含分布式电源的配电网电能质量扰动源定位研究

针对含分布式电源的配电网产生的电压骤降、短路、高斯噪声以及电源产生的谐波输出等一系列问题,提出了一种精确判断扰动源位置的方法,旨在提高电能质量水平。根据分布式发电机配电网的拓扑结构和电能质量监测信息,利用离散小波Mallat变换提取高频扰动的分量,根据高频扰动能量的正负对扰动的方向进行判断。同时采用遗传算法,利用高频扰动能量来设置扰动权重因子,突出强信号在定位过程中的作用,从而对扰动源进行精准定位。仿真结果表明,此方法准确性比较高且容错性较好,对电能质量监测仪的安装位置和个数方面,也具有指导意义。     

基于改进扰动功率法的电压暂降源定位

面对引发电能质量问题的电压暂降,结合电力系统中常见的短路故障类型,提出一种改进的扰动功率法。取扰动电压和扰动电流的乘积作为扰动功率,根据线性电路的叠加原理,故障网络可以等效成正常状态和扰动分量的叠加,利用瞬时扰动功率或其半周波平均值的极性来定位暂降源,最后搭建模型,通过Matlab仿真,结果表明提出的改进的扰动功率法可以准确定位暂降源。     

基于概率神经网络的电压暂态扰动分类

概率神经网络主要应用于模式识别、分类等问题,有很多优良的性质,但结构上固有的2个缺点限制了其应用。文中通过把测试样本由线性不可分转化为线性可分,在不改变概率神经网络结构的条件下,对其2个缺点进行了改进,扩大了方法的应用范围。经电压暂态扰动分类的仿真验证了改进后的方法可取得更高的正确率。     

基于扰动功率小波奇异熵的电压暂降源定位

针对现行的电压暂降源定位方法在含有变压器以及复杂电网结构场景下准确度较低的问题,提出一种基于扰动功率小波奇异熵的电压暂降源定位法。首先,基于电能质量监测仪采集到电压电流波形数据计算得到瞬时有功和无功功率,获得加权瞬时扰动有功功率和无功功率;然后,通过小波变换,奇异值分解,结合信息熵原理得到扰动功率的小波奇异熵值,由小波奇异熵值的大小来确定电压暂降扰动源的相对位置;最后,仿真和实例分析证明了所提方法的有效性和准确性。     

基于改进CVT的暂态电压扰动监测技术研究

为解决现有电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)无法对电力系统暂态电压扰动信号精准监测问题,本文通过在原有CVT低压端串联大电容C₃,设计了一种基于CVT,适用于500 kV系统的暂态电压扰动监测装置。通过建立模型,对装置的低压及二次回路对频响影响进行仿真。借助实验平台对该装置性能进行了评估,结果表明装置暂态特性、线性度、频率响应性能、波形跟随特性均满足技术指标要求,目前该装置在现场工作良好。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器控制

基于扰动观测器(DOB)的原理,结合PWM电压源型逆变器受控对象的特点,为逆变器提出了一种新的控制策略,并设计了相应的附加型扰动观测器。将附加型扰动观测器作为补偿器添加到传统的双环反馈控制系统中,提高了逆变器输出的抗干扰性能和动态响应速度。这种附加型扰动观测器结构简单、实现时所需计算量小且不需要增加新的采样信号,适合工程应用。在基于DSP MC56F8323的PWM逆变器系统中对新的控制系统和传统的控制系统进行比较,该附加型扰动观测器的有效性和实用性得到了验证。     

基于集合Kalman滤波的暂态电压扰动检测

随着电力系统中非线性负荷的增加,由暂态电压扰动引起的电能质量问题越来越严重,对暂态电压扰动信号的检测成为改善电能质量的关键。基于集合Kalman滤波方法进行暂态电压扰动检测分析,结合暂态电压扰动特点,构造了集合Kalman滤波的背景集合。由k-1,k-2时刻的电压状态修正值组成背景集合,然后进行递归运算,提取出实时的电压幅值,从而定位暂态扰动发生的起止时刻以及跟踪突变的幅值。仿真结果表明,所提方法能快速检测到电压暂降/突升、暂态电压脉冲信号发生的起止时刻,跟踪到突变幅值。其对谐波加电压暂降混合扰动信号的扰动起止时刻以及混合扰动信号中基波、谐波的幅值的跟踪也非常有效。所提方法总体优于传统的Kalman滤波法和有效值法。     

