微电网的电流均衡/电压恢复自适应动态规划策略研究

含多类型分布式电源的微电网已经成为了未来电力系统的重要发展方向,其中风能和光能在降低化石能源消耗和二氧化碳排放等方面有着极大优势,考虑二者之间强互补性的协同调度已被广泛研究.但风/光协同调度的微电网多关注分钟级的调度或优化问题而非风/光波动下秒级的实时电流按容量比例精准分担,简称电流均衡,而精准电流均衡有助于可再生能源的高比例消纳.因此,本文提出了基于自适应动态规划的微电网电流均衡和电压恢复控制策略.首先,构建包含风电整流型电能变换器和光电升压型电能变换器的广义风光拓扑同胚升压变换器模型,其提供了后续控制器设计的模型基础.其次,本文将电流均衡和电压恢复问题转化为最优控制问题,基于此,每个能源主体的目标函数转化为获取最优控制变量和最小电压/电流控制偏差,进而转化为求解哈密顿?雅克比?贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程问题.基于此,提出了基于贝尔曼准则的分布式自适应动态规划控制策略以求取HJB方程的数值解,最终实现电流均衡和电压恢复.最后仿真结果验证了所提分布式自适应动态规划控制策略的有效性.     

微电网的电流均衡/电压恢复自适应动态规划策略研究

含多类型分布式电源的微电网已经成为了未来电力系统的重要发展方向,其中风能和光能在降低化石能源消耗和二氧化碳排放等方面有着极大优势,考虑二者之间强互补性的协同调度已被广泛研究.但风/光协同调度的微电网多关注分钟级的调度或优化问题而非风/光波动下秒级的实时电流按容量比例精准分担,简称电流均衡,而精准电流均衡有助于可再生能源的高比例消纳.因此,本文提出了基于自适应动态规划的微电网电流均衡和电压恢复控制策略.首先,构建包含风电整流型电能变换器和光电升压型电能变换器的广义风光拓扑同胚升压变换器模型,其提供了后续控制器设计的模型基础.其次,本文将电流均衡和电压恢复问题转化为最优控制问题,基于此,每个能源主体的目标函数转化为获取最优控制变量和最小电压/电流控制偏差,进而转化为求解哈密顿?雅克比?贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程问题.基于此,提出了基于贝尔曼准则的分布式自适应动态规划控制策略以求取HJB方程的数值解,最终实现电流均衡和电压恢复.最后仿真结果验证了所提分布式自适应动态规划控制策略的有效性.     

基于物联网的系统差动保护方法实现

介绍了对未来可再生电能传输与管理系统保护及运行改进,该系统使用固态变压器连接住宅交流和直流微电网到配电系统,并使用故障隔离设备隔离故障线路,提出一种电流差动保护方案来检测基于FREEDM的微电网网络中的故障,该方法使用相量测量单元进行数据同步并最小化测量误差,并采用物联网技术和Wi-Fi通信方案在设备间进行数据监测和互连。然后通过一个仿真FREEDM系统进行测试,在不同位置施加了不同类型和不同故障电阻的故障来证明所提出的保护方法在检测故障状态方面的有效性,利用安全性、可靠性和准确性指标对所提出方法的性能进行了调查。最后设计、实施和测试了FREEDM系统的原型,使用Proteus软件模拟器和实验室进行了测试。测试结果证明,所提出的保护方案以快速、可靠和准确的方式检测和隔离故障状态的效率,该保护方案对于所有故障实现了高达98.825%的准确率。     

高压输电线路单相接地故障自动定位技术研究

为提升高压输电线路故障定位效果,研究了一种高压输电线路单相接地故障自动定位技术。利用暂态行波分量得到线路分布参数模型,通过单、双端线路波速与阻抗获取故障行波特征,计算零序电流补偿系数与故障位置相对电压量,确定故障点电气量与电压,测量单、双端线路行波距离,利用暂态电流功率比确定比例因子并定位故障区间。实验结果表明:设计技术应用后定位故障区间的平均精准度为89.41%,具有一定的应用价值。     

新型直流微网混合断路器拓扑及仿真分析

在直流微电网系统中,由于缺乏电流过零点,电弧的熄灭是一个巨大的问题.为了使直流输电系统发生故障时断路器能够快速无弧分断电路,设计了一种基于零电流开断的新型混合式直流断路器拓扑结构.该拓扑结构不仅能够迅速切断故障电流熄灭电弧,并且解决了基于传统强迫换流原理的混合断路器开断时需要给预充电电容另加额外充电电路的问题.本文详细介绍了提出的拓扑结构工作原理,重点针对电压等级为400V的直流微电网系统建立了混合式直流断路器的仿真模型,通过仿真,验证了该断路器能够快速分断直流故障电流.之后针对不同外电路参数和转移支路参数进行了电流转移特性的仿真,进一步分析了可能影响其分断的因素,为后期直流混合断路器的搭建与试验提供了可参考的依据.     

