電氣工程

智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)性問(wèn)題

余貽鑫，劉艷麗

電氣工程

智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)性問(wèn)題

余貽鑫，劉艷麗

目的：智能電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)是廣泛的，特別是如何處理數(shù)以萬(wàn)計(jì)的分布式電源并應(yīng)對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的間歇性、多變性和不確定性，同時(shí)確保電網(wǎng)的可靠性以及人身和設(shè)備安全，并激勵(lì)市場(chǎng)的問(wèn)題已經(jīng)歷史性地?cái)[在面前。這涉及許多技術(shù)的、體制的和社會(huì)的問(wèn)題，在其發(fā)展的各個(gè)階段，從基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)的研究直到開(kāi)發(fā)、示范和運(yùn)行都會(huì)出現(xiàn)障礙。指出其中關(guān)鍵性的障礙，有助于明確如何才能最大限度地發(fā)揮其潛能，從而為國(guó)家提供廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合智能電網(wǎng)的目標(biāo)及特點(diǎn)，梳理發(fā)展智能電網(wǎng)所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)性問(wèn)題。方法：基于智能電網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)并具備的特點(diǎn)，梳理智能電網(wǎng)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。提高供電安全性和可靠性、生態(tài)可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力是智能電網(wǎng)的 3個(gè)目標(biāo)。智能電網(wǎng)最本質(zhì)的特點(diǎn)是：電力和信息的雙向流動(dòng)性，并由此建立起一個(gè)高度自動(dòng)化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)；把分布式計(jì)算和通信的優(yōu)勢(shì)引入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)交換和達(dá)到設(shè)備層次上近乎瞬時(shí)的供需平衡。特別地，1）智能電網(wǎng)將由靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜图傻哪芰颗c通信系統(tǒng)組成。2）智能電網(wǎng)將是分布式智能的基礎(chǔ)設(shè)施。3）智能電網(wǎng)中由于能夠?qū)崟r(shí)交換信息，使得大量分布式發(fā)電和儲(chǔ)能在電網(wǎng)中可以即插即用，進(jìn)而還可參與運(yùn)行優(yōu)化；使得用戶(hù)中可平移負(fù)荷，可與電網(wǎng)友好合作，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，并在緊急情況下支援電網(wǎng)運(yùn)行。結(jié)果：現(xiàn)階段梳理出11個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題，包括：1）基礎(chǔ)設(shè)施。未來(lái)電網(wǎng)的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還不夠清晰，智能電表、PMU等量測(cè)設(shè)施的功用需大力挖掘（如：進(jìn)一步明確其如何支持電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行），需要擴(kuò)展適用于多互聯(lián)的通信基礎(chǔ)設(shè)施，以及電力電子技術(shù)的新進(jìn)展，特別是面向未來(lái)高級(jí)智能配電網(wǎng)的電力電子式智能萬(wàn)用變壓器（ITU）和支撐經(jīng)濟(jì)可靠的、高壓大容量的交直流靈活輸電技術(shù)的新型電力電子器件與技術(shù)。2）標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。通信、互操作、數(shù)據(jù)收集與管理等標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的制定至關(guān)重要，標(biāo)準(zhǔn)化（特別是與 DERs相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化，如DERs間及其與負(fù)荷和電力公司通信和互聯(lián)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)）的缺乏會(huì)抑制各個(gè)運(yùn)行單元（發(fā)電、輸電、配電和電力消費(fèi)者）之間的數(shù)據(jù)（信息）交換，阻礙系統(tǒng)的完全優(yōu)化，使系統(tǒng)效率降低。