低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。

多换流器直流系统的虚拟惯性评估与控制参数协调设计

针对基于类虚拟同步发电机(AVSG)的多换流器直流系统遇到的非预期虚拟惯性问题,提出了一种多换流器直流系统虚拟惯性通用分析方法,有效修正了系统级等效AVSG外特性。首先,将多个AVSG控制回路等效为一个等值AVSG控制回路,建立了直流系统的等值单台AVSG模型。其次,提出了一种系统级虚拟惯性评估方法,从等值单台AVSG模型的输出阻抗频域响应特性角度对系统级虚拟惯性进行评估。然后,讨论了电压比例-积分(PI)控制参数对虚拟惯性特性的影响,并开展了电压PI控制参数和虚拟惯性系数间的协调设计。最后,在PLECS仿真软件及RT-BOX硬件在环实验平台上搭建了多换流器直流系统的开关模型,通过多种实验工况验证了等值单台AVSG模型和控制参数协调设计的有效性和可行性。

数据驱动的高比例变流器电力系统低频动态模型参数辨识

高比例变流器接入弱网后,容易产生由“外环控制-锁相环-弱网”交互影响主导的低频动态现象。网络侧线路参数、变流器控制参数因技术保密等原因往往难以完全获取,导致低频动态稳定性分析模型难以构建。因此,提出了一种基于数据驱动的低频动态稳定性分析模型参数辨识方法。首先,通过最小二乘回归算法辨识出网络参数矩阵;其次,建立系统矩阵,采用基于奇异值分解的动态模式分解算法将其重构,代入对应控制环节,通过求解一组线性方程即可同时获得所有变流器外环及锁相环的控制参数;然后,结合设备侧模型,构建完整的系统小信号稳定性分析模型;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建2个新能源场站接入系统的算例,以验证参数辨识的准确性以及模型的有效性,并进一步分析系统的低频动态稳定性。

弱连接VSC在“外环-锁相环”时间尺度下的一类小扰动稳定性提升方法及等效性分析

大量理论研究发现电压源换流器(voltagesource converter,VSC)接入薄弱电网后,易发生由“外环–锁相环”交互所主导的小扰动失稳现象,且在多个实际工程中也发现此类稳定问题。为此,国内外学者提出了大量改进控制方法,其基本原理为在有功外环、无功外环与锁相环三者之间施加附加补偿控制,以提升弱连接VSC(weak-grid connected VSC,WG-VSC)并网稳定性。该文将这些方法归纳为WG-VSC在“外环–锁相环”时间尺度下的一类小扰动稳定性提升方法。试想,这些策略都能提升稳定性,那么它们是否存在某种等效性?此外,基于等效性原理,还能否推导出其他的改进控制措施?该文研究动机是期望从方法论的视角回答上述问题,进而为解决此类稳定性问题提供基本依据。该文创新工作是基于一种能够清晰展现“外环–锁相环”交互关系的等效锁相环模型,首次揭示了这一类改进控制方法在提升WG-VSC“外环–锁相环”时间尺度小扰动稳定性方面具有等效性。此外,通过观察分析现有补偿控制策略在拓扑结构和作用机理上的特点,该文还预测了其余多种新型小扰动稳定性提升控制策略,并基于等效锁相环(phaselockedloop,PLL)模型分析得出,通过特定的控制器设计方法,可使得此类补偿控制策略在WG-VSC系统小扰动稳定性提升方面具有等效性。最后,基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真模型验证了该文理论分析的准确性。

新型电力系统综合实验平台设计与教学应用

针对电力系统实验教学平台建设中存在的偏离工程应用、有效利用率低、灵活性较差等问题,该文基于模块化和灵活组网方法,设计了新型电力系统综合教学实验与科研平台,平台各类型设备均具备即插即用功能,控制系统采用了集中-分布式的架构。实验平台可以对低压交直流微电网、中压柔性配电网和高压交直流电网等3种不同供电距离、电压等级的典型应用场景进行模拟,借助实验平台分别设计了教学实验和科研探索型实验,有助于增强学生对新型电力系统的认知与理解,培养新工科建设下的高水平人才。

