智能电网调度控制系统图形广域维护与浏览技术

随着电网互联和特高压交直流混合跨区输电的快速发展,电网运行特征发生了深刻变化,对大电网运行监控画面也提出了新要求。文中针对现有智能电网调度控制系统画面浏览方式无法满足在同一幅画面中集中监视跨调度机构的特高压联络线的问题,提出一种电网图形广域维护和浏览方式。该方式通过引入设备模型广域检索、广域文件统一管理和推送、画面广域模型的定义和维护、实时画面广域浏览等技术,实现特高压互联电网关键设备的一体化监视。该技术已在调控中心试点应用,满足送受端国调分中心、省调对特高压跨区交直流设备运行状态和运行风险提示的实时监控需求。     

特高压直流运行风险评估技术研究及应用

特高压直流输送容量大、外部运行环境复杂、一二次设备繁多,一旦故障将对送受端同步交流电网造成较大影响,实时运行中亟需研究构建特高压直流运行风险评估技术。构建了特高压直流运行风险评估总体框架,描述了直流一二次设备建模情况,提出了针对特高压直流运行特点的在线分析关键技术,最后给出了直流闭锁、再启动和换相失败、多馈入短路比等核心分析模块。相关成果已在相关调度机构部署,保障了特高压互联电网的安全运行。     

特约主编寄语

随着我国特高压交直流混联电网规模的不断扩大,电网大范围优化资源配置能力得到了显著提升。与此同时,也对电网保护与调控系统提出了新的挑战:特高压电网交直流、送受端耦合日益紧密,存在局部故障影响全局的安全风险;新能源机组、直流输电大规模投产使得电网调节能力严重下降;电力电子设备及其控制系统与传统交流系统交织,使得系统呈现出复杂的动态特性。因此,关于交直流混联电网安全运行关键技术的研究亟待开展。     

特高压直流故障下源网荷协调控制策略及应用

特高压直流大功率失去将对受端电网安全运行造成严重冲击。文中针对特高压直流大功率失去下的频率恢复、直流近区输电断面过载、联络线功率超用,以及系统旋转备用不足等稳态控制问题,提出了源网荷协调控制策略。利用可中断负荷,建立调度—营销协同及省地一体化的负荷控制架构,实现特高压故障情况下发电、负荷及电网的协调优化控制,为特高压受端电网应对直流大功率失去下的调度故障处置提供了参考及借鉴。     

国家电网分布式协同仿真联合反事故演习平台

中国特高压互联电网电气联系紧密、整体性增强等新特点迫切需要建设国家电网分布式协同仿真联合反事故演习平台以支撑国家、区域及各省电力调度控制中心（简称国分省调）调控人员协同管理运行特高压电网技能的培训与演习的需求。以实现国分省级电网调度员培训仿真系统的广域互联为目标,在智能电网调度控制系统系列标准基础上,设计了演习平台的整体框架,包括设计原则、系统框架及应用流程,提出了交互分布式协同仿真运行支撑、联合教案分布式协同制作、多级电网分布式协同仿真以及分布式教员支持等一体化协同仿真关键技术,并结合国家电网联合反事故演习平台工程予以整体研制、实施和应用验证。应用效果表明,所研发的成果能够准确地模拟特高压交直流电网正常、异常及故障工况下的运行状态,为国分省调调控人员提供逼真的特高压电网联合反事故演习环境,有效提高受训人员协同运行管理特大电网的能力。     

大电网安全稳定沙盘推演系统

电网调控运行需要有可视化程度高、可展现故障发展和演化的系统作为大电网在线分析及评估系统的重要构成。而华中电网位于特高压互联电网中枢,特高压交直流之间、特高压直流送受端电网之间、特高压与超高压电网之间耦合关系复杂,对于提升大电网调控能力的自动化高级应用功能需求强烈。本文引入军事领域的沙盘推演概念,基于现有调度自动化系统,给出了"大电网安全稳定沙盘推演系统"建设方案,并在华中电网建设了示范系统。     

