饱和铁芯型超导限流器对电力系统暂态稳定的影响

运用超导电力技术研发的超导限流器与电力系统传统的限流装置相比,具有显著的优势,其中饱和铁芯型超导限流器SCFCL(saturated core superconducting fault current limiter)结构简单且具有良好的短路电流限制作用,在其保障电网中电气设备安全运行的同时对系统的暂态稳定性产生了相应影响.通过分析饱和铁芯型超导限流器工作原理在PSCAD/EMTDC中建立其电磁暂态模型,接入到IEEE 3机9节点典型网络中进行时域仿真,观察不同类型故障情况下的功角摆动曲线,分析饱和铁芯型超导限流器的投入对电力系统暂态稳定的有利和不利影响,为饱和铁芯型超导限流器在电网里的应用提供理论参考.     

高温超导电缆暂态热过程仿真研究

高温超导电缆输电技术作为一种新型电力传输技术,已成为当前电力传输技术的重要发展方向之一.当高温超导电缆运行在电力系统中时,必将经受诸如系统短路故障电流、瞬时大负荷冲击等各种故障电流冲击,高温超导电缆的传输能量较高,一旦发生故障,不仅会对高温超导电缆本体造成损伤,还会严重影响其供电可靠性乃至整个电力系统的稳定性.为保证电力传输系统的安全稳定运行,对超导电缆失超的热过程进行研究是非常有必要的.本文首先介绍了超导电缆失超的暂态热过程数学模型,接着确定了其边界条件,最后在Matlab中,对超导电缆在电流冲击下的热过程进行了仿真研究.     

基于能量函数的SMES优化布局研究

SMES的快速功率响应特性可以实现电力系统的主动致稳,为电力系统稳定问题提供有效的解决途径。分布式SMES的布局作为SMES应用过程中一个关键问题,是其在电力系统中实现工程化应用的重要技术课题。文中采用能量函数方法,对分布式SMES的布局问题进行研究。首先采用暂态能量函数法进行故障扫描,然后分析网络中暂态能量的分布特性,将电力系统的全局稳定性问题映射于网络局部的稳定性问题,确定系统的薄弱环节,在此基础上提出多机系统中的SMES优化布局方案。基于三机九母线系统模型进行仿真,验证了本方案的有效性。     

针对系统暂态稳定性的超导磁储能装置容量研究

电力系统中所需超导磁储能装置(SMES)的容量是其应用中一个重要研究内容.文章运用暂态能量函数法(TEF)分析含超导磁储能装置的单机无穷大系统的故障过程,对超导磁储能装置向系统注入有功,提高系统阻尼和改善系统暂态稳定性进行仿真分析.仿真结果验证了超导磁储能装置对系统的作用效果,在此基础上利用暂态能量初步分析了超导磁储能装置向系统注入能量和系统的暂态能量函数的关系,进一步探讨系统暂态稳定性对超导磁储能装置容量的要求.     

基于超导储能系统的有源电力滤波器

电力系统中电力电子装置的广泛应用,为电网中注入了一定的谐波及无功电流,从而影响电网的稳定运行.本文提出了一种基于超导储能系统并采用直接功率控制的有源电力滤波器.与传统的有源电力滤波器相比,超导储能系统不但可以滤除谐波,还可以滤除有功功率波动.通过Matlab/Simulink对基于超导储能系统的有源电力滤波器进行仿真验证.     

电力安全与超导磁储能系统

随着我国大规模电力系统的逐步形成,电网的安全稳定问题日渐突出,保证电力系统的安全稳定运行已经成为电网发展和运行的重要任务.超导磁储能系统以其对系统功率需求的快速响应特性可以为提高电力系统的稳定性提供新的技术途径,同时对改善电能质量、提高可靠性也有很好的技术优势.本文在简要论证电力安全的重要性的基础上,对SMES提高系统的安全稳定性的优越性进行了分析,并介绍了国家863计划项目"高温超导磁储能系统"的工作进展.     

电压补偿型高温超导限流-储能系统仿真及实验研究

电压补偿型高温超导限流-储能系统是一种新型的超导电力装置,它具有暂态时限制短路电流、稳态时储存能量同时补偿电压不平衡和改善系统谐波的功能.本文介绍了电压补偿型高温超导限流-储能系统的原理和拓扑结构,利用MatLab仿真工具对其改善电力系统电能质量的功能进行了仿真,并通过DSP芯片TMS240实现了该功能的实验研究,验证了仿真结果的可行性.     

考虑模型不确定性和时延的静止无功补偿器自适应滑膜控制器设计

静止无功补偿器(static var compensator,SVC)不仅可以为电力系统提供无功支撑、稳定电压,其附加控制还可以有效提高系统暂态稳定性,但SVC模型参数的不确定性以及广域测量信号时延等外部干扰给附加控制器的设计带来很大的难度.提出了一种基于自适应滑模变结构理论的SVC鲁棒控制器设计方法,所设计控制器能有效提高系统暂态稳定性,并且其对于模型不确定性以及时延有较好的鲁棒性.首先根据区域惯量中心的运动方程建立了包含SVC的电力系统模型;然后将滑模变结构理论应用于电力系统模型中,求得SVC附加控制律,并通过自适应律优化控制器参数;最后通过四机两区域系统以及IEEE9节点系统对SVC控制器效果进行了仿真验证.结果表明,SVC自适应滑模控制器可以有效提升系统暂态稳定性,并且其性能优于传统的线性控制方法.     