柴储微电网虚拟惯量和阻尼系数可行域分析方法

采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术的储能系统能够有效提升高比例新能源接入的独立柴储微电网的惯量及频率稳定性。首先推导基于VSG的柴储微电网简化频率分析模型;在此基础上,提出一种储能VSG虚拟惯量与阻尼系数的可行域分析和设计方法。该方法计及VSG最大输出功率与能量约束,保证系统满足频率最低点等基本频率稳定指标约束,并有针对性地考虑阻尼比或VSG等效功率平滑时间等定制化动态性能需求。此外,针对柴储微电网在扰动初期出现的功率振荡现象,建立计及线路阻抗的稳定性机理分析模型,并提出基于虚拟阻抗的振荡抑制策略。最后,搭建了1台50kV·A柴油发电机和1台50kV·A虚拟同步机构成的仿真和实验平台,验证所提方法的有效性。

弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述

聚焦于单个弱连接电压源变流器(WG-VSC)系统在对称故障等大扰动下的锁相环同步暂态稳定性问题,梳理总结了其研究现状,包括暂态失稳现象、稳定机理、量化分析方法、稳定性提升控制措施等.实际运行控制中,从参数空间的角度分析以VSC注入有功/无功电流为参数空间的暂态稳定域更为直观,因此定义该暂态稳定域为电流可行域,并综述了相关研究工作.最后从多WG-VSC并联系统、不对称故障下、电压源虚拟同步型或构网控制下、不同锁相环的影响分析等方面展望了锁相环同步暂态稳定性问题的发展与应用前景.

基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析

针对负载变流器经线路聚合至共母线直流系统后,其线路电感与负载变流器输入滤波电容构成的LC振荡环节落入负载变流器控制带宽内,从而导致整个共母线直流系统发生非预期失稳的现象,提出了负载子系统自稳性判据。首先,建立了负载侧计及线路影响的恒功率负载模型,研究了负载变流器控制带宽对共母线直流系统稳定性的影响。然后,确定了负载变流器的控制带宽选取范围,使得计及线路影响的恒功率负载阻抗在LC振荡频率处的阻尼为正,进而确保整个共母线直流系统稳定。最后,硬件在环仿真的实验结果验证了负载变流器控制带宽对系统稳定性影响理论分析的有效性。

计及时滞的含风电配电网节点电压安全分析

随着新型电力系统的发展,强间歇性、随机性的风电点多面广地接入配电网,导致其潮流分布发生了巨大变化,给配电网安全可靠运行带来挑战。尤其在配电网运行控制过程中,数据计算、指令传输、指令响应等多环节均存在的不确定性耗时,可能会造成控制策略失灵乃至局部节点电压越限,因此,精准掌握配电网的最大可调控时延即时滞稳定裕度非常必要。为此,该文首先构建了计及时滞的含风电配电网节点电压安全分析偏导数微分超越方程的数学模型;然后提出一种Lyapunov-Krasovskii泛函构造方法,并应用Wirtinger不等式技巧处理泛函导数中的积分项,实现对所构建偏导数微分超越方程的求解,得到稳定判据,获知其时滞稳定裕度;最后借助典型案例和IEEE 33算例进行仿真验证。结果表明,该文所得稳定判据具有更低的保守性,以期为不确定时滞影响下的配电网运行控制提供理论依据。

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。

大功率柔性互联设备的有功互济协调控制方法

针对以常规母联开关互联的交流电网线路变压器容量无法合理利用的问题,提出了依靠由背靠背电压源变流器组成的新型大功率柔性互联装置实现两侧交流电网有功功率互济的协调控制方法。介绍了新型柔性互联装置的拓扑结构与基本的控制原理,为实现两侧线路变压器容量合理的目标制定了一种生成有功功率参考的方法,并基于PSCAD/EMTDC搭建了一套仿真算例,对新型柔性互联装置的基本控制与所提出的有功互济的协调控制方法进行了验证。仿真结果表明,在柔性互联装置采用所提方法时能够实现两侧交流线路的有功功率互济,解决了线路变压器容量无法合理分配的问题。

基于固态变压器的互联交直流微电网功率互济自主控制

为充分发挥固态变压器在微电网中的灵活调节能力,提出一种面向多端口固态变压器互联交直流微电网的功率互济自主控制方法。该方法根据固态变压器多端口互联的交直流独立子网的有功-频率以及有功-直流电压下垂控制特性,通过定义各子网的瞬时有功不平衡归一化变量,来衡量交直流微电网全局功率不平衡程度。基于此,以使各子网瞬时有功不平衡归一化变量相等为目标,设计固态变压器中三级换流器的联合控制策略,实现全局不平衡功率在各子网之间的均衡自主分配,促进各子网之间的功率互济。建立小信号模型,并对所提功率互济自主控制的关键参数进行优化。基于RT-LAB的控制器硬件在环实验验证了所提方法能够自主、灵活地实现互联交直流微电网子网间的功率互济。

