Methodology to estimate parameters of an excitation system based on experimental conditions

A methodology to estimate the parameters of a potential-source controlled rectifier excitation system model is presented in this paper. The proposed parameter estimation methodology is based on the characteristics of the excitation system. A comparison of two pseudo random binary signals, two sampling periods for each one, and three estimation algorithms is also presented. Simulation results from an excitation control system model and experimental results from an excitation system of a power laboratory setup are obtained. To apply the proposed methodology, the excitation system parameters are identified at two different levels of the generator saturation curve. The results show that it is possible to estimate the parameters of the standard model of an excitation system, recording two signals and the system operating in closed loop with the generator. The normalized sum of squared error obtained with experimental data is below 10%, and with simulation data is below 5%.     

特高压联络线AGC控制策略模型

近年来,中国特高压输电工程的投运,对自动发电控制系统进行有效控制带来了新的挑战。数字仿真是进行系统分析的有效手段,但是,在全过程仿真程序中,还没有一种合适的特高压联络线控制策略模型。针对华北—华中互联电网的1 000 kV特高压交流联络线功率控制动态仿真问题,结合以联络线功率控制为目标的AGC控制性能评价标准——T标准,根据特高压联络线控制的要求和现场运行经验,借鉴CPS标准控制策略模型,根据特高压联络线的输送功率偏差与区域控制偏差ACE的乘积,以及乘积量在电网送端控制区和受端控制区的不同特点,提出了一种基于T标准的自动发电控制策略模型。在全过程动态仿真程序PSD-FDS中进行了模型开发实现。使用实际电网数据证明该模型的有效性,证实T标准策略的控制效果比CPS标准策略有所提高。     

基于模块化多电平换流器的超级电容储能系统高效仿真方法

基于模块化多电平换流器的超级电容储能系统(MMC-SCES)半导体开关器件数量众多,仿真规模庞大,给电磁暂态仿真效率带来了巨大的挑战。针对此问题,基于桥臂戴维南等效电路提出了一种高效的MMC-SCES电磁暂态仿真方法。该仿真运用嵌套快速求解方法对MMC-SCES进行建模,不仅可以大幅降低仿真耗时和保持仿真精度,还可以保留换流器的所有动态变量。搭建了双端MMC-SCES仿真系统,对所提出的高效仿真方法进行了验证。结果表明：相比于基于平均值模型的仿真方法,所提出的高效仿真方法具有更高的精度,能够拟合子模块内部动态变量;相比基于详细开关模型的仿真方法,所提出的高效仿真方法的仿真速度最高可提升约518倍,而仿真的绝对误差标幺化积分则控制在1%以内。     

MEMS IMU随机误差建模在SAR运动补偿中的应用

随着SAR小型化发展趋势,低精度小型化微机电系统惯性测量系统（MEMS IMU）在SAR运动补偿中越来越受到重视。鉴于MEMS IMU 中随机误差较大,为提高其短时间内相对运动测量精度,从IMU测量误差对SAR成像的影响分析出发,采用基于时间序列分析方法对MEMS IMU中随机误差进行建模,并构建Kalman方程对IMU原始数据进行了滤波处理,减小了随机误差,从而降低随机误差在合成孔径时间内对SAR运动补偿的影响。机载SAR飞行试验数据处理结果表明,此方法能够有效的减小随机误差,提高SAR图像聚焦质量。     

基于蒙特卡罗方法的虚拟仪器测量不确定度评估

提出一种数字化虚拟仪器测量结果不确定度的评估方法,其基本思路是利用概率事件仿真技术(Monte Carlo方法)产生服从特定概率分布的随机数来模拟虚拟仪器测量链中的随机误差源,模拟随机误差与采样数据一同进入虚拟仪器信号处理模块,获得一系列伪测量结果,再用伪测量结果的统计标准方差表征虚拟仪器测量结果的不确定度,并运用虚拟仪器设计平台提供的扩展机制,建立了PCI-6024数据采集卡的随机采样误差仿真模块.应用该模块实现对信号有效值测量结果不确定度的评估,并将评估结果与理论值相比较,获得了较好的一致性.     

