基于特征矩阵分区等值和自适应插值切换的有源配电网多速率并行仿真方法

现代有源配电网呈现复杂多变、多时间尺度的特征,采用单一仿真速率难以同时兼顾计算效率与精度,对此该文提出基于特征矩阵分区等值和自适应插值切换的有源配电网多速率并行仿真方法。首先,构建系统状态空间矩阵,并基于状态矩阵特征值的量级将系统拆分为多个动态特性差异的子系统,通过将系统的状态矩阵进行分块等效,实现子区域在小步长时刻的独立仿真解算与在大步长时刻的等效补偿,在保证仿真精度的基础上大幅降低了系统仿真规模;然后,针对各区域间数据交互不同步问题,通过倍率步长相量法分析线性插值误差产生原理及主要影响因素,并提出基于二阶泰勒展开式的多步自适应插值仿真算法,可以根据系统频率与仿真步长需求调节相关插值参数,显著降低插值误差;最后,采用改进型IEEE 123节点配电网算例,通过分区等值/插值计算与仿真结果的对比,验证了所提多速率并行仿真方法的可行性与有效性。

基于事件触发的有源配电网改进变分算法及其稳定性分析

在含高密度分布式电源的现代配电网仿真中,传统数值积分算法难以同时满足快速且稳定的仿真需求,对此提出一种基于事件触发的改进变分算法。首先,引入变分迭代法,求出配电网中双级式光伏电站典型状态变量对应的近似解。随后,对算法进行数值稳定性验证,并推导其极限步长。针对部分状态量计算消耗较多仿真资源的问题,引入事件触发机制,应用误差的范数推导锁值的触发条件,减少计算频次,提升系统的仿真效率。最后,分别对算法的数值稳定性及事件触发效果进行仿真验证。结果表明,基于事件触发的变分算法在保持高精度的前提下提升了仿真速度,且随着节点规模扩大效率优势更明显。

汽包锅炉单元机组协调系统的线性自抗扰控制

在线性自抗扰控制技术基础上,引入解耦补偿器,提出汽包锅炉单元机组协调系统的新控制方案。该方案首先对单元机组设计解耦补偿器,进行一定程度解耦;再将其他通道耦合作为扰动,分别设计炉侧和机侧线性自抗扰控制器,进一步消除耦合的影响。由于线性自抗扰控制技术采用扩张状态观测器,可以对扩张状态(系统未建模动态摄动和未知扰动)进行在线实时估计,因此其设计的扰动补偿可以不依赖于模型达到快速消去扰动的效果。将该方法应用于一500 MW汽包锅炉单元机组协调系统进行仿真研究,结果表明该方案可以实现良好的动静态解耦,有较强的鲁棒性和抗干扰能力,并且算法简单、调试容易。

部分分散控制及其在单元机组协调控制中的应用

针对强耦合多变量对象控制系统设计中分散控制不能满足高性能要求,而多变量先进控制算法结构复杂、较难推广的现象,研究基于扩展对象的部分分散控制器设计。设计过程首先通过结构分析法得出部分分散控制器结构,再对其对象进行非方扩展,利用非方内模法设计相应非方分散控制器并转化为部分分散控制器,最后应用扩展μ交互法进行稳定性分析。将该方法应用于一500 MW单元机组协调控制系统的仿真研究,结果表明:部分分散控制系统能达到与多变量协调控制系统相近的性能,并且部分分散控制结构更加简单、设计及调试方法更加容易。

基于参数化恒导纳方法的多逆变器仿真建模与优化

电磁暂态仿真中,恒导纳模型因仿真效率高而被广泛应用,其衍生的参数化恒导纳模型可通过参数配置提升暂态性能,在单逆变器仿真中具有良好的效果。但参数化恒导纳模型在应用于多逆变器系统时,由于耦合,仿真参数的可行域会发生变化,进而影响系统的暂态性能甚至导致失稳。针对上述问题,从系统稳定性与暂态性能两方面出发,提出了基于快速遗传算法的参数调节策略,以收敛速度、波动大小、耦合程度的多目标对逆变器进行参数优化,并运用交叉初始化方法进行结构优化,避免了仿真系统的失稳问题并进一步改善了暂态性能。最后,通过算例验证了该多逆变器系统仿真模型在高效率的前提下,具有自适应的参数调节能力,且仿真精度优于传统恒导纳方法。

