基于ERGA和混合H_2/H_∞方法的交直流并联系统分散控制

提出一种基于有效相对增益阵列和混合H_2/H_∞方法的交直流并联系统分散控制方法。该方法首先根据有效相对增益阵列(ERGA)指标和总体最小二乘-旋转不变技术确定附加阻尼控制器安装地点和反馈信号配对方案,再基于混合H_2/H_∞控制理论设计分散控制器,抑制交直流并联输电系统中存在的区域间和区域内低频振荡。有效相对增益阵列指标考虑了传递函数矩阵的动态和静态过程,混合H_2/H_∞控制理论可计及控制代价和系统的不确定性。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

计及模型不确定性的发电机动态状态估计方法

模型不确定性会影响状态估计的精度,甚至造成严重的后果。针对该问题,提出一种计及模型不确定性的发电机动态状态估计新方法。首先,基于发电机的动态方程建立发电机动态状态估计模型,进而提出基于自适应H_∞扩展卡尔曼滤波(AHEKF)的动态状态估计方法,该方法依据H_∞滤波理论建立模型不确定性约束准则,采用自适应技术对预测误差协方差矩阵和系统噪声协方差矩阵进行动态在线调整,从而使其具有较高的估计精度和鲁棒性。最后,通过WSCC 3机9节点系统和某实际大区域电网系统的算例测试,将所提方法与H_∞扩展卡尔曼滤波(HEKF)算法及扩展卡尔曼滤波(EKF)算法性能进行对比。算例结果表明,AHEKF算法在估计精度及鲁棒性方面均优于HEKF和EKF算法。     

基于遗传算法的超导磁储能装置H2/H∞鲁棒控制器设计

提出了应用GA(遗传算法)设计H₂/H_∞鲁棒控制器的一般方法。使得在满足闭环系统的H_∞范数小于指定的工程要求的条件下误差信号的H₂范数最小。该问题可归结为一个带约束条件的极小值优化问题，并通过一种改进的遗传算法加以解决。该设计方法能对具有任意控制器结构的控制系统进行参数优化。与传统的鲁棒控制器设计方法相比，所提出的方法不仅可以提高控制器的鲁棒性，还具有易于进行参数优化的优点。将所提出的方法应用于超导磁储能装置（SMES）PI型鲁棒控制器的设计，时域仿真结果表明所设计的控制器具有很好的鲁棒性，在不同的运行工况下均能有效阻尼电力系统的振荡。此外，控制器还具有结构简单、易于工程实现的优点。     

多机系统TCSC多目标H∞控制器设计

在电力系统中装设可控串联补偿（TCSC）可以改善系统的暂态稳定性、动态性能,以及提高远距离联络线的传输能力。为了更好地利用该装置,文中应用直接反馈线性化和H_∞控制理论,设计了一种多机系统TCSC多目标H_∞控制器,该控制器中的变量均为局部可测量,从而具有工程实用性。两机系统的仿真结果表明,采用该控制器可以满足系统功角稳定性、频率稳定性、控制系统消耗能量最小等多项目标。同时,该控制器可以抑制干扰,很好地适应系统运行方式的变化。     

超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计

首先讨论了超导储能装置（SMES）建模问题,根据SMES样机实验结果,构造了SMES的二阶鲁棒模型;然后在单机无穷大系统中,得到了含SMES的电力系统非线性鲁棒模型。进一步,基于反馈线性化方法将系统线性化,再利用线性H_∞理论求得SMES的鲁棒控制规律。最后,用数字仿真检验控制规律的有效性。结果表明在各种工况下,SMES的非线性鲁棒控制器均可使系统在受到大干扰后迅速恢复正常运行,并显著提高系统的暂态稳定极限,从而提高系统的输电能力。     

