基于对称控制的三相并网变流器单输入单输出阻抗建模与分析

三相并网变流器的不对称控制结构会导致频率耦合效应,降低其接入弱电网的稳定裕度,增加了阻抗分析的复杂度。首先,该文提出一种三相并网变流器的对称控制策略,以消除由锁相环和直流电压环引起的频率耦合效应。该控制策略通过在控制环路中引入直流电压环q轴补偿,以形成对称的直流电压闭环结构,同时引入对称锁相环,消除传统锁相环的非对称动态特性。因此,三相并网变流器可建模为单输入单输出的阻抗复矢量形式,进而可采用标准奈奎斯特准则进行阻抗稳定性分析,能够直观地说明控制器对系统阻抗特性的主导作用。然后,对并网变流器的阻抗特性进行分析,得出弱电网中对称锁相环的带宽对系统稳定性有着至关重要的影响,并且,不同运行工况也会改变并网变流器的阻抗特性,进而影响系统的稳定性。最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略对频率耦合效应抑制的有效性以及阻抗特性分析的准确性。

基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统设计

针对既有铁路防灾监测系统灾害情景预测能力低、主动防控水平差,以及灾害风险发生、发展、演化的路径和应对策略效能评估能力不足等问题,采用数字孪生和基于模型的系统工程(MBSE)技术重新设计铁路防灾监测仿真推演系统架构,采用系统建模语言(SysML)定义系统需求分析、功能架构、逻辑架构和物理架构;研制集铁路环境情景数据采集、孪生监控、情景仿真、情景推演、情景应对、数据资源管理等功能为一体的铁路防灾监测仿真推演系统。结果表明:提出的基于数字孪生和MBSE的铁路防灾监测仿真推演系统可提供新的灾害在线推演预测能力,从根本上改变响应式的灾害防控模式,可为铁路防灾监测系统的数字化转型及预测性主动防控升级提供重要的架构指导和技术支撑。

单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。

基于储能的非电气化铁路新型牵引供电系统架构及关键技术

为解决非电气化铁路采用110 kV/220 kV强网传统方案构建电气化铁路牵引供电系统难度大、成本高的问题,提出一种基于储能的以风、光等新能源为主体的新型牵引供电系统。分别从储能技术类别、工作原理、数学模型和典型应用等方面对新型牵引供电系统进行总结,阐明适配新型牵引供电系统的储能技术属性,阐述新型牵引供电系统内涵、特征和形态,并建立新型牵引供电系统的电气拓扑、测控平台、监控网络和管控逻辑架构;面向新型牵引供电系统源-荷随机强波动特征,从整体视角论述组分相互作用机理、系统稳定运行机制、能量流均衡机制和系统效能涌现机理,以及规划与优化配置、电能高效变换、能量自洽调度、效能评估和性能保持等关键技术。结果表明:建立基于储能的非电气化铁路新型牵引供电系统,可实现非电气化铁路的绿色低碳、弹性自洽、经济高效的电气化升级;为后续开展“理论研究-仿真验证-试验验证-评估优化”循环迭代的闭环研究提供参考借鉴。

基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。

基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提高,交直流混合微电网集群逐渐成为新型电力系统的弹性解决方案。考虑到实际运行中各子电网优先级和电能质量需求存在差异,该文提出一种基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略,以实现系统的弹性功率交互。首先,通过将归一化的交流频率和直流电压值作为子电网的状态偏差因子,以最小化全局总偏差因子为目标构建了用于交直流混合微电网集群的最优电力交换模型,该模型充分考虑了子电网的优先级指数和供电容量;其次,基于最优电力交换目标,提出用于双向互联变流器的准下垂控制策略,由于该策略中双向互联变流器仅需检测本地交流频率/直流电压的状态偏差因子,因此可以实现对交直流混合微电网集群整体偏差因子最小化的分散式最优功率自主协同控制;最后,构造了两个仿真实例,并利用半实物仿真系统验证了所提策略的有效性。

