制动能量回收储存装置监控系统的设计

采用超级电容器作为储能器件用于城市轨道交通车辆制动能量回收和释放时,需要实时监控超级电容器的工况和环境参数。采用＂模块化＂的方法将电源隔离处理,超级电容器监控系统既满足了制动能量回收装置的监控要求,又具有较强的抗共模电压能力和电磁兼容特性,可应用于其他高容量、大功率超级电容储能系统中。     

基于虚拟轴耦合的虚拟同步发电机混合储能惯量-阻尼协调控制策略

将虚拟同步运行的混合储能装置与同步发电机通过虚拟轴耦合,可实现暂态能量的高效传递,提高可再生能源发电系统的暂态稳定性。建立了混合储能装置静态能量与同步发电机动能之间的转换关系。对混合储能装置中的虚拟惯量进行分析,以获得同步运行能力。为了从同步发电机中传递更多的暂态能量,在混合储能装置中引入新的虚拟轴,并分析混合储能装置与虚拟轴耦合对系统暂态稳定性的影响。利用哈密顿能量函数,推导混合储能装置暂态能量高效传递的必要条件,进而提出了混合储能装置虚拟轴的控制策略,以协调虚拟惯量和功率振荡抑制功能。算例仿真结果表明,所提控制策略能明显改善系统频率和功角的暂态稳定性。     

基于列车运行状态的城轨超级电容储能装置控制策略

研究应用于城轨交通的地面式超级电容储能装置的控制策略。首先建立结合列车、储能装置和制动电阻的牵引供电系统的数学模型,分析了列车再生制动时超级电容和制动电阻能量分配的影响因素,并由此提出了考虑列车运行状态的储能装置控制策略。该控制策略通过列车实时功率、位置数据,动态调整储能装置的充电电压指令,从而调整超级电容的充电功率,使储能装置工作在最优状态。为了验证所提出的控制策略的有效性,利用北京地铁八通线梨园站的兆瓦级超级电容储能装置开展了实际列车运营实验。现场实验表明,该控制策略可有效地提高超级电容的利用率,增大储能装置的节能量,降低地铁系统的运行能耗。     

地铁车辆再生制动混合型储能回收装置研究*

针对地铁运行站间距短,车辆频繁启动、制动运行,导致再生制动时产生大量的能量,可通过超级电容加电阻混合型储能装置吸收贮存,提出基于混合型储能装置的再生制动能量回收控制策略,即地铁制动时超级电容充电回收再生制动能量,地铁启动时超级电容放电回馈储存的能量.分析了超级电容储能的充放电控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了混合储能装置能有效抑制地铁牵引供电系统中的电压波动.     

超级电容器储能装置及其对改善发电机运行稳定性的研究

根据超级电容器储能装置的电路结构,提出了一种基于dq0坐标下超级电容器储能装置的输入输出时域数学模型,并分析比较了该数学模型在稳态运行的情况,然后仿真了该数学模型对发电机运行稳定性的影响。仿真结果表明超级电容器储能装置能有效改善发电机运行的稳定性。     

水轮发电机组电气制动技术分析

介绍了电气制动的工作原理，它是基于同步电机的电枢反应。电气制动相比于机械制动具有制动力矩大、停机速度快、清洁无污染，但随着当前推力轴瓦的较大改善，机械制动也日趋成为可能。就新形势下水轮发电机组采用电气制动技术中存在的一些问题，如加装电气制动装置带来资金、场地的困难，以及在已安装电气制动的机组上实际运行所暴露出的制电流过大，投入时间间隔过短等缺陷提出了将电气制动与励磁系统结合、电气制动与机械制动混合制动的改良措施。     

基于混合储能的变惯量虚拟同步耦合控制技术

若混合储能设备的静止能量拓展为旋转惯量的能量来源,则灵活可控的虚拟同步耦合运行方式,会使电力电子化电力系统的暂态稳定更具可控性.为提高新能源高渗透系统的暂态稳定性,首先建立电池储能、电容储能与同步发电机旋转机械动能间的能量转化关系,使静止混合储能设备具有与系统同步耦合运行的能力.其次,分析由混合储能引入的虚拟惯量对频率稳定和阻尼特性的影响机理,并提出基于混合储能的变惯量虚拟同步耦合控制技术,使静止储能设备在更加灵活的同步耦合运行方式下,转移同步发电机承受的暂态能量,减小系统内旋转机械的频率及功角振荡.最后,利用MATLAB/Simulink搭建含光伏、混合储能高渗透的仿真系统.结果 表明,在所提控制策略下,含静止能量的储能设备可显著改善系统的暂态稳定性.     

