船舶电力系统的建模与仿真

针对船舶电力模拟训练,需要建立全面综合的电力系统模型。结合模拟训练系统功能,提出了一种适合船舶模拟训练的舰船电力系统模型,全面综合地模拟船舶电力系统稳态、暂态、故障以及并车等运行时的各种状态。运用Simulink仿真工具,对模型中的原动机起动特性、负载突加突卸特性、负载三相短路和单相接地典型故障以及并车模型中功率相互振荡理论,进行模拟仿真试验。仿真结果表明,该模型能够满足舰载模拟训练系统的需求。     

独立电力系统中基于模式切换的虚拟同步发电机控制方法

同步发电机组-虚拟同步发电机并联供电系统中,两种异构电源的物理结构和控制结构迥异,在负载突变时两种电源的暂态功率难以均分,尤其是在突加负载时,虚拟同步发电机因调节快在暂态过程中会承担过多负荷,甚至短时过载,这使得虚拟同步发电机容量不能充分利用。针对该问题,首先分别从调频、调压和输出阻抗特性差异上,阐明了两者暂态功率分配不均的机理。其次,在传统虚拟同步发电机控制中增加虚拟调速、虚拟励磁、动态虚拟阻抗等环节,以模拟同步发电机组的调速特性和电磁暂态特性,实现与同步发电机组并联运行时的暂态和稳态功率均分。再次,为保证虚拟同步发电机独立运行时的快速动态响应特性,在独立运行模式下仍保持传统虚拟同步发电机控制算法,设计了基于状态跟踪的模式切换环节,实现两种模式之间的平滑切换。最后,基于PSCAD/EMTDC的时域仿真结果和基于RT-LAB的控制器硬件在环试验结果表明,提出的控制方法能够实现虚拟同步发电机与同步发电机组并联运行时的暂态和稳态功率均分,且能够保持虚拟同步发电机独立运行时的快速调压和调频能力,独立、并联运行模式之间能够实现平滑切换,方法可应用于工程实际。     

数据驱动下的虚拟同步发电机等效建模EI北大核心CSCD

为了适应电力电子化发展的趋势,同时在建模时考虑电力电子逆变器的高频开关状态的影响,提出了一种基于长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)的虚拟同步发电机数据驱动建模方法。通过简化虚拟同步发电机的数学机理模型,着重关注各电气量之间的数据映射关系,构建基于LSTM网络的数据驱动模型,实现了由当前时刻电气量预测下一时刻输出的动态建模。为了验证所提模型的有效性,通过搭建仿真模型,对比了不同神经网络方法以及理论方法的差异性。仿真结果表明,所提模型能够反映虚拟同步机不同运行工况下的动态特性,具有良好的稳定性与泛化性,为电力电子化建模提供了一种有效的解决思路。     

双馈风力发电机组虚拟惯性控制研究

基于电力电子变频器控制的双馈风力发电机对系统惯性几乎没有贡献,当双馈风力发电机组接入电网后,几乎不参与电网调频。如何使双馈风电机组具备频率响应能力已成为目前的研究热点。文章首先推导了采用不同矢量控制技术的双馈风力发电机组详细数学模型,其次分析了双馈风力发电机组以不同方式接入电网后对系统惯性的影响,最后在DIg SILENT\Power Factory中建立了虚拟惯性控制模块,仿真分析虚拟惯性控制中关键参数对调频能力的影响。     

数据驱动下的虚拟同步发电机等效建模

为了适应电力电子化发展的趋势,同时在建模时考虑电力电子逆变器的高频开关状态的影响,提出了一种基于长短期记忆网络(longshort-termmemory,LSTM)的虚拟同步发电机数据驱动建模方法。通过简化虚拟同步发电机的数学机理模型,着重关注各电气量之间的数据映射关系,构建基于LSTM网络的数据驱动模型,实现了由当前时刻电气量预测下一时刻输出的动态建模。为了验证所提模型的有效性,通过搭建仿真模型,对比了不同神经网络方法以及理论方法的差异性。仿真结果表明,所提模型能够反映虚拟同步机不同运行工况下的动态特性,具有良好的稳定性与泛化性,为电力电子化建模提供了一种有效的解决思路。     

