并网型直流微电网的非线性降阶建模及其估计吸引域的优化计算

面对“双高”电力系统的高维度、高随机性和强非线性,现有的建模和稳定性分析方法受限于维度、难以求解且准确度低。针对此问题,该文提出一个面向“双高”电力系统,包含非线性降阶建模和估计吸引域优化计算的稳定性分析框架。首先,考虑分布式光伏和恒功率负载的地理环境因素,应用Pioncáre规范理论,将并网型直流微电网的二次状态偏差模型依次进行分块降维、解耦和降阶变换,建立一阶二次微分方程形式的非线性降阶模型。然后,基于李雅普诺夫稳定判据,结合构造含辅助变量的最优化模型思想,并利用克罗内克积性质,提出估计吸引域的优化计算方法,构建优化的估计吸引域(optimalestimatedregionofattraction,OEROA)。最后,以分布式光伏云层遮蔽和恒功率负载扰动下的微电网系统作为算例,与基于LaSalle定理的李雅普诺夫法、Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型法对比,验证所提方法构建的估计吸引域具有更低的保守性,以及所提分析框架的有效性。

基于Poincaré映射的单相并网逆变器非线性动力学分析方法研究

近年来,并网逆变器作为电力系统与新能源的接口迅速发展,但目前线性化思想分析其稳定性问题的方法存在准确性不足的风险。为此,提出了一种基于Poincaré映射的单相并网逆变器非线性动力学分析方法。首先,考虑锁相环与电路的拓扑结构,建立系统的非线性状态空间模型;其次,根据系统的拓扑切换方式求解系统的Poincaré映射,并对系统雅可比矩阵进行特征值求解;最后,对不同电容参数下的系统进行了特征值计算与仿真分析,仿真结果证明了分析方法的有效性。所提方法可以准确预测系统的非线性动力学行为,为并网逆变器的参数设计与理论分析提供帮助。

基于复杂网络理论的能源路由器物理层模型及配置策略

能源路由器以可再生分布式能源的高效利用为目标,需实现能源互联网中多种形式能量的协调管理以及保障电网的安全可靠运行。该文首先依据能源路由器的功能,提出了一种能源路由器模型与组成架构,并基于复杂网络理论,建立了能源路由器系统抽象模型与物理层之间的有机联系。其次,基于系统内节点的电气特性,通过考虑权值的Girvan-Newman算法,分析系统的节点的社区构成,形成能源路由器系统网络架构。随后,考虑经济性与能量损耗特性,提出能源路由器物理层网络配置模型。最后,算例表明,所提算法可以有效地进行能源路由器系统的网络架构的确定与配置。

基于三质量块模型的双馈风机小信号建模和模态分析

在风电机组轴系扭振的研究中,风机的建模是一个很重要的课题。针对风机的机械旋转系统,该文提出三质量块模型,进而得到双馈风电机组单机对无穷大母线系统的小信号模型,最后通过Matlab仿真论证该模型如何用于风电机组轴系扭振问题的研究,并探讨了含有发电机转子转速控制器的控制策略对轴系扭振模式的影响。小信号稳定模型包括机械部分和电气部分。为了便于研究定速风机、定制风机等机组和多机系统的扭振问题,对风机和电网的各个部分进行单独建模,形成独立模块,以便于扩展和修改。

连接海上风电场的基于直接功率控制的三电平VSC-HVDC

研究了连接海上风电场的基于电压源换流器的VSC-HVDC系统。多电平逆变器应用于VSC-HVDC系统提高系统传输容量并改善电能质量问题。利用基于功率控制的方法对VSC-HVDC系统进行了仿真,实现了双侧的独立控制,风电场侧由风机带换流器组成,采用基于滞环比较的功率控制,而系统侧三电平换流器采用基于直接功率控制,三个滞环控制器分别控制有功功率、无功功率和中点电压。仿真结果证实了基于此算法的VSC-HVDC系统连接大型海上风电场,可以正常稳定地运行。系统侧三电平换流器降低谐波含量并提高功率因数。

并联型电力有源滤波器的直流侧电压控制和补偿电流反馈控制

提出了一种基于直流侧电容电压控制和补偿电流反馈控制的电力有源滤波器新型控制算法。将周期离散控制技术和数字锁相环技术应用于直流侧电容电压的控制,通过非线性平均电流补偿技术计算出下一个工频周期内补偿电流的校正值实现了补偿电流反馈控制。该算法避免了复杂的谐波电流计算,提高了运算速度,能够跟踪并补偿频繁变化的负荷谐波。数值仿真计算和动模实验结果证实了该算法的有效性。