汽轮发电机组的鲁棒H∞扭振滤波器

现代大型汽轮发电机组控制系统的带宽频率与轴系的最低阶扭振模态频率相互趋近,控制系统性能的提高受到扭振稳定性要求的制约。文中将未建模扭振模态考虑为刚体转子的模型摄动,扭振转速分量是这一模型摄动的结果,利用广义观测器估计刚体转速,构造出一种新型的扭振滤波器,以消除汽轮发电机组控制系统与轴系扭振的相互作用。与常规的扭振滤波器不同,所提扭振滤波器能够衰减扭振分量而在通频带无任何附加相位滞后,并且提供有可用于鲁棒设计的附加自由度。针对实际工程背景对扭振滤波器提出鲁棒性要求,并表示为H_∞性能指标的形式,利用混合灵敏度方法设计出一种鲁棒H_∞扭振滤波器。仿真结果验证了鲁棒H_∞扭振滤波器在高频段衰减能力强、在通频带无附加相位滞后、鲁棒性好的优点,利用它能够有效防止扭振失稳,促进快速响应的高性能控制系统的应用。     

基于V-I轨迹与高次谐波特征的非侵入式负荷识别方法

针对传统方法无法准确识别含高次谐波家用负荷的问题,文中提出了基于V-I轨迹矩阵、功率及高次谐波多特征融合的负荷辨识方法。首先,分析了11种典型家用负荷的V-I轨迹、功率特征以及谐波特征,提出了基于像素图像转换的混合特征矩阵构建方法,将负荷的功率、高次谐波特征通过二进制编码转换与基本V-I像素轨迹相融合,丰富了样本的特征信息;然后以混合特征矩阵作为卷积神经网络的输入,实现了对家用负荷类型的准确识别。算例中,文中所提算法可准确区分功率特征相似但高次谐波含量不同的加热器与吹风机2种负荷,且其对全类型家用负荷的准确辨识率超过93%。该算法的应用可为实际中准确排查含高次谐波家用负荷的用电安全隐患提供有力的技术支撑。     

基于高阶系统模型的VSC-MTDC下垂控制策略研究

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)基于柔性直流技术及多站协调控制策略。首先,设计了适于VSC-MTDC的P-Udc/Uac-Q下垂策略及控制系统架构。其次,提出基于LCL高阶一次系统模型的电流内环、直流电压外环及下垂环控制器架构,并形成了优化控制参数的设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了10 kV 4端VSC-MTDC的仿真模型并进行控制参数优化,基于启动控制、稳态控制及临界阶跃响应3种暂态工况进行仿真分析。仿真结果表明,所提策略可实现各站直流母线电压的独立控制基础上的下垂式有功潮流控制,提升了VSC-MTDC系统的安全稳定性,且多种暂态工况下响应特性良好。     

三相串联MMC直流换流站在交流故障下的控制策略研究

三相串联MMC将三个单相MMC串联,在承受相同直流电压的情况下,相比传统的三相并联MMC,可以减少三分之一的开关器件,造价更低,但三相串联MMC在不平衡交流电压下的控制保护是一个难题。推导了静止α-β坐标系下的交流侧有功功率平衡方程,通过平衡各单相MMC交流侧的有功功率实现交流故障下的直流侧均压,该策略可以根据故障的严重程度自动调整换流器交流故障下的功率输送。此外,提出了静止α-β坐标系下防止换流器过电流的参考电流整定方法。构建了基于比例谐振控制器的总体控制框图。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了三相串联MMC换流站仿真模型,对交流电网单相和两相接地故障进行了仿真验证。仿真结果表明:三相串联MMC换流站在所提的控制策略下具有良好的故障穿越能力。     

基于反馈线性化鲁棒控制μ方法的准开关升压型逆变器光伏并网策略

与Z源逆变器相比,准开关升压型逆变器降低了电路体积及成本,更适用于光伏并网系统。将光伏并网系统中的不确定性考虑在内,提出一种基于反馈线性化鲁棒控制μ方法的准开关升压型逆变器光伏并网策略。利用反馈线性化方法建立准开关升压型逆变器逆变侧的仿射线性数学模型,并采用μ方法设计控制器K。仿真结果表明,在外界条件变化时,具有较好的动态性能,能够迅速恢复稳态,且始终保持着较高的功率因数;在参数变化时,对并网质量影响较小。     