矿井10kV电网单相接地故障定位的研究

针对现有故障定位方法中所测的工频故障电流微弱与电弧不稳定等问题,提出了一种基于参数识别的故障定位新方法。该方法采用集中参数的Γ模型建立单相接地故障的故障点定位时域方程,并利用暂态时域信息通过最小二乘优化算法来识别出故障点位置。EMTP仿真实验结果验证了在不同故障条件下该方法的准确性。     

高灵敏度和高区分度电压暂降能量指标研究

现有电压暂降能量指标(sag energy index,SEI)的定义中仅使用电压参数,用于电压暂降严重程度评估时灵敏度和区分度较低.结合电压暂降期间的故障电流、故障电压和稳态电流,提出一种电压和电流融合的新型SEI;构建电压暂降传播模型,从理论角度对比分析现有SEI和新型SEI在故障电阻、故障距离方面的灵敏度和区分度...     

矿井供电系统单相接地故障零模特征仿真研究

针对现有基于单相接地故障特征量的选线方法实际保护效果不理想的问题,以某煤矿实际供电系统为研究对象,采用RTDS/RSCAD实时数字仿真系统搭建了矿井供电系统仿真模型,分析了中性点不接地和经消弧线圈接地2种运行方式下线路零模电流、零模电压的故障特征规律,以及不同故障位置、故障初相角、接地电阻对矿井供电系统单相接地故障下线路零模电流时域特征的影响。研究结果表明:(1)中性点运行方式对非故障线路零模电流和母线零模电压的影响可忽略不计,对故障线路零模电流的影响较大;2种运行方式下故障线路与非故障线路零模电流首半波极性相反。(2)故障位置距离母线越远,线路暂态零模电流冲击值越小;线路稳态零模电流受故障位置影响较小。(3)故障初相角越大,线路暂态零模电流冲击值越大,冲击值增长速度越小,故障线路暂态零模电流达到稳态的时间越短;故障初相角不影响线路稳态零模电流幅值,只影响其初相角。(4)接地电阻越大,线路暂态零模电流冲击值及其衰减速度、稳态零模电流幅值越小。     

基于单端故障信息的配电网故障测距

分布式电源(Distributed Generation,DG)分散接入使得基于传统故障特征建立的保护不再适用。为此首先利用变电站出口处采集到的线路单端电压、电流信息,将依据伏安关系求出的故障点电压与依据故障电路方程求出的故障点电压建立等式,得到关于故障距离的一元二次方程。再建立关于配网拓扑结构的修正方程,对流入故障点的电流进行修正。迭代收敛后即可得到确切的故障位置。最后在PSCAD/EMTDC上通过建模验证所提故障定位方法的有效性。仿真结果表明,该故障定位方法不受DG动作特性的约束,也不受过渡电阻的影响,适用于传统配电网以及有源配电网,且具有较高的故障测距精度。     

微电网的二次电压质量控制研究

由于不对称负载的接入,使得微电网中电压质量受到了严重的影响,基于d-q坐标系,通过二次控制策略对微电网的电压质量进行控制补偿.在微电网的控制器中,本地控制器作为基本的控制,配合二次控制器实现电压、电流的输出,通过调节参数来维持微网的稳定运行.二次控制器中对电压幅值、频率、电压不平衡及功率进行控制,实现电压幅值偏差、频率偏差的消除及电压不平衡补偿和功率的均分控制.最后通过仿真实验证明所提控制策略的有效性.     

Distributed Control of Multiple-Bus Microgrid With Paralleled Distributed Generators

A microgrid is hard to control due to its reduced inertia and increased uncertainties. To overcome the challenges of microgrid control, advanced controllers need to be developed. In this paper, a distributed, two-level, communication-economic control scheme is presented for multiple-bus microgrids with each bus having multiple distributed generators (DGs) connected in parallel. The control objective of the upper level is to calculate the voltage references for one-bus subsystems. The objectives of the lower control level are to make the subsystems' bus voltages track the voltage references and to enhance load current sharing accuracy among the local DGs. Firstly, a distributed consensus-based power sharing algorithm is introduced to determine the power generations of the subsystems. Secondly, a discrete-time droop equation is used to adjust subsystem frequencies for voltage reference calculations. Finally, a Lyapunov-based decentralized control algorithm is designed for bus voltage regulation and proportional load current sharing. Extensive simulation studies with microgrid models of different levels of detail are performed to demonstrate the merits of the proposed control scheme.      