计及同调分区和全局优化的电力系统低频减载方案

电力系统低频减载方案是低频减载保护的重要方面,分区低频减载方案的性能直接决定了低频切负荷的效果。针对以往低频减载方案设计方法的不足,提出了一套新的整定方法。首先通过分析方案特性,提出了一种基于参数取值集合的基础集整定方法,该方法能够整定出相对完整的候选方案集合;然后讨论了电力系统发生解列时,独立行政分区中的分区组合情形,给出了低频减载同调分区及相关概念的定义,并提出了建立系统同调分区集合的算法;最后给出了计及同调分区的方案全局优化算法。上述整定方法可以获得全局最优方案,使低频减载方案在不同事故情况下都能有优良的切负荷性能。

微电网仿真与实验系统 Ⅰ.总体设计

从设计、数学建模、仿真等方面研究了微电网仿真与实验系统,在微电网模型基础上,采用美国西部联合电网(Western Systems Coordinating Council,WSCC)3机9节点系统作为标准输电网模型,结合硬件仿真实验平台,开发出微电网仿真与实验系统。该系统包括风力发电系统、光伏发电系统、并网接入系统、模拟输配电系统、负荷和仿真实验平台。研制的仿真及实验系统能够稳定可靠运行,实验证实了模型的正确性。应用表明,系统设计合理、功能完善,各方面性能能够满足微电网仿真和实验的要求。

多机型风电机组机网扭振的模型与机理

分别针对风电场的定桨失速型、直驱式永磁型和双馈异步型风力发电机组3种主流机型的机网扭振机理进行了分析。建立了风力发电机组机网扭振研究的小信号分析模型,包括风力机的机械旋转系统模型、发电机模型、控制模型及电网模型。其中机械旋转系统包括风力机的桨叶、高速轴、齿轮箱、低速轴和发电机转子,等效为3个集中质量块-弹簧模型;发电机、电网及控制模型均在dq坐标系下建立。建立了整个模型的状态方程。通过仿真研究了上述3种机型风电机组机网扭振的单机对无穷大仿真模型,利用输电线路首端三相短路故障激发风电场和电网间的机网扭振现象,得到了转速和转矩的扭振曲线,扭振频率与计算得出的风力发电机组机械旋转系统固有频率吻合,验证了模型的准确性。

基于下垂特性调节的直流配电网稳态分析

针对基于下垂特性调节的直流配电网,在给出变流器下垂特性基本原理的基础上,指出作为下垂控制的变流器内特性与直流配电网网络参数形成的外特性的交点即为实际运行点,讨论下垂特性参数与变流器功能的量化关系,分析含多变流器的节点综合下垂特性,包括多源、多荷及源荷混合等方式,提出变流器下垂特性二次调节的方法,考虑潮流控制器的影响,推导包括下垂特性控制、二次调节和下垂特性参数变化（三次调节）的直流配网潮流算法。算例结果表明,直流配电网的下垂特性调节能够实现节点运行的优化,相比其他的控制方法,更适用于对直流配电网络的灵活调节。

大型风电机组仿真及试验系统--Ⅰ．总述及设计

从设计、数学建模、仿真、实际硬件系统及软件系统的构建等方面研究了大型风电机组的仿真及试验系统,在风电机组各设备的全工况动态模型及空气动力学的动态模型基础上,结合实时硬件仿真平台,开发出大型风电机组仿真及试验系统。该系统包括静动态特性模型集、典型故障集、典型风况特性集、全工况仿真试验平台,可满足对现在各种主流机型的试验要求,可对风力发电机的关键部件及整机性能进行测试。研制的仿真及试验系统能够稳定可靠运行,试验证实了模型集的正确性。应用表明,系统设计合理、功能完善,各方面性能能够满足风力发电仿真和试验的要求。

“电力系统自动化”课程教学改革与实践

"电力系统自动化"是电气工程专业人才的一门重要课程。上海交通大学电气工程系在"电力系统自动化"课程教学体系、教学改革方面采取了创新性的教学改革实践。总结介绍了在教材建设、实验与实践、网上平台、综合测评等方面采取的教改措施和效果。指出了电力系统自动化领域的重要发展方向,并通过课堂教学与实践实验相结合,强化学生理论知识基础,同时在面对面课程模式中引入网络讨论式教学方法,提高了学生自主学习积极性,增加学生研究探讨和自主创新的综合能力。实践表明,教学改革实践有效提升了教学效果。

“电力系统自动化”精品课程建设

"电力系统自动化"是电气工程类专业人才的一门必修课。作为一门精品课程,其关键在于课程的建设。"电力系统自动化"精品课程建设包括教学手段改革和教学内容建设两大部分,为此进行了创新性的教学实践。实践表明,该课程的建设不仅可以巩固学生的理论知识,提高学生的动手能力,还能激发学生的主观能动性和创造性思维,增强创新能力,同时教师的业务水平也得到提高。