3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（賽博系統(tǒng)）安全。伴隨電網(wǎng)和信息通信技術(shù)的深度融合，智能電網(wǎng)將是一個(gè)復(fù)雜大規(guī)模的賽博-物理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放、兼容和互聯(lián)，必然伴隨著風(fēng)險(xiǎn)，必須確保其安全，以保證信息的保密性、完整性和可用性。需要建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法、指標(biāo)和分析工具，構(gòu)建同時(shí)考慮物理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和基于信息技術(shù)建立的控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行特性的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估模型，識(shí)別最具毀壞性的（對(duì)物理設(shè)施或信息網(wǎng)絡(luò)的）侵襲并對(duì)其做出快速有效的響應(yīng)。4）運(yùn)行和規(guī)劃模型。理想的運(yùn)行和規(guī)劃模型應(yīng)能綜合考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、市場(chǎng)乃至國(guó)家政策的影響，并可考慮同物理裝置的互聯(lián)。目前，缺乏評(píng)估智能電網(wǎng)性能的模型和仿真工具、改進(jìn)調(diào)度決策的高保真預(yù)測(cè)分析能力和動(dòng)態(tài)電價(jià)下負(fù)荷預(yù)測(cè)的概率模擬方法，運(yùn)行人員不能基于由動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)所創(chuàng)生的正在變化的條件來(lái)調(diào)整決策邏輯和對(duì)新增加的電源選擇做出快速響應(yīng)，需要進(jìn)一步量化評(píng)估智能電網(wǎng)行為的指標(biāo)（特別是與可再生能源發(fā)電和負(fù)荷不確定性、儲(chǔ)能的影響相關(guān)的指標(biāo)）以支持決策，并應(yīng)對(duì)DERs高滲透率情況下系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行這一重大挑戰(zhàn)。5）負(fù)荷、電源計(jì)劃安排與調(diào)度。在基于逆變器的可再生能源發(fā)電日益增加的趨勢(shì)下，電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)需要做出很大改變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電和基于逆變器的可再生能源發(fā)電的同時(shí)管理?，F(xiàn)在對(duì)分布式電源的調(diào)度模式還不能使利益相關(guān)方均獲益，缺乏能識(shí)別最優(yōu)負(fù)荷和電源平衡的好模型。6）儲(chǔ)能。電網(wǎng)儲(chǔ)能還處于開(kāi)發(fā)和配置的初期階段，而且由于現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)成本高和多功能性有限，還未被廣泛使用?，F(xiàn)階段很難評(píng)價(jià)什么儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)智能電網(wǎng)是最適宜的，但是從可再生能源（離網(wǎng)和在網(wǎng)）使用的角度看，當(dāng)前亟需開(kāi)發(fā)高效、長(zhǎng)壽命、可靠、價(jià)格合理和有較長(zhǎng)放電持續(xù)時(shí)間的化學(xué)電池。7）能源效率（EE）、需求響應(yīng)（DR）和負(fù)荷控制（DLC）。為了提高電網(wǎng)利用率，在不具備經(jīng)濟(jì)可靠的儲(chǔ)能的條件下，需要開(kāi)發(fā)高級(jí)配電市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)更具彈性的負(fù)荷需求特性。在需要充分可信的、大家共同接受的EE、DR和DLC的評(píng)估、測(cè)量和證實(shí)方法的同時(shí)，必須確保信息的安全可靠。此外，電動(dòng)汽車(chē)的充電功率和儲(chǔ)能量均很大，充放電時(shí)間的安排是否恰當(dāng)直接關(guān)系到電網(wǎng)峰谷差的改善還是加劇，電網(wǎng)需要為大量電動(dòng)汽車(chē)的接入提供市場(chǎng)與技術(shù)支持。8）信息管理和數(shù)據(jù)共享。