无源性非线性控制策略的研究与应用

针对传统控制器在设计时常忽略与系统能量相关的问题,文中给出一种无源性控制策略,并将其应用于阻性负载的单相电流型PWM逆变器中。该控制策略主要是从能量角度分析逆变系统,根据在系统中注入阻尼,重新分布逆变系统能量的方法,使系统能够全局稳定。该方法无需将系统中的非线性因素完全抵消,即可实现电压、电流的渐近跟踪。仿真结果证明此无源性控制策略具有较好的鲁棒性,以及良好的稳态和动态性能,即使负载发生大范围变化,系统仍能保证稳定运行。据此也说明所述方法的正确性和有效性。     

直流微电网的储-荷虚拟直流电机优化控制技术

为提升虚拟直流电机（VDCM）控制对直流微电网的电压惯性与阻尼支持能力,并改善负荷侧的电压响应,提出了储-荷VDCM优化控制技术。通过类比直流电机的外特性建立储能侧和负荷侧VDCM动态模型。对VDCM控制进行改进,在储能侧对系统提供惯性支持,在负荷侧对系统施加阻尼控制,从而消除储能侧VDCM中电压惯性和阻尼的冲突,为系统母线提供足够的动态支撑。在此基础上,设计负荷侧惯性灵敏度控制环节,使储-荷VDCM能够为负荷提供灵活可控的电压惯性。根据李雅普诺夫稳定理论,分析所提VDCM优化控制对系统的稳定支持作用,根据分析提出参数优化方案,并利用时域仿真分析,验证所提控制策略的有效性。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

基于超级电容的新能源惯量-阻尼-电抗综合模拟控制方案

光伏、风电等新能源发电大规模接入电网逐步替代传统同步机,导致电网惯量和阻尼水平不断下降,威胁电网安全稳定运行。针对上述问题,提出了一种基于超级电容的新能源惯量阻尼电抗综合模拟控制(composite inertia-damping-impedance emulation control, IDIE)方案。通过联立同步机转子运动方程和超级电容功率动态方程,并结合同步机功率传输方程,设计了通过控制超级电容有功功率以综合模拟同步机旋转质量、阻尼绕组和绕组电抗三者物理特性的核心算法。并利用小信号稳定性分析对方案关键参数进行优化。最后,基于控制器硬件在环试验在各种暂态工况下对IDIE方案进行了评估。结果表明,IDIE方案在灵活模拟同步机惯量的同时,可通过配置优化模拟阻尼和模拟电抗,保障频率稳定性,支撑电网动态运行。     

Ultra-Damping Composites Enhanced by Yolk–Shell Piezoelectric Damping Mechanism

High-performance damping materials are significant toward reducing vibration and maintaining stability for industrial applications. Herein, a yolk–shell piezoelectric damping mechanism is reported, which can enhance mechanical energy dissipation and improve damping capability. With the addition of yolk–shell particles and carbon nanotube (CNT) conductive network, damping properties of various resin matrices are enhanced with the energy dissipation path of mechanical to electrical to heat energy. Particularly, the peak loss factor of epoxy composites reaches 1.91 and tan δ area increases by 25.72% at 20 °C. The results prove the general applicability of yolk–shell piezoelectric damping mechanism. Besides, the novel damping materials also exhibit excellent flexibility, stretchability, and resilience, offering a promising application toward damping coating, indicating broad scope of application in transportation and sophisticated electronics, etc.     

LCL型并网逆变器临界无源阻尼参数设计

LCL滤波器因其良好的滤波性能被广泛应用于并网逆变器系统中。然而,LCL滤波器的固有谐振特性以及数字控制延时会严重危及系统稳定性。为提高系统鲁棒性,工程上通常采用无源阻尼方法以抑制滤波器谐振。由于滤波器谐振问题受多种因素影响,阻尼电阻的选取标准通常是模糊的。为准确、高效地设计阻尼电阻,文章结合阻尼电阻与滤波电容串联和与滤波电容并联两种典型无源阻尼方法,推导分析了“临界阻尼”指标。当系统阻尼大于临界阻尼时,LCL滤波器幅频特性曲线上的谐振峰被完全抑制,同时以最少的无源阻尼损耗为代价,充分保证了基于LCL滤波器的并网逆变器系统稳定性。此外,文章在PLECS软件中进行三相并网逆变器系统仿真,仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼协同控制方法

大规模新能源接入电网增加了弱阻尼振荡模式被激发的风险。首先,考虑同步发电机和光伏的动态特性,建立了详细的小信号模型,分析了光伏对低频振荡模式的影响,提出了含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼控制架构,实现光伏-同步机协调阻尼控制;然后,以特征值分析结果为依据,提出了广域阻尼控制参数的优化模型,并对控制参数进行优化整定;最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建了含光伏电站的四机两区域系统电磁暂态仿真模型,验证了所提广域阻尼控制方法的有效性。     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。     

Power system transient stability assessment based on the multiple paralleled convolutional neural network and gated recurrent unit

In order to accurately evaluate power system stability in a timely manner after faults, and further improve the feature extraction ability of the model, this paper presents an improved transient stability assessment (TSA) method of CNN?+?GRU. This comprises a convolutional neural network (CNN) and gated recurrent unit (GRU). CNN has the feature extraction capability for a micro short-term time sequence, while GRU can extract characteristics contained in a macro long-term time sequence. The two are integrated to comprehensively extract the high-order features that are contained in a transient process. To overcome the difficulty of sample misclassification, a multiple parallel (MP) CNN?+?GRU, with multiple CNN?+?GRU connected in parallel, is created. Additionally, an improved focal loss (FL) function which can implement self-adaptive adjustment according to the neural network training is introduced to guide model training. Finally, the proposed methods are verified on the IEEE 39 and 145-bus systems. The simulation results indicate that the proposed methods have better TSA performance than other existing methods.     

虚拟同步机惯量及阻尼系数协调优化方法

为了提升虚拟同步机(virtual synchronous generator,?VSG)在各种扰动下的动态响应,提出了一种虚拟惯量及阻尼系数的参数协调优化方法。推导了VSG有功指令与输出电磁功率之间的二阶传递函数,定量分析了VSG动态响应特性与虚拟惯量及阻尼系数的关系。在扰动的初期调整两参数使VSG呈欠阻尼状态实现加快调节,在扰动后期则使VSG呈过阻尼状态来减小超调,兼顾功率调节速度和频率稳定性,降低储能充放电深度。最后,基于Matlab-Simulink仿真软件开展了VSG出力扰动和电网故障扰动下的仿真,对比参数优化前后的动态响应。结果验证了所提优化方法的优越性及稳定性,可以有效提升VSG的动态响应能力,延长VSG储能寿命。