新趋近律的直流微电网母线电压滑模控制设计

随着直流微电网技术的快速发展,直流微电网中母线电压的稳定性控制作为直流微电网正常平稳运行的关键,也成为了研究热点之一;针对直流微电网母线电压外环易受参数摄动和负荷扰动的影响,提出了一种扩张状态扰动观测器ESO(Extend state observer)与新型趋近律的滑模控制器NRSMC(New reaching law sliding mode control)相结合的复合控制器ESO-NRSMC;该控制器采用了一种新型趋近律方法来解决抖振现象与滑模面趋近时间之间的矛盾;同时扩张状态观测器将观测到的扰动值补偿到滑模控制器中,进一步提高控制器的抗扰动能力;还构造了Lyapunov函数来验证所设计的母线电压外环闭环控制系统的稳定性;最后通过仿真证明控制器ESO-NRSMC在微电网系统参数发生变化以及负载扰动的情况下,依然能够实现对直流微电网母线电压的稳定控制,具有较强的优越性和鲁棒性能。     

井下电缆在线故障选线及定位方法研究

针对煤矿井下供电系统发生单相接地故障时故障点位置难以确定、现有离线测距方法测距精度低的问题,分析了井下电缆供电系统单相接地故障特征,提出了一种煤矿井下电缆在线故障选线及定位方法。该方法利用供电系统单相接地故障时暂态零序无功功率在选线频带内的极性选出故障线路,利用有些频带的暂态高频信号与故障距离成一定映射关系的特点,将不同条件下发生故障时得到的系统母线零序电压和线路零序电流作为输入样本对小波神经网络进行故障测距训练,从而实现故障定位。Simulink仿真结果验证了该方法的有效性和精确性。     

微电网自适应下垂控制研究

针对微电网并联逆变器采用传统下垂控制方法后输出电压幅值和频率的偏差问题,提出了一种改进的自适应下垂控制方法.该控制方法用渐进性的函数关系代替了传统下垂控制的一次函数,实现了下垂系数的自调整,有效减小了微电网负荷突变等情况下母线电压幅值及频率的波动和偏差.     

基于暂态零序能量的配电网故障选线方法研究

针对中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时因故障边界复杂、随机,故障稳态分量小,零序瞬时功率倒相而导致传统的单一特征量选线方法失效问题,提出了一种新的基于暂态零序能量的选线方法。该方法通过一种数字滤波器来滤除暂态零序电流中的不对称分量和稳态工频分量,得到各条线路零序电流和母线零序电压的暂态纯故障分量,由此构造暂态零序能量,并根据暂态零序能量的大小和方向判断故障类型及线路,即发生单相接地故障时,非故障线路暂态零序能量的方向为正,故障线路暂态零序能量的方向为负,且其绝对值为其余线路暂态零序能量之和;发生母线接地故障时,母线暂态零序能量的大小为其余线路暂态零序能量之和。针对母线暂态零序能量受噪声影响大而导致选线灵敏度低的问题,提出将自动重合闸技术应用到该选线方法中的方案。Matlab仿真结果表明,该选线方法的准确性、可靠性较高。     

虚假数据注入攻击下直流微电网的滑模控制

针对一类控制通讯信道受到攻击下直流微电网系统母线电压波动问题,提出一种基于滑模控制方法的镇定策略,以实现动态控制与快速响应.首先,在直流微电网系统中引入蓄电池储能系统并构建系统数学模型;其次,设计积分滑模控制策略,控制储能系统注入镇定电流以稳定直流母线电压,从而抑制非线性扰动和虚假数据注入攻击对系统性能的影响;然后,借助适当的Lyapunov泛函,得到确保滑动模态渐近稳定和滑模面可达性的充分条件,保证直流微电网系统能够实现对负载需求的迅速响应及稳定运行;最后,通过Matlab数值仿真验证所提出的滑模控制策略的有效性.     

分布式电源的微网故障分析及保护方案研究

分布式电源大多是通过母线并入配电网,但是分布式电源直接接于配电网线路上与通过母线接入情况不同,分布式电源接于线路上,线路中间增加多余的支路,对线路两侧的电流大小方向造成影响,传统的方向保护无法正确动作。通过分析含有分布式电源的配电网线路两侧的故障电流特性,提出了采用基于正序故障分量的方向元件来判断故障的方法,用PSCAD软件建立了分布式电源直接接于线路上的配电网模型。仿真结果表明,基于正序故障分量的方向保护元件能有效的解决DG在线路并网的配电网问题,其有效性不随分布式电源容量的变化而变化,不随故障类型的变化,且耐过渡电阻能力强。     

基于LabVIEW和PXI的某装备组合故障诊断系统设计

为了解决某装备电子组合故障诊断过程中诊断效率低的问题,设计并研制了基于LabVIEW软件和PXI总线技术的电子组合故障诊断系统。首先,采用PXI总线技术和多通道转换测试技术,将大量被测参数送到固定的测试点;其次,使用LabVIEW编程语言,将组合的所有被测参数一次性全部获取、储存与显示,并依据技术指标给出故障诊断结果和故障排除方法。实验结果表明,该系统具有数据获取快、测试效率高、故障诊断准等优点;经实践应用证明,该故障诊断系统操作简单、携带方便,是对某型装备电子组合进行测试和诊断的理想工具。