改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源控制策略

基于电力电子换流器并网的分布式能源对微电网系统的惯性几乎没有贡献,这将成为分布式能源大规模接入微电网之后面临的新问题。虚拟同步发电机控制策略作为一种能够使含储能装置的分布式逆变电源具有虚拟惯性的方法,对改善微电网系统频率的稳定性具有重要作用。在理论推导及分析虚拟同步发电机控制与微电网关系的基础上,提出了一种改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源虚拟同步发电机整体控制策略,将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调节延迟特性引入到逆变电源的上层控制中,底层控制则根据同步发电机的并网矢量关系得到。最后,搭建了简单微电网系统的Matlab/Simulink仿真模型及物理实验平台,通过仿真和实验充分验证了所提虚拟同步发电机控制方法对微电网频率稳定性的支持作用。     

基于DSATools的发电机及其控制系统模型参数仿真方法

精确的发电机系统参数是电力系统分析的基础。很多情况下由于工况条件限制无法对发电机参数进行准确的测量,给系统的安全校核、指标估计及潮流优化等工作带来较大困难。提出了一种基于仿真模型进行参数辨识的方法,通过DSATools仿真工具搭建发电机及其控制系统仿真模型,采用曲线拟合的方法进行参数优化得到了准确的仿真结果。以广西平班水电厂发电机组的发电机及其控制系统作为算例,验证了仿真模型参数辨识的可行性。     

基于虚拟同步发电机并网逆变器的控制方法研究

针对电力电子逆变接口的分布式电源不具备保证系统稳定运行的旋转惯性和阻尼分量的问题,本文以分布式电源系统建模及控制策略分析为基础,提出了一种工作在并网模式下的虚拟同步发电机控制策略。依据同步发电机的原理,设计了有功频率控制算法和无功电压控制算法,在Matlab/simulink环境中搭建了10 k W的光伏并网系统。仿真结果表明,基于虚拟同步发电机的光伏并网逆变器具有与同步发电机相似的调频调压特性,能够较好地适应电网运行要求。     

抑制虚拟同步发电机低频振荡的自适应阻尼控制算法策略

随着电力系统电力电子化的发展,以虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制策略为主的逆变器在电网中渗透率将越来越大。然而,传统电力系统中出现的低频振荡现象在虚拟同步发电机系统中未得到相应的研究。为了研究低频振荡对虚拟同步发电机系统的影响,在详细分析VSG控制策略的基础上,对虚拟同步发电机系统中出现低频振荡的原因进行分析研究。通过分析低频振荡时功角特性的关系,提出一种自适应阻尼控制算法,能够自适应控制系统阻尼系数,抑制低频振荡。最后,以Matlab/Simulink为仿真实验平台,验证了VSG系统中低频振荡现象和所提算法的有效性。     

风电装备VSG等效功率平抑及频率补偿方法

借鉴传统电力系统中的同步发电机数学模型,提出一种大规模风电装备虚拟同步发电机(VSG)等效实现功率平抑及频率补偿方法。首先,设计了具有电力电子装置自身特性的虚拟调速器和虚拟励磁控制器,保证电网电流的低谐波畸变的同时,具有响应电网电压幅度、频率波动事件功能,可在一定程度上提高电网稳定性。同时模拟同步发电机的转动惯量,提高电网接口的惯性和阻尼特性,降低大规模风力发电系统对传统电网的冲击。最后,基于110 kW风力发电机组及锂电池储能单元对所提方法的可行性和有效性进行了验证与分析。     

