基于NExT-DMD的电力系统机电振荡参数提取

电力系统随机响应中蕴含丰富的系统动态特征信息,基于系统随机响应所提取的机电特征参数能够准确反映互联电网机电小干扰稳定性。文章在深入分析环境激励下随机响应信号特征基础上,提出了基于自然激励技术的动态模式分解算法(nature excitation technology based dynamic mode decomposition,NExT-DMD)以提取电力系统机电小干扰特征参数。NEx T-DMD采用自然激励技术预处理随机响应信号,获得具有明显振荡特征的振荡分量,有效改善动态模式分解算法(dynamic mode decomposition,DMD)存在的噪声鲁棒性差的问题。进而采用DMD从获得的自由振荡信号中有效提取机电特征参数(振荡频率、阻尼比和模态振型)。IEEE 16机系统和某实际电网量测数据验证了所提方法的可行性和有效性;与随机子空间辨识算法和基于自然激励技术的特征系统实现算法相比,该方法在模式参数提取的精度和跟踪性能方面具有较好的表现,为电力系统机电小干扰稳定评估提供了一种切实可行的新途径。     

随机数据驱动下的机电振荡参数在线提取与阻尼调制(一):基于ORSSI的模态参数在线辨识

随机响应数据蕴含丰富的动态信息,从随机响应数据可提取机电振荡特征参数、进行小干扰稳定分析。该文在环境激励电力系统随机响应特征分析基础上,提出了基于在线递归随机子空间辨识法(on-line recursive stochastic subspace identification,ORSSI)的电力系统小干扰稳定性在线评估方法。ORSSI辨识算法利用LQ分解取代了传统SSI算法中的奇异值分解过程,有效地提高了计算速度,同时通过引入Givens旋转变换,替代数据更新后Hankel矩阵LQ分解过程,实现了延伸观测矩阵在线更新,在保证计算精度的同时提高了机电小干扰稳定评估的实时性。基于IEEE 16机68节点系统和某实际系统的仿真,验证了文中方法的可行性和有效性。     

发电厂电力系统无功补偿负载突变扰动检测研究

为提高电厂用电与发电机组运行维护稳定性,文中设计并提出了一种带有扰动检测单元的电力无功补偿系统。该系统主要包括电力系统稳定器、励磁系统、扰动检测单元以及静止无功补偿器。其中,扰动检测单元通过频率调制和低通滤波将扰动干扰量化,并与之前设定的检测阈值进行比较,实现对电路负载动态调节。通过在发电厂电力系统稳定器、励磁发电机组、厂用电设备网络与静止无功补偿器之间增加突变扰动检测单元,可以及时为静止无功补偿器的补偿参数调节,提供动态准确地反馈信息,从而提高整体厂用电系统的稳定性。     

随机数据驱动的电力系统小干扰稳定在线评估方法

系统自然激励下的随机响应数据中蕴含丰富的机电行为特征信息,准确地从随机响应数据中辨识小干扰稳定特征参数对于指导电力系统安全稳定运行具有重要现实意义。文中提出了随机数据驱动下基于子空间最优模式分解的小干扰稳定特征参数在线辨识算法。该算法通过对输入数据进行基于正交投影的矩阵线性变换得到其奇异子阵,并利用共轭梯度算法迭代求解最佳低维正交空间,以实现奇异子阵之间高维映射矩阵的最优低维近似,根据最优低维映射矩阵的特征值分解结果可以准确获得系统小干扰稳定特征参数,即振荡频率、阻尼比、模态。基于正交投影的矩阵线性变换以及共轭梯度法的引入使得动态模式分解法能较好地适应随机响应数据。IEEE 16机68节点系统和实际系统量测数据的计算和分析验证了所提算法的有效性和准确性。     

多重滑模鲁棒励磁控制器设计

多重滑模控制对于不满足匹配条件的不确定性具有较好的抑制作用。对于电力系统鲁棒励磁控制模型,文中基于多重滑模控制思想设计了励磁控制器。为了获得快速且鲁棒性能较好的动态响应,将励磁控制分为鲁棒控制分量和快速响应分量,它们分别由多重滑模控制器和PID控制器产生。基于电力系统分析综合程序（PSASP）的小干扰稳定和暂态稳定仿真表明了此方法在电力系统励磁控制中的有效性。     

采用扰动观测器的SVG直接电流反步控制

电网负载的多样性以及结构复杂性,降低了电力系统的功率因数.静止无功发生器SVG作为无功补偿的重要设备,对提高功率因数具有重要意义.本文采用了电压外环与电流内环级联的结构,使用扰动观测器DO对外部扰动和参数不确定构成的合成干扰项进行估计.基于DO观测的扰动信息分别设计出直流电压控制器和无功电流控制器.最后使用Lyapunov函数证明了控制系统是输入状态稳定的.仿真结果表明,采用的基于DO直接电流反步控制方法的SVG,在实现补偿负载无功功率的同时,还具有良好的抗扰动以及动态响应性能.     