动态无功电流的瞬时采样直接法

通过分析单相动态无功补偿系统结构,提出了一种新型的单相动态无功电流检测算法,并将其应用于静止同步补偿器。所提算法通过三角函数的数学关系导出无功电流的计算方法,采用电压与电流的瞬时采样值直接得到无功电流的幅值,是一种动态无功电流的瞬时采样直接法。该算法的控制目标是使补偿装置发出的电流为系统的无功电流,结构简单且易于实现,并且不受负荷电流为容性或者感性的影响,总体响应时间为1/4正弦周期。数值仿真与在静止同步补偿器中应用的实验结果都表明,算法能够保持系统电流无畸变,无功补偿范围广。

失速型风电机组机网扭振的模型与机理

指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性,为研究风电机组的机网扭振问题,针对失速型异步风力发电机,建立了研究其风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一动态模型。采用有限元方法分析了实际的叶片结构,将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为三质量块-弹簧模型,同时建立了发电机定子和电网在d-q坐标系下的模型,实现了机网接口。仿真分析得到了风力发电机的旋转系统在电网三相故障激励下叶片的扭振曲线,其扭振频率与风机旋转系统的理论固有频率相同,且故障切除以后扭振现象并未衰减;为进一步研究抑制机网扭振的方法提供了理论基础。

三电平直接功率拓展控制的最优向量通用判据

针对多电平逆变器的控制策略向量选择的问题,分析三电平逆变器的工作原理,提出一种可应用于三电平逆变器的基于直接功率控制的算法,通过三个滞环控制器来实现算法的控制。为协调控制系统的有功功率、无功功率和中点电压,提出一种基于直接功率控制的最优向量通用判据算法,通过分析各个逆变器电压矢量作用后产生的有功、无功、中点电压变化,选择合适的逆变器电压矢量来控制各个IGBT的关断。仿真结果证实了基于此算法的三电平逆变器直流母线电压稳定,交流侧电流和逆变器输出电压波形良好,同时中点电压滞环控制器抑制了中点电压的波动。

大型风电机组仿真及试验系统Ⅱ．建模和仿真

建立了包括异步感应式发电机、双馈感应式发电机和永磁同步发电机在内的主流风电机组数学模型,针对不同的机组类型提出了相应的风力机模型和变频器控制策略。以建立的数学模型为基础,确立了接入无穷大系统的风电场模型,模拟风力机风速变化情况,对各个风机模型在风速扰动下的响应特性进行了仿真分析研究,并将仿真波形进行了简单的比较。仿真结果验证了模型的正确性,3种主流风力发电机模型的建立为大型风电机组仿真及试验系统提供了研究基础。

电力系统低频减载的同调分区定义与割集算法

电力系统分区运行时其低频减载在各区域作用的绩效可能会由于分区组合情形的变化而受到影响。针对这一问题,通过分析系统分区组合特性,给出了低频减载同调分区及相关概念的定义。基于同调分区的概念,结合对电网分区图的割集的分析,提出了建立系统同调分区集合的算法。采用该算法计算实际电网的同调分区集合,在考虑同调分区的情况下对分区低频减载方案进行了设计、仿真和优化。仿真结果表明优化后的方案稳定性得到增强,证实了低频减载同调分区算法的重要性。

微电网的仿真与实验系统Ⅱ—建模仿真及实现

文中基于美国西部联合电网(Western Systems Coordinating Council,WSCC)3机9节点系统,建立了1个带有逆变并网接口的输电网模型,并利用逆变并网接口模型模拟了微电网与上级输电网的连接,对微电网对上级电网电压与频率的支持情况进行了数字仿真。仿真结果表明在上级输电网的有功与无功负荷发生突变时,微电网的接入使上级输电系统的有功与无功功率能够实现就地平衡,并保持系统频率与电压幅值的稳定。整个微电网系统仿真环境设定均按照实验室所能达到的低电压低容量条件下完成。文中所有仿真算法及结果均在PSCAD/EMTDC软件环境及动态模拟实验室中得到验证。

基于下垂控制的柔性直流配电网综合调度指标和调度策略

基于柔性直流配电网架构,分析了节点变流器下垂控制原理以及其对节点运行点的控制机制;根据电路原理和戴维南定理研究了基于下垂控制的柔性直流配电网的电气和电网络机理,并以此提出一个与各节点功率、电压及下垂斜率有关的综合性配电网潮流调度指标;同时,针对节点运行状况的优化目标,深入探讨了一种调度控制策略;最后,参考国际大电网会议的B4网络提出一个八端柔性直流配电网结构,并以此对所提出的综合调度指标和调度控制策略进行分析验证。