基于多源暂态信息融合的单端故障定位方法

该文深入剖析故障暂态信息产生、传输、传变的机理,提出一种基于多源暂态信息融合的输电线路单端故障定位方法。根据故障暂态信号的传输过程和折反射机理,定性分析不同故障位置暂态信号的时-频差异性,揭示故障位置和时频特征量之间的内在联系,挖掘暂态信息中能够充分体现时频域差异性的五种典型故障特征量：各次暂态浪涌到达时间差、幅值、极性,各次暂态浪涌高低频电压幅值比和主频分量波速度。利用五种故障特征量,构建暂态信息融合矩阵,量化分析不同故障条件下,暂态信息矩阵的相似性和差异性,进而实现电力线路的准确故障定位。该文所提方法融合多源暂态特征量,有效地克服了现有故障定位方法对单一特征量准确提取的严重依赖,具备较强的容错性能。理论研究和大量算例分析结果表明：所提定位方法受故障条件影响小,在线路发生末端高阻故障或者电压过零点故障时,仍能准确定位故障位置,可靠性高。     

基于流式计算的暂态电压扰动并行实时监测技术

暂态电压扰动模式识别面临两个挑战,一是局限于单一监测点的扰动识别不能准确解释复杂扰动的完整过程,另一是离线分析很难满足辅助决策实时性的要求。提出基于Storm流式计算框架,结合logstash和Kafka消息中间件,构建面向多监测点的实时数据监测处理平台。采用滑动时间窗口算法,实现Storm编程逻辑拓扑。通过设置基本时间窗口大小和数量,实现面向区域电网的多时空尺度、多业务模型的暂态电压扰动模式识别。实验结果表明,合理设置Storm组件的任务数目能够最大限度发挥并行处理能力。通过仿真数据测试得到的吞吐量和平均处理延迟结果,能够满足电网对流数据实时处理的高吞吐量、可扩展性、实时性和准确性的要求。     

带分布式电源的配电网电能质量扰动源定位

为实现带分布式电源的智能配电网发生电能质量扰动时的自动精确定位,提出了一种粒子群优化算法和矩阵算法结合的电能质量扰动源自动定位算法。采用矩阵描述配电网拓扑结构和电能质量监测信息,建立了矩阵粒子群优化模型,构建了一种新的评价函数,通过矩阵粒子群迭代进行全局寻最优解。MATLAB仿真表明,该算法能实现在接入分布式电源情况下的扰动源自动精确定位,并具有定位准确、收敛性好、容错率高等优点。     

A Dual-loop Model Predictive Voltage Control/Sliding-mode Current Control for Voltage Source Inverter Operation in Smart Microgrids

Abstract

The design of a robust controller for the voltage source inverter is essential for reliable operation of distributed energy resources in future smart microgrids. The design problem is challenging in the case of autonomous operation subsequent to an islanding situation. In this article, a dual-loop controller is proposed for voltage source inverter control. The outer loop is designed for microgrid voltage and frequency regulation based on the model predictive control strategy. This outer loop generates reference inverter currents for the inner loop. The inner loop is designed using a sliding-mode control strategy, and it generates the pulse-width modulation voltage commands to regulate the inverter currents. A standard space vector algorithm is used to realize the pulse-width modulation voltage commands. Performance evaluation of the proposed controller is carried out for different loading scenarios. It is shown that the proposed dual-loop controller provides the specified performance characteristics of an islanded microgrid with different loading conditions.     