省级电网实时自动运行技术研究综述

针对特高压交直流混联电网运行特点,对现有及未来将应用的电网调控技术能够实现省级电网实时自动运行的程度及范围做了研究评估。对综合智能分析与告警、在线安全分析、动态特性分析、调控一体化等现有电网调控运行框架技术做了综述;分析论证了这些技术如何经深化应用和整合,全方位深层次地主导负荷平衡、电压控制、限额控制、倒闸操作、风险评估预警、故障协同处置等调控运行主要业务,通过SCADA、 AGC、 AVC、遥控倒闸操作等底层技术手段,实现特高压交直流混联电网频率、电压、安全性的多目标自动闭环控制,实现电网实时运行阶段的自动运行;对大数据分析、调控云平台、调度机器人、人工智能等新技术如何在电网调控的应用上全面深层次地辅助人工工作的前景做了研究和展望。     

交直流大电网混合实时仿真（SMRT）平台研发与工程应用

为更准确、高效地研究南方电网受端多回直流换相失败、交直流复杂电网交直流相互影响、受端电网电压稳定和交直流电网稳定控制等问题,提出了研发基于RTDS实时仿真器与并行计算机联合闭环运行的电磁暂态-机电暂态混合实时仿真平台（supermixedreal-timesimulation,SMRT）。系统阐述了SMRT平台的架构和关键技术,即大规模电网实时机电暂态仿真技术、电磁与机电暂态全序量交互技术、RTDS与计算机仿真接口的数字化高速通信技术等。介绍了其在南方交直流互联大电网复杂系统运行分析、控制研究及运行人员培训中的应用。     

强直弱交区域互联大电网运行控制技术与分析

结合华中西南电网运行实际,提出在特高压工程建设过渡期系统强直弱交背景下,区域互联大电网的主要运行风险和控制措施。首先阐述了华中西南电网的强直弱交、直流送受并重的结构特征,分析了华中西南强直弱交区域互联大电网的主要安全风险,包括特高压交流联络线功率波动、特高压直流故障、直流受端交流系统故障和送端500 k V交流系统故障,对比了交直流故障影响。最后,针对当前的运行风险,提出防控措施,主要包括运行方式预控、配置和优化安全控制措施、优化电网第三道防线等。     

直流送端电网二三道防线集成监视及分级预警

从保障特高压交直流重要送端的宁夏电网安全稳定的实际需求出发,提出了直流送端电网二三道防线集成监视及分级预警功能的总体框架。阐述了实现该功能的策略结构化建模、控制措施冲突检测、当值策略可实施性评估和分级预警等关键技术。介绍了该功能在宁夏电网的工程实践应用情况。试运行结果表明,该功能能够根据二三道防线策略模型及控制措施冲突检测情况,对当值策略进行可实施性评估和在线校核,为调度运行人员提供分级预警信息,可及时发现电网运行中存在的安全隐患和潜在风险,保障电网安全稳定运行。     

整流器主电路开路故障诊断及容错控制研究

针对牵引变流器故障中较常见的开关管开路故障,提出一种故障诊断和容错控制新方法,可在不增加传感器的基础上,准确、迅速地诊断/定位任意开关管开路故障,并在此基础上,实施所提出的新型容错控制方案,使得变流器在任一开关管开路情况下,仍能保持全功率运行。其中,诊断/定位方法无需增加任何传感器,利用变流器控制所必须采集的输入和输出电压信号作为参考量,诊断过程与控制触发信号及负载变化无关;容错控制方案需增加5组外部开关,改变变流器与变压器绕组的连接方式,在不改动原有设备的基础上,保障容错控制目标,新加入的开关工作在零电压零电流条件下。通过试验样机和测试结果验证了理论分析的有效性。     

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。     

Two‐stage Kalman filter‐based actuator/surface fault identification and reconfigurable control applied to F‐16 fighter dynamics

In this study, an active fault‐tolerant control technique with reconfiguration against actuator/surface failures is presented. A two‐stage Kalman filter is designed in order to identify the control distribution matrix elements that correspond to the faulty actuator/surface; thus, the control reconfiguration is carried out using this identified control distribution matrix. The actuator/surface fault identification problem is solved through two jointly operating Kalman filters: the first one is for the estimation of the control distribution matrix elements that correspond to the faulty actuator/surface, and the second one is for the estimation of the state variables of the aircraft model. A structure for the active fault‐tolerant aircraft flight control system with reconfiguration against actuator/surface failures is presented. A control reconfiguration action is taken in order to keep the performance of the impaired aircraft the same as that of the unimpaired aircraft. In simulations, the nonlinear flight dynamics of an AFTI/F‐16 fighter model is considered, and the performance of the proposed actuator/surface failure identification and reconfigurable control schemes are examined for this model. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Adaptive fault tolerant control against actuator faults

