弱电网下基于电网电压前馈的并网逆变器阻抗重塑控制策略

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变器阻抗重塑控制策略。同时,为了提高该策略的普适性,该文利用函数近似和多目标约束为电网电压前馈函数的优化提供两种设计方法,并从系统基波电流跟踪性能、并网功率因数等方面进行误差分析,从而证明其函数优化设计方法的可行性。理论分析表明,优化后的电网电压前馈控制策略,可以有效地对系统输出阻抗相位特性进行重塑,很大程度上拓宽了系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

基于VMD模糊熵与GG聚类的直流配电网故障检测方法

针对直流配电网存在的故障信号难以提取、不易对各类故障进行诊断等问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)模糊熵与Gath-Geva(GG)聚类的故障检测方法。首先,提取出暂态电流,采用VMD算法将故障暂态电流分解成若干个固有模态分量(IMF)。然后,分别计算分解得到的若干个IMF的模糊熵,将其作为特征向量。最后,采用GG聚类算法对故障特征的特征向量进行聚类识别。GG聚类的主要算法为将聚类样本划分为c类,设出隶属度矩阵,通过设定迭代来计算聚类中心与最大似然估计距离,更新隶属度矩阵,当隶属度矩阵满足条件矩阵时终止迭代,从而实现对单极故障、极间故障以及区外交流侧接地故障的聚类识别。仿真结果表明,所提保护方案可靠性强、准确率高,在不同故障类型、故障位置和过渡电阻等工况下均能可靠检测直流线路故障并准确识别故障类型,且具备一定的抗干扰能力。

基于改进YOLOX-S的轻量化煤矸石检测方法研究

目的 为了探索基于现有机器视觉煤矸石检测方法的模型参数量、计算量对检测速度和嵌入式设备的影响,方法 提出一种基于改进的无锚框YOLOX-S轻量化煤矸石检测模型。为使模型能提取更真实的煤矸石特征信息,收集分选现场煤矸石样本,保证实际环境下的煤矸石检测效果,适应实际生产环境。结合CSPNet,将输入的特征图分割成两个分支,实现更丰富的梯度组合,同时减少模型计算量;之后在其中一条分支使用Ghost轻量化卷积,通过少量常规卷积生成一组特征图,达到初次减少计算量和参数量的效果,然后在此特征图基础上经过简单线性变化操作,生成一组新的特征图,将两组特征图进行融合,降低对计算资源需求的同时,也达到了常规卷积相同的特征提取效果;引入LeakyReLU激活函数减弱模型梯度消失的影响,提取更深更多的特征信息;最后融合两个分支特征,保证较高的检测精度,提升模型检测速度。采用CIOU Loss(complete IOU loss)优化目标边界框回归损失函数,使模型回归损失收敛更快,提高模型目标定位能力。结果 与原模型相比,本文改进模型在保证较高的平均精度均值90.51%情况下,模型参数减少47%,计算量减少49%,检测速度达到50帧/s。结论 轻量化煤矸石检测模型使智能化煤矸石检测在实际生产环境中具有一定的应用前景。

双有源桥无回流功率控制的死区影响与补偿

针对三重移相协同控制(CTPS)加入桥臂死区后,会导致双有源桥(DAB)变换器回流功率发生及软开关失效的问题,提出针对CTPS控制的死区补偿策略.通过分析CTPS控制不同模式下桥臂死区引起的变压器原副边电压及漏感电流的变化,基于回流功率产生的原理,更正了不同模式移相比之间的耦合关系,对功率传输模型及CTPS控制模式的切换条件进行修正,实现了死区对CTPS控制影响的有效控制.利用所提的补偿方案,抑制了由死区引起的回流功率,恢复了CTPS控制的软开关性能,具有较补偿前更优的电流应力.分别开展死区补偿前、后的实验,对死区影响的分析和所提出的补偿策略进行验证.

基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略

虽然并网逆变器采用电容电压全前馈控制策略,能够有效抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响。但是在弱电网工况环境下,由于锁相环、数字控制延时等因素与电网阻抗相互耦合,导致逆变器稳定较差、在阻抗交截频域中呈现弱无源性,易引发系统谐波振荡甚至失稳问题。鉴于此,该文借助无源性理论和阻抗分析方法,深度揭示了影响系统各频带阻抗特性的主导因素,进而提出了一种基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略。理论分析表明:所提控制策略不仅能有效地拓宽系统输出阻抗稳定范围,还可以保证改进后的系统输出阻抗具有较高的幅值增益。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

