基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

计及工作点偏移的减载风电系统频率响应模型

随着风电并网容量不断升高,利用减载风电机组参与一次调频对保障系统频率稳定性具有重要意义。然而,风机的工作点会随其转速变化而发生偏移,使得风机的实际一次调频贡献小于期望值。为此,文中首先分析了频率故障后风电机组减载功率跟踪控制与综合惯量控制的交互影响,指出了风机工作点偏移导致其调频效果削弱的基本原理。其次,基于风机的转子运动方程推导了风电功频传递函数,建立了计及减载风电机组工作点偏移的系统频率响应模型,并利用最小二乘法对其进行降阶,推导了系统频率最低点的解析式。然后,针对虚拟惯量控制的频率恢复期间引起功率倒流、微分环节放大噪声等缺点,提出利用下垂控制替代综合惯量控制。同时,为使减载风电机组获得期望的调频效果,基于频率最低点和稳态频率指标对风机控制参数进行了修正,提出了两种等效下垂系数的计算方法。最后,在MATLAB/Simulink平台建立了四机两区域模型,验证了所提降阶方法及修正方法的有效性。

计及新能源低穿影响的系统频率响应模型

建立电力系统频率响应模型,是当前实现频率预判的快速有效手段,有利于防止频率崩溃。对于水电为主的含高比例新能源的新型电力系统,现有的系统频率响应模型适应性不足,且未考虑新能源低穿控制的影响。对此,分析新能源低穿控制策略对系统频率的影响,提出了一种系统频率响应扩展模型。该模型基于系统频率响应通用模型结构,扩展了新能源有功变化量与系统频差间的关系。通过验证,表明该扩展模型进一步提升了现有模型的精度,具有较强的适应性。

考虑频率二次跌落和转速恢复的风电机组柔性频率响应策略

风电机组具备主动频率响应能力成为未来风电并网的前提条件,但频率支撑阶段与转速恢复阶段间控制策略切换不当可能引起系统频率二次跌落。针对这一问题,文中提出一种风电机组柔性频率响应策略。首先,在初始运行点将风电机组非线性模型线性化,分析初始运行点对风电机组出力特性的影响;其次,基于风电机组线性化模型推导包含风电和火电的电力系统频率响应传递函数,分析系统参数对频率响应动态特性的影响;然后,研究频率二次跌落和转速恢复间的矛盾,利用分段函数和Logistic函数构造附加功率参与因子,通过形状系数调节风电机组输出电磁功率;最后,基于MATLAB/Simulink平台进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提出的策略在消除频率二次跌落的同时,具有良好的转速恢复过程。

基于电解水制氢系统快速频率响应的电网频率稳定控制

针对调频资源不足导致的电网频率稳定性下降问题,以电解水制氢系统为研究对象,通过精细化建模并提出针对性控制策略,使电解水制氢系统提供快速频率响应,充分发挥电解水制氢系统内电、氢、热能的调频潜力,并对电解水制氢系统提供快速频率响应的机理及效果进行仿真验证。结果表明:所建立的模型可揭示电解水制氢系统的电-氢-热耦合机理,表征电解水制氢系统的频率响应特性;在多类扰动场景下,电解水制氢系统提供快速频率响应均可增强电网的频率稳定性。

计及频率响应时空相关性的新能源电力系统惯量估计方法

高比例新能源电力系统惯性水平低、不确定性强,系统惯性水平与频率动态响应过程密切相关。系统内各节点之间的频率响应过程在时空上具有相关性,动态量化节点间频率的时空相关性是实时估计新型电力系统惯量的技术手段。首先,给出了面向同步机组和新能源发电机组惯量的计算方法;其次,利用Granger因果检验算法,动态分析系统内不同节点之间频率的相关性,构建随时间变化的系统频率时空因果相关集合;此外,基于系统内各节点频率响应过程的摇摆方程,建立系统惯性常数-频率状态空间模型;然后,基于无迹卡尔曼滤波器和固定滞后平滑器,提出高比例新能源电力系统惯量估计方法;最后,在改进的IEEE 39节点系统中验证了所提方法的有效性和适用性。结果表明,所提方法可以在不同新能源渗透率和频率扰动场景下保证惯量估计效果的一致性,具有工程应用潜力。

