电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题

面向国家能源安全和双碳战略的重大需求,大规模多样化的电力电子装备以不同的形式和功能参与到现代电力系统源-网-荷各环节中,受多样化电力电子装备多时间尺度时变动态影响的电力电子化电力系统稳定机制发生根本性改变。近年来,国内外电力系统中持续出现与电力电子装备相关的各种机理不明的振荡事故,表现为振荡频率范围较宽的多时间尺度时变动态问题,严重威胁电力电子化电力系统的安全稳定运行。该文从多样化电力电子装备原始特征出发,归纳电力电子化电力系统多时间尺度时变动态基本特性,并分别从小干扰建模和动态稳定分析归纳对不同理论方法的基本认识,随后从适用于电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定快速分析计算为根本目标,凝练基于线性周期时变理论小干扰建模和动态稳定直接分析的研究思路。

构网型变流器:物理本质与特征

全球能源产业变革促进了电力系统电力电子化转型,以新能源为主体的电力电子化电力系统中同步机占比低,系统呈现低惯量、弱阻尼特征,引发了一系列运行问题。构网型变流器本质为电压源,能够主动构建电压频率,为系统提供惯量支撑,有利于改善系统稳定性,是提高新能源主动支撑能力的有效手段,近年来成为研究热点。该文从电力电子化电力系统的运行问题出发,梳理了下垂控制、虚拟同步机控制等典型构网型控制策略的实现原理及内在联系,建立构网型控制策略的统一数学模型;通过类比稳态条件下同步机与构网型变流器的电压频率构建原理,揭示了构网型变流器的物理本质,从电压频率构建、惯量阻尼支撑、同步机制等角度解释了构网型变流器的内涵与特性,可为构网型变流器的稳定与控制提供理论参考。

脑电双频指数在全身麻醉患者中的临床应用

目的探讨脑电双频指数(BIS)在全身麻醉患者中的临床应用效果。方法选取2022年3月至2023年3月于我院行全身麻醉手术的患者88例,随机分为对照组和观察组各44例。对照组采取传统常规医生调整,观察组采取BIS监测,比较两组患者生命体征变化、麻醉用量以及并发症情况。结果麻醉诱导前(T_(0))、麻醉诱导后(T_(1)),两组患者心率、平均动脉压比较,无显著差异(P>0.05);气管插管时(T_(2))、手术进行时(T_(3))、手术结束时(T_(4))、气管导管拔除时(T_(5))等不同时间点,观察组患者心率、平均动脉压均明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组患者的瑞芬太尼、丙泊酚以及成苯磺顺阿曲库铵等麻醉药剂用量明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组低血压、心动过缓以及术后认知功能障碍等并发症发生率为6.82%,低于对照组的22.73%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论对全身麻醉患者进行BIS监测可以减少对心率以及平均动脉压的影响,稳定生命体征,同时可减少麻醉机用量,提高手术安全性,减少手术并发症,应用价值较高。

弱电网故障下新能源并网变换器的奇异摄动模型与暂态稳定性分析

弱电网短路故障下新能源并网变换器易于暂态失稳,但由于并网系统表现高阶、非线性和强耦合等特征,其暂态稳定性分析十分困难。已有研究大多局限于单锁相环系统,即忽略电流控制动态的影响,无法充分反映并网变换器的暂态失稳机理。针对该挑战,该文同时考虑锁相环和电流环的控制动态,研究弱电网故障下并网变换器的暂态稳定性。首先,建立并网变换器接入弱电网的奇异摄动模型,将原高阶模型降阶简化为二个低阶的快、慢子系统。然后,分别采用李雅普诺夫第一法和第二法分析了快、慢子系统的稳定性,由此揭示了工作点、线路阻抗和控制参数等多重因素对暂态稳定性的影响规律,并给出一些参数优化设计的指导原则。最后,通过实验验证了分析结果的正确性。