补偿不平衡负载的HC-SVG相间电压平衡控制与直流电压取值分析

针对由中点钳位型(neutral-point clamped,NPC)功率单元和H桥级联型(cascade H-bridge,CHB)功率单元构成的混合级联型静止无功发生器(hybrid cascade static var generator,HC-SVG)在补偿不平衡负载时产生的CHB功率单元相间电压失衡问题,提出一种基于零序电压前馈的CHB功率单元相间电压平衡控制方法,并对零序电压注入后HC-SVG直流侧电压取值进行分析。首先,分析CHB功率单元承担基波电压分量与HC-SVG输出基波电压的关系。推导HC-SVG补偿不平衡负载时CHB功率单元相间电压平衡所需的零序电压,建立零序电压前馈控制。其次,基于零序电压与补偿电流的解析关系,讨论补偿电流不平衡度与HC-SVG直流侧电压取值之间的约束关系。以6 kV/3 Mvar装置为算例,进行直流侧电压的取值分析。并与星接CHB-SVG进行对比,揭示补偿不平衡负载时HC-SVG所需直流电压低的特点。仿真验证了相间电压平衡控制与直流电压取值分析的有效性。

一种混合型双向直流变压器的改进虚拟直流电机控制

为实现中低压直流互联场景中串并联直流固态变压器的高效传输和灵活调压,组合CLLLC变换器模块和Buck/Boost-CLLLC变换器模块形成新的混合型串并联双向直流固态变压器(hybrid series-parallel bi-directional DC solid state transformer, HSBDCSST),使其兼具Buck/Boost-CLLLC变换器的双向灵活调压和CLLLC变换器的双向高效传输优势。同时提出了CLLLC模块的同步方波控制和Buck/Boost-CLLLC模块的改进虚拟直流电机(improvement virtual direct current motor, IVDCM)控制。其中各CLLLC模块采用同一个固定频率占空比为50%的方波进行控制以保证高效率。而对于Buck/Boost-CLLLC模块,在传统虚拟直流电机(virtual direct current motor,VDCM)控制的基础上引入直流电机额定角速度随机械功率按比例变化的环节,构成IVDCM控制策略,实现调压并改善直流变压器的惯性阻尼特性,有效提高了系统的响应速度与动态特性。最后搭建3模块串并联系统的Matlab/Simulink仿真模型及实验平台,验证了该控制方法的有效性。

弱电网下考虑数字控制延时的LCL并网逆变器改进WAC控制策略

传统加权平均电流(WAC)控制方法因控制延时产生反向谐振峰而失去环路降阶特性,导致系统在弱电网下具有极大的失稳风险。文中首先分析了控制延时与弱电网共同影响下,传统WAC失去降阶特性导致系统失稳的问题,不再从环路降阶的角度而是在等效阻抗模型的基础上对系统输出阻抗进行失稳分析;然后在电压比例前馈的基础上,从增强谐波抗扰能力及稳定性入手,提出基于多二阶滤波器的电压前馈控制策略,对系统输出阻抗进行重塑,进而提升等效输出阻抗在中低频段的相位裕度,增强系统对电网阻抗宽范围变化的适应性。仿真及实验结果表明,该策略对弱电网阻抗宽范围变化具有较强的适应性,能够输出优良品质的入网电流。

基于双重移相的双向变换器优化控制策略

为解决双向DC-DC变换器(dual active bridge,DAB)采用单移相(single-phase-shift,SPS)控制产生的回流功率较高及动态性能较差的问题,提出一种采用双重移相(dual-phase-shift,DPS)控制下的最小回流功率算法与直接功率控制相结合的方法。首先对DPS控制下的基本原理及回流功率特性进行分析,并建立回流功率与移相比之间的数学关系,从而推导出各分段条件下回流功率在各阶段最小化的方案。其次在保证对变换器回流功率最小化的同时提出结合直接功率法来显著提高变换器的动态性能。最后通过MATLAB/Simulink中建立的仿真验证了上述控制策略的有效性。

构网型和跟网型电力电子装备混联系统惯量响应的匹配问题综述

构网型和跟网型电力电子装备具有异质化调频特性,导致2类装备交直流混联系统惯量响应阶段的动态交互作用机理复杂,传统的惯量参数匹配原则难以优化系统频率响应的问题。阐述了电力电子装备系统的惯量响应匹配问题,并对现有电压源型变流器的调频控制方法进行了概述。从功频响应分析方法、调频功率分配原则和频率响应特性3个方面对电力电子装备系统惯量配置问题的研究现状展开梳理。对电力电子装备混联系统的统一建模及惯量响应匹配问题提出了研究思路,旨在通过惯量支撑功率的匹配控制提升低惯量电力系统的频率稳定性,从系统层面为高比例电力电子装备友好并网提供基础理论和关键技术支撑。