单元机组控制结构分析与设计

根据单元机组低阶非线性模型,经过适当简化,推导出能够描述机组动态特性及机炉耦合关系的通用线性模型。以该模型为基础,采用有限带宽控制的分散相对增益法(dRG)从理论上进行了分散控制结构分析,并对得出的分散控制结构利用独立设计法整定PID控制器参数,保证系统稳定性。当系统耦合严重、完全分散控制不能满足系统性能要求时,采用格拉姆(Gramian)法进行部分分散控制结构分析,并在分散及集中控制器基础上整定出部分分散控制器参数。仿真对比试验表明部分分散控制系统能达到与多变量协调控制系统相近的性能,而且部分分散控制结构更简单、设计及调试方法更容易。

考虑移动式储能均衡的微电网群分布式动态协同控制策略

微电网群是促进源网荷储互动、新能源高效利用的重要方式,故障发生时可通过拓扑重构或移动式储能接入维持系统电压频率稳定,保证重要负荷持续、可靠供电。然而,常规分布式一致性策略收敛性能受通信拓扑影响显著,难以适应微电网群故障下的应急控制需求。针对上述问题,提出一种考虑移动式储能应急接入的微电网群动态协同控制策略。一方面,基于动态收敛算法设计兼顾收敛速度和收敛稳定性的分布式协同控制器,实现电源间功率均分和储能荷电状态均衡;另一方面,基于本地量测信息实现系统频率/关键母线电压二次调节恢复,并通过预同步和供需功率转移保证移动式储能平滑投切。在此基础上,进一步引入事件触发机制以降低分布式控制器通信成本。最后,通过仿真算例验证了所提控制策略的有效性。

球磨煤机隶属函数型模糊神经网络解耦控制方法

设计适合于火电厂球磨煤机的解耦控制方法,有利于提高热工自动化水平。依据模糊控制技术和跟踪解耦的思想并结合神经网络控制,介绍了一种不依赖于被控对象精确数学模型的隶属函数型模糊神经网络多变量解耦控制方案。将该种方法应用于球磨煤机解耦控制系统,对耦合强烈的磨煤机出口温度、入口负压子系统进行解耦,获得期望的多环结构。对解耦结果进行了仿真研究。对比试验显示该解耦方法具有满意的动态特性和较强的鲁棒性。

基于改进三阶段数据包络分析法的省域全要素能效评价方法

能源利用效率是指生产过程的有用产出与该生产过程的能源投入之比。我国目前通用的能耗强度为单要素能源利用效率,但仅考虑能源消费总量及地区生产总值,难以全面反映实际能效水平。为此,有必要建立一个多投入、多产出的评价指标体系及能效计算方法,更加科学地评估不同地区在不同环境下的能源利用效率。基于改进三阶段数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)模型,建立面向省域能效的全要素评价体系。首先采用考虑非期望产出的基于松弛变量的数据包络分析(slack based measure,SBM)模型计算中国内地30个省、自治区、直辖市2011—2019年全要素能源利用效率,随后通过随机前沿分析评估外部环境因素对投入要素的影响,对投入数据进行调整,使得各省市面临相同的外部环境,并再次运用SBM模型进行省域全要素能效评估。最后,针对如何提高能源利用效率提出相应建议。

柴发主电源型孤岛微电网频率优化控制方法

以柴油发电机(diesel generator,DG)为主电源的孤岛微电网存在负荷扰动下频率波动大、动态响应慢等问题,对此,文中提出一种改进辅助调频方法以改善系统的动态响应过程。首先,建立DG系统模型,分析DG主要参数包括转动惯量、响应延时对DG动态过程的影响。其次,提出储能在下垂控制的基础上增加惯量调频的方法进行辅助调频,并给出适用于工程应用的储能辅助调频参数设计以及储能功率裕度设计方法,建立柴储并列的小信号模型分析该系统的稳定性。最后,搭建柴储微电网的动模试验平台,试验结果表明,针对微电网内的静止负荷或者电动机类负荷,文中所提控制策略均可以有效减小DG系统在动态过程中的频率波动。

含储能装置的微网结构与关键问题研究

微网作为智能化电网的负荷单元,在未来电网中有着良好的发展前景,而储能技术是微网的核心技术之一。本文首先介绍了适用于微网的几种储能方式,分析了与微网的适应性;其次研究了微网集成的典型结构,并对国内已建成的示范工程进行分析总结;针对含储能装置微网的特点和现状,从优化规划、系统控制保护及电能质量等多个方面探讨关键问题和研究方向。