水轮机组正常停机时差动保护误动作分析

根据现场一起水轮机正常停机时发电机差动保护误动作事件,对电气制动闭锁发电机及发变组差动保护进行分析,并通过现场试验证明导致发电机差动保护误动作的原因是电气制动开入量的可靠性差,并非保护误跳闸。     

同步发电机参数辨识及其应用

电气制动在大中型水轮机发电机组的停机过程中得到广泛的应用。为了正确确定电气制动过程中励磁电源提供适当大小励磁电流的问题,推导出以机端电压、励磁电压、d轴暂态开路时间常数Td0’和起励时间t等为主要参数和变量的数学模型。运用matlabsimulink仿真平台搭建同步发电机起励试验仿真模型,并以其输出作为实际测量数据,通过最小二乘法进行d轴暂态开路时间常数Td0’的参数辨识。仿真结果表明了推导出的数学模型的科学性和运用最小二乘辨识法的有效性。     

基于精确线性化理论的超级电容储能系统的非线性控制算法

针对超级电容及DC-DC电路的非线性特性,设计了超级电容储能系统的非线性控制算法。通过分析电路的工作状态,建立了电路仿射非线性系统标准型,利用状态反馈精确线性化理论推导出电路状态量与占空比函数间的关系,进而设计相应控制算法,并证明了系统的内动态稳定性,实现了超级电容恒流充电与恒压放电的控制目标。在Matlab/Simulink仿真平台中搭建仿真模型,对所提控制算法进行验证,并在实验室中搭建实验电路,比较了非线性控制算法与PI算法的控制效果。结果表明,在超级电容储能系统中采用非线性控制算法相比于传统PI算法能明显提高系统的动态性能,保证系统稳定运行。     

应用于风力发电系统中的撬棒阻值整定新方法

在电网发生电压跌落故障的情况下,双馈异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)多采用撬棒保护电路以实现低电压穿越(Low Voltage Ride Though,LVRT),而撬棒阻值的选择对机组的LVRT效果影响很大。从DFIG在电压跌落故障下的暂态数学模型出发,运用空间矢量分析和拉普拉斯变换的方法,推导出风电机组在电压跌落故障下的暂态电流时域表达式、转子侧故障电流的计算式。由此提出一种切合工程实际的撬棒阻值整定方法,解决了投入撬棒保护电路后转子侧出现过电流和直流母线过电压的问题。算例及仿真实验数据均表明,采用该方法可有效抑制暂态故障分量,显著提高风力发电系统的LVRT水平。     

基于WAMS的电力系统暂态稳定的快速预测

提出一种基于广域测量系统WAMS(Wide areaMeasurementSystem)的电力系统暂态稳定实时快速定量分析的方法。该方法根据PMU实时采集的各发电机转子角速度及电磁功率,通过预测扰动结束后系统运动轨迹和基于暂态能量的轨迹分析法来评估系统的暂态稳定性。在 6机系统上进行仿真计算,结果表明,该方法能有效预测电力系统的暂态稳定性。     

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

基于STATCOM/BESS强化风机VSG虚拟惯性的协同控制方法

为了解决风电并网系统在频率波动时缺乏足够的频率支撑能力这一问题,在风电机组主控引入虚拟同步发电机(VSG)算法,采用储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)为风电机组的旋转动能提供能量来源以强化系统的虚拟惯性。根据频率偏差与频率变化率,在考虑蓄电池(BESS)荷电状态的情况下,调整STATCOM/BESS工作模式,以实现虚拟转动惯量的自适应变化。通过对风机VSG构造的小信号模型进行分析,确定了虚拟转动惯量的整定原则,进一步给出了BESS容量配置的合理范围,并结合经济性说明BESS容量配置的优化方法。利用PSCAD/EMTDC得到的仿真结果表明,所提的方法能有效改善频率的动态响应,提高风电并网系统的频率支撑能力。     