电力市场环境下考虑风电预测误差的经济调度模型

提出了电力市场环境下考虑风电预测误差的电力系统经济调度模型。对于一定的风电预测值,运用Beta函数对实时可发出力的概率密度分布进行拟合,在考虑预测误差发生概率及其所导致的经济补偿费用基础上,得到统计意义上更为合理的经济调度模型。该模型建立在较为完善的电力市场环境下,计及了发电企业报价需要考虑到的温室气体排放权费用。仿真算例比较了考虑风电预测误差与否对市场出清电价、电网平均购电成本等运营指标的影响。结果表明,所提出的模型能够有效降低电网公司的运营成本,促进资源的优化配置。     

三相全控整流桥的准动态模型

随着大型同步发电机自并激励磁系统的推广应用,三相全控整流桥做为励磁系统的重要部件,其模型误差对电力系统稳定性数字仿真结果有重要影响。三相全控整流板的传统平均值模型不能反映控制角变化时整流桥的非线性动态电压输出,特别是在电力系统故障,输出电压频繁大幅度调整时,模型误差将被显著放大。该文在计算耗时支出较小的前提下,提出基于仿真步长的电压源-变压器-三相全控整流桥的动态模型;即：先对三相全控整流桥触发脉冲形成环节进行模拟,求出触发时刻,再对应计算出整流桥输出在一个机-电互动仿真步长上的平均值,使其反映整流器开放角,换弧过程和电源电压对整流器输出电压的动态影响,从而消除了模型在这个应用范围内的模型误差。该模型可在一个数字仿真步长上反映整流器开放角由大到小变化时的输出电压纹波以及换弧过程对整流器输出电压的动态影响。该模型耕时少,可以用于电力系统稳定性分析和励磁系统控制方式的研究,以及电力系统稳定器PSS的设计和整定计算验证。     

感应电机无差拍模型预测转矩控制研究

传统模型预测控制（MPC）在三相两电平逆变器驱动感应电机系统中需对所有电压矢量进行滚动优化预测,计算成本高,实施难度大。为此,提出一种无差拍（DB）MPC,将滚动优化预测电压矢量从8个减少到3个。通过求解DB电压矢量和对DB扇区的划分,根据空间电压矢量位置确定扇区,只将扇区内矢量进行单步滚动优化预测,输出相对应的最优开关状态。仿真结果表明:DB预测转矩控制在减轻系统计算负担情况下,达到与传统MPC几乎相同的稳态跟踪性能。     

采用随机概率模拟法的多区域联网系统最小生产费用模型

本文介绍一种采用随机概率模拟方法和最优化方法相结合的多区联网最小电力生产费用模拟模型。该模型采用随机概率模拟方法计算每个区域电网发电费用增量曲线。然后根据区域电网发电费用增量曲线和每小时负荷，求解一个非线性最优化主问题，在电力电量平衡，区域电网间联络线容量限制和输电损失等约束条件下，求使联网系统总的电力生产费用最小的各联络线路上电力交换容量。最后，根据联网后各区域电网的电力负荷进行生产模拟，联网前后系统总生产费用之差就是联网的经济效益。     

计及风力发电风险的电力系统多目标动态优化调度

为解决风电的随机性给电力系统调度带来的问题,引入负荷预测误差和风速的概率分布函数来建立负荷及风电功率的随机性模型。基于对负荷及风电功率随机性模型的深入分析,对风电接入将导致系统维持稳定运行的成本增加风险加以考虑。并在约束条件中引入失负荷及风电浪费风险指标,构建计及风力发电风险的电力系统多目标优化调度模型,以实现系统总污染排放量最少和运行成本最低的综合优化目标。采用一种新颖的蝙蝠算法对模型进行求解,并对蝙蝠算法的不足之处进行了改进,有效地解决了该算法迭代后期收敛慢、易陷入局部极值等问题。以含大规模风电并网电力系统为例进行环境经济调度仿真,验证了所提模型及算法的有效性,并进一步分析了相关参数对含风电并网电力系统优化调度的影响。     

