功能集成型高铁电能质量分析平台设计与应用

针对高铁运行存在的电能质量问题,本文提出构建一种面向智能电网的高铁电能质量分析软件平台。该平台在高铁模型仿真功能基础上,加入了测试与录波数据查询与解析,以及通过构建离线高铁特征波形事件库实现机车侧和系统侧的录波特征事件识别功能。最后,考虑将该功能集成型平台与江苏电能质量监测网相融合,从而为其提供专门针对于高铁电能质量监测的技术支持和服务。目前,该平台主要功能模块已投入电网实际使用。     

基于ETAP的风洞电能质量预测评估

由于风洞实验室主要负荷(大型用电设备)多为断续式运行,其非线性、波动性以及变频设备对接入电网电能质量产生一定的影响,为评估风洞不同工况运行对系统变电站的电能质量影响,从辽宁电网和风洞实际运行情况出发,建立了基于ETAP的风洞接入电网仿真模型,评估了风洞负荷引起系统侧变电站的电能质量污染,为风洞电能质量治理方案及无功补偿装置配置提供依据。     

新型电气化铁路电能质量管理系统

为改善高速牵引系统电能质量及运行效率,提出一种新型电气化铁路电能质量管理系统。依托于常规背靠背电气化铁路电能质量治理装置,将回馈工况与牵引工况统一归入电能质量补偿范畴,解决了一次侧功率因数低、电流不平衡度高等基波电能质量问题。将机车回馈能量送至电网或其他机车利用,避免了使用能耗电阻引起的不必要损耗或增大投资安装储能装置。基于实测数据,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型。仿真结果表明,系统运行后三相电流不平衡度明显减小,功率因数有大幅提高,明显改善了一次侧的电能质量。同时,机车回馈工况下的能量可为其他牵引工况机车所利用,提高了系统运行效率。     

风电场风力发电机类型对网侧电能质量特性的影响

为探明不同的风力发电机类型对网侧电能质量的影响特性,从机理上揭示了不同机组类型引起网侧电压偏差、电压波动和谐波等电能质量问题的原理。基于PSCAD/EMTDC分别建立了可投切无功补偿装置的定速风力发电机网侧电能质量特性仿真模型、可实现定功率因数和定无功功率运行的变速风力发电机网侧电能质量特性仿真模型。对网侧电压偏差、电压波动及谐波特性的仿真分析表明:定速风力发电机对网侧电压偏差和电压波动影响显著;变速风力发电机对网侧电压偏差和波动影响较小,但会导致网侧母线谐波污染严重。此分析结果可为风电场电能质量治理和风电场并网区域电网电能质量治理研究提供参考。     

风电场风力发电机类型对网侧电能质量特性的影响

为探明不同的风力发电机类型对网侧电能质量的影响特性,从机理上揭示了不同机组类型引起网侧电压偏差、电压波动和谐波等电能质量问题的原理。基于PSCAD/EMTDC分别建立了可投切无功补偿装置的定速风力发电机网侧电能质量特性仿真模型、可实现定功率因数和定无功功率运行的变速风力发电机网侧电能质量特性仿真模型。对网侧电压偏差、电压波动及谐波特性的仿真分析表明：定速风力发电机对网侧电压偏差和电压波动影响显著;变速风力发电机对网侧电压偏差和波动影响较小,但会导致网侧母线谐波污染严重。此分析结果可为风电场电能质量治理和风电场并网区域电网电能质量治理研究提供参考。     

无线供电高铁列车非对称耦合机构

基于高铁列车动态负载的动态耦合基础问题,提出一种发射端为单矩形线圈,接收端为多方形线圈级联的非对称耦合机构。首先通过互感原理得到系统传输特性方程,分析不同耦合程度下的电能传输可行性。同时,建立电磁场路耦合仿真模型,获得高铁系统实际工况下的空间磁场分布特性。为克服高铁列车运行过程中的振动影响,提高系统的能量传输稳定性和传输效率,提出集磁环结构对耦合机构进行优化,通过仿真分析并且搭建实验平台进行实验验证。结果表明集磁环结构能够有效收聚磁场,且系统在5cm传输距离下获得91.4%的传输效率。在接收线圈动态移动过程中,集磁环结构能够有效提高高铁列车的无线供电稳定性和工作效率,证明了高铁列车无线供电的可行性。     

交流励磁抽水蓄能机组暂态特性仿真分析

不同于常规抽水蓄能机组,基于交流励磁电机的抽水蓄能机组可实现变速,具有提高机组工况运行效率和增强系统暂态运行稳定性的优点。本文通过建立其仿真模型,重点对其负荷扰动特性及电网侧故障的暂态特性进行仿真分析,为该机组的实际应用提供理论支撑。首先,结合交流励磁抽水蓄能机组运行特点,根据可逆水泵水轮机运行模式;分别建立了水轮机模式和水泵模式下的数学模型;结合交流励磁电机的数学模型,建立交流励磁抽水蓄能机组的联合仿真模型。其次,结合可逆水泵水轮机和交流励磁控制策略,给出了交流励磁抽水蓄能机组发电工况采用功率励磁、电动工况采用转速+功率励磁的系统控制框图。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型,并对交流励磁抽水蓄能机组发电、电动工况下负荷扰动特性以及电网侧故障的暂态运行性能进行仿真分析。     