电力系统电压稳定机理研究

正确认识电力系统电压稳定机理是电压稳定研究进一步发展的关键。在分析了电压稳定定义和数学模型后,给出了物理意义明确的电压稳定和电压崩溃的定义。分别对纯电阻电路和交流电路的电压稳定性机理进行了研究,说明了电力系统电压稳定性的机理,并从输电网络输电极限、负荷动态特性以及受端系统电压支撑3个方面对电力系统电压稳定进行机理解释。     

应用潮流方程简化网络计算的电力系统小干扰稳定分析

在电力系统的小干扰稳定分析方法中,电力网络与动态元件的接口方程普遍采用节点电压方程。以往方法在处理负荷时通常采用电压静特性模型且系统的运行方式连续变化,造成状态矩阵的修正计算量庞大。针对这一问题,本文提出了接口方程采用潮流方程进行小干扰稳定分析的方法。在原有动态元件的线性化微分-代数方程的基础上,本文以注入功率为代数向量,并结合线性化处理的网络潮流方程,建立了用于小干扰稳定分析的全系统数学模型,由此得到了新的全系统状态矩阵和电压静特性负荷对全系统状态矩阵的修正。分析表明该状态矩阵具有收缩网络的特点,其修正式具有简化网络计算的优越性。数值仿真验证了该方法的正确性。     

基于受扰后量测响应信息的两阶段电力系统暂态稳定评估

为充分挖掘电力系统受扰后的量测响应信息,并提供给后续控制更丰富的参考,提出了一种基于快照集成门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)网络的两阶段电力系统暂态稳定评估方法。该方法通过单次训练过程即可高效构建集成模型,且直接面向底层量测数据,可快速完成线上部署。在线应用时,首阶段通过分类模型进行动态的分层评估,逐级筛选出可信样本;次阶段利用回归模型实现进一步的暂态稳定裕度定量预测。此外,通过对模型的损失函数进行修正,有效克服了样本不平衡并强化了对困难样本的挖掘。仿真结果验证了所提方法的有效性,且所提模型的评估性能相较于其他机器学习模型具有显著优势。该文作为前瞻性理论研究,为数据驱动的在线暂态稳定评估的实现提供一种新思路。     

SDH传输体系在电力通信系统中的应用

电力系统通信需要提供多种业务的服务,要求电力系统通信网络稳定可靠且具有高效率。SDH体系不仅适用于点对点的信息传输,而且也适用于多点间的网络传输。SDH用户接入设备综合应用于电力系统通信的接入网,不仅保证了电力系统通信业务的高可靠性、高可用性,而且具有大幅度降低工程造价等优点。     

巨型浮吊起重船稳性安全的解耦控制方法

针对巨型起重船起重臂相对船体进行起吊、回转、变幅运动存在非线性强耦合等问题,在建立了起重船运动姿态数学模型的基础上,提出一种神经网络解耦控制策略。应用神经网络自适应解耦反馈控制方法,实现起重机回转、变幅的解耦,最终控制起吊执行电机、船舶压载泵及锚泊定位电机,将起重船起重过程的船舶重心控制在稳定区域内,从而使起重船的操控安全高效。仿真结果表明,起重机的回转和变幅运动的动态解耦控制效果良好。     

船舶区域配电系统全智能体重构及其优化研究

为确保船舶电力系统故障发生时主电力推进动力系统不失去供电,对电力推进船舶区域配电系统的拓扑结构重构方法进行了深入研究。依托智能体理论,设计了一种环境智能感知、信念产生、目标控制、粒子群最优决策的全智能体重构方法,实施船舶区域配电系统故障的拓扑重构。重构策略以保证全船的不间断供电、负荷损失最小、继电保护效率最高等为目标。对某电力推进船舶区域配电系统电网发生三相短路工况的仿真实验表明,所设计的全智能体方法相比粒子群算法、遗传算法的电力系统重构更能保证船舶电力系统的安全运行,且具有电力系统故障时重构功率损耗更小、开关效率更高的优点;进一步提高了船舶电力系统的安全可靠性。     

The Impact of Standardized Models, Programming Interfaces, and Protocols on a Shipboard Power System

Electric power research institute's control center application programming interface proposed the common information model (CIM) as the common information exchange model, which provides an excellent platform for representing the components of a power system. This paper discusses using CIM for data modeling for ship power system analysis. Features include using the CIM to accommodate shipboard power systems. Detailed data models for a pulsed load and an active filter are presented and validated through simulation in Matlab. The general process to extend CIM for shipboard power system is briefly outlined. Further efforts are underway to develop a CIM-based shipboard baseline test case to standardize modeling terminology.     

