简化单机水电系统负阻尼时频率振荡的类Hopf非光滑分岔分析

该文从切换型振荡角度,分析负阻尼情形下死区或限幅参与的频率振荡,说明负阻尼下超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的机理之一是切换型振荡,并揭示了含死区和限幅的单机水电系统在突变负荷扰动下的超低频频率振荡可对应分段光滑连续系统的单次穿越型类Hopf非光滑分岔。首先,介绍分段光滑连续系统边界平衡点分岔(boundary equilibrium bifurcation,BEB)、类Hopf分岔和单次穿越型类Hopf分岔;其次,给出单水电机组电力系统的非光滑动力系统模型;然后,对比分析有/无死区和限幅(切换边界)时,单机系统负阻尼时频率振荡的差异,初步说明稳定的持续振荡与限幅和死区切换边界相关,无法单纯使用负阻尼或传统Hopf分岔来解释;进一步,借助广义Jacobi矩阵,说明有死区或限幅边界作用的切换型振荡对应的是发生单次穿越型类Hopf分岔;最后,分析突变负荷扰动下单机系统的平衡点、扰动后轨迹的非光滑分岔特性,说明单次穿越型类Hopf分岔是伴随着稳定结点穿越边界变为不稳定焦点的类Hopf分岔。     

多VSC系统有功功率–频率动态的电路建模方法

包含不同类型电压源变流器(voltage-source converter,VSC)的多机系统在各种干扰期间易发生暂态功率环流和功频振荡现象。为了简化多VSC系统有功功率–频率动态特性分析,文中基于机械导纳法构建描述VSC有功功率–频率动态的电路模型。根据机电比拟原理,构建单台同步发电机(synchronous generator,SG)/VSC的电路模型框架,并推导9种典型VSC控制的电路模型参数。以VSC四机系统为例,构建其电路网络模型,并从模型比较、频域特性和仿真分析3方面验证所建模型的准确性和有效性。电路建模法的优点是不仅可推导出不同类型扰动下的详细传递函数,而且对不同类型VSC控制策略均适用。基于该模型,可采用电路理论分析多VSC系统的有功功率–频率特性,为多VSC动态特性分析提供了一种新思路。     

瞬时功率聚合传输的低电容值大功率级联型风力发电系统

随着海上风电机组单机容量的不断增加,传统低压两电平背靠背变流器存在额定电流过大、解揽困难等问题,难以满足10～20MW大型海上风电机组功率变换需求。为此,提出了一种基于瞬时功率聚合传输的中压大容量级联H桥风电变流器拓扑结构。该拓扑利用四端口DC/DC变换器进行电气隔离。并给出了一种基于瞬时功率聚合传输的控制方法,将级联H桥三相H桥单元的低频脉动功率进行聚合传输,消除级联H桥的直流侧低频脉动电压。相比于常规级联H桥风电变流器,所提拓扑不需要多绕组工频变压器隔离,并且可以大幅降低所需的低频滤波电容,具有功率密度高、成本低、可靠性高(直流滤波电容)的优势。最后搭建了小功率模拟实验平台,验证了所提拓扑及控制策略的有效性。     

考虑谐波耦合的车网系统谐波域SISO阻抗建模

我国电力机车和牵引网具有复杂的电力电子结构特性,由此而产生的车侧变换器和单相交流电网之间的谐波相互作用,容易导致整个车网系统出现低频振荡现象,严重影响车网系统的稳定。基于车网系统的时变特性,考虑车网之间的谐波耦合过程,提出了基于线性时变周期(linear time-periodic,LTP)框架的谐波状态空间(harmonic state space,HSS)小信号建模方法,以对车网系统进行研究。首先推导了车侧变换器的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)谐波域阻抗模型,并揭示了由于车侧控制器中Park变换导致系统出现偶数倍基频频率耦合的过程。将建立的MIMO阻抗模型转换为保留了所有频率耦合信息的单输入单输出(single-input single-output,SISO)谐波域阻抗模型,从而进一步简化了阻抗测量和基于阻抗的稳定性分析过程。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了模型的精确性并基于所搭建的模型准确地评估了车网耦合系统的低频稳定性。     