计及动态频率响应约束的高比例风电电力系统日前-日内联合调度策略

高比例风电电力系统具有转动惯量低、调频能力弱等特征,容易引发频率安全问题。现有计及频率安全约束的调度策略研究中,调频手段主要为惯性响应与一次调频,鲜见在单机故障等大功率扰动下考虑系统旋转备用与紧急功率支撑的动态响应作用。对此,在日前-日内联合调度模型中引入预想小功率扰动及大功率扰动下的系统动态频率响应约束。首先,分别构建两种预想功率扰动下的系统动态频率响应模型,采用阶梯备用等方法进行模型降阶,并进一步推导两种模型下的频率指标解析式。其次,提出计及动态频率响应约束的日前-日内联合调度架构,并分别构建日前及日内调度模型。进而,针对调度模型中最大频差约束导致的非线性问题,采用两阶段迭代方法求解。最后,开展算例分析,结果表明,所提联合调度策略能够兼顾系统运行经济性要求与频率安全性要求。

基于频率响应分析的变压器分接开关故障诊断方法

为了准确诊断电力变压器分接开关故障类型,提出一种基于频率响应分析的变压器分接开关故障诊断方法;利用Simulink仿真工具提出并设计电气等效电路模型,针对结焦、点蚀2种常见分接开关故障,利用频率响应分析特征曲线分析变压器分接开关的物理故障敏感性,对开路端对端、短路端对端和绕组间电感和电容进行实验测试。结果表明:使用频率响应分析测量值可以准确识别变压器分接开关触头结焦、点蚀故障,结焦会对利用开路的电路端到端、短路端到端、电容绕组和电感绕组4种不同测量配置得出的频率响应分析特征造成显著影响,但点蚀故障的影响仅在电感绕组配置中出现。

快速频率响应负荷参与惯量辅助服务能力评估及应用

新能源比重的不断增加导致电力系统惯量水平降低。为防止低惯量系统故障后频率快速跌落,亟须挖掘新型惯量响应资源。快速频率响应负荷(FFRL)可以根据电网故障后频率变化率灵活调节负荷水平以提供紧急支撑。文中基于FFRL参与的电力系统频率响应模型给出了FFRL惯量支撑效果评估方法,并结合不同市场主体的惯量服务补偿机制建立了FFRL参与惯量辅助服务优化模型。算例结果验证了所提FFRL惯量支撑效果评估方法的准确性与FFRL参与惯量辅助服务对系统运行经济性与系统频率安全稳定的提升效果。相比于传统火电机组,FFRL可以凭借更少的响应容量提供更多的惯量响应,并根据其响应策略与控制方式进行灵活变换,从而更精准地响应电网对自身惯量水平的要求。

考虑多台异步电机的电力系统频率响应动态等效模型

随着越来越多的可再生能源通过电力电子设备接入电网,电力系统的惯量不断下降,频率波动更加剧烈,同时,在负荷侧存在大量直接并网的异步电机可以提供频率支撑,改善频率响应动态。然而,准确建模如此规模的异步电机需要其详尽参数,并伴随着极高的计算代价。为此,本文提出了一种数据驱动的电力系统频率响应建模方法。该方法首先收集频率响应的历史数据,接下来,将等效惯量和等效阻尼的辨识问题描述为优化问题,优化目标为减少模型与历史数据之间的频率差异,并通过启发式算法高效求解。相较于异步电机的机理模型,所提出的动态等效模型具有不需要异步电机的详尽参数、计算负担小的优点。在修改的IEEE 9节点系统上的仿真验证了所提出方法的有效性,并表明:自身惯量为1.5 s,占负荷侧22%的异步电机负荷为系统提供了9%的等效惯量。

计及频率响应延时的构网型变流器惯量参数数据驱动估计方法

大量可再生能源并网引起电力系统惯量水平降低,变流器的虚拟惯性控制技术有效提高了系统频率稳定性。在此背景下,评估变流器的惯量参数对于了解电力系统频率调节潜力有重大意义。然而,考虑到频率响应特性的差异,现有的应用于同步发电机的惯量估计方法不适用于基于数字控制的虚拟惯性。为了解决这一问题,文中提出了一种基于深度强化学习的非侵入式构网型变流器惯量参数在线估计方法。首先,分析了构网型变流器的频率响应原理和延时特性并进行了测试;随后,在深度强化学习框架下设计串联-并联辨识结构,采用近端策略优化方法建立考虑频率响应延时的演员网络和评论家网络,进而估计构网型变流器的惯量参数。最后,采用数值仿真和硬件在环实验验证了所提方法的有效性和精确性。