藉助于各裝置之間的通信和即將配置的數(shù)以十億計(jì)的先進(jìn)傳感器，將會(huì)獲得巨量數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)的命脈就是充分地挖掘數(shù)據(jù)和信息應(yīng)用的潛力，而這些應(yīng)用又反過(guò)來(lái)使開(kāi)發(fā)新的和改進(jìn)的運(yùn)營(yíng)策略成為可能。這就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)挖掘、分析、儲(chǔ)存和管理大數(shù)據(jù)集等方面的新挑戰(zhàn)以抽取有意義的信息。繼續(xù)關(guān)注數(shù)據(jù)集兼容性問(wèn)題的同時(shí)，需要在計(jì)及系統(tǒng)的安全性和可靠性、技術(shù)和成本的局限性條件下，合理地定義信息共享范圍和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分享的指標(biāo)（該指標(biāo)顯示數(shù)據(jù)共享的程度）。但是測(cè)定數(shù)據(jù)的共享程度非常困難并且耗時(shí)嚴(yán)重，需要分層地定義一些數(shù)據(jù)分享的指標(biāo)。各種層面上的信息壟斷與信息孤島將會(huì)成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用的嚴(yán)重障礙，與之相關(guān)的管理改革（change management）日益重要。9）態(tài)勢(shì)感知。僅停留在信息管理和數(shù)據(jù)共享是不夠的，還要求數(shù)據(jù)的能見(jiàn)度（visibility），增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知能力：不僅能夠提供系統(tǒng)（當(dāng)前和未來(lái)）的狀態(tài)（包括 DER的不確定性程度、性能、供電狀態(tài)等全新元素）及存在的問(wèn)題，還應(yīng)能提供問(wèn)題的根源和有效解決方案；開(kāi)發(fā)便于運(yùn)行人員快速準(zhǔn)確捕捉系統(tǒng)狀態(tài)（關(guān)鍵信息）的可視化技術(shù)；引入認(rèn)知學(xué)方法，整合人的因素并使人的積極作用最大化。鑒于智能電網(wǎng)中用戶(hù)的角色發(fā)生了極大變化，對(duì)于大部分不具備電力專(zhuān)業(yè)知識(shí)的用戶(hù)而言，更應(yīng)提高數(shù)據(jù)/信息的可觀(guān)測(cè)性，需要開(kāi)發(fā)激勵(lì)和方便客戶(hù)參與及管理的可視化系統(tǒng)（如家庭能量管理系統(tǒng)）。10）市場(chǎng)設(shè)計(jì)。出臺(tái)旨在開(kāi)放電力市場(chǎng)和激勵(lì)智能電網(wǎng)投資的新法規(guī)：實(shí)施分時(shí)/實(shí)時(shí)電價(jià)，使“電能”作為一種商品的市場(chǎng)價(jià)值得到合理地體現(xiàn)，刺激居民用戶(hù)提供需求響應(yīng)；制定鼓勵(lì)DERs賣(mài)電回電網(wǎng)和作為后備電源使用的政策；建立智能電網(wǎng)投資成本回收的政策。我國(guó)目前的費(fèi)率結(jié)構(gòu)和電力公司收入模式不足以促進(jìn)和鼓勵(lì)分布式能源價(jià)值的體現(xiàn)，因此建立一個(gè)好的商務(wù)模型或商業(yè)案例極其重要。11）法律框架和監(jiān)管路徑。法律框架和監(jiān)管對(duì)于實(shí)施智能電網(wǎng)極其重要，需要研究制訂智能電網(wǎng)實(shí)施的路線(xiàn)圖，通過(guò)監(jiān)管為電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施和信息的使用創(chuàng)造公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，并為促進(jìn)電網(wǎng)的擴(kuò)建與升級(jí)激勵(lì)投資。結(jié)論：對(duì)智能電網(wǎng) 3個(gè)目標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，智能電網(wǎng)實(shí)施的路線(xiàn)圖也會(huì)不同，上述挑戰(zhàn)性問(wèn)題的優(yōu)先級(jí)也會(huì)略有變化。需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)的是：計(jì)量科學(xué)和技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的制定是需要優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，多學(xué)科交叉合作是發(fā)展智能電網(wǎng)的必然選擇，法律框架和監(jiān)管、市場(chǎng)設(shè)計(jì)以及管理改革是智能電網(wǎng)成功實(shí)施并獲取應(yīng)得效益的基本保障。