Transformer Fleet Optimal Maintenance with Risk Considerations

Abstract

This paper aims at proposing an optimization model for high voltage transformers’ maintenance scheduling to minimize operational cost and risk. The focus of the paper is on the transformer fleet management, and not on a single transformer maintenance procedure or the evaluation of a single transformer failure risk. The proposed methodology takes as inputs the importance (e.g., based on the expected energy not supplied) and failure risk of each transformer (e.g., based on on-line Dissolved Gas Analysis), and the maintenance cost for each transformer. It also considers the main practical constraints in field interventions. As output, the proposed methodology provides the best timing for the maintenance of each transformer from the fleet of interest. The problem has been modeled as mixed-integer linear programming. Eleven months of real data from the Brazilian transmission system are used for setting up the recent history of outages. The following year data are employed to test the effectiveness of the optimization model. The output of the proposed fleet maintenance scheduling tool is the optimum viable intervention calendar for a power transformer fleet within a 52-week horizon. This proposal represents an innovative and robust solution, which can support the operational planning experts’ decision-making process.     

A proximity moving horizon estimator for a class of nonlinear systems

In this article, we present a proximity-based formulation for moving horizon estimation (MHE) of a class of constrained discrete-time nonlinear systems. The cost function of the proposed estimator includes a convex stage cost as well as a Bregman distance for the a priori estimate. This rather general formulation of the cost function allows for a flexible design of the estimator depending on the setting of the problem at hand. We derive sufficient conditions for the global exponential stability of the underlying estimation error. We also investigate the robustness properties of the proposed MHE scheme applied for linear systems subject to unknown process and measurement disturbances in terms of an input-to-state stability analysis. The estimator performance is illustrated by means of simulation examples.     

风电出力偏差成本及其条件风险方法的电力经济调度

含风电电力系统调度中风电实际出力与其计划出力间存在一定的偏差。计划出力过高则需调用系统备用,从而产生高估后的偏差成本;计划出力过低则会出现弃风,从而产生低估后的偏差成本;将风电计划出力费用和高估低估的偏差成本计入目标函数,以火电机组出力、风电计划出力为控制变量,风电实际出力为随机变量,采用条件风险方法(Conditional Value-at-Risk,CVaR)处理带有随机变量的函数,构建了目标函数含风电出力偏差条件风险值的电力系统经济调度模型。对于条件风险方法中概率密度函数难以解析表达的问题,采用蒙特卡罗模拟和解析法相结合,使计算求解简便快捷。通过IEEE 30节点系统仿真表明:该方法可有效解决含风电系统经济调度问题;与传统调度模型相比,总成本费用更低。     

实时电力市场中暂态稳定约束下的阻塞管理模型研究

提出了实时电力市场中基于联营体交易模式的动态阻塞管理模型。该模型将暂态稳定约束下的动态阻塞管理问题描述为调整发电机出力使购电费用增加最小的非线性规划问题,其特点是暂态稳定约束和线路潮流约束均由发电机有功出力调整量表示。采用该模型对新英格兰39节点典型系统进行阻塞管理仿真验算,并将计算结果与静态阻塞管理模型的计算结果进行比较和分析。结果表明本文提出的模型在消除网络阻塞的同时可以确保电力系统的安全稳定运行。     

A multiobjective production costing model for analyzing emissionsdispatching and fuel switching [of power stations]

A model is presented for evaluating cost and employment impacts of effluent dispatching and fuel switching as means for reducing emissions from thermal power plants. Effluent dispatching refers to the operation of a generation system so that power plants with higher emission rates generate less than they would under least cost dispatching. The model is a multiobjective generalization of standard probabilistic production costing algorithms which allows plants to have alternate fuels. It produces tradeoff curves which show the costs and coal field job losses associated with reductions of SO₂ emissions. To illustrate the model's capabilities, it is applied to the state of Ohio's generation system     