基于电压偏差和SOC的电氢耦合系统多源协调控制策略

在公路直流微电网中,电动汽车充电行为的时间特性和充电方式特性会对直流母线电压造成不同程度的冲击,高渗透率的电动汽车负荷对“源-荷-储”协调控制提出新的挑战。通过分析公路直流微电网的交通负荷特性和微源特点,提出了一种基于直流母线电压偏差的电氢耦合系统多源协调控制策略。此控制策略以蓄电池作为调压核心元件,通过检测变流器端口直流母线电压波动来实现协调自洽运行,无需通信即可实现系统的功率平衡。为避免蓄电池因荷电状态(SOC)过界而退出运行,设计了一种多源自适应下垂控制器,使氢能单元主动响应SOC变化,减少蓄电池SOC管理造成的不平衡功率,抑制SOC向边界值的趋近速度,实现SOC的动态平衡。最后,在Matlab/Simulink中验证了所提控制策略的有效性。

监测数据驱动的城轨列车轴箱轴承剩余寿命预测

城轨列车轴箱轴承的运行工况复杂多变、外部随机干扰频繁,导致其监测数据中包含大量测量噪声乃至“脏”数据,进而制约了剩余寿命预测模型的精度.为解决上述问题,提出了一种监测数据驱动的动态多重聚合剩余寿命预测方法.首先,通过度量短时数据的幅值分布相似性自动识别并清洗“脏”数据;然后,将健康指标按不同时间尺度进行动态聚合,预测出各类潜在的未来退化轨迹,进而获得轴箱轴承的剩余寿命预测均值与方差;并使用现场实测数据与加速寿命实验数据对提出方法进行验证.结果表明:所提方法能有效剔除监测数据中的空采数据和强干扰数据;剩余寿命预测均值随累计行驶里程的增加逐渐收敛到真实值,且95%置信区间越来越窄;相比于单指数预测模型和混合预测模型,提出方法的累计相对精度平均值分别提高了29.78%和27.63%,预测收敛速度平均值分别增加了10.56%和10.20%.

高光伏储能逆变器并联稳定性控制研究

常规的逆变器并联稳定性控制方法以并联谐振控制为主,难以控制电流反馈的虚拟阻抗,从而降低了并联稳定性。因此,设计了高光伏储能逆变器并联稳定性控制方法。提取高光伏储能逆变器并联运行环流特征,通过功率分析与环流分析确定逆变器空载电压幅值与相位异常情况,从而抑制环流。设计高光伏储能逆变器离并网无缝切换控制策略,逆变器从并网运行过渡到离网二次调频运行,使逆变器的电压与相位处于稳定状态,从而确保逆变器并联稳定性。采用对比实验,验证了该方法的高光伏储能逆变器并联稳定性效果更佳,能够广泛应用于实际生活中。

直流微电网并离网协调控制策略

传统直流微电网协调控制策略在下垂控制中忽略了电源的功率输出边界动态变化对系统的影响,模式切换控制结构复杂且存在非平滑切换的问题。针对此问题,以光储氢直流微电网为研究对象,提出了一种并离网相统一的协调控制策略。首先,提出了一种动态自适应下垂控制策略,通过向基于最小二乘法原理的数据拟合器输入训练数据,拟合输出动态电流边界,实现了自适应调整动态下垂系数及电源运行状态,并简化了传统模式切换过程和控制结构。其次,结合实际工程,提出一种预同步和外环切换控制相结合的改进并离网切换控制策略,有效降低并离网切换过程中的冲击振荡。最后,将自适应下垂控制和改进并离网平滑切换控制融入所提协调控制策略中,进行多源多工况的多种模式切换的仿真。通过仿真验证了所提协调控制策略的有效性。

光伏和储能植入铁路牵引供电系统的拓扑架构与控制策略研究综述

为引导铁路牵引供电趋于绿色低碳、弹性自洽发展,开展了光伏和储能植入铁路牵引供电系统的分析、归纳、总结和展望工作,以期对形成以新能源为主体的铁路新型牵引供电系统体系有一定裨益。首先,按照三相式、单相式、两相式、同相式、直流式五种接入方案系统地归纳了光伏和储能植入铁路的拓扑架构,并从不同维度对比了不同拓扑结构技术特点;其次,以能量层和变流层两个视角系统地阐述了光伏植入、储能植入、光伏和储能协同三种情况下的光伏与储能植入铁路牵引供电系统的控制策略;最后,从电气拓扑、能量管理、变流控制三个方面展望了光伏与储能植入的铁路牵引供电系统。

