Generic Reliability Evaluation Method for Industrial Grids with Variable Frequency Drives

The paper presents a reliability evaluation method based on fault tree analysis with set theory and minimal cut set as core algorithm, which can be used to evaluate the reliability for industrial grids with wide application of variable frequency drives. The working principle is introduced firstly, based on which the method development considering different system topology designs, backup solutions and redundancy mechanisms are analyzed in details. In the end the proposed method is applied to two cases to show the reliability performance of system with variable frequency drives. The proposed method is also suitable for analyzing the reliability performance of industrial grids with other types of power electronic converter technology.

基于匹配控制的构网型直驱风电场次同步振荡机理与特性研究

近年来,具有低时延和惯量同步等优势的匹配控制成为主流构网型控制方案之一,但基于匹配控制的构网型直驱风电场的次同步振荡机理及特性尚不明确。因此,该文建立构网型直驱风电场并网系统的小信号模型,通过特征值法分析了系统的振荡模态及参与因子,并借鉴同步机中阻尼转矩法分析构网型直驱风电场的次同步振荡机理。结果表明,构网型直驱风电场中匹配控制主导的振荡模态在强电网下呈现负阻尼特性,系统存在次同步振荡的风险,但匹配控制振荡模态相较于跟网型控制的锁相环振荡模态具有更好的弱电网适应能力;匹配控制振荡模态存在类似于同步机转子运动方程的动态特性,使得构网型直驱风电场可能发生弱阻尼振荡;减小交流电网强度或无功控制器积分系数,增大构网型直驱风机台数或无功控制器比例系数,能够增大匹配控制振荡模态的阻尼,降低系统次同步振荡风险。

基于自抗扰的直驱风电机组强迫振荡抑制研究

风剪切和塔影效应会导致直驱式风电机组产生强迫功率振荡,影响系统的安全稳定运行。因此,提出了一种基于自抗扰控制的虚拟惯量控制方法,该方法通过扩张状态观测器观测估计系统扰动量,同时利用跟踪微分器调整系统频率的参考值,优化风电机组控制功率。仿真结果表明,相比传统的虚拟惯量控制,所提方法具有更好的抗干扰性,能更有效地对扰动进行观测估计并补偿,达到抑制直驱式风电并网系统强迫振荡的目的。

基于机网变流器协同的波浪发电系统控制策略

为实现波浪发电系统的高效平稳入网,以直驱式波浪发电装置为例,建立其数学模型和并网结构。将装置输出功率分解为平均分量和波动分量,从发电系统主动式控制的角度,进一步提出了阻尼控制和阻尼弹力控制下的最优策略,以使其高效运行。通过直流侧储能配置及机侧和网侧变流器的协同控制,实现电能的平稳入网。仿真结果表明,阻尼弹力控制较于阻尼控制,发电效率更高同时波动更大,直流侧储能及机网侧协同控制可有效平抑功率波动,为波浪发电系统的入网控制设计提供参考。

基于多源数据的特长隧道驾驶疲劳模型

为研究驾驶人在特长隧道内驾驶疲劳演变过程及其影响因素,基于实车试验采集的多源数据,对特长隧道内驾驶疲劳分类判别以及驾驶疲劳影响因素关系模型展开了研究。通过差异显著性分析和相关性分析筛选出闭眼百分率P80、瞳孔直径变异系数和加速度作为疲劳敏感性指标,并分析了各指标随行驶时间累积的变化规律。为构建驾驶疲劳分类判别模型,基于卡罗林斯卡嗜睡量表(Karolinska sleeping scale,KSS)主观疲劳检测结果,将疲劳程度划分清醒状态、半疲劳状态和疲劳状态,采用构造多类分类器的方法将不同疲劳状态样本进行组合分类,利用网格搜索法进行分类模型的参数寻优,并将筛选出的疲劳敏感性指标作为分类模型的输入变量,建立了基于网格搜索法的多分类支持向量机疲劳状态判别模型(GS-M-SVMs模型)。然后根据疲劳状态分类判别模型,利用有序多分类Logistic模型建立了特长隧道疲劳程度与影响因素的关系模型,对特长隧道内驾驶疲劳影响因素进行了探究。研究结果表明:疲劳敏感性指标变化规律可有效表征特长隧道内驾驶疲劳演变过程,而GS-M-SVMs模型分类检测准确率达到90.75%,对疲劳程度的分类识别效果较好,并且累积行驶时间和隧道长度显著影响驾驶人的疲劳程度,其模型回归系数分别为2.634和0.395,表明累积行驶时间是驾驶人在特长隧道路段中疲劳程度加重的最主要因素,隧道照度和隧道线形等因素并无显著影响。