基于可靠性模型的船舶电网拓扑结构对比分析

船舶电网的拓扑结构是关系船舶电力系统可靠性的关键因素.本文采用基于邻接矩阵的最小割集方法,建立了通用的船舶配电系统可靠性评估算法,对辐射状、环状和带状结构的船舶电网进行了定性分析和定量的算例计算,验证了算法的有效性;通过对负荷点可靠性指标和系统可靠性指标的比较分析发现,带状结构的可靠性水平高于辐射网结构和环形网结构,是未来船舶电网结构的发展方向.     

基于多重化DC/DC变换器的储能变流器研究

为了满足越来越大的储能系统规模对大功率储能变流器的需求,将多重化DC/DC变换器引入储能变流器的拓扑结构。对多重化DC/DC变换器的电流纹波及谐波特性的分析表明其具有显著优势。储能变流器的控制策略加入基于直流母线电压的下垂控制。对所研究的储能变流器拓扑结构及控制策略进行仿真并搭建样机。仿真和实验结果表明,所设计的基于多重化DC/DC变换器储能变流器性能具备大功率充放电的功能并且性能优良。     

电机控制及配电系统备件优化配置

为了提高舰船电力系统的运行安全性和设计科学性,研究了舰船电力系统电机控制及配电系统的备件设置对电力系统脆弱性的影响。提出了综合考虑降低费用、重量、体积等约束条件,以多尺度综合脆弱度范数最小与资源消耗规模最小为双目标的优化模型;根据满足率的要求确定舰船电力系统电机控制及配电系统的初始备件配置方案,再利用边际优化方法得到最优备件配置方案。实现在网络结构不变的前提下,通过合理配置节点元件备件数量,达到提高舰船电力系统健壮性的目的。最后以复杂环形舰船电力系统为例对模型及算法进行了验证。     

一种启发式舰船电力网络拓扑分析方法

快速有效地跟踪网络拓扑对于实现舰船配电管理自动化至关重要.针对传统拓扑分析方法效率低、耗时多的缺点,提出将广度优先和启发式搜索技术相结合的舰船电力网络拓扑快速跟踪新方法.该方法基于面向对象技术构造了符合舰船电力网络特点的拓扑模型,利用节点和支路模型的双向关联关系描述电网拓扑结构.基于广度优先搜索对初始网络进行遍历,实现了支路类型识别和网络静态分区,并在此基础上,针对不同类支路状态变化,采用启发式规则更新局部网络拓扑,从而实现了电网拓扑的快速跟踪.对典型舰船电力网络的拓扑分析结果表明,该方法具有较好的实时性,相对于传统方法有效率更高.     

储能用悬浮交错双向DC/DC变换器

本文提出将单向悬浮交错Boost变换器扩展到双向工作模式,得到可用于储能系统的悬浮交错双向DC/DC变换器FIBDC（floating interleaved bi-directional converter）。详细分析了该变换器在双向模式下的工作过程,推导出电压增益、功率器件承受的电压应力以及电流纹波表达式,采用共同占空比交错控制策略实现了工作电压稳定和内部子单元平衡。最后通过仿真和实验对该变换器的性能及控制策略进行验证。该变换器具有输入输出电流纹波小、电压增益高、开关管应力低以及可多相扩展等优点,适用于高压大功率场合。     

Self-healing reconfiguration for restoration of naval shipboard power systems

Naval shipboard power systems form a critical component of the U.S. defense infrastructure. When there is a fault in a shipboard power system either due to battle damage or material casualty, it is important to quickly isolate the fault and restore supply to as many loads as possible. This paper presents an automated self-healing strategy for reconfiguration for service restoration in naval shipboard power systems. The proposed method is illustrated on a system developed based on a typical surface combatant ship.     

Integration of a bi-directional DC-DC converter model into a real-time system simulation of a shipboard medium voltage DC system

A bi-directional dc/dc converter model is investigated for a notional Medium Voltage DC (MVDC) shipboard power system to improve energy flexibility and deal with peak energy demand in shipboard power system. Surplus energy in the MVDC system during light load condition can be captured by energy storages distributed in local load zones through the bi-directional dc/dc converters and then can be used during heavy load condition or black starting of the MVDC system. In this paper, the derivation process of the small-signal average models of the isolated-type bi-directional dc/dc converter is presented for controller design. This paper also presents the controller optimization process using intelligent optimal searching algorithm, Particle Swarm Optimization, for optimizing dynamic and steady-state control performance of a bi-directional dc/dc converter. The control performance of the proposed controller is evaluated using frequency-domain analysis and time-domain simulation of the large-scale notional MVDC shipboard power system using the Real-Time Digital Simulator.