光伏接入牵引供电系统对电能质量的影响

提出将光伏系统作为牵引负荷电源之一,与电力系统共同给牵引负荷供电的方案。光伏系统在27.5k V侧接入牵引供电系统,分析牵引负荷特性和光伏系统输出特性,推导计算光伏系统接入前、后对电力系统侧电能质量的影响;针对不同工况对光伏接入后电能质量的影响进行仿真分析,基于实测负荷数据对光伏系统接入前、后电能质量的影响进行验证。结果表明:所研究的光伏接入方案对电力系统侧三相电压不平衡度不产生影响,对三相谐波畸变率以及功率因数的影响与接入光伏系统的大小有关。     

光伏电源经新能源同步机并网的仿真研究

针对大规模光伏接入电网带来的稳定性问题,提出光伏电源经新能源同步机MGP并网的解决方法。目前对于MGP的研究仍集中于理论分析与实验室单机模型阶段,尚未得出可用于电磁暂态仿真分析的系统模型。为研究各工况下MGP运行的电磁暂态特性,基于MGP理论研究及同步电机对轴系连接关系,在PSCAD/EMTDC软件中搭建110 kW光伏电源通过MGP并网的仿真模型,分析了新能源侧功率变化与电网侧电压故障对MGP系统稳定性的影响,仿真结果表明MGP在故障工况下具备稳定运行及故障隔离能力,验证了仿真模型的合理性与实用性。     

计及电能质量约束的高铁负荷接入主网规划

由于大量工程项目规划阶段未预先考虑可能引起的电能质量问题,非线性污染性负荷的大规模接入易引起系统严重的电能质量问题。本文从铁路部门及电网的利益主体出发,以双方电能质量指标为约束条件,考虑主网变电站间隔投资成本,提出了一种在规划阶段适用于主网的高铁负荷接入方法。结合高铁牵引负荷的功率不确定概率模型,利用蒙特卡洛法及直流潮流法,建立了高铁负荷概率潮流分析模型。针对高铁负荷特性,以双方电能质量指标为约束条件,建立了以投资费用最小为目标的高铁接入电网机会规划约束模型,并采用线性递减粒子群算法对该模型进行求解。最后,以贵州某实际高铁建设工程对该线路接入电网规划方案进行了实例研究。仿真结果表明,某些供电距离较短、短路容量较大的110 k V变电站能够满足高铁供电要求。     

风力发电场最大注入功率的仿真研究

风力发电场并网运行会降低电网的稳定性和电能质量。因此,在建立风力发电场仿真模型的基础上,通过仿真软件对不同运行方式下系统电压、频率的波形分析,探讨了电网中风力发电场的最大注入功率问题,给出了分析这一问题的简单的思路和方法,得出结论：系统节点电压和频率随风力发电场注入功率的变化而波动,且频率的波动更易超出系统稳定的约束界限;电力系统计算机辅助设计（PSCAD）仿真模型能较好地模拟网络各种动态过程,比应用MATLAB等仿真软件更接近于真实系统,适用于风力发电场具体问题的研究。     

一种改善三相不平衡下逆变器并网系统电能质量的新方法

针对典型的逆变器并网系统,研究三相不平衡度对公共并网点(PCC)电能质量的影响。三相不平衡电压经序分量分解后,由瞬时功率可推导其对并网逆变器直流侧二倍频波动量的影响,结合开关函数的傅里叶表达式,分析逆变器交直流侧交互影响机理,同时经过数学推导得出公共并网点的谐波特性。基于此谐波特性,建立由有源滤波器和无源滤波器组成的混合电力滤波器(HPF),达到改善并网电能质量的目的。利用Matlab/Simulink软件搭建三相不平衡并网系统,检测特定次谐波与理论推导值作对比,考虑并网系统具有的谐波特性,建立HPF滤波模块,验证了HPF在提高电网电压三相不平衡时并网系统的电能质量方面具有优越性。     

10 kV数字物理混合仿真扰动试验系统设计

传统电能质量扰动试验系统不能直观反应实际电网扰动,也不能用于测试实际电网扰动下并网设备的运行特性。对此提出一种10 kV/3 MVA数字物理混合仿真扰动试验系统设计方法。该方法能够在实验室环境下实现电力系统运行模拟,可用于电网故障下并网设备的特性研究;同时本扰动试验系统也能模拟基于波形特征描述的电能质量问题。提出了数字物理混合扰动试验系统的总体框架,功率接口为级联H桥式背靠背拓扑,在逆变侧采用比例+重复控制模拟数字侧仿真波形,仿真结果证明所提出的设计方案的可行性。     