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。

离心式铁磁流体微泵的设计及流动特性分析

铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明:该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换;由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动(数量级为10^(-5)),但仍处于层流状态(Re<1),并且由于惯性力与特征尺寸相关而黏滞力与特征尺寸无关等力学因素,导致泵送动力对出口尺寸长度非常敏感,在转速4 r/min、出口段长度9 mm时无法实现有效泵送。同时对铁磁流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密封性能,相差3个数量级,从铁磁流体的密封稳定性和界面稳定性角度验证了离心式铁磁流体微泵的可行性。

直流母线小电容永磁同步电机驱动系统网侧电流谐波抑制策略

直流母线采用小电容永磁同步电机驱动系统具有降低成本和延长运行寿命的优势。但在系统运行时网侧电流中存在大量的谐波,这将会影响网侧电流质量。为了改善小电容永磁同步电机(PMSM)驱动系统的网侧电能质量,该文提出一种基于阻抗重塑的有源阻尼控制方法,以抑制网侧电流谐波。通过对驱动系统进行建模,分析影响网侧电流谐波的因素,建立母线电流与网侧电流的数学关系。采用有源阻尼控制方法,提取母线电压谐波信号,以最优电压补偿的方式构建反馈回路,重塑驱动系统的特定频率处的等效阻抗,以实现网侧电流谐波的改善。同时,为了抑制电压补偿模块对电流内环扰动的影响,设计电流环级联双频陷波器,并通过系统极点图进行了稳定性分析。仿真结果和实验分析验证了所提控制方法的有效性。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

页岩油电驱设备面临的供电问题及解决策略

国内某页岩油示范区已进入规模开发阶段,对钻机和压裂机组的需求量较大,目前面临用电难、电驱钻井和压裂作业难以开展的问题。通过对电动钻机和电驱压裂机组的用电需求分析,单部电动钻机需要的供电容量达3710 kVA;单套电驱压裂机组需要的供电容量达38061 kVA。结合区域已建电力系统现状,指出现阶段示范区电力系统的供电能力严重不足,供电容量只能以满足机采设备和站场设备用电为主,也可兼顾部分电动钻机用电,但是与电驱压裂用电需求的容量相差甚远。对电网而言,电动钻机和电驱压裂机组均属电能质量干扰源,设备接入系统会明显影响供电质量和电网安全稳定运行。此外,施工供电设备多次接入电网或从电网脱离,也会增加调度管理难度。为了改变这种不利局面,提出两种供电问题解决策略:一是积极促进电网增容和升级,改善供电条件,为现场扩大电气化施工作业规模奠定基础;二是利用页岩油伴生气量较大的优势,建设燃气发电站和配电网,缓解电网供电压力。建议策略一优先采用,策略二可作为策略一的有益补充。

基于构网型控制策略的直驱型风力发电机简化模型研究

直驱式风力发电作为当前风力发电的普遍形式,随着其容量的增加,将导致受端电网有效惯量不断减少,呈现弱阻尼特性,增加电力系统运行风险。直驱风电场柔直并网过程中采用具有主动支撑能力的构网型控制逐渐成为研究主流,但因其控制技术、工程应用尚处于研究阶段,需要先在仿真软件中进行测试。构网型直驱风电场并网系统需要考虑大量风机的运行特性,多台机组的接入导致仿真运行环境复杂,硬件在环系统的算力不足以达到多台机组的详细仿真要求。为减小计算压力,寻找更适合风电场并网研究的仿真模型,针对构网型控制下的直驱风机机组详细模型进行简化,采用受控电流源替代风机机侧模型的方法,进一步节省计算机算力,从输入功率/直流电压/交流电压波动3个方面进行模型对比,从模型响应曲线误差和仿真耗时2个角度对详细模型及简化模型进行评价。仿真结果表明,简化模型可以反映风电机组网侧的功率输出特性,在节省仿真耗时上具有明显优势。

不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性及稳定性分析

直驱风电机组与弱交流电网或柔性直流输电系统间相互作用易导致宽频振荡问题。现有研究普遍认为,直驱风电机组与交/直流电网间的交互特性主要取决于其网侧变流器,故通常忽略直驱风电机组的机侧系统动态。已有文献讨论传统矢量控制下机侧系统对直驱风电机组并网特性的影响,但针对不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性尚缺少相关研究。文中针对4种典型控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性进行比较研究。首先,推导并验证了直驱风电机组在不同控制策略下的详细阻抗模型;然后,基于机网耦合度指标对直驱风电机组的机网耦合特性进行对比分析,得出不同控制策略下机侧系统动态对直驱风电机组交流侧阻抗特性及并网稳定性的影响;最后,通过直驱风电机组并弱交流电网分析案例验证了理论分析的正确性。

智能化技术在电网企业数字化转型中的应用

阐述电网企业智能化驱动与数字化转型中的数据采集与分析、云计算、人工智能要素。探讨转型步骤,包括设定目标和策略、合理排序优先级、选择合作伙伴与管理供应链、持续监测评估进展。