电压控制对构网型变换器频率响应特性影响分析

构网型变换器的虚拟同步环节是影响其频率动态的最主要因素,但构网型变换器内电势的频率并不仅包含虚拟同步环节的频率。对此提出了一种表征电压控制对构网型变换器频率动态影响作用的研究方式。首先类比同步机的频率分析方法,提出了构网型变换器内电势的概念,将变换器的频率通过内电势频率进行表征,进而通过运动方程建模的方法分析了机电时间尺度内交流电压控制在响应有功功率扰动时对频率动态的作用,分析了电压控制参数对构网型变换器有功功率和频率响应能力的影响趋势。研究发现,较大的电压控制比例和积分参数会使得系统频率动态恶化,但变换器的响应性能主要由虚拟同步环节决定。以3机9节点系统和实际区域电网系统的MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法的有效性。

大扰动下计及风电场低电压穿越恢复差异的频率响应估计方法

随着风电渗透率的提高,多个风电场同时进入低电压穿越(LVRT)后将给电力系统带来巨大冲击,导致有功输出暂时性下降,电网频率迅速跌落,甚至存在触发低频减载的风险,有必要对暂时性功率扰动下电网频率曲线进行快速在线估计,以制定相应的控制措施。然而,由于风电场内部存在的功率恢复差异使其LVRT曲线呈现不同形态,若忽略此影响将使频率响应曲线估计产生较大误差,且传统基于详细模型的时域仿真效率较低。因此,提出一种计及风电场LVRT有功功率恢复差异的扰动功率解析方法,将风电机组LVRT各阶段造成的有功扰动量采用分段函数进行描述,基于能量守恒原理对系统总的暂时性扰动功率进行精确估计。考虑风电的调频特性和虚拟惯量作用,提出适用于高比例新能源电网的系统频率响应改进模型,并采用差分进化算法对基于实际数据的系统传递函数参数进行辨识,进而拟合出频率响应轨迹。基于IEEE 39节点系统与实际电网简化系统仿真,验证了该方法在不同场景的适用性和可靠性。

非线性声场下包膜微泡动力学与频率响应分析

包膜微泡在非线性声场下的响应对高强度聚焦超声治疗具有重要意义.本文通过耦合Gilmore-Akulichev-Zener模型与脂质包膜的非线性模型,采用KZK方程仿真非线性声场,分析在不同超声频率、不同声压以及不同包膜材料的黏弹性下的微泡动力学行为和微泡振荡频率,并进一步对比了实际测量声场与KZK方程仿真声场下的微泡动力学行为和频率响应.研究结果表明:非线性声场会导致微泡壁的瞬时运动速率减小,声压和频率的改变对微泡动力学的影响与在线性声场中类似;包膜材料的不同可以使振荡频率中的谐波分量发生改变,其中包膜材料的弹性对微泡的频率响应影响较小,包膜的初始黏性和初始表面张力对微泡的振荡频率分布影响较大,当初始黏性越小时,二次分谐波的峰值越高,当初始表面张力越大时,主频的峰值越高.本研究进一步阐明非线性超声激励包膜微泡的微泡动力学,为包膜微泡在非线性声场下的频率响应分析奠定理论基础.

基于减载控制的光伏电站主动频率响应方法

传统光伏发电系统通常运行在最大功率点,不对电网频率改变进行响应,不能为抑制电网频率变化提供有功功率,随着光伏渗透率的提升,对电网的安全稳定运行产生影响,因此光伏等新能源设备应具有响应系统频率变化的能力。文章采用减载控制,在不改变主电路结构、逆变器并网策略,不增设储能设备的情况下实现系统频率的响应。首先通过设置主从阵列得到当前最大功率运行点,实现减载控制;然后针对频率改变,通过设置频率-减载率对应关系,实现有功功率输出的改变,对系统进行有功支撑;最后通过半实物仿真平台进行仿真,验证了结果的有效性。