考虑故障状态的LCC-HVDC建模方法研究

直流输电系统的参数设计和故障分析依赖于系统建模与仿真,常规详细模型的仿真需要借助实时数字仿真等设备,而现有的简化模型又难以保证故障状态下的准确性,亟需提出新的建模方法以减小简化模型的暂态误差,继而降低直流输电系统的仿真难度与投入成本。为此,文中提出一种基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)的常微分方程(ODE)模型,并将开关函数扩展到兼顾故障运行状态。首先,基于开关函数理论推导出LCC-HVDC的ODE模型;接着分析了自然换相点偏移和换相失败对开关函数的影响,并以此提出一种考虑故障状态的开关函数调制策略;最后结合仿真算例,研究了ODE模型在多种故障状态下的运行特性,并计算对比了仿真误差与运行效率。仿真结果表明,文中ODE模型能够准确反映换流阀的各种故障状态,且具有误差小、效率高的优点。     

基于同相测量一致性的电压互感器误差状态在线评估方法

针对一次电压波动下高维随机矩阵评估方法无法可靠评估电压互感器误差状态的问题,提出一种基于同相测量一致性的电压互感器误差状态评估方法。该方法结合核主成分分析及其重构算法,构造灵敏度更高的评价指标,并计及一次电压波动下多台电压互感器评价指标变化的相似性,构造基于测量同相的多台电压互感器差异性评估指标,削弱一次电压波动对状态评估准确度的影响,并根据差异性评价指标的正负此判断误差极性。仿真实验及现场应用结果表明：改进后的高维随机矩阵评估方法能够可靠地评估电压互感器0.2%的误差异常状态。     

考虑频率波动的孤岛微电网在线三相概率潮流计算方法

为了量化短期源荷功率扰动对频率波动的影响并保证模拟精度,从短期概率潮流问题出发,采用预测分量和随机预测误差分量分别表示风电和负荷的实时扰动功率,同时用一次调频实现扰动功率中随机预测误差分量的平衡,用基于超前控制方式的二次调频实现系统当前功率缺额和扰动功率预测分量的平衡,从而实现了对源荷功率扰动影响的准确量化评估。同时,提出的模型考虑了微电源的三相电压、电流对称控制特性以及可控微电源与负荷的静态频率电压调节特性,精确模拟了孤岛微电网的调频过程以及微电源的三相潮流控制特性,因而大幅提高了三相潮流与频率波动的仿真精度。采用三点估计法实现所建模型的概率评估,并通过IEEE 33节点修正系统的仿真分析验证了所提方法的有效性。     

考虑微网源荷不确定性的旋转备用容量优化

电力市场环境下,为应对微网源荷波动和可控机组随机故障,提升其供电可靠性,提出了一种考虑微网源荷不确定性的旋转备用容量优化方法。计及日前预测误差,采用序列理论对源荷随机概率性序列以及可控机组随机故障序列进行离散化处理,生成微网综合不确定性离散分布模型;在此基础上,以微网运行成本、备用成本和停电损失的总成本最小为目标函数,建立旋转备用容量优化模型,并结合蒙特卡罗与粒子群算法对该模型进行求解,获得各时段的旋转备用优化配置容量。以某地微网系统为例,仿真验证了所提方法的有效性和合理性。     

基于三次样条插值理论的电子式互感器数据同步

介绍了电子式互感器的数据同步问题,并对线性插值和二次插值的同步算法进行分析,指出线性插值算法在谐波次数高的情况下误差过大和二次插值算法在低采样频率下误差改进不明显。提出了基于三次样条插值理论的同步算法,并进行了误差的理论分析和数值仿真计算。理论误差分析表明,该算法相比较于线性插值算法和二次插值算法,误差值至少降低2个数量级;数字仿真验证显示,每周期48点采样时,稳态采样值最大误差约为输入电流最大幅值的0.000 38%,暂态采样值最大误差约为输入电流最大幅值的0.005%,采样值误差均降低2个数量级以上。在包含基频量和高次谐波电量的二次设备中,该算法可降低各采样点的相对误差,方法误差精度均可满足IEC60044标准规定的电子式互感器的误差要求,即稳态测量精度0.2级和暂态分量最大瞬时值误差小于±1%。