面向系统电压动力学演化过程分析的电力电子并网设备内电势幅值运动机制研究

系统电压和频率演化机制认识一直是开展电力系统稳定、控制和保护等研究的重要基础。针对系统频率演化问题,已有研究以转子运动方程所刻画的内电势频率运动机制为核心形成了频率同步过程的直观认识。而针对系统电压演化问题,由于不明确驱使内电势幅值运动的激励力和支撑内电势幅值运动的物质特性,没有形成与内电势频率运动机制相对应的内电势幅值运动机制认识,更未能结合网络特性开展物理概念明确的电压动力学演化过程研究。随着电力电子设备持续大规模并网,电压问题愈加凸显,亟需更加深入地认识系统电压演化过程。因此,文中首先从设备调节内电势幅值/频率的基本原理出发,明确无功不平衡是驱使内电势幅值运动的主要激励力,并以双馈风机(doubly-fedinduction generator-based wind turbine,DFIG-based WT)为例构建无功/端电压不同控制目标下内电势幅值/频率响应模型。然后,基于三相系统动态过程中无功功率的物理内涵,建立支撑内电势幅值运动的无功不平衡存储特性的直观认识,从而通过类比频率运动机制,指出内电势幅值是反映无功不平衡存储水平的状态。最后,在含DFIG-basedWT单机系统中分析考虑不同控制目标时的电压动力学演化过程,并初步探讨多机系统电压动力学演化过程的研究思路。

锁相环对锁相环型并网变换器有功/无功电流激励-内电势幅值/频率响应关系的影响机制研究

新能源发电大规模接入电力系统使其出现了区别于传统电力系统的电流控制时间尺度的电压/频率动态现象。系统安全稳定运行所需的相对稳定的电压/频率水平与功率传输水平要求变换器并网设备具备基于端口功率调节内电势幅值/频率的机制。电网端电压状态检测的锁相控制方式复杂化了该调节机制,并为理解系统电压/频率动态过程机理带来障碍。然而,现有研究多直接基于物理连接关系对锁相环型并网设备进行数学描述,未能意识到功率激励-内电势幅值/频率响应关系是设备在系统动态过程中角色的一般化描述,更未能建立锁相控制方式对此激励–响应关系的影响机制认识。为此,文中以锁相环型并网变换器电流控制时间尺度为对象,基于其在系统闭环因果动态过程中行为的认识揭示设备内电势幅值/频率独立受有功/无功电流调节的机制。然后,基于不平衡有功/无功电流及其独立决定的锁相误差分别经电流控制器与锁相环共同建立内电势矢量过程的认识,阐明内电势矢量旋转运动的形成机制与内电势频率调节的锁相影响机制。最后,进一步初步说明变换器设备在系统电流控制时间尺度频率动态过程中的角色。

电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制

双馈感应发电机(DFIG)在变速恒频风力发电中得到广泛应用,对DFIG采用矢量控制可使风电系统实现最大风能追踪和有功、无功解耦调节,从而获得优良的发电运行性能。但在传统的矢量控制方式中,通常认为是无穷大理想电网,忽略了定子励磁电流变化的动态过程,从而得到简化的DFIG数学模型,并以此作为电流内环控制器的设计依据。这种控制器在电网正常的情况下可使系统获得优良的动静态特性,但当电网出现故障时,其控制性能将恶化。为了提高电网电压故障情况下DFIG不间断运行能力,文中以DFIG的精确数学模型为依据,针对传统的2种矢量控制方式的不足,提出了改进的控制方案,并对改进前后电网电压骤降情况下DFIG的动态过程进行了仿真对比,结果表明改进方案可以有效控制转子电流,保护转子励磁变频器,提高DFIG变速恒频风电系统在电网故障下的不间断运行能力,是并网DFIG风力发电机的一种有效、实用的控制策略。

不平衡电压下双馈异步风力发电系统的建模与控制

提出了不平衡电网电压条件下双馈异步发电机(DFIG)在正、反转同步速旋转坐标系中的完整数学模型,推导和分析了不平衡电网电压条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率组成。在此基础上,提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的4种可供选择的控制方案。讨论了不同不平衡控制目标下转子正、负序电流指令值计算原则,设计了正、反转同步速旋转坐标系中DFIG的双dq转子电流控制器的不平衡控制方案,实现了不平衡电网电压条件下转子正、负序电流的独立跟踪控制,有效地提高了小值稳态不平衡电网条件下风电机组的不间断运行能力。仿真研究验证了理论分析的正确性和所提出的双dq转子电流不平衡控制方案的有效性。