基于多尺度熵的电力能量流复杂性分析

电力能量流复杂性主要体现于其动态行为的实时性、非线性及不确定性等,网络动力学行为分析是关键.本文在电力系统动力学平衡方程基础上,构建了系统势能与支路势能函数模型;通过提取扰动(或故障)后系统的能量信息,利用多尺度熵对扰动(或故障)后系统能量流演化过程进行了研究.结果表明:1)稳定运行状态下系统复杂度较低,且随着故障持续时间的增加,系统故障后呈现出更高的复杂度;2)不稳定运行状态下,系统在小尺度时间上表现出更强的不确定性,而在大尺度时间上表现出相对更明显的规则性;3)临界稳定运行状态与临界不稳定运行状态下,故障后的系统复杂度在不同时间尺度上呈现出较明显的差异,这对动态过程中临界点的识别有着积极的参考价值.本文研究揭示了电力能量流在物理动态过程中的演化机制,为电力系统动力学行为分析提供了新思路与新方法.     

复杂电磁环境下电子信息装备试验的综合集成方法分析

在复杂电磁环境下检验电子信息装备是一个复杂系统问题,综合集成方法是一种分析复杂系统的有效解决方法,它综合了还原论与整体论的优点,逐渐发展成为一个比较成熟的系统工程方法论。在简述综合集成方法基本理论的基础上,对电子信息装备试验检验的普遍问题进行了研究。分析了复杂电磁环境下电子信息装备试验的复杂性,指出了传统还原论方法在分析电子信息装备试验中的局限性和障碍,进一步讨论了综合集成方法在分析电子信息装备试验检验的实施过程,为电子装备试验检验提供了新的有效解决思路。     

Self-organized synchronization and voltage stability in networks of synchronous machines

The integration of renewable energy sources in the course of the energy transition is accompanied by grid decentralization and fluctuating power feed-in characteristics. This development raises novel challenges for power system stability and design. We investigate power system stability from the viewpoint of self-organized synchronization aspects. In this approach, the power grid is represented by a network of synchronous machines. We supplement the classical Kuramoto-like network model, which assumes constant voltages, with dynamical voltage equations, and thus obtain an extended model, that incorporates the coupled categories voltage stability and rotor angle synchronization. We compare disturbance scenarios in small systems simulated on the basis of both classical and extended model and we discuss resultant implications and possible applications to complex modern power grids.     

宽带高抑制性能电磁脉冲防护电路设计与实验

强电磁脉冲易通过天线、孔缝、线缆等多种耦合途径进入电子系统内部,造成敏感电子设备出现短暂故障或永久损毁。安装电磁脉冲防护电路可有效提高电子设备抗强电磁脉冲能力。基于LC选频网络和瞬态电压抑制(TVS)二极管,设计了一种宽带高抑制性能电磁脉冲防护电路,防护电路工作带宽超过2 GHz、插入损耗低于0.6 dB。系统性研究了防护电路对频谱分布在工作带宽内多种电磁脉冲(方波脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波)的防护能力。结果表明:防护电路对不同类型电磁脉冲电压抑制比大于40 dB、耐受功率超过387 kW、而响应时间仅0.7 ns。该防护电路具有工作频带宽、电磁抑制性能好、响应速度快、耐受功率高等特点,对电子信息系统电磁防护加固具有重要意义。     

The impact of model detail on power grid resilience measures

Extreme events are a challenge to natural as well as man-made systems. For critical infrastructure like power grids, we need to understand their resilience against large disturbances. Recently, new measures of the resilience of dynamical systems have been developed in the complex system literature. Basin stability and survivability respectively assess the asymptotic and transient behavior of a system when subjected to arbitrary, localized but large perturbations in frequency and phase. To employ these methods that assess power grid resilience, we need to choose a certain model detail of the power grid. For the grid topology we considered the Scandinavian grid and an ensemble of power grids generated with a random growth model. So far the most popular model that has been studied is the classical swing equation model for the frequency response of generators and motors. In this paper we study a more sophisticated model of synchronous machines that also takes voltage dynamics into account, and compare it to the previously studied model. This model has been found to give an accurate picture of the long term evolution of synchronous machines in the engineering literature for post fault studies. We find evidence that some stable fix points of the swing equation become unstable when we add voltage dynamics. If this occurs the asymptotic behavior of the system can be dramatically altered, and basin stability estimates obtained with the swing equation can be dramatically wrong. We also find that the survivability does not change significantly when taking the voltage dynamics into account. Further, the limit cycle type asymptotic behaviour is strongly correlated with transient voltages that violate typical operational voltage bounds. Thus, transient voltage bounds are dominated by transient frequency bounds and play no large role for realistic parameters.     