基于改进生成式对抗网络的电气数据升频重建方法

高频电气数据是提高电网态势感知准确度、监测水平和辅助服务质量等的数据基础之一,但是,传统重建算法难以实现高精度的数据重建。因此,文中利用改进生成式对抗网络将低频电气数据重建为高频。通过将时序数据转化为电气图像,实现神经网络方法对电气图像特征的高效提取。利用基于深层残差网络的生成器和改进的残差块结构,提高生成器的特征学习能力。此外,生成器损失函数考虑真实样本与生成样本在低维或高维特征的差别。以公开数据集为例进行算法验证,验证结果表明,相比于传统重建方法,所提方法具有更高的峰值信噪比、结构相似性和更低的平均绝对误差、平均绝对误差百分数,以及更高的高频细节还原度、重建精度,能够对不同数据集实现泛化。     

基于低频电磁的铁磁管道内壁缺陷重构方法

利用低频电磁的方法对铁磁管道内壁缺陷进行检测及轮廓重构是当前的一个热点问题。然而,低频电磁方法检测到的漏磁信号是周期性变化的,不便于缺陷信息的提取,并且被检测管道的长度、管径和原始壁厚的不同会严重干扰检测结果。因此,本文首先建立了低频磁场下管道内壁缺陷的二维有限元检测模型。其次通过计算漏磁信号与线圈电流比值,消除了漏磁信号的周期性变化给检测带来的不便。然后通过对的预处理,有效减少管道长度、管径和原始壁厚的不同对缺陷轮廓重构结果的影响。最后,基于高斯过程回归算法建立预处理信号与缺陷轮廓的回归模型,实现了缺陷轮廓重构。仿真结果中,针对长度、管径和原始壁厚各异的铁磁管道,所重构轮廓的均方根误差在0.17mm左右,表明该方法能够准确的重构出内壁缺陷轮廓。     

含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼协同控制方法

大规模新能源接入电网增加了弱阻尼振荡模式被激发的风险。首先,考虑同步发电机和光伏的动态特性,建立了详细的小信号模型,分析了光伏对低频振荡模式的影响,提出了含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼控制架构,实现光伏-同步机协调阻尼控制;然后,以特征值分析结果为依据,提出了广域阻尼控制参数的优化模型,并对控制参数进行优化整定;最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建了含光伏电站的四机两区域系统电磁暂态仿真模型,验证了所提广域阻尼控制方法的有效性。     

基于模糊STATCOM 装置的牵引网低频振荡抑制策略

针对高速铁路牵引网低频振荡现象,提出在牵引网侧增设 STATCOM 装置对牵引网动态无功补偿的方案,引入模糊控制 技术优化STATCOM性能,有效抑制了牵引网低频振荡现象.首先,分析了dq坐标系下的单相 STATCOM 数学模型,根据瞬时功率平衡原理推导出适用于牵引网的单相 STATCOM 直接电压控制策略.其次,在直接电压控制的基础上结合模糊控制技术,增强 STATCOM 的鲁棒性和自适应性.最后,在 MATLAB仿真平台进行验证,结果表明基于模糊控制的STATCOM 装置能实现对牵引网低频振荡的抑制,并有良好的稳态和动态特性。     

锁相环同步VSC接入弱网下的低频动态稳定性分析模型与机理研究

基于锁相环(PLL)同步接入弱网的电压源型换流器(WG-VSC)存在由“外环-PLL-弱网”交互主导的低频动态(LFD)稳定问题。为清晰揭示各关键环节及其交互对WG-VSC的LFD影响机理,提出一种等效PLL模型。首先建立了适用于多种典型外环控制模式的WG-VSC的LFD分析的基本模型,该模型包含原PLL环节及耦合了外环、电网强度及VSC运行点信息的“外环-弱网”环节。其次,将“外环-弱网”环节划分为有功侧外环对PLL的影响路径及无功侧外环所引入的对PLL的影响路径,以清晰表征VSC外环与PLL的交互关系。然后,基于LFD主导模态将“外环-弱网”环节简化为一阶环节,并结合原PLL的PI控制环节,得到保持足够LFD分析精度的二阶等效PLL模型,并基于该模型分析和揭示了“外环-PLL-弱网”的交互对WG-VSC的LFD的影响机理。最后,基于详细开关模型的时域仿真结果验证了等效PLL模型的有效性和分析结果的准确性。     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。