This paper investigates the problem of adaptive fault tolerant control for a class of dynamic systems with unknown un‐modeled actuator faults. The fault model is assumed to be an unknown nonlinear function of control input, not in the traditional form in which the faults can be described as gain and/or bias faults. Using the property of the basic function of neural networks and the implicit function theorem, a novel neural networks‐based fault tolerant controller is designed. Finally, the lateral dynamics of a front‐wheeled steered vehicle is used to demonstrate the efficiency of the proposed design techniques. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种实时高精度故障录波系统同步控制方法

针对目前国内故障录波器存在的录波文件数据不连续、功能单一、分析困难的问题,研究基于多处理器同步控制的故障录波数据监测系统,测试各功能在各处理器模块中的执行时间以及各模块接口访问速度,设计一种统筹方法优先处理故障数据,兼顾低优先级任务,同步控制各处理模块内部及模块接口任务逻辑切换,并留有一定的时间裕量,保证录波文件完整连续、录波数据精确可靠,实现故障录波系统多功能并行处理,达到了对电网进行长期有效监测的目的。     

基于SDW-LSI算法的风力机故障估计与容错控制

为了解决风力机桨距执行器故障导致的桨距角动态响应变慢和输出功率波动的问题,基于辨识理论和解析理论,提出了故障估计和容错控制方法。采用欧拉变换将二阶传递函数转化为辨识方程。利用滑动数据窗最小二乘迭代辨识算法估计桨距系统中的自然频率和阻尼系数。根据解析理论推导补偿函数,将所估计的参数反馈到补偿函数中,调整故障前后系统的关系,从而解决桨距角变慢和输出功率波动的问题。最后,选取桨距执行器液压油空气含量过高故障验证算法的可行性。     

开关磁阻电机功率变换器的故障诊断与容错策略

功率变换器是开关磁阻电机系统的中枢执行机构,也是系统中最容易出现故障的薄弱环节.本文分别从非线性模型仿真和实验两方面对不对称半桥功率变换器的单相故障进行了研究.基于傅里叶变换讨论了功率变换器故障后相电流频谱的变化规律,提出了相对谱比系数的概念,并将其作为故障特征量以实现功率变换器的故障检测.通过对比不同工况条件下的实验结果,分析说明了相对谱比系数具有良好的鲁棒性.最后给出了一种变角度容错方案,有效降低故障相产生的制动转矩,提高系统的可靠性能.实验结果验证了该文故障诊断与容错方案的有效性.     

Robust actuator fault compensation accounting for uncertainty in the fault estimation

We propose a fault tolerant control scheme that compensates for actuator faults by adjusting the controller gain based on an estimate of the fault magnitude. The scheme consists of a plant in closed loop with an observer‐based feedback tracking controller, which is adapted to the fault situation diagnosed by a fault detection and isolation algorithm. We give conditions for correct fault detection and isolation and for robust closed‐loop stability accounting for possible errors in the fault estimation. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于修正开关模式的三相整流器故障容错控制

通过分析三相桥式脉宽调制(PWM)整流器的开关管开路故障时空间电压矢量的变化情况,提出一种基于修正开关模式的开关管开路故障容错控制算法,对比分析修正前后电压矢量的变化,给出具体的实现方法。该方法对于单管和多管同时开路故障均能实现容错控制,能较好地改善故障下三相电流平衡度,减小直流侧电压纹波,提升系统性能和可靠性,实现算法简单,无需增加硬件电路。仿真与实验验证了该方法的有效性。     

微电网故障暂态分析及抑制方法研究

建立了含电感型故障限流器的微电网等效分析模型,通过仿真算例分析了微电网的故障暂态现象,并验证了应用故障限流器抑制微电网故障暂态的方法。针对不同运行模式下发生不同类型、不同地点的故障情况,详细分析了含故障限流器的微电网系统的电压、电流、频率以及功率的故障暂态恢复特性。研究结果表明,安装了电感型故障限流器的微电网系统在发生故障时无论处于何种工况,都能很快地恢复到稳定运行状态,为发展微电网的故障暂态抑制策略提供了一种实际可行的有效方法。