抗直流电流互感器的谐波频率响应机理及分析

近年来为保证电能计量在直流偏置环境下的精确性,抗直流电流互感器得到广泛的关注。虽然抗直流电流互感器能够有效地在较大直流分量环境下保持非磁饱和状态工作,即工作在线性区域,但其谐波电流的传变特性至今仍不清晰。为此,该文建立抗直流电流互感器的等效线性电路进行谐波电流的频率影响特性分析。首先,分别建立基于非气隙式电流互感器和气隙式电流互感器的励磁等效电感模型。其次基于该励磁等效电感,建立抗直流电流互感器的等效阻抗模型。通过该建立的等效阻抗模型,进一步地探索抗直流电流互感器不同关键参数对谐波电流的传变影响,揭示抗直流电流互感器的谐波电流传变特性。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型验证理论分析。结果分析发现:1)增加互感器的气隙能够极大地扩大互感器的线性工作区域,从而有效地保证互感器在各种恶劣的环境下实现精准的信号测量;2)互感器铁心的平均磁路长度和气隙的变化对谐波电流的传变有很少的影响。但,互感器的励磁通道的等效电阻和电感的大小严重影响谐波频率的传变。

新能源场站惯量支撑与频率响应特性研究

针对风电、光伏等新能源场站大规模并网,使传统电网逐渐转变为非同步电源主导的低惯量、弱阻尼系统,系统频率动态特性发生较大变化的问题,从控制角度对新能源场站中风电、光伏、储能的惯量支撑功能进行分析,阐述了新能源场站中风电、光伏、储能惯量支撑的能量来源、响应策略、功能定位;并建立含新能源场站的电力系统频率动态分析模型,分析惯量、阻尼、调差系数等因素对系统频率变化的影响。研究表明,新能源高渗透背景下,系统转动惯量减少,频率稳定性面临严峻挑战,开展新能源场站惯量支撑功能改造是应对新能源并网挑战的关键措施。

基于频率响应计算的发动机爆震传感器位置设计

在某型号3缸汽油发动机前期开发阶段,根据发动机爆震引起燃烧室共振并传播给缸体的现象,通过有限元分析,使用GT-power软件与Abaqus/Standard求解器对缸体进行了频域下的频率响应计算,并对计算结果进行了分析,以确定合适的爆震传感器位置。

基于非线性输出频率响应函数的液压管路故障诊断研究

航空液压管路系统受到多源激励的影响,在工程应用中经常发生管路系统振动故障。针对长跨距管路系统振动故障定位困难的问题,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)测试技术开展了长跨距管路系统振动信号分布式测量,并提出结合非线性输出频率响应函数(Nonlinear Output Frequency Response Function,NOFRF)分析方法实现液压管路系统卡箍松动和管体碰撞故障的准确定位。采用FBG传感器对长跨距管路系统振动信号进行分布式测量,克服了传统加速度测试过程中的电磁干扰和复杂布线问题;采用NOFRF指标提取卡箍松动和管体碰撞的故障特征,实现了对微弱故障的早期监测和准确定位。试验结果表明,所提方法可有效定位卡箍松动和管体碰撞故障。

抽水蓄能频率响应与调峰协调优化的机组组合模型

针对新型电力系统调频响应不足的问题,挖掘抽水蓄能机组的频率响应能力,提出抽水蓄能频率响应与调峰协调优化的机组组合模型,探讨同步发电机和抽水蓄能参与调峰和提供频率响应的协调优化机理。该模型以同步发电机和抽水蓄能机组的运行费用、调频备用费用之和最小为目标函数,引入含抽水蓄能工作状态的调频备用约束和频率稳定约束。利用Reformulation-Linearization Technique(RLT)技术将所提出协调优化模型中的非线性约束线性化,再利用CPLEX求解线性化后的混合整数线性规划问题。8机、40机两个仿真系统的计算结果表明,所提出的协调优化模型能充分利用抽水蓄能机组的调节容量,使其在承担调峰任务的同时,预留充足的调频备用,防止系统在遭遇大功率扰动后发生频率失稳事故,而且抽水蓄能提供的频率响应能减轻同步发电机的调频负担,降低系统调频备用费用,提高系统运行经济性.