基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略

在指令功率发生扰动时,虚拟同步发电机控制环路易产生功率交互振荡,威胁系统的安全稳定运行。为此,提出一种基于改进虚拟同步发电机控制的功率交互振荡抑制策略。基于相对增益矩阵原理研究不同系统参数变化时虚拟同步发电机输出功率间交互作用的变化规律;采用转速阻尼功率高通反馈改进虚拟同步发电机有功功率-频率控制环路,并通过绘制Bode图对比传统虚拟同步发电机控制策略与改进虚拟同步发电机控制策略的暂态和稳态性能;利用相对增益矩阵原理分析改进虚拟同步发电机控制策略的有功功率环路交互作用情况。仿真及实验结果表明,所提策略可有效实现虚拟同步发电机交互振荡的抑制。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

考虑负荷动态变化的孤岛微电网二次频率控制

传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)二次调频策略未考虑负荷动态变化时频率偏差持续变化引发的积分器不断累加,易导致VSG调频效果不佳甚至引发频率振荡问题。针对此问题,提出了一种基于负荷扰动模态辨识和VSG自适应调整的孤岛微电网二次频率控制策略。首先,分析了传统VSG二次调频策略在负荷动态变化场景中存在的问题。然后,利用负荷功率特征数据实时辨识负荷扰动模态;当判定负荷扰动属动态变化模态后,以一二次调频阈值与有功变化阈值为边界,根据系统频率偏移量自适应调整VSG参数与虚拟调速器结构,实施微电网频率的跟踪调节。之后,通过建立小信号模型分析了积分器引入及VSG参数自适应调整情况下的系统稳定性。最后,仿真测试结果验证了所提频率控制策略的可行性。在相同条件下,相比于几种已有策略,所提策略将微电网二次频率波动范围限制在0.0173 Hz以内,在减小频率偏移量方面更具优势。

考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

针对电动汽车作为灵活储能分散接入交直流混合微电网后过度依赖双向互联接口变换器进行子网间储能交互的问题,提出一种考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,考虑交、直流子网净功率和功率互济级最大传输功率作为约束条件,将其划分为四种运行状态,并进一步分析功率互济级功率传输方向和储能荷电状态,详细划分不同模式对应的具体工况;然后,考虑电动汽车和蓄电池的响应优先级,设计联合储能动作规则,并详细研究交、直流子网和联合储能子网间的功率交互,制定功率协调控制策略,提出系统模式及工况切换方法;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了交直流混合微电网仿真模型对所提控制策略进行验证。

基于无模型自适应迭代学习的液压锚杆钻机转速控制

针对存在参数不确定、非线性约束液压锚杆钻机回转系统的转速高精度控制问题,利用钻机作业的重复性,提出了一种基于无模型自适应迭代学习的液压锚杆钻机回转系统转速控制方案。首先,搭建钻机回转控制系统关于转速的状态空间模型。其次,利用动态线性化技术,构造钻机回转系统液压马达与伺服阀电流在迭代域的等价线性映射关系,并根据系统采集的历史伺服阀电流输入、液压马达转角输出数据,提出无模型自适应迭代学习转速控制设计方法。然后在理论上给出液压锚杆钻机回转系统转速跟踪误差沿数据方向以及重复作业方向的渐近收敛性。最后,利用MATLAB软件和AMEsim平台联合仿真验证算法的有效性。结果表明,相比于传统PID算法和迭代学习控制算法,所提出的算法在不需要已知锚杆钻机系统模型的情况下,能够仅利用可测数据实现钻机转速的高精度控制,并且在面对突加外部干扰、油温波动情况下仍具备良好的自适应、抗干扰能力。

基于阶梯碳交易的综合能源微电网联合控制研究

在“双碳”目标背景下,为实现微电网系统的低碳排放和风电消纳最大化,提出了一种含碳捕集电厂(carbon capture power plant,CCPP)及电转气(power-to-gas,P2G)耦合的综合能源系统(integrated energy system,IES)和电车入网(vehicle to grid,V2G)的双层模型优化调度策略。首先,在低碳技术层面上,针对CCPP和P2G设备在时间上运行不同步的问题,在CCPP和P2G设备中间加设储液罐作为CO_(2)的缓冲站,建立含CCPP、P2G设备、燃气轮机的数学模型并建立阶梯碳交易对IES进行低碳排放约束;其次,为了充分发挥电动汽车负荷和储能的双重特性,以IES的弃风时段和高峰时段制定策略引导电动汽车进行充放电,来进行能量时移;最后,在经济效益层面上,以综合运行成本最低为目标函数,采用MATLAB调用GUROBI求解器进行求解。通过设置不同场景进行对比,结果表明,该调度策略能在提高微电网风电消纳水平的同时,实现系统的低碳经济运行。