基于dq 变换与小波多分辨率分析的电力系统暂态复合扰动信号检测方法

dq坐标变换及其改进算法是检测暂态电能质量的常用方法,但在复合扰动情况下dq变换方法的检测精度会受到很大影响。针对此问题,提出了一种基于dq变换与小波多分辨率分析相结合的暂态电能质量检测方法。通过小波多分辨率分析分离出电压的低频信号成分,然后再对分离出的低频信号成分进行瞬时dq变换。同时用形态滤波分离出电磁暂态扰动,避免了各扰动检测之间的相互影响。最后利用Matlab/Simulink对所提方法和常规dq变换方法在复合扰动情况下的检测进行了仿真对比,结果表明所提方法适应能力强,具有非常优越的综合性能。     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

汽轮机调速系统的自适应L2增益干扰抑制控制

提出一种预置反馈的方法,推导出汽轮机调速控制系统的端口受控哈密顿系统（PCH system）模型,进而根据PCH系统的自适应L₂增益干扰抑制方法,设计汽轮机调速系统的控制规律。仿真结果表明,这种控制方法能有效抑制干扰,可以在大干扰条件下提高系统暂态稳定性。     

基于开放光路FLRDS技术的C2H2和C2H6气体检测

磷酸铁锂电池因其较长的使用寿命和环保性,被广泛应用于储能系统。然而,近年来,储能电站安全事故频发,给电网稳定运行造成了威胁。在热失控过程中,磷酸铁锂电池会产生C₂H₂和C₂H₆等可燃气体,是造成燃烧、爆炸等灾害的重要原因。因此,实时准确监测储能预制舱内C₂H₂和C₂H₆等可燃气体的浓度是保障其安全稳定运行的关键。文中提出一种基于开放光路光纤环形腔衰荡光谱(fiber loop ring-down spectroscopy,FLRDS)技术的气体检测方法,可实现自由空间内微量气体在线监测。对梯度折射率(gradient index,GRIN)透镜的空间光耦合光学损耗进行理论和实验分析,建立插入损耗为0.95 dB的开放光路FLRDS气体检测系统。根据C₂H₂和C₂H₆红外光谱特性,开展激光光源性能测试。模拟开放空间气体环境研究了C₂H₂和C₂H₆的气体浓度检测方法,结果表明,该系统具有较好的稳定性,N₂背景下测量信号标准偏差S仅为平均值的0.156%。衰荡时间与气体浓度之间存在良好的线性关系,C₂H₂线性拟合度R²为0.998 32,C₂H₆线性拟合度R²为0.994 72。反演计算结果表明,C₂H₂和C₂H₆的最大相对误差分别为3.215%和4.72%,最大绝对误差分别为16.86 μL/L和12.74 μL/L,测量精度良好。     

基于H ∞混合灵敏度的交直流混合微网频率控制

微网中高比例风力、光伏发电的输出功率具有随机性、波动性,同时负荷功率具有随机时变性,这些特性易引起微网中频率波动。微网运行方式的改变,将导致网络等值参数和运行参数的变化。针对交直流混合微网中频率波动及控制对象参数摄动的问题,提出了一种基于H_∞混合灵敏度的交直流混合微网频率控制方法,控制交流区域频率并使之保持稳定。通过将实际控制问题转换为混合灵敏度问题,构建S/R/T函数,设计了频率鲁棒控制器,增强了频率对参数摄动的鲁棒性。通过将鲁棒控制问题转换为用Riccati方程表示,利用线性矩阵不等式方法求解该方程得到H_∞频率控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台,验证了所设计频率控制方法的正确性和可行性。     