基于磁饱和凸极效应的面贴式PMSM零速下无传感器技术

为了实现面贴式隐极永磁同步电机零速下转子初始位置的检测,从电机的高频数学模型出发,引入适合脉振高频注入法实现无传感器运行所需的定子槽磁桥特殊结构,分析了定子槽形和定子槽磁桥尺寸对电机饱和凸极效应的影响,并通过有限元分析予以验证,获得了高频阻抗随转子位置的变化规律,提出零速下无转子位置／速度传感器的控制策略。仿真结果表明这种基于饱和凸极转子位置检测原理的无速度传感器控制对面贴式永磁同步电机零速下定位及运行控制的正确性和可行性。

电力电子并网装备多尺度切换控制与电力电子化电力系统多尺度暂态问题

构建基于电力电子变换技术的高效可持续电力系统是实现我国一次能源结构清洁化转型的重要支撑。该形势下,电力系统发电、输配电、用电等各个环节的关键装备正由以同步发电机为代表的传统电磁变换装备向电力电子变换装备的规模化替代,深刻地影响着电力系统的暂态行为。近年来,国内外电网连续出现不明机理的暂态事故,严重威胁了电力系统安全稳定运行。该文从节点装备暂态特性与电力系统暂态过程特征的一般关系出发,归纳普遍存在于电力电子变换装备的暂态控制保护架构,总结对电力电子变换装备暂态特性以及电力电子化电力系统暂态过程特征的基本认识,凝练电力电子化电力系统多尺度非线性暂态问题分析的基本挑战与初步研究思路。

不平衡电网电压下双馈感应发电机网侧和转子侧变换器的协同控制

建立了不平衡电网电压下双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)网侧变换器的数学模型,讨论了交流输入电抗对瞬时有功功率的影响,在此基础上,提出4种可供选择的网侧变换器协同控制目标。为了验证网侧、转子侧变换器协同控制策略的有效性,提出静止αβ坐标系中比例?谐振控制器,使网侧变换器正、负序电流无需分解调节,并构建了DFIG网侧变换器的不平衡控制系统。仿真和实验研究结果表明,所提网侧、转子侧变换器协同控制策略可实现风电机组更为优化的不对称故障穿越(不间断)运行控制;所设计的网侧、转子侧变换器P-R电流控制方案不仅能够在稳态不平衡电网下提供精确的电流调节,而且在瞬态不平衡下体现优良的动态响应特性。

不平衡电网电压下双馈感应发电机转子侧变换器的比例–谐振电流控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下双馈感应风力发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)系统增强运行能力的有效控制策略,提出了网侧、转子侧变换器的比例–谐振电流控制方案以及两者之间的协同控制策略。针对电网电压不平衡条件下DFIG转子侧变换器,提出了一种在两相定子静止αβ坐标系中实施的比例–谐振(proportional-resonant,P-R)电流控制方案,以实现对DFIG转子电流无需正、负相序分解的统一调节。采用正序d+轴电网电压定向简化了各种增强运行能力控制目标下的转子正、负序电流指令值算法,设计了相应的DFIG不平衡控制策略。实验研究表明,这种P-R电流控制方案能够实现转子侧变换器选定控制目标,具备优良的动态调节性能,可增强不平衡电网电压故障下DFIG风力发电机系统的不间断运行能力。

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略

采用双馈异步发电机(DFIG)的交流励磁发电技术不但能在变速情况下实现恒频发电,更能 通过对DFIG输出有功、无功功率的解耦控制,实现最大风能的追踪。为能在不检测风速的条件下 实现最大风能的捕获,提出了基于参考功率优化计算模型的最大风能追踪控制策略,其本质是通过 控制DFIG的输出有功功率来间接控制风电机组转速以追踪风力机最佳功率曲线。在此基础上, 建立了基于矢量变换控制技术的完整的变速恒频(VSCF)风力发电控制系统。仿真和实验结果验 证了该最大风能追踪控制策略的可行性、有功与无功解耦控制的有效性及工程应用的现实性。

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机(DFIG)励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1.5MW商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置(Crowbar)的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15%的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。

