逐步与传统高压交流电网深度融合，形成高度电力电子化的交直流混联电力系统。相比于传统交流电网，MMC等电力电子设备显著拓宽了混联系统的响应带宽，加剧了电网设备之间的交互作用，并在已投运的HVDC工程中频繁引发数赫兹至数千赫兹的宽频振荡，严重影响供电安全。数学建模与稳定性分析成为保障交直流混联电力系统稳定运行的迫切需求。文中对MMC的数学建模与分析方法进行归纳与总结，为交直流混联系统的宽频振荡研究提供参考。
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  基于储能的电力系统潮流协调优化控制策略

  李美妍, 吴俊玲, 陆润钊, 秦晓辉, 张健

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 17-22. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0017-06

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  储能具有双向的快速功率吞吐能力且布局灵活，通过采用定制化的控制策略可以作为电力系统潮流控制的有效手段。针对高比例新能源电力系统因源荷波动或元件故障引起的局部输变电设备短时潮流越限问题，提出一种基于规模化储能的电力系统潮流分散协调优化控制策略。首先，基于储能的冲击能量和各支路的权重系数提出综合控制灵敏度，剔除对待调整支路控制效果较弱的可控储能节点，实现可控储能节点的优选；其次，构建以总控制代价最小为目标的动态优化模型，采用大M法将动态优化模型转化为线性优化模型，旨在考虑储能出力调整量和参与调整设备数最小，并制定优化控制策略；最后，基于改进的IEEERTS24节点系统验证所提策略的有效性和合理性。
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  基于CEEMD特征提取和优化 RF分类的 Vienna整流器故障诊断

  张伟, 陈凤龙, 李强

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 23-31. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0023-09

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  Vienna整流器作为汽车直流充电桩充电模块最常用前级部分，前级系统的稳定运行直接影响着整个充电模块的运行状态，因此针对Vienna整流器故障诊断显得十分重要。针对Vienna整流器其功率开关和电解电容等核心器件的开路故障特点，文中提出了一种基于互补集合经验模态分解（Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD）和粒子群（ Particle Swarm Optimization, PSO）优化随机森林（ Random Forest, RF）算法的诊断方法。该方法以输入侧电流为原始信号，分析核心器件开路故障的波形特性，采用CEEMD方法对故障电流信号进行分解。在此基础上构造故障特征向量，并将提取的特征向量输入到粒子群优化的随机森林模型中进行故障状态识别。搭建了Vienna整流器仿真模型，验证所提方法的可行性和优越性。仿真结果表明该方法具有较好的诊断结果，诊断率达到了93.8%并且缩短了诊断时间，对汽车直流充电桩故障诊断具有现实指导意义。
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  基于电容换流的多端口直流限流断路器

  陈凯, 王威儒, 童准

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 32-41. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0032-10

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  直流断路器是实现柔性直流电网直流侧故障隔离的重要设备，但现有拓扑中限流与换流单元的配合较少，导致设备集成度低、造价高、推广应用受限。为此，提出一种以电容作为限流及换流器件的多端口断路器拓扑，通过限流电容与换流电容的配合使断路器完成限流并加速换流过程：基于其在典型直流侧故障后的动态过程，提取了断路器所承受的电压电流应力、避雷器耗能特性，为断路器参数设计提供依据。基于PSCAD/EMTDC对设计的断路器进行电磁暂态仿真，通过断路器开断、重合闸等事件分析，表明了所设计拓扑结构的可行性，以及其内部配合的合理性。
理论与方法研究
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  输配协同下的输配能量市场双层出清模式

  曹旭东, 姜业宇, 李赛龙, 于娜

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 42-50. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0042-09

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  在传统输配网分离决策的电能市场出清模式中，会出现节点电价过高和风电资源消纳能力不足等问题，为协调输配电网资源与信息不均衡问题，分析输配协同决策下的电力市场特点，构建了输配协同下输电运营商（Transmission System Operator, TSO）与配电运营商（Distribution System Operator,DSO）电能市场双层出清模式，下层DSO决策利用KKT条件将其转化为均衡约束，经二阶锥的对偶规划与下层KKT的线性化处理，其转化为带均衡约束的数学规划（Mathematical Program with Equilibrium Constraints, MPEC）单层决策模型。实验结果表明，该模型成功调动输配侧资源，降低了市场出清价格，提高了系统经济性，为电力系统运行和市场协调带来积极影响。
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  输电导线融冰体系脱冰振动数学模型及振动试验

  陈彪, 李春城, 刘斐, 韩兆冰, 侯笑天,

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 51-60. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0051-10

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  针对输电导线直流融冰短接操控系统融冰作业时，覆冰脱落引起悬臂组合机构产生位移和应力变化，进而导致结构失稳、动触头脱出及绝缘破坏等事故，开展脱冰振动特性分析及试验研究。首先，利用拉格朗日方程并结合假设模态法，考虑不同脱冰工况、参数属性及振动方向、结构内部耦合关系等因素，建立了融冰体系悬臂组合机构脱冰振动数学模型，并利用Matlab软件采用改进欧拉法对数学模型进行求解；其次，建立融冰体系有限元模型开展仿真分析，数学模型求解结果与同工况条件下有限元仿真分析结果比对，发现悬臂组合机构位移及应力最大相对误差分别为5.89%和4.62%；验证了建立数学模型时所作假设的合理性及数学模型的准确性；最后，在融冰体系上安装振动在线监测装置，开展融冰体系脱冰振动试验测试，进一步验证了数学模型的准确性。
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  SMA阻尼器在输电塔-线体系中的风振控制研究

  刘玥君, 李业勋, 陈一铭

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 61-70. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0061-10