城市轻轨供电系统对公共电网电能质量的影响研究

轻轨供电系统采用直流牵引和三电平逆变技术,具有波动性强、系统谐波含量丰富等特点,有可能威胁到电力系统的安全稳定运行。研究了轻轨供电系统在不同运行状态下对公共电网电能质量的影响规律。依据机车、牵引供电系统和公共电网的实际参数,搭建包括公共电网在内的城市轨道交通牵引供电系统整体仿真模型,并通过实际的现场谐波测试数据加以验证。以此模型为平台,得出该供电系统向公共电网注入谐波主要是24脉波整流导致的特征谐波（23、25次）和逆变器工作所导致的特征谐波（11、13次）,而负序和电压闪变值都符合国家标准。通过改变运行列车的运行状态和数量,在列车启动瞬间其瞬时谐波含量最高可达到17%;随着列车数量的增加,电压下降明显,但仍在标准允许范围内。     

基于功率区间划分的光伏电能质量测试与分析

甘肃是我国太阳能资源最丰富的地区之一,已经建设了一批大型光伏发电站。在高效利用光伏资源的同时,光伏发电站并网点电能质量一直是需要关注的问题。根据光伏发电站输出功率波动的特点,按照输出功率划分测试数据,分析并网点三相不平衡度、闪变、电流谐波、间谐波、高频分量等指标,研究光伏输出的电能质量测试问题。通过对甘肃河西某50 MWp光伏发电站不同输出功率下电能质量实测,对比分析得到输出功率波动对并网电能质量的影响。     

柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识

柔性直流输电系统接入交流电网后存在高频谐振的风险,研究表明交流电网运行方式变化与高频谐振的产生存在内在关联。针对交直流系统中的高频谐振问题,首先构建了柔性直流输电系统直流侧和交流侧计及串补站的等效阻抗模型,分析了柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振机理。对柔性直流输电系统交流侧运行方式变化(特别是线路发生N-1、N-2故障)下等效阻抗的变化规律进行了理论分析和总结。此外,提出了一种柔性直流输电系统接入交流电网的高频谐振风险运行方式辨识方法,并以某地区电网局部交直流系统实际数据为例进行仿真,验证了所提辨识方法的有效性。     

基于PSCAD/EMTDC的并网光伏发电分析

建立基于PSCAD/EMTDC平台的并网光伏发电仿真模型,根据杭州能源与环境产业园并网光伏发电站实际运行中测得的运行数据,对并网光伏电站接入配电网的稳态电压分布、频率波动以及光伏电站的谐波和故障特性进行研究。全面评估光伏电站接入公共电网的安全性、可靠性,为光伏电站接入电网技术规定提供实际数据和理论支撑。     

双馈风电系统参与频率调节的小扰动稳定性分析

为了分析风电系统并网后对电网频率的影响,建立考虑调频的双馈风电系统小扰动稳定性分析的数学模型.根据风速的变化,研究功率控制策略,额定风速以下采用最大功率追踪控制,实现输出功率最大;额定风速以上采用恒功率控制,保证整个系统安全稳定地运行;考虑负荷动态模型时,分析风速变化对系统特征值的影响;利用Matlab建模进行时域仿真.理论研究和仿真结果表明,在全风速变化区间,能实现输出功率调节,系统能保持较好的小扰动稳定;增加频率调节环节后,风电系统在一定程度上能参与电网频率调节,有效地改善电网的频率特性,仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于车网耦合的高速铁路牵引网潮流计算

针对全并联自耦变压器(autotransformer,AT)网线路的特点,建立通用的多导体链式电路模型。在此基础上,将高速列车视为恒功率负荷并进行迭代,形成了"机车–牵引网"(简称车网)的耦合模型。考虑AT漏抗值和钢轨的对地电阻,对3种不同工况进行潮流分析。仿真结果表明,车网耦合下的潮流计算能很好地反映实际的功率分布特性,并且全并联AT网上下行线路具有较好的对称性。牵引网潮流计算为分析高速铁路不同工况下的功率流动、电压分布奠定了基础,同时也可用于分析牵引负荷对公用电网电能质量的影响。     

电网短路故障对并网双馈风电场的影响

分析了电网发生短路故障对并网运行风电场的影响。从双馈风电机组的单机模型出发,研究了由双馈风电机组构成的风电场单机等值方法。在仿真软件EMTP-RV中搭建了包含双馈风电机组构成的风电场电力系统模型。分析了电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时,风电场的有功功率和无功功率输出特性、并网公共连接点母线电压波动以及系统频率等暂态变化。研究结果对未来风力发电工程的建设有参考价值。