基于非接触测试技术的UHPC早期收缩性能研究

本研究旨在通过基于电涡流传感器的非接触式测试技术,系统研究超高性能混凝土(UHPC)的早期收缩性能。实验中采用不同POM纤维掺量的UHPC配比,利用电涡流传感器定期测量UHPC样品的收缩量,并分析其收缩量曲线。研究发现,随着POM纤维掺量的增加,UHPC的早期收缩量逐渐降低,且在POM纤维掺量达到24 kg/m^(3)时,UHPC的3天收缩量为0.29 mm,预计每10 m的收缩量为5.89 mm,达到最优状态。此外,UHPC的收缩行为呈现出明显的规律性,其中在浇筑后的前18小时内收缩变化率最大。与此同时,本研究还对比分析了UHPC与普通混凝土的收缩性能,发现在一定POM纤维掺量下,两者的收缩量趋于一致。这一研究为UHPC材料设计与工程应用提供了重要参考依据。

含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述

大规模电力电子装备接入使电力系统故障特征不仅受拓扑结构影响,而且受控制策略的影响,导致基于同步机故障特征的常规保护方法对含电力电子装备电力系统存在适应性问题。文中综述了国内外含新能源电源、高压直流、柔性直流的电力系统故障建模、故障特征分析及继电保护的研究进展,在此基础上对含大规模电力电子装备的电力系统故障特征分析方法提出思考,对保护原理的发展趋势进行分析总结。最后,提出考虑协调控制与保护的建议与设想,并探讨了进一步的研究方向。

不对称电网电压条件下三相并网型逆变器的控制

介绍了一种用于三相并网型逆变器的新型电流控制器,即比例谐振电流调节器(PR)。不平衡电网电压条件下,该电流调节器可直接在两相静止坐标中对输出电流进行调节,无需进行正、负序分解便可直接对输出电流的正、负序分量控制。在一台容量为1.5kVA的并网逆变器实验样机上,分别对传统单个PI调节器、双dq、PI调节器和PR调节器进行了对比验证,实验结果证明了所提PR电流控制方案可改善三相并网逆变器系统的动态性能,提高系统的不对称故障穿越能力。

下垂控制逆变器的虚拟功角稳定机理分析

在大干扰下,电压源型的下垂控制逆变器会出现与传统同步发电机类似的暂态功角失稳,而且逆变器会因电流饱和而退变成一个电流源,进而出现更复杂的同步稳定问题。文中以逆变器单机无穷大系统为例,通过定义逆变器的虚拟功角,分别得出逆变器电流未饱和时的虚拟功角特性和电流饱和下的虚拟功角特性,在此基础上分析了逆变器的虚拟功角同步稳定机理和失稳过程,以及故障切除时间对逆变器虚拟功角暂态稳定性的影响,并将该分析方法扩展到虚拟同步机的暂态稳定分析中。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了失稳分析方法的合理性。

电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压同步信号的检测

提出了一种电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压同步信号的检测方法。通过采用一种新颖的谐振式锁相环技术,快速补偿锁相过程中各类电网故障引起的相位跟踪误差,有效地抑制了电网电压中负序及谐波分量引起的频率波动、相位抖动。该方法不仅适用于理想电网条件,更可在各种电压跌落、三相不平衡和谐波畸变等严重瞬态、稳态电网故障下,实现基波电压同步信号的快速检测和电压中基波正、负序分量与谐波分量的分离和提取。仿真与实验结果表明,所提出方法具有检测精度高、实时性好、适应性强和简单实用的特点,可为各种风力发电机组、太阳能光伏并网装置、可逆调速传动系统和动态无功补偿器等并网电力电子设备的运行控制提供有效和可靠的控制基准。

电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题

随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备以其在电能变换方面的灵活性在电力系统中的渗透水平不断提高,深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。该文从主要发电、输电和负荷装备的控制方式、动态特性及其对电力系统动态行为的影响角度出发,分析一次调频时间尺度以下电力电子化电力系统电压功角动态稳定问题的多尺度特征,并初步提出基于幅相运动方程、自稳性致稳性及广义稳定器等3个方面的系统建模、分析和控制的一般化概念和方法,即幅相动力学方法。