姿势自适应权重更新策略及尺度回归的煤矿井下目标跟踪算法

随着计算机技术的飞速发展,煤矿井下智能工作面的建设取得了巨大进步。目标跟踪作为井下智能工作面建设的一个重要环节,在保证作业人员安全,提升开采效率等方面发挥着重要作用。但是煤矿井下光照条件较差,当目标有较大外观变化和遮挡时,算法的跟踪预测框将不能准确跟踪目标。为了解决上述问题,设计出姿势自适应权重更新策略,该策略能计算出不同帧与模板帧之间目标外观姿势的变化程度,该变化程度作为目标估计网络调制向量更新的依据,动态地更新调制向量。通过该更新策略,使得算法对于目标尺度变化较大物体的跟踪精度得到提升。同时设计的中心点尺度回归损失函数,将中心点距离和高宽损失引入损失函数,使得目标框回归更加精准。

基于深度神经网络的综采工作面视频目标检测

综采工作面环境较复杂,地形狭长,多目标多设备经常出现在同一场景当中,使得目标检测难度加大。目前应用于煤矿井下的目标检测方法存在特征提取难度较大、泛化能力较差、检测目标类别较为单一等问题,且主要应用于巷道、井底车场等较为空旷场景,较少应用于综采工作面场景。针对上述问题,提出了一种基于深度神经网络的综采工作面视频目标检测方法。首先,针对综采工作面环境复杂多变、光照不均、煤尘大等不利条件,针对性挑选包含各角度、各环境条件下的综采工作面关键设备和人员的监控视频,并进行剪辑、删选,制作尽可能涵盖工作面现场各类场景的目标检测数据集。然后,通过对YOLOv4模型进行轻量化改进,构建了LiYOLO目标检测模型。该模型利用CSPDarknet、SPP、PANet等加强特征提取模块对视频特征进行充分提取,使用6分类YoloHead进行目标检测,对综采工作面环境动态变化、煤尘干扰等具有较好的鲁棒性。最后,将LiYOLO目标检测模型部署到综采工作面,应用Gstreamer对视频流进行管理,同时使用TensorRT对模型进行推理加速,实现了多路视频流的实时检测。与YOLOv3、YOLOv4模型相比,LiYOLO目标检测模型具有良好的检测能力,能够满足综采工作面视频目标检测的实时性和精度要求,在综采工作面数据集上的平均准确率均值为96.48%,召回率为95%,同时视频检测帧率达67帧/s。工程应用效果表明,LiYOLO目标检测模型可同时检测、展示6路视频,且对于不同场景下的检测目标都有较好的检测效果。

小尺度交通信号灯的检测与识别

针对深度模型在网络深层易丢失细节特征导致对小尺度目标检测效果差的问题,提出一种基于YOLOv3算法的小尺度交通信号灯检测模型。首先,采用跨越式特征融合提升浅层特征图的语义能力、减少过度融合产生的冗余信息;然后,采用K-means算法聚类出适合交通信号灯尺寸的新先验框,再采用线性缩放机制对新先验框离散以提升IoU。经过Bosch Small Traffic Lights Dataset测试集测试表明:所设计的新模型相较原YOLOv3模型,其mAP提升约9%,Green-AP提升5%,Red-AP提升30%,检测速度达24 fps,满足交通信号灯实时检测需求。另外,提出一种YOLOv3与OCR结合识别倒计时数字灯的方法,该方法在自制测试集上的识别精度达91%。

改进损失函数的增强型FPN水下小目标检测

针对水下小目标因携带特征信息少、定位不精准而导致检测精度低的问题,提出一种特征金字塔网络(FPN).首先,在FPN上采样过程中加入协同非局部注意力模块,利用卷积、横纵向池化挖掘特征图的静态和动态上下文信息;其次,在FPN通道调整过程中加入三叉戟特征增强模块,利用并行空洞卷积与高效通道注意力(ECANet)捕捉多尺度空间与通道特征信息;最后,在FasterR-CNN算法的回归损失函数中引入线性回归损失增益系数,增大对多尺度目标回归偏移量的惩罚,提高定位精度.实验结果表明,采用2020年全国水下目标检测大赛提供的数据集、PASCALVOC数据集和MSCOCO数据集进行实验,该算法比基线FasterR-CNN算法精度分别提升2.8%,2.2%和2.5%,结果证明了其有效性.