Wind power system state estimation with automatic differentiation technique

A wind power system state estimation method based on automatic differentiation technique is presented in this paper. A simplified RX model of wind turbine is introduced and used to be equivalent to wind power generator. As one of the state variables, the slip of wind power generator is introduced into state estimation process and the corresponding mathematical model is established. The proposed method takes into account the own characters of asynchronous generator and can easily combine with the original state estimation program. Furthermore, unlike the traditional method which needs to deduce all the formulas of derivatives and code them by hand, the Jacobian matrix is built automatically using automatic differentiation with sparse technique in the proposed method, the truncation error is avoided effectively, and the computational efficiency, speed and precision can be significantly improved. This paper demonstrates that the burdens of software developers are relieved greatly by automatic differentiation technique instead of hand-coded derivatives and the simplified RX model instead of the traditional RX model. Finally, it follows from the simulation results that the proposed method possesses good performance and can be well applied to state estimation for power system containing wind power generators.     

基于有序BDL树集的船舶电网潮流算法及执行时间分析

针对嵌入式船舶电力模拟训练系统在频繁模拟操作指令下对潮流计算的快速性需求以及嵌入式模拟训练系统极其有限的运算资源之间的矛盾,提出一种基于有序BDL树集的船舶电网潮流算法。该算法在常规回推前推法基础上对节点编号进行优化,将多电站船舶电力系统在实际开环运行模式下等效为由多个辐射状电网构成的有序BDL树集,树集中的每个有序BDL树包含单个电站中的主配电板层、配电层和负载层,并把发电机潮流整合入主配电板层,避免了常规潮流算法中节点编号突变问题。对该算法的时间复杂度分析结果及实际运行结果进行比较分析,证明该算法比常规船舶电网潮流算法更优。     

核电站三维动态仿真系统

为提高核电站仿真培训系统的真实感,设计了基于虚拟现实技术的核电站三维动态仿真系统。系统采用三维建模技术构建核电站的主要厂房和设备,通过三维场景交互技术实现对核电站虚拟场景的自主和固定路径漫游,采用三维动画技术对设备拆装、冷却系统和堆芯工作原理进行模拟。提出了基于参数关联的时序动画生成方法,用以实现设备的虚拟拆装;利用纹理法实现了冷却系统中的水流效果;提出了模型叠加法,用以表现反应堆内部的反应速率。利用该系统,受培训人员能够在核电站虚拟场景中直观了解核电站的构造和工作原理,从而增强了培训的效果。     

高频事故下潮流转移性质和调速器状态转移控制

为了缓解500kV电网短路电流增长趋势,建设具有抗灾能力的智能电网,需要采取电源—电网—负荷融合的电网规划设计理念,将大容量机组接入220kV地区电网。为了解决由此而产生的"大机小网"高频稳定问题,文中提出了一种高频稳定控制方法。该方法根据高频事故时孤网潮流转移功率信号对调速器实施状态转移控制,能够使机组调速系统快速和准确地跟随孤网突变,将汽轮机组调速系统高频稳定裕度从当前的9%提高到50%以上,水电机组调速系统的性能也得到大幅提高,控制系统具有分散协调性、坚固性和兼容性,能够使灾害破坏下残余的送端电网具备生命自持的能力。最后,对机组潮流转移功率的性质进行了推导和仿真,并论述了调速器状态转移控制的方法、模型和仿真效果。     

一种改进的虚拟永磁风力发电系统模拟平台

提出了一种包含风剪塔影效应的风力发电系统的改进型模拟方案。以背靠背三相变流器平台为基础,建立了考虑包含风剪塔影效应的虚拟永磁直驱风力发电系统的数学模型,进而搭建其控制系统;针对简化叶尖速比与转矩系数拟合的问题,提出了一种基于Kalman滤波的分段线性拟合的方法来简化拟合方程;利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建虚拟风力发电系统模拟平台,对负载变化时的模拟平台输出以及有无风剪塔影效应时风力机的机械转矩变化进行仿真分析。仿真结果表明,该平台能够较好地模拟出风力机发电机组地运行特性。     