基于灾害场景预估的配电系统韧性两阶段故障恢复策略

针对极端灾害所导致的停电事故频发,提前预估可能灾害场景,统筹部署可用应急资源对于提升配电系统韧性指数至关重要。对此,提出一种基于灾害场景预估的配电系统韧性两阶段故障恢复策略,该策略通过构建考虑时间累积效应的配电线路和交通道路中断模型,并采用蒙特卡洛模拟法对线路故障状态进行模拟完成对灾害场景的预估。进一步,基于所预估的灾害场景,以最小化移动应急资源到故障负荷或中断线路调度时间最短为目标,构建了包含移动应急电源充电站和维修人员维修站的灾前预定位模型,以避免高权重故障负荷的中断。此外,以高权重因子故障负荷随时间推移的甩负荷量加权和最小为目标,构建了基于移动应急资源调度的灾后恢复模型,以保证对高权重负荷的快速恢复。最后,基于改进的IEEE 33节点配电系统及其相应的交通运输网,并以所预估的灾害场景为例验证了所提两阶段故障恢复策略的有效性。

基于电流检测的SiC MOSFET并联均流控制策略

【目的】由第一代和第二代半导体材料构成的功率器件,各方面性能都已经达到自身极限,在更为复杂的电路拓扑中难以应用。第三代新型半导体材料碳化硅(SiC)逐步成为研究焦点,相应的碳化硅器件也成为研究前沿。相比于传统硅(Si)基器件,碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)以其更为优异的特性在高压、高频和高功率密度领域广泛应用。受到载流能力限制,往往需要多个器件并联使用。不成熟的制作工艺和不对称的电路布局,会导致器件自身参数和外部电路参数存在差异,产生不平衡电流问题。针对该问题,本文提出一种均流控制策略。【方法】本文首先分析和总结了并联均流影响因素,确定了各个参数的影响程度。并以器件自身开通和关断特性为基础,通过理论公式推导,总结了电流变化规律。其次,设计了对应的电流检测电路,准确获取电流差异情况。最后,提出了一种调节驱动电阻的均流控制策略,通过调节多级驱动电阻,逐步调节不平衡电流。【结果】仿真结果验证了所提控制策略的有效性,电流不平衡度显著减小。【结论】结果表明,设置合理的驱动电阻,所提出的控制策略能有效实现双管并联均流。

高速铁路智能运营业务提升需求与实现关键技术

高速铁路智能运营是现代技术在高速铁路领域的综合运用,是高速铁路发展的必然方向。在对高速铁路旅客出行、运输组织、设备运维、运营管理4方面业务进行梳理分析的基础上,总结出高铁智能运营发展目标,并从旅客出行、运输组织、设备运维、运营管理出发,提出涵盖智能票务、智能服务、智能车站、智能监测、智能运维等的高铁智能运营业务提升需求体系。以“模数一体,轴面协同”为核心理念,提出包括人工智能、大数据处理、虚拟现实与增强、信息物理系统、云/雾/边缘计算以及数字孪生等在内的智能高铁运营实现关键技术,可为未来智能高铁的规划、实施及落地应用提供依据。

三相交错并联直流变换器母排低电感设计

由于开关器件频率的提升和电压等级的提高,功率回路中的杂散电感引起的冲击电压影响越来越受到关注。为解决在高频器件下因母排杂散电感引起的冲击电压过高的现象,将以往研究中的解析法建模和部分元等效两种方法结合起来建立能同时反映结构参数作用机理并反映各部分电感对冲击电压影响的综合电感模型。利用模型按照叠层方式设计、基础尺寸设计和器件布局设计3步设计了一款用于三相交错并联直流变换器的叠层母排。对于其中有着复杂影响效果的结构参数,将数学模型代入双层规划算法,进行了参数寻优。最终设计了一款低杂散电感、低冲击电压母排,并通过双脉冲实验验证了设计的有效性和模型的准确性。

基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复策略

在“双碳”目标下,以服务区光伏车棚、光伏隧道为代表的能源交通融合供电场景逐步普及,这使得形态开放且布局分散的区-隧供电系统在面临极端灾害或人为攻击时更为脆弱。为此,该文提出一种基于直流线路互联的区-隧供电系统弹性恢复策略。根据灾害前对直流线路的改造与韧性加固计划,首先,提出了基于直流线路被优先遍历的可行拓扑搜索策略,用于保障所提系统在极端灾害后的有效互联;其次,基于对故障负荷重要级权重的多层级分类策略,该文先后以重要负荷恢复量最大化和系统额外损耗最小化为目标构建了故障恢复目标函数,共同保证极端灾害发生后系统基于稀缺分布式能源的最大弹性恢复;再次,基于传统二阶锥松弛方法可能挣脱原始约束的缺陷,提出通过约束额外损耗中流经电流分量实现对混合整数二阶锥规划问题的收敛,确保所提模型在不同初始条件下的稳定适用;最后,通过涵盖区-隧供电系统的改进IEEE 123节点配电网进行仿真,验证了所提策略的有效性。