來(lái)源出版物：電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(2): 42740

入選年份：2015

模塊化多電平換流器電容電壓優(yōu)化平衡控制算法

許建中，趙成勇

摘要：目的：基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電（modular multilevelconverter-HVDC，MMC-HVDC）是電壓源換流器型高壓直流輸電技術(shù)（voltage sourced converter-HVDC，VSC-HVDC）向高電壓大功率方向發(fā)展的最新成果。截至目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)MMC-HVDC系統(tǒng)的研究相對(duì)較少，如MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制策略、換流閥故障保護(hù)、子模塊電容電壓平衡控制等，均有待深入研究。其中，MMC各橋臂中子模塊電容電壓不平衡問(wèn)題，及其導(dǎo)致的各相橋臂總能量的不平衡以致負(fù)序相間環(huán)流的存在，是MMC亟待解決的難點(diǎn)之一。針對(duì)MMC子模塊電容電壓平衡問(wèn)題，提出了一種新型的適用于采用載波移相正弦脈寬調(diào)制技術(shù)的MMC電容電壓優(yōu)化平衡控制算法。方法：本文針對(duì)應(yīng)用于HVDC領(lǐng)域的MMC子模塊電容電壓平衡這一亟待解決的工程難題，提出一種適用于采用載波相移-正弦脈寬調(diào)制（carrier phase shifted-sinusoidalpulse width modulation，CPSSPWM）策略的MMC電容電壓優(yōu)化平衡控制策略，其本質(zhì)是調(diào)整子模塊的導(dǎo)通時(shí)間以對(duì)其電容電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。具體是在原先閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上附加子模塊電壓平衡算法，與原有控制系統(tǒng)共同作用，改變子模塊的導(dǎo)通即充放電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC電容電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)整。分別定義了在系統(tǒng)工作點(diǎn)附近具有相對(duì)穩(wěn)定性的環(huán)流抑制系數(shù)以及電容均壓系數(shù)，對(duì)子模塊調(diào)制波進(jìn)行縱向調(diào)整，有效確保MMC子模塊電容電壓的動(dòng)態(tài)平衡；同時(shí)給出了環(huán)流抑制系數(shù)和電容均壓系數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)，以期得到理想的電容電壓平衡控制效果。結(jié)果：在PSCAD/EMTDC平臺(tái)中搭建基于本文提出的改進(jìn) CPSSPWM調(diào)制策略的21電平雙端MMC-HVDC系統(tǒng)。本文所提出的MMC子模塊電容電壓優(yōu)化平衡算法可以實(shí)現(xiàn)電容電壓的平衡控制，且電壓波動(dòng)幅值控制在電容額定電壓的±7%以?xún)?nèi)。由于上、下橋臂調(diào)制波反相，子模塊電壓波動(dòng)可以部分抵消，直流母線(xiàn)電壓波動(dòng)較小。當(dāng)MMC電平數(shù)較高時(shí)，其交流側(cè)輸出相電壓總諧波畸變率（total harmonicdistortion，THD）值較?。煌瑫r(shí)，本文提出的電容電壓優(yōu)化平衡算法可以較好地抑制 MMC相間環(huán)流。本文提出的環(huán)流抑制系數(shù)和電容均壓系數(shù)如果選取不當(dāng)，將導(dǎo)致MMC子模塊電容電壓發(fā)散，而選擇合適的系數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)電容電壓的優(yōu)化平衡，仿真驗(yàn)證了本文所提出的環(huán)流抑制系數(shù)和電容均壓系數(shù)的有效性。結(jié)論：本文提出了適用于采用 CPS-SPWM 調(diào)制策略的MMC子模塊電容電壓優(yōu)化平衡控制算法。根據(jù)SPWM的本質(zhì)機(jī)制，定義了環(huán)流抑制系數(shù) KCCSI和電容均壓系數(shù)KCVBI，從MMC相單元總能量平衡和單個(gè)子模塊均壓兩方面對(duì)子模塊調(diào)制波的縱向位移進(jìn)行調(diào)整。給出了KCCSI和KCVBI的優(yōu)化方法，定義了其優(yōu)化目標(biāo)。在 PSCAD/EMTDC平臺(tái)中搭建了采用 CPSSPWM調(diào)制的21電平雙端MMC-HVDC系統(tǒng)模型，根據(jù)給出的KCCSI和KCVBI的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)的選取，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提出的電容電壓優(yōu)化平衡算法的正確性和有效性。