基于日前调度与实时控制的微网储能系统容量配置

针对微电网孤岛模式下的新能源发电、负荷平衡问题,从实时控制运行需求出发,提出了一种基于日前能量调度管理和实时误差控制的储能系统容量配置方案。首先,通过将储能系统分为主储能系统和辅助储能系统,建立了兼顾储能系统成本损耗以及燃气轮机发电配置的多目标优化函数。利用改进的粒子群算法和收敛性原则,得到所需的主储能配置,同时完成日前的能量管理调度。然后,利用场景模拟法得出完成实时操作所需要的辅助储能系统容量配置,并制定相应控制策略完成实时能量管理。最后,通过数值仿真,验证了所提配置方案的可行性。在满足经济性和实用性条件下,完成整个孤网模式下微电网的配置问题。     

FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性分析

随着电力系统互联加强,风电并网容量的增加对电网的稳定运行影响越来越大。构建了以UPFC(Unified Power Flow Controller, UPFC)和SVC(Static Var Compensator, SVC)为代表的FACTS装置与含风电系统的数学模型。采用留数指标定位FACTS装置,设计了附加阻尼控制器(Additional Damping Controller, ADC)。基于IEEE 2区域4机互联系统,从特征根分析和时域仿真两个方面分析了FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性的影响。研究结果表明,加装附加阻尼控制器的FACTS装置能够维持母线电压以及发电机转速的稳定,增加互联系统联络线功率传输范围,抑制低频振荡引起的电网参数波动,改善了含风电电力系统的低频振荡特性。     

计及PEV聚合器的含可再生能源电力系统AGC调节功率的协调调度

随着可再生能源的大规模并网,其间歇和随机特性给电力系统的频率稳定和控制带来巨大挑战。基于现有自动发电控制框架,根据常规发电机组和插电式电动车(PEVs)的互补特性,提出了一个基于模型预测控制(MPC)的优化控制框架。MPC负荷分配器根据常规发电机组和PEVs不同时间尺度的动态和AGC执行周期,在满足调节功率和电能约束的条件下,协调控制来自常规发电机组和PEVs的调节功率,使ACE跟踪误差和调节成本最小。仿真结果证明,提出的方法能够实现AGC性能的改善和调节成本的节约。     

含光储系统的增量配电网时段解耦动态拓展无功优化

从增量配电网安全运行及经济效益出发,针对高渗透率分布式光伏接入配网引起的相关问题,构建以系统有功损耗、电容器及变压器调节代价、储能调节代价综合最小为目标的时段解耦动态拓展无功优化模型。在传统无功优化的基础上增加储能有功调节能力和光伏无功调控能力,将动态无功优化解耦为多时段静态无功优化,采用灾变遗传算法求得含高渗透率光伏及储能的增量配网无功优化方案。仿真结果表明,提出的时段解耦动态拓展无功优化模型能够提高增量配电网的无功优化效果,在减少电网损耗、降低设备调节成本的同时,兼顾电网电压运行的安全性。     

PV-FC-BS混合系统全状态模型预测能量管理优化策略

光伏-燃料电池-蓄电池(Photovoltaic-Fuel Cell-Battery System, PV-FC-BS)混合系统因能有效解决光伏输出功率间歇性、波动性问题而得到广泛关注,克服各构成单元利用局限性同时实现各单元间的能量高效管理成为PV-FC-BS应用推广的关键。针对传统能量管理策略分别在BS开、关模式下建立不同预测模型,工作模式转换使系统在预测模型切换过程中稳定性难以保证的问题,提出新型BS充放电约束条件,构建全状态多输入多输出动态功率交换预测模型。通过将能量管理问题转化为控制优化问题,减小算法复杂度且避免模式切换影响,设计动态预测模型滚动寻优方法,实现PV-FC-BS混合系统能量最优分配。同时考虑BS使用寿命和充放电效率,提出BS参数自适应估计算法,提高能量调度准确性。在Matlab环境下对PV-FC-BS混合系统全状态模型预测能量管理优化策略进行仿真验证,结果表明:所提出的策略优化计算量小,能量分配准确,不同应用情形适应性强。     

基于液压转换的共振波力发电装置提能系统

根据共振波力发电装置的原理特点及控制需求,设计了闭环阀控式液压提能系统,该提能系统可将波能捕获系统所俘获的波浪能稳定可控地转换为液压能,进而通过液压马达带动发电机发电。通过对比例调速阀和减压阀开度的调节可改变液压提能系统的流量和压力,实现自适应高效提取海洋波能。对液压提能系统进行了启停、变开度、变负载以及稳压变功率等整体性能实验,证明其原理可行。实验表明,该装置具有启停灵活、功率跟踪迅速、过渡过程较短、参数调节容易等较好的静态和动态特性,具备良好的开发应用前景。