基于经验模态分解的超短期风速混合预测模型

随着碳排放问题的日益紧迫,风能作为清洁可再生能源受到了广泛的关注与研究。由于风能的不确定性和间歇性,导致风能利用率不足,无法充分发挥其能源效益。因此,针对风的混沌特征提出了一种基于EMD的线性和非线性相结合的混合模型(LNH-EMD)预测方法,以实现对风速的超短期预测。首先将历史风速序列通过EMD分解成多组相对简单的模态分量;然后分别对各分量进行线性判别:对于非线性特征明显的模态分量通过构建其相空间,进行相空间重构预测;对于其他模态分量采用OLS拟合预测;最后将各分量的预测结果进行经验模态重构得到最终的风速预测结果。以典型非线性信号和NERL真实风速数据为实例进行预测实验,与Gray、WA和LSTM模型进行对比,结果表明:所提的LNH-EMD风速预测模型具有较高的预测精度与运行效率。

“双碳”目标下轨道交通与能源融合发展路径和策略研究

轨道交通是能源消耗和碳排放的重要行业,推进轨道交通能源结构变革和以能源自洽为特征的新型轨道交通能源系统发展是助力实现碳达峰、碳中和目标的重要手段。本文在分析轨道交通与能源融合发展需求的基础上,总结了轨道交通与能源融合的发展现状和发展趋势,从太阳能、风能等方面分析了轨道交通与能源融合发展的自然禀赋情况;根据电气化和非电气化轨道交通特点,提出了通过交通资产能源化充分利用可再生能源自然禀赋,实现新时代轨道交通能源融合发展的关键技术路径;最后,基于轨道交通新能源自洽供给潜力评估,提出了轨道交通与能源融合的系列场景和方式,最终形成了以轨道交通自洽能源系统构建为目标的轨道交通与能源融合的发展路线图和对策建议。研究建议:鼓励绿色智能轨道交通技术创新,构建轨道交通能源融合技术体系;实施核心科技攻关计划,统筹新能源与轨道交通产业布局;政策引领轨道交通能源融合发展,建立绿色金融政策保障体系。

我国道路交通与能源融合发展战略研究

能源与交通的交替进步承载了人类社会的繁衍发展与文明延续。面对资源紧缺、气候变化、环境污染带来的严峻挑战,利用交通资产能源化、交通用能绿色化途径可以有效实现交通领域“碳达峰、碳中和”目标已逐渐成为一种共识。本文系统回顾了道路交通能源融合的发展历史,调研并分析了源于国家能源安全、交通能源结构绿色化转型、交通资产能源化潜力开发,以及交通系统智能化等推动道路交通与清洁能源融合发展的需求与变化趋势。笔者在对我国道路交通风、光自然资源禀赋与用能需求自洽供给评估分析的基础上,给出了我国道路交通与能源融合发展的参考路径,并结合“碳达峰、碳中和”目标,提出了道路交通与能源融合发展的路线图。最后,提出了技术与政策两方面建议:在技术方面,建议强化科技研发、推进产业链发展,助力技术创新与融合;在政策方面,建议完善顶层设计与战略规划、支持探索市场新模式,进一步深化国际合作。

铁路地理信息系统(RGIS)框架体系

阐述全国铁路地理信息系统(RGIS)的设计原则和设计目标,研究RGIS系统在铁路信息化中的定位,认为铁路信息化是一个分层次的模型,RGIS系统是所有信息应用子系统的基础设施和共享平台,是铁路信息化其他信息系统之间的信息交换和共享平台。对RGIS系统的框架体系进行研究与设计,提出了一个分层次、多要素综合的网络信息系统架构,并根据铁路行业信息与应用的异域、异构、分布等特性,分别从数据库、共享平台、网络基础设施、标准体系、管理体系等几个方面进行详细阐述,用于指导整个RGIS建设的实施。