來(lái)源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(6): 256-261

入選年份：2015

空氣中納秒脈沖均勻介質(zhì)阻擋放電研究

邵濤，章程，于洋，等

摘要：目的：大氣壓均勻放電的研究受到廣泛關(guān)注，準(zhǔn)確判斷其放電均勻性是關(guān)鍵。本文通過(guò)采用增強(qiáng) CCD拍攝短曝光時(shí)間的放電圖像，在小間隙下獲得了大氣壓空氣均勻放電，證實(shí)納秒脈沖激勵(lì)的大氣壓均勻放電的可行性。方法：采用自行研制的納秒脈沖激勵(lì)大氣壓DBD，脈沖上升沿40 ns，脈寬70 ns。在大間隙（4 mm氣隙）和小間隙（1 mm氣隙）條件下探索電流與放電均勻性的關(guān)系，并通過(guò)2 ns曝光時(shí)間的增強(qiáng)CCD拍攝的圖像來(lái)驗(yàn)證放電的均勻性。結(jié)果：1）1 mm氣隙下存在較明顯的二次放電電流負(fù)脈沖，氣隙放電電流峰值略小于總電流。在4 mm間隙下，氣隙放電電流與總電流比較接近，在峰值處大于略高于總電流，與交流電源激勵(lì)的DBD不同，雖然不同間隙下肉眼可見(jiàn)脈沖DBD均勻性有差異，但是電流波形并沒(méi)有顯著規(guī)律。2）采用ICCD拍攝的大氣壓脈沖DBD的圖像，曝光時(shí)間為2 ns，拍攝時(shí)刻在放電電流的上升沿靠近峰值處。在1 mm間隙距離下，在整個(gè)放電間隙中光強(qiáng)均勻分布；而在4 mm間隙距離下，在放電區(qū)域中可以看到不均勻分布的放電細(xì)絲?？梢?jiàn)在較小的氣隙距離下可以認(rèn)為是均勻放電。然而，放電的光強(qiáng)并沒(méi)有類(lèi)似輝光放電的分區(qū)。3）通過(guò)對(duì)比1 mm和4 mm情況下光強(qiáng)在徑向上的相對(duì)強(qiáng)度分布來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證放電的均勻性。結(jié)果：表明在 1 mm條件下，光強(qiáng)均勻分布，沒(méi)有明顯的強(qiáng)度尖峰，而在4 mm條件下，有明顯的強(qiáng)度尖峰存在，說(shuō)明局部存在絲狀放電通道。4）納秒脈沖DBD在1 mm和4 mm間隙時(shí)不同的放電模式，與在不同間隙距離下電子崩及流注的不同發(fā)展有關(guān)。小間隙時(shí)由于殘余電荷及記憶效應(yīng)等，可以引發(fā)多個(gè)電子崩的同步發(fā)展，抑制了流注的發(fā)展，并沒(méi)有發(fā)展到流注絲狀通道，從而實(shí)現(xiàn)均勻彌散放電。而在大間隙時(shí)，部分電子崩發(fā)展占優(yōu)，并抑制了其他電子崩的同步發(fā)展的，形成流注絲狀通道，從而能觀(guān)察到多個(gè)流注絲狀放電通道。結(jié)論：1）實(shí)驗(yàn)研究了金屬電極DBD電氣特性，雖然施加電壓為單極性，但放電電流具有雙極性的特征。1 mm放電電流與4 mm放電電流有明顯不同特征。2）利用ICCD高速攝影設(shè)備發(fā)現(xiàn)了大氣壓空氣中納秒脈沖DBD均勻性，在較小氣隙距離（1 mm）條件下實(shí)現(xiàn)了均勻放電，當(dāng)氣隙距離增大（4 mm）時(shí)，由均勻放電變?yōu)榻z狀放電。