含直驱风电机组的电力系统次同步振荡鲁棒阻尼控制

风电功率波动会导致电力系统运行点变化,为有效提高次同步振荡阻尼控制的适应性,文中采用直驱风电机组附加控制的方法设计了一种次同步振荡鲁棒阻尼控制器。首先,基于状态空间模型利用含区域极点配置的混合H_2/H_∞控制方法抑制由随机扰动引起的电力系统次同步振荡。将不同运行点作为凸多面体的顶点构建凸多面体模型,以适应风电输出波动引起的系统运行点大范围变化,提高控制器的鲁棒性。然后,利用线性矩阵不等式求解状态反馈矩阵,设计次同步振荡鲁棒阻尼控制器。最后,利用接入2台直驱风电机组的4机2区系统作为测试系统进行时域仿真。仿真结果表明,基于凸多面体的鲁棒阻尼控制器不仅能够为系统次同步振荡模式提供足够的阻尼,并且在风电功率在较大范围内变化的情况下,控制器也具有较好的控制效果。     

基于动态分析方法的电网N-1关键支路识别

由于电力系统是强非线性时变系统,而传统的用戴维南等值参数评估系统电压稳定性的方法在具有动态特征的非线性电力系统应用上有很大局限性。基于非解析复变电力系统的动态分析方法,提出了评价N-1系统PQ节点电压稳定性的法向阻抗模裕度指标,并由此指标来判定N-1网络中电压稳定最薄弱的环节。另外,法向阻抗模裕度最小值决定系统电压稳定整体水平,通过开断标准IEEE14节点系统中的重要支路,计算出支路开断后PQ节点法向阻抗模裕度最小值。然后通过对比开断不同支路时对应的最小法向阻抗模裕度值,找出系统电压稳定性最弱时的开断支路,并将此支路视为关键支路重点监控,从而为电力系统的规划和调度提供参考。仿真结果验证了此方法的正确性和有效性。     

基于云模型和k-means聚类的风电场储能容量优化配置方法

合理确定风电场侧储能系统容量配置方案是实现风电输出功率波动有效平抑的关键问题。针对传统k-means聚类算法难以给定聚类数目且算法稳定性较差的问题,在采用自适应小波包分解法处理风电输出得到储能运行曲线的基础上,基于云模型理论将储能充放电功率的概率分布分解成若干个正态云模型的叠加,根据数据特性自动确定聚类数目和初始聚类中心,然后应用k-means聚类算法从储能运行曲线中聚合出具有代表性的充放电曲线集合作为储能容量优化模型的输入,从而最终确定储能系统的配置方案。仿真结果验证了所提算法的合理性和稳定性。     

带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器

针对传统交错并联Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、电感电流纹波大等问题,提出一种新型交错并联Boost变换器。该变换器用2个开关电感单元分别代替储能电感L₁和L₂,并对开关电感进行耦合集成,在此基础上增加了1个二极管和2个电容构成开关电容网络。分析了变换器在不同占空比下的工作模态,推导了电压增益公式,分析了开关管电压应力和电感电流纹波的大小。与传统交错并联Boost变换器相比,该变换器性能得到明显提升,尤其在占空比D>0.5的情况下电压增益是传统交错并联Boost变换器的3（1+D）倍,开关管的电压应力减小了2/3,电感电流纹波也减小近一半。最后实验验证了理论分析的正确性。表明带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器有着优良的工作性能。     

基于数据挖掘的电动汽车用户细分及价值评价方法

用户细分可以掌握不同电动汽车用户充电行为的特征及其之间的差异性,对充电服务运营企业具有重要意义。基于运营管理系统迅速积累的大量充电服务数据,对全量数据进行探索性分析,筛选出细分模型关键变量,给出了基于数据挖掘技术和K均值(K_MEANS)聚类算法的电动汽车用户细分方法,提出了电动汽车用户价值评价方法。针对北京地区电动汽车用户开展分析并得到用户行为特征及价值评价结果。相关结论可为运维管理机制优化和精准营销策略制定提供数据支撑。