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  输电塔-线作为风敏感结构，易受到风荷载的影响而发生破坏，有必要采取控制技术来减少危害。本文采用新型SMA阻尼器布置在输电塔-线体系上进行风振控制。使用有限元软件建立输电塔-线体系模型。基于MATLAB软件，采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本。根据SMA阻尼器的减振原理和工作方式，设计六种不同的布置方案，并分别进行风振响应分析，提取不同方案下塔顶加速度和位移时程，并模拟三种风速的风荷载，进一步分析不同方案下的减振效果。根据阻尼器本身的结构与材料，对阻尼器进行参数分析，改变阻尼器的弹簧刚度、铅块厚度、SMA丝材料，并分别分析效果。结果表明：在方案中，在塔头上布置阻尼器对塔顶位移控制效果最好，沿塔身布置阻尼器对塔顶加速度控制最好。在弹簧刚度在500N/mm时取得最佳减振效果、铅块厚度为7mm时可以取得最佳减振效果。
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  改进新能源消纳的配电网资源优化配置研究

  潘忠志, 孔宁, 王燕涛

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 71-78. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0071-08

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  随着大规模分布式发电接入配电网，其出力与负荷需求在时序上的不匹配性引起供电区域新能源难以消纳。为此，提出提升新能源消纳能力的供电区域源-荷-储联合优化配置方法。以配电网供电区域分布式电源、储能及可控负荷为配置对象，构建储能及可控负荷调用策略；建立供电区域源荷储二层联合优化配置模型。上层模型以实现分布式电源的最大消纳为优化目标。下层模型以供电区域内净负荷期望值峰谷差最小为优化目标。针对DG及负荷出力时序差异性，采用LHS技术进行处理；采用智能优化算法对模型进行求解。以某市供电区域拓扑结构为例进行算例分析，证明方法的合理性与有效性。
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  需求响应下基于电动汽车负荷聚合商的充放电电价与时段研究

  赵梓潼, 顾兵

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 79-86. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0079-08

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  目前我国因风电与光伏发电产生的可再生能渗透率增高，导致灵活性资源匮乏问题日益突出，因风电和光伏等新能源发电的波动性和不确定性导致电网调峰及保供安全存在较大压力，同时电力市场机制没有完全建设起来，电价市场化机制不够成熟，需求侧响应资源没有被积极的调动。随着我国电动汽车保有量的不断增高，同时电动汽车的无序入网会造成“峰上加峰”的不良影响，因此可以合理安排电动汽车进行有序入网参与需求响应，文中首先介绍了电动汽车参与需求响应产生的积极影响；其次，探究了电动汽车参与需求相应的方式，并确定了以聚合商的方式参与需求响应：然后，设计了电动汽车聚合商的有序充放电策略，提出了电动汽车负荷聚合商参与需求响应的思路，构建了需求响应的交易机制：最后以电动汽车用户、电动汽车负荷聚合商平台与电网共同获益为目标，制定了电动汽车充放电的上下限，并运用数值模拟进行验证，结果表明，在电动汽车聚合商的模式下，通过充放电电价引导用户对充电时段的选择，可以实现三方获益的目标，并且对实现电网系统“削峰填谷”具有一定的效果。
工程应用研究
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  低压缸零出力改造后热网疏水系统对热经济性影响的 Ebsilon模拟

  刘军, 李洪波, 管洪军, 高明, 李杨, 王顺

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 87-93. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0087-07

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  为提升火电机组的供热能力及调峰能力，低压缸零出力技术受到了越来越广泛的关注。基于某300MW纯凝机组，利用Ebsilon软件搭建了热力系统模型，并进行了供热改造后的系统建模，对比分析了低压缸零出力改造前后机组的热经济性变化，并对不同热网疏水系统布置方案下低压缸零出力机组的供热、发电性能和供电标准煤耗进行了多工况模拟计算。结果表明，低压缸零出力改造使最小供电标准煤耗降低了31.63g/（kW·h）。各疏水系统布置方案中，最大的供热抽汽量为638.26 t/h，最小的电负荷率为23.05%，最小的供电标准煤耗为161.30g/（kW·h）。该研究可以为低压缸零出力机组疏水系统的优化布置提供借鉴，并为零出力机组的高效运行提供指导。
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  1000MW超超临界燃煤锅炉高比例掺混生物质对炉内传热特性的影响

  黄曦平, 王艳红

  东北电力大学学报. 2023, 43(6): 94-100. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2023-06-0094-07

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  燃煤耦合生物质发电是一种能够提高生物质利用率，减少火力发电厂碳排放量的有效途径。为探究东北地区产量丰富的玉米秸秆与京西无烟煤、西山贫煤、龙凤洗中煤、神华煤、义马烟煤、丰广褐煤等六种煤种在不同的掺混比例下对炉膛传热特性的影响，本研究建立了生物质掺混燃煤对炉膛传热特性影响的数学模型，并验证了其可靠性。并以某电厂1000MW超超临界压力锅炉为研究对象，对锅炉的传热特性进行了分析计算，研究了六种燃煤与玉米秸秆在不同的掺混比例下对炉膛烟气量、炉膛出口烟温、水冷壁传热热流、炉内火焰黑度、水冷壁平均热负荷、炉膛火焰平均温度以及理论燃烧温度的影响。研究结果表明：京西无烟煤与玉米秸秆构成的混合燃料具有最高的理论燃烧温度。受掺混后混合燃料热值的影响，随着掺混比例的增大，六种混合燃料的烟气量、水冷壁传热热流、水冷壁平均热负荷、炉膛火焰平均温度均呈现下降趋势。所做工作对于燃煤机组高比例掺混生物质耦合燃烧发电提供了理论依据。