來(lái)源出版物：高電壓技術(shù), 2012, 38(5): 1045-1050

入選年份：2015

單介質(zhì)與雙介質(zhì)結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電水處理性能的比較

侯世英，曾鵬，劉坤，等

摘要：目的：應(yīng)用在水處理中的介質(zhì)阻擋放電裝置主要為單介質(zhì)阻擋放電和雙介質(zhì)阻擋放電。不同介質(zhì)層數(shù)會(huì)呈現(xiàn)不同的放電狀態(tài)，處理效果也存在部分差異。為研究介質(zhì)層數(shù)在水處理中的作用，搭建了可在不同介質(zhì)層數(shù)下實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電的水處理實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)檢測(cè)不同介質(zhì)層數(shù)對(duì)模擬廢水的處理效果、測(cè)量相應(yīng)的放電參量，來(lái)研究不同結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電在水處理中的特性。方法：搭建滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的水處理裝置，配置一定濃度品紅溶液作為實(shí)驗(yàn)中使用的模擬廢水。1）通過(guò)pH酸度計(jì)測(cè)量模擬廢水不同處理時(shí)刻的pH值，來(lái)反應(yīng)處理過(guò)程中廢水的化學(xué)性質(zhì)變化。2）使用可見(jiàn)光分光光度計(jì)，測(cè)量模擬廢水在不同時(shí)間的吸光度來(lái)計(jì)算脫色率，通過(guò)脫色率的變化來(lái)直觀(guān)的反應(yīng)處理效果。3）使用COD快速測(cè)定儀，采用催化快速法測(cè)定處理前后的COD值，來(lái)說(shuō)明水體中有機(jī)物的降解情況。4）利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)所得的電壓、電流信號(hào)同步導(dǎo)入，并形成放電功率計(jì)算所需Lissajous圖，以此來(lái)研究放電特性。5）采用數(shù)碼相機(jī)拍攝不同實(shí)驗(yàn)條件下的放電照片，直觀(guān)對(duì)比放電狀態(tài)差異。結(jié)果：水處理中，采用不同介質(zhì)層數(shù)構(gòu)成的介質(zhì)阻擋放電的實(shí)驗(yàn)研究有如下結(jié)果：1）兩種介質(zhì)阻擋形式，都為絲狀放電，在放電的均勻和強(qiáng)烈程度上相差不大，理論上只要電源可以滿(mǎn)足要求，在單介質(zhì)和雙介質(zhì)情況下都可以得到相同的放電功率，實(shí)現(xiàn)同樣的放電效果。2）由于廢水的存在，放電時(shí)的電壓電流波形有如下特點(diǎn)。首先，兩種結(jié)構(gòu)下的放電電流波形都不對(duì)稱(chēng)，造成這一現(xiàn)象的原因是由于電壓的正半周期時(shí)，電荷會(huì)在固體阻擋介質(zhì)的表面沉積；而在負(fù)半周時(shí)，由于電荷即不在固體阻擋介質(zhì)表面沉積，也不會(huì)在液體表面沉積，這導(dǎo)致高壓電極和接地電極實(shí)際上的不對(duì)稱(chēng)。其次，對(duì)單介質(zhì)阻擋放電來(lái)說(shuō)，雖然在電壓的負(fù)半周期不存在沉積電荷所產(chǎn)生的反向電場(chǎng)影響，但是微放電也不能一直持續(xù)到激勵(lì)電場(chǎng)強(qiáng)度小于氣體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，這是因?yàn)橐好娌▌?dòng)導(dǎo)致放電間隙的距離不斷變化，所以電流波形上依然會(huì)出現(xiàn)很多的電流脈沖。3）在兩種結(jié)構(gòu)下，所得的 lissajous圖都不是標(biāo)準(zhǔn)的平行四邊形，說(shuō)明由于液體的存在會(huì)導(dǎo)致水滴表面放電等其它放電形式，而使兩種結(jié)構(gòu)下發(fā)生的放電都不是單純的介質(zhì)阻擋放電。其次，雙介質(zhì)阻擋放電與單介質(zhì)阻擋放電的邊長(zhǎng)不一致，這是因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)下的放電時(shí)間不同；另外，所圍成的四邊形的角度不同，這是因?yàn)閮煞N情況下的等效電容不同。最后，為獲得相同的放電功率，雙介質(zhì)阻擋放電需要的輸出電壓遠(yuǎn)高于單介質(zhì)阻擋放電。4）相同放電功率下，介質(zhì)層數(shù)對(duì)水處理的效果影響不大，體現(xiàn)在兩種結(jié)構(gòu)下脫色率和 COD消除率都近似，均達(dá)到90%以上，并且pH值的變化規(guī)律相似，污染物大分子均被破壞。結(jié)論：1）只要可以得到相同的放電功率，則水處理效果不受介質(zhì)層數(shù)的影響。2）采用單介質(zhì)阻擋放電的優(yōu)點(diǎn)是，可以以水為接地電極，解決了電極散熱的問(wèn)題，同時(shí)得到相同放電功率所需的電壓較低。其缺點(diǎn)在于，當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)液面的波動(dòng)會(huì)改變電極和介質(zhì)之間的距離，因此較難得到穩(wěn)定均勻的介質(zhì)阻擋放電。3）采用雙介質(zhì)阻擋放電的優(yōu)點(diǎn)是，比單介質(zhì)阻擋放電更容易得到均勻穩(wěn)定的放電效果。其缺點(diǎn)是，要取得相同的處理效果所要求的電壓較高。