光伏并网逆变器输出电压直流分量的扰动观测抑制方法

无变压器非隔离型光伏并网逆变器因为功率开关器件的容差、PWM门控驱动脉冲的不对称性等原因会导致输出电压中含有一定的直流分量。为此提出一种新型的基于扰动观测器的直流电压分量抑制方法,该方法的扰动抑制内环参数设计简单,且扰动抑制内环不会影响到常规电压反馈控制外环的跟随性能。首先分析了光伏并网逆变器直流注入的产生原因,在此基础上将并网逆变器输出电压的直流分量视为系统外部扰动,利用扰动观测器实时估算出扰动量并前馈补偿以动态消除扰动对逆变器输出电压的影响,通过与传统直流抑制方法的理论对比分析证实了所提方法的优越性,仿真结果证明了所提控制方法的正确性和有效性。

基于交叉初始化的换流器参数化恒导纳模型

电力系统小步长仿真中,电力电子换流器常采用基于电感电容等效的恒导纳模型,存在参数不易设置、虚拟功率损耗高、模型特性与理想模型差距大等问题。鉴于此,文中提出一种基于交叉初始化的换流器参数化恒导纳模型。在换流器两种不同运行状态下,开关采用含参数历史电流源的恒导纳模型,模型的稳态特性和暂态收敛特性由历史电流源参数决定,实现了参数设置与外电路解耦。同时通过交叉初始化方法,即状态切换时同桥臂开关相互初始化,减小了状态切换误差初值,解决了模型的虚拟功率损耗问题。仿真结果表明,本模型具有与传统恒导纳模型相同的计算效率和更高的精度,其运行特性更接近理想开关模型。

基于线性自抗扰的微电网平滑切换控制策略

实现微电网并网/孤岛运行模式平滑切换是保证微电网安全可靠运行的前提。提出了基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)技术的微电网运行模式平滑切换控制策略。以主从结构的微电网为研究对象,将主控单元电压外环控制器设计为LADRC控制器,采用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对扩张状态(未知过程扰动、系统未建模摄动及dq轴通道耦合)进行在线实时估计,并将扰动估计主动补偿于主控单元的电流内环设定值中,从而达到快速消除扰动、平缓切换过程的效果。推导出一阶LADRC及主控系统的传递函数并进行幅频分析,结果表明所提方案具有良好的设定值跟踪性能和扰动抑制性能。动态仿真结果表明,所提控制策略能够有效平滑微网由并网切换至孤网模式产生的暂态振荡,同时对从控部分的扰动具有较好的鲁棒性,并且算法简单、调试容易。

基于同调等值的多变流器系统聚合降阶建模

电网故障时,多锁相环同步型变流器系统面临严重的暂态同步失稳问题。然而多变流器系统模型阶数高,交互耦合复杂,给暂态同步稳定分析带来严峻挑战。为此,该文提出基于同调等值的多变流器系统聚合降阶方法。首先建立了多变流器系统等值摇摆方程,发现阻抗压降的差异是导致同母线与不同母线变流器同调特性差异的原因。在此基础上,提出基于阻抗压降的多变流器系统同调判据。接着,在功率约束条件下给出同调变流器群等值电路参数的计算方法,并借助惯性中心的概念通过聚合锁相环摇摆方程,得到等值控制参数的计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与RT-LAB实验平台验证了所提同调等值方法的有效性。

基于FPGA的变流器并行多速率电磁暂态实时仿真方法

随着电力电子器件越来越多地融入现代电力系统,对微秒级步长实时化电磁暂态仿真的需求不断增加,通过现场可编程门阵列(FPGA)提高仿真系统的计算能力是实现变流器实时化仿真的重要途径。引入FPGA作为硬件加速设备优化仿真系统的实时性能,提出一种变流器多速率实时仿真方法。针对控制系统多速率解耦和并行计算时序产生的误差进行分析,采用结合拉格朗日插值的改进线性插值算法有效降低了控制系统解耦后多速率并行仿真时序下的延迟误差。仿真结果证明,所提出的仿真方法与无插值算法的并行计算相比精度更高。性能分析验证了基于该算法所建立的仿真平台相比于单独基于中央处理器(CPU)或FPGA实现的仿真平台,在实时性能和资源占用率方面具有一定优势。