光栅局域调控二维光电探测器

近年来,二维材料独特的物理、化学和电子特性受到了越来越多的科研人员的关注.特别是石墨烯、黑磷和过渡金属硫化物等二维材料具有优良的光电性能和输运性质,使其在下一代光电子器件领域具有广阔的应用前景.本文将主要介绍二维材料在光电探测领域上的应用优势,概述光电探测器的基本原理和参数指标,重点探讨光栅效应与传统光电导效应的区别,...     

车辆线缆瞬态电磁脉冲耦合仿真与抑制技术

瞬态电磁脉冲可通过车辆互联线缆耦合至电子系统内部，造成电子设备受扰甚至损毁，研究瞬态防护器件对电磁脉冲的抑制特性可为车辆电磁防护设计与实施提供有力支撑。本文以发动机电控系统为研究对象，考虑关键金属结构、线缆与电子设备，建立发动机电磁仿真模型，计算获取了瞬态电磁脉冲作用下线缆端口耦合干扰特性；基于电磁脉冲注入方法设计并搭建了瞬态防护器件测试平台，获取了瞬态电压抑制器与压敏电阻两类典型瞬态防护器件的响应时间、钳位电压、尖峰泄露等响应特性；在仿真与测试结果的基础上，选取一型瞬态电压抑制器应用于凸轮轴位置传感器信号线的电磁防护。研究结果表明，该型瞬态电压抑制器对线缆瞬态电磁脉冲耦合干扰抑制能力接近20 dB，置于滤波器前端可有效抑制线缆耦合干扰，保护终端设备。     

两种非等温送风恒温恒湿机的实验研究

恒温恒湿机的用途之一是通过给机电设备机房降温,完成对电子设备的降温.去掉中间的降温媒介,直接对电子设备发热截面进行吹风降温,可以减掉机房照明和维护结构的发热量,从而节省电能.对于各部位发热量不同的设备发热截面,可以通过非等温送风型恒温恒湿机,实现从冷却设备到被冷却设备的点对点降温.对于两台发热量不同的电子设备,可以应用...     

一种用于弧流电源的新型打坑电路设计

作为中性束注入加热系统的核心设备,弧流电源的性能至关重要。打坑电路是弧流电源的重要组成部分,其动态响应特性及稳定性决定了弧流电源的性能。提出了一种用于弧流电源的新型打坑电路解决方案,能在150 μs内快速实现大电流的跌落和恢复,并且跌落和恢复过程中基本无过冲,用于转移的电子开关(比如IGBT)在开关过程中过电压小,可靠性高,吸收电路容易实现。该方案可以很好地替代传统的弧流电源打坑电路。     

Metal ion capacitor composed of the thin-walled surfaces enabling high-rate performance and long cycling stability

Electrochemical capacitors (referred to as supercapacitors) have high power density, long cycling stability, and are eco-friendly for use in electronic applications. The proper and stable utilization of supercapacitor systems can expand the practical scope of energy-powering applications in various device platforms. Nevertheless, the low energy density of conventional oxide and sulfide electrode materials still limits the practical realization of supercapacitor devices in real electronic applications. This limitation results from the poor surface stability, structural collapse, and low electrical conductivity of the oxide and sulfide materials. Single metal electrodes with multivalent metal ions exhibit promising energy-storing kinetics and may be viable alternatives to these oxide and sulfide electrode materials. Here, we report a metal zinc (Zn) electrode supercapacitor (ZIC) consisting of a thin-walled architecture as an electrode by means of a voltage-controlled electroplating method. The optimized ZIC exhibited excellent pseudo-capacitive performance, excellent high-rate performance, and an outstanding cycling stability.     

Pulse applications of electrochemical cells - materials aspects

There is a rapidly increasing need for energy sources that are optimized to provide electrical energy at high power for short times. The terms “ultracapacitor” and “supercapacitor” are often used to describe some types of such devices. Applications include the requirement for very short pulses for digital electronic devices, the somewhat longer power pulse demands of heart defibrillators and other implantable medical devices, and the much larger transient power needs in connection with electric vehicle traction. The several mechanisms that can be used to store and provide pulse energy in electrochemical systems are reviewed. Their fundamental characteristics, as well as their applicability to the different types of pulse output requirements, are discussed. The use of spreadsheet techniques to model transient transport behavior in solids under various conditions, as well as the use of Laplace transform methods to convert information about the physical mechanisms and parameters of individual components into the dynamic response of an electrochemical system are demonstrated. Paper presented at the 1st Euroconference on Solid State Ionics, Zakynthos, Greece, 11 – 18 Sept. 1994     

二维原子层谷电子学材料和器件

人为操控电子的内禀自由度是现代电子器件的核心和关键.如今电子的电荷和自旋自由度已经被广泛地应用于逻辑计算与信息存储.以二维过渡金属硫属化合物为代表的二维原子层材料由于其具有独特的谷自由度和优异的物理性质,成为了新型谷电子学器件研究的优选材料体系.本文介绍了能谷的基本概念、谷材料的基本物理性质、谷效应的调控和谷电子学器件...