基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略

在指令功率发生扰动时,虚拟同步发电机控制环路易产生功率交互振荡,威胁系统的安全稳定运行。为此,提出一种基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略。基于相对增益矩阵原理研究不同系统参数变化时虚拟同步发电机输出功率间交互作用的变化规律;采用转速阻尼功率高通反馈改进虚拟同步发电机有功功率-频率控制环路,并通过绘制Bode图对比传统虚拟同步发电机控制策略与改进虚拟同步发电机控制策略的暂态和稳态性能;利用相对增益矩阵原理分析改进虚拟同步发电机控制策略的有功功率环路交互作用情况。仿真及实验结果表明,所提策略可有效实现虚拟同步发电机交互振荡的抑制。     

基于机端PMU量测的系统受扰轨迹预测

提出了基于机端相量测量单元量测数据的多机系统受扰轨迹预测方法,结合状态估计或潮流数据,在系统受扰后将其降阶简化为仅含有配置了相量测量单元的发电机节点系统,利用相量测量单元的量测数据修正降阶系统节点电压和电流之间的关系,然后将其代入相应的发电机模型,从而实现了系统受扰轨迹预测。该方法采用时间间隔较大的状态估计或潮流数据计算节点电压和电流传递关系矩阵的初值,并利用该矩阵主对角元的变化反映受扰后系统各元件的详细模型、网络拓扑和参数的改变,然后使用相量测量单元毫秒级的量测数据对其进行修正,从而为在实际应用中将相量测量单元与SCADA系统相结合做出了有益探索。最后以一个6机25节点系统为例验证了该方法的有效性。     

含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略与分析

针对高渗透率光伏发电接入电网带来的电压/频率稳定问题,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)策略作为一种能使光伏电站主动参与电网调频、调压的控制技术,受到了广泛地关注。以含储能的光伏电站作为研究对象,提出了含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略,推导了光伏虚拟同步发电机的有功-频率控制、无功-电压控制的数学模型,并对其控制器及参数进行了分析。在PSCAD/EMTDC环境中建立光伏虚拟同步发电机仿真模型,对该虚拟同步发电机有功频率、无功电压特性的动态过程进行了模拟,仿真结果验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

基于小信号稳定性分析的含VSG微电网电能质量主动控制

为提高分布式电源电力电子变换装置的利用率,实现变流器的功率控制,提高电能质量,文中提出一种基于小信号稳定性分析的含虚拟同步发电机(VSG)微电网的电能质量主动控制策略,在原有双闭环控制器基础上,设计参数化控制器进行谐波抑制,实现控制性能指标的改进。首先,建立基于微电网拓扑的VSG小信号模型,并分析VSG控制过程的稳定性。其次,设计了基于鲁棒观测器的控制器,以电能质量性能指标跟踪误差最小为目标函数,利用优化方法对跟踪误差进行逐步最优求解。通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行仿真,结果表明:所提出的方法实现了变流器鲁棒控制和电能质量治理,性能改善作用明显。     

虚拟电机技术应用前景和发展方向

随着高压大容量电力电子技术的迅速发展,越来越多的电力电子设备将投入运行,电力电子化已成为电力系统发展的必然趋势。但是,电力系统电力电子化程度的不断加深使系统相对惯量、阻尼下降,不利于电力系统的安全稳定运行。虚拟电机技术可以使电力电子设备模拟传统旋转电机惯量和阻尼特性,解决电力电子化电力系统所面临的安全稳定问题。文中主要介绍了虚拟同步电机和虚拟直流电机技术的基本原理,并描绘了虚拟电机技术在光伏和风力发电、电力电子式变压器、柔性交直流输电和负荷响应控制等方面的应用前景,最后对虚拟电机技术的发展方向进行了探讨。