电压源换流器高压直流输电不平衡控制策略研究

针对常规控制下电压源换流器(voltage source converter, VSC)对交流系统电压不平衡敏感特性,避免电网不平衡引起的直流侧电压二次脉动通过直流线路传播到相邻换流站,该文对VSC进行功率分析并研究其不平衡控制策略。在对换流站进行功率特性分析的基础上,采用了网侧与VSC侧复合功率控制策略,推导了不平衡条件下功率外环指令电流模型,设计了ab静止坐标下离散滑模内环控制器。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了VSC-HVDC模型及其离散化内环滑模控制器,两侧换流站分别发生电网不平衡故障,仿真结论验证了该控制策略的有效性。     

基于零序电压注入的模块化多电平变流器故障容错控制

随着模块化多电平变流器(MMC)在高压大功率电能变换领域的应用日渐增多,其故障带来的损失将显著增加。为了解决上述问题,文中提出了一种针对三相三线制系统的MMC容错控制策略。利用电容电压冗余排序方法克服普通载波层叠脉宽调制方法所固有的功率不均衡;在详细阐述不同容错控制方案的基础上,提出零序电压注入方法,以保证线电压恒定为基本思路,对超出临界电压区间的调制波进行重构,使MMC具有可靠的故障穿越能力。最后,以一台4.5kVA的三相MMC样机为例进行了实验验证,实验结果验证了所述方案的正确性和可行性。     

用小波变换和瞬时功率定位电能质量扰动源

为经济合理地精确定位电能质量扰动,根据监测点的电压电流波形,基于小波多分辨率,提出了一种扰动源定位新方法。该法首先对电压电流波形进行小波变换确定扰动的起止时刻,然后基于瞬时功率计算扰动功率和扰动能量,最后通过分析确定扰动源在监测设备的位置。针对电压暂降和电容器投切造成的扰动,运用此法分别依据ATP仿真数据和实际监测数据进行了分析,准确判断了扰动源在监测点的位置。结果表明,只要电网中的监测设备足够多,依据对扰动源定位的方法可实现扰动源的精确定位。     

基于改进扰动功率和能量法的暂态扰动定位

功率和能量法是一种定位电能质量扰动问题的常用方法,但它在定位向系统注入能量的扰动类型时,会发生原理性错误。文中对此进行了改进,提出一种基于改进功率和能量法的暂态扰动定位方法。改进法结合了扰动初始能量的极值和扰动初始电压的极值,使其可以同时处理向系统注入能量的扰动和系统释放能量的扰动。改进方法不需要在定位前对暂态扰动进行分类,就可以对2类暂态扰动进行准确的定位。对比仿真分析表明,改进方法达到了准确定位2类暂态扰动的目的。     

基于滑模电压控制的PWM整流器研究

建立了同步旋转坐标下三相电压型PWM整流器的非线性数学模型,针对目前三相PWM整流器动态性能较差的特点,对电压外环提出了一种基于同步旋转坐标系的滑模控制算法,电流内环采用前馈解耦控制.最后建立了仿真模型并与传统PI控制进行了对比仿真,结果表明基于该方法能实现无功电流和有功电流的解耦控制,系统能保证很高的功率因数,输出电压恒定,能适应负载的扰动和非线性变化,具有很好的静动态性能.     

利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估

近年来,随着大量电力电子装置接入电网,次同步振荡越发复杂,难以准确判断振荡的主要诱发因素或元件。应用暂态能量流进行次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估。提出了次同步振荡分析中暂态能量流的计算方法,将元件端口瞬时电压、电流从abc坐标系转换到xy坐标系计算暂态能量流。然后在汽轮发电机组多质量块详细模型下推导了能量流的组成,包括暂态能量和阻尼消耗的能量,说明了次同步振荡中暂态能量流和阻尼的关系,若元件吸收能量,则具有正阻尼。次同步强迫振荡中扰动源不断发出能量,通过计算网络中的振荡能量流和能流功率,即可定位扰动源。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下搭建了不同算例进行仿真研究,结果验证了所述方法的有效性。     

基于10kV配电网的电压暂降源的定位与识别

提出了一种基于10kV配电网的电压暂降源定位与识别的方法。利用有限的监测点采集的数据,根据电压暂降发生时系统中能量的流动变化,判定电压暂降源相对于监测点的位置;从三相电压是否平衡、暂降深度、有功功率变化和电压总谐波畸变率等方面研究了几种常见电压暂降源的特征;根据各类电压暂降源的特性以及仿真试验提取相应的特征量并设立判据,从而实现了对线路故障、感应电机启动和变压器投运引起的电压暂降的识别。