基于多维T-S船用电池管理系统动态故障树分析

本文对船用电池管理系统基本事件进行分析,根据电池管理系统原理建立T-S动态故障树,构建了T-S动态门及其连续时间描述规则,搭建事件描述方法和数学模型。利用连续时间T-S动态故障树算法计算电池管理系统可靠性,分别计算各基本事件的概率重要度、关键重要度和综合重要度;根据计算结果对基本事件进行排序。

许旺细胞外泌体减少脊髓损伤区血管生成和瘢痕形成促进神经修复

背景:脊髓损伤可以导致轴突严重受损和神经元死亡,从而导致运动和/或感觉功能永久丧失。目前对于脊髓损伤的治疗手段仍然十分局限,外泌体作为一种非细胞疗法,因其强大的生物学活性而备受关注,有可能成为脊髓损伤的一种新兴治疗方案。目的:观察许旺细胞来源外泌体对小鼠脊髓损伤后神经轴突的修复作用。方法:将30只C57小鼠随机分成假手术组、许旺细胞来源外泌体组和PBS对照组,每组10只,对许旺细胞来源外泌体组和PBS对照组小鼠进行脊髓钳夹损伤,损伤24 h后,许旺细胞来源外泌体组小鼠尾静脉注射许旺细胞来源外泌体,PBS对照组小鼠尾静脉注射PBS,每周3次,持续4周,每次每只注射25μL (0.1 g/L)。最后一次注射后24 h后处死小鼠,取出脊柱并分离出损伤部位上下各1 cm范围内的脊髓进行固定、脱水、包埋和切片。免疫荧光染色观察损伤区域CD31阳性血管内皮细胞和FSP1阳性成纤维细胞的募集,以及NF200阳性神经轴突存活情况。结果与结论:与PBS对照组相比,许旺细胞来源外泌体组小鼠损伤区域中CD31阳性细胞数量减少(P <0.01),FSP1阳性细胞数量减少(P <0.05),以及NF200阳性轴突数量增加(P <0.01)。结果表明,许旺细胞来源外泌体可以减少脊髓损伤区域内血管生成和瘢痕形成,并促进神经轴突的修复。

骨髓间充质干细胞外泌体修复关节软骨作用机制的研究进展

软骨损伤是骨关节炎发病过程中最主要的病理表现之一。由于关节软骨特殊的生理结构,其自身的再生修复能力受到限制。近年来,骨髓间充质干细胞(BMSCs)外泌体在促进关节软骨细胞再生领域显示出良好的效果及应用前景,逐渐成为研究的热点。其作为核内体内陷后形成的囊泡,凭借其富含的生物因子调控细胞间的生理、病理活动,包括炎症反应、氧化应激反应及免疫反应等,并在骨关节炎软骨修复中发挥重要作用,但其具体作用机制目前尚未明确。因此,未来深入研究BMSCs外泌体在膝骨关节炎软骨修复中的作用机制,可以为疾病的治疗提供新思路。

直流配电网运行控制关键技术研究综述

以柔性直流为基础的配电网柔性互联与交直流混合配电网结构将给传统的配电系统运行方式带来巨大变革和挑战。首先简要介绍了一个含大规模新能源接入、集中式储能和负荷,以及融合交、直流微电网的典型多端直流配电网系统,并阐述了基本的分层运行控制框架;然后针对底层稳定控制,分析了直流配电网电压基本控制策略;接着从直流配电网电压波动抑制、直流配电网稳定与阻尼控制,以及直流配电网多运行模式切换控制3个方面综述了提升直流配电网稳定性的关键控制技术。针对直流配电网优化运行关键技术,首先介绍了基于日前调度和实时优化控制的分层优化框架,然后从基于智能软开关(soft open point,SOP)的柔性互联配电网和复杂交直流配电网2类主要场景讨论了直流配电网长时间尺度下的优化调度问题。最后展望了直流配电网运行控制关键技术发展趋势。研究指出:就地控制需要更加柔性化以适应未来交直流配电网灵活功率控制的需求;优化运行控制将深度融合先进信息通讯、量测技术以及大数据、人工智能等技术。论文研究可为直流配电网的运行控制提供参考。