來(lái)源出版物：高電壓技術(shù), 2012, 38(7): 1562-1567

入選年份：2015

低壓微網(wǎng)控制策略研究

王成山，高菲，李鵬，等

摘要：目的：微網(wǎng)對(duì)分布式電源的協(xié)調(diào)控制要求具有并網(wǎng)和孤島兩種模式的切換功能，以保證微網(wǎng)在任何時(shí)候?qū)?nèi)部用戶(hù)的支撐作用。微網(wǎng)在并網(wǎng)模式下通常采用雙環(huán)恒功率控制，孤島模式下則采用下垂控制，當(dāng)并網(wǎng)和孤島運(yùn)行模式切換時(shí)，在功率失衡的同時(shí)若改變協(xié)調(diào)控制策略，將給電網(wǎng)帶來(lái)較大沖擊，引起微網(wǎng)內(nèi)部電壓振蕩。本文對(duì)傳統(tǒng)的P-f和Q-V下垂控制進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于下垂控制的間接恒功率控制結(jié)構(gòu)、控制器參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)方法和參考值計(jì)算方法，將并網(wǎng)模式下的功率控制和孤島模式下的下垂控制進(jìn)行有效融合，共同實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)運(yùn)行模式切換時(shí)的平滑過(guò)渡。方法：1）本文提出的基于下垂控制的間接恒功率控制結(jié)構(gòu)，在并網(wǎng)時(shí)將頻率參考值設(shè)為配網(wǎng)頻率，利用并網(wǎng)同頻特性間接實(shí)現(xiàn)了利用下垂控制的有功功率控制；在原有的Q-V下垂控制基礎(chǔ)上，增加了外環(huán)無(wú)功功率控制環(huán)節(jié)，作為電壓參考值的正反饋?lái)?xiàng)，利用下垂控制電壓參考值的自適應(yīng)調(diào)整間接實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率控制。這種基于下垂控制的三環(huán)控制結(jié)構(gòu)同樣實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)模式所需的恒功率控制目的。2）在該三環(huán)控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)電壓幅值是否越限進(jìn)行判斷，利用不同的參數(shù)增益系數(shù)相應(yīng)增大和減小控制器參數(shù)，以同時(shí)保證這種改進(jìn)下垂控制在較小擾動(dòng)下和在模式切換較大擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)效果。3）注意到微網(wǎng)在孤島模式向并網(wǎng)模式切換時(shí)不可避免的不同步問(wèn)題，在不改變基本控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用公共連接點(diǎn)斷路器兩端電壓幅值和相位差值作為反饋量進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，獲取微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)下垂控制的電壓頻率和幅值參考值，實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)和配網(wǎng)的并網(wǎng)同步控制。結(jié)果：在完整的并網(wǎng)－孤島－并網(wǎng)模式的變化過(guò)程中，1）在最初的并網(wǎng)模式時(shí)，本文提出的基于下垂控制的間接恒功率控制結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的恒定功率控制目的。2）在并網(wǎng)-孤島模式切換過(guò)程中，雖然微網(wǎng)與配網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)功率發(fā)生了較大變化，但是沒(méi)有改變控制策略本質(zhì)，只是改變了參考值的計(jì)算方式，因此分布式電源在 0.4 s內(nèi)快速分?jǐn)偭宋⒕W(wǎng)中的功率缺額。同時(shí)由于控制器參數(shù)進(jìn)行了自動(dòng)調(diào)節(jié)，電壓幅值的跌落明顯減小，在一個(gè)周期內(nèi)就恢復(fù)到下限附近，較控制器參數(shù)固定條件下的 14個(gè)周期有明顯改善。3）在孤島-并網(wǎng)模式切換過(guò)程中，并網(wǎng)同步控制經(jīng)過(guò)9 s即實(shí)現(xiàn)了公共連接點(diǎn)處的電壓頻率和幅值同步，使得微網(wǎng)的并網(wǎng)過(guò)程較為平滑，振蕩過(guò)程幾乎可以忽略。結(jié)論：本文提出了基于下垂控制的間接恒功率控制結(jié)構(gòu)、控制器參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)方法和參考值計(jì)算方法，仿真算例表明該控制結(jié)構(gòu)和相應(yīng)方法能夠降低微網(wǎng)模式切換各個(gè)過(guò)程的沖擊，提高控制響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)模式間的快速平滑過(guò)渡。

來(lái)源出版物：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(25): 42774

入選年份：2015