中低压柔性直流配电系统稳定性分析模型与机理研究综述

中低压柔性直流配电系统可高效接纳利用光伏、风电等新能源和储能等直流型电源,为电动汽车、数据中心及LED照明等直流型负荷提供高效可靠供电,因此得到广泛关注。然而由于系统内电力电子设备特性各异,直流网络拓扑复杂,控制策略多样,运行状态变化频繁且变化范围较大,使得直流配电网存在多时间尺度小扰动和大扰动稳定性问题。为此,首先对直流配电系统的拓扑类型以及典型控制策略进行了梳理,然后分别对直流配电系统的典型小扰动和大扰动稳定性研究现状进行了详细的综述,最后对直流配电系统稳定性研究进行了总结和展望。

交直流微电网集群柔性控制及稳定性分析

该文重点关注柔性互联交直流微电网集群分层多尺度协调控制框架中的就地控制(即稳定控制)问题。现有的确定性控制策略一方面难以有效应对紧急情况下交直流微电网集群运行控制模式的平滑切换,另一方面为实现功率协调控制须依赖通信。为解决上述问题,提出一种全新的控制策略以区别于现有的确定性控制方法,称之为交直流微电网集群柔性控制方法。应用该柔性控制方法,交直流微电网集群中各装置就地控制不再依赖于某个特定的运行模式,易于实现运行模式平滑切换。更重要的是,仅依靠就地量测的电气量信息,即可实现多微电网集群功率协调控制。从稳态和小信号建模及稳定性分析两方面,论述了所提柔性控制方法的有效性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含2个直流微电网、1个交流微电网,以及隔离DC-DC和DC-AC互联装置的多微电网柔性互联集群仿真算例,对所提方法进行了有效验证。

基于最大估计吸引域的VSC接入弱网下的锁相环同步暂态稳定性分析

针对锁相环同步的弱连接电压源变流器(weakgrid connected voltage source converter,WG-VSC)系统的暂态稳定问题,该文首先应用线性矩阵不等式优化法构建WG-VSC系统的最大估计吸引域(largest estimated domain of attraction,LEDA),并将LEDA与基于LaSalle不变集定理的能量函数法和平方和规划法构建的LEDA进行详细对比,验证了所提方法在刻画LEDA方面具有更低的保守性。然后从保证故障穿越控制过程中的锁相环暂态同步稳定作为切入点,首次提出WG-VSC系统在电网对称故障大扰动下的有功/无功电流设定值可行域概念,并基于线性矩阵不等式方法刻画的LEDA,提出该可行域的求解算法,分析了典型参数对该电流设定值可行域的影响。该可行域为故障过程中的有功和无功电流设定值提供了切实可行的指导依据。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了基于详细开关模型的WG-VSC系统仿真算例,通过多种暂态仿真工况验证了该文所构建的LEDA和电流设定值可行域的有效性和可行性。

锁相环同步VSC接入弱网下的低频动态稳定性分析模型与机理研究

基于锁相环(PLL)同步接入弱网的电压源型换流器(WG-VSC)存在由“外环-PLL-弱网”交互主导的低频动态(LFD)稳定问题。为清晰揭示各关键环节及其交互对WG-VSC的LFD影响机理,提出一种等效PLL模型。首先建立了适用于多种典型外环控制模式的WG-VSC的LFD分析的基本模型,该模型包含原PLL环节及耦合了外环、电网强度及VSC运行点信息的“外环-弱网”环节。其次,将“外环-弱网”环节划分为有功侧外环对PLL的影响路径及无功侧外环所引入的对PLL的影响路径,以清晰表征VSC外环与PLL的交互关系。然后,基于LFD主导模态将“外环-弱网”环节简化为一阶环节,并结合原PLL的PI控制环节,得到保持足够LFD分析精度的二阶等效PLL模型,并基于该模型分析和揭示了“外环-PLL-弱网”的交互对WG-VSC的LFD的影响机理。最后,基于详细开关模型的时域仿真结果验证了等效PLL模型的有效性和分析结果的准确性。