融合群体智慧的分布式智能电网高效发展管理策略

针对不同资源禀赋下分布式智能电网建设策略难以精准投资的问题,提出了一种融合群体智慧的分布式智能电网高效发展管理策略。首先,依托海量分布式智能电网发展规划数据,利用Ward凝层聚类,从运行、规划及发展3个方面构建分布式智能电网发展最优指标集;其次,结合指标类型拟合其概率分布函数,确定各指标阈值区间,实现指标的客观打分;然后,构建基于群体智慧的分布式智能电网发展精准投资评估体系,利用指标横纵差异度驱动群体智慧重新赋权,实现分布式智能电网建设策略的合理评估;最后,通过计算发展规划投入产出比形成闭环反馈,实现分布式智能电网高效发展管理。通过对某省10 000组发展规划数据的分析评估,验证了所建体系的合理性。

数字孪生驱动下的电网安控系统虚拟模型构建研究

考虑到传统模型无法保证电网安控系统的稳定性,提出数字孪生驱动下的电网安控系统虚拟模型构建研究。计算送电系统的等值电势阻抗,得到电网安控系统的电磁功率。建立系统线路的运动方程,完成系统暂态稳定性分析。在数字孪生驱动下,分析电网随机潮流的期望值,得到电网随机潮流的线性化方程,结合电网随机潮流的差分化和初始化处理,计算系统随机潮流,通过构建电网安控系统虚拟模型,实现系统稳定控制。仿真结果表明,数字孪生驱动下的电网安控系统虚拟模型可以保证电网安控系统稳定运行。

六相电驱重构型车载光伏并网逆变器研究

近年来太阳能电动汽车凭借其较长的续航里程,得到了大家的广泛关注。为了进一步拓展太阳能电动汽车车载光伏板的应用及降低太阳能电动汽车的使用成本,提出一种六相电驱重构型车载光伏并网逆变器,该逆变器可以将车载光伏板的能量传送到电网中,且不需要额外的电力电子器件。文章分析了不对称六相永磁同步电机(ASPMSM)零电磁转矩所具备的条件,通过复用电动汽车电驱系统中的逆变器、电机定子绕组、电流传感器等器件,提出了一种零电磁转矩的六相电驱重构型车载光伏并网逆变器电路拓扑及其控制策略,同时,利用搭建的660 W的样机平台,进行了实验研究,对提高电动汽车的续航里程和减少使用成本有着重要意义。

并网光伏发电机组中旋转机械驱动控制方法研究

并网光伏发电机组为了最大限度吸收太阳能,需要在面板底部安装旋转机械装置,以便可以随时调整方向,保证发电效率,该文研究了一种有效的并网光伏发电机组旋转机械驱动控制方法。计算并网光伏发电机组暂态响应和旋转机械动不平衡量,获取旋转机械的运行状态。将虚拟同步发电机控制策略、PI调节器和本体算法等自动化控制技术结合在一起,建立旋转机械驱动控制模型,控制并网光伏发电机组输出功率达到初始振荡幅值,实现对旋转机械的驱动控制。实验结果表明,该方法的振动幅度未超过0.6 cm,平均控制响应时间为1.28 s,失控率未超过7.5%,具有良好的驱动控制能力。

复杂断块油藏水驱储量控制程度评价新方法

复杂断块油藏纵向上油层多,平面上油砂体发育面积小,平面非均质性强,难以构建规则井网均匀驱替,同时受储层各种封闭边界影响,水驱过程中易形成死油区,为了更加精准计算水驱储量控制程度,更好地评价油藏的井网合理性与完整性,找出井网调整和加密潜力,针对常规方法的不足,提出了更加适用的新方法,即网格储量法。通过提高平面上井网内储量控制面积的划分精度,结合储层地质条件及储层非均质差异,以注采井组为基本单元,逐层网格化井网控制地质储量,对网格化的地质储量进行分类统计,找出复杂边界造成的死油区,进而计算区块注采井网控制程度、水驱储量控制程度,最终得到井网调整加密潜力。将该方法应用在南堡101断块井网适应性评价中,找到了复杂边界造成的井网未控制未动用区域,通过加密调整取得较好的挖潜效果,证明该方法在复杂断块油藏水驱储量控制程度评价有较好的适应性,可以推广至其他复杂断块油藏。

基于滑模控制的直驱风电场次同步振荡抑制策略

当直驱风电场(DDWF)并入弱交流系统中发生次同步振荡(SSO)时,网侧变流器(GSC)电流内环的PI控制器会放大DDWF并网电流中所含的次同步电流分量,进而形成由交流系统、GSC及其控制系统构成的次同步电流助增正反馈回路,最终导致系统SSO失稳。针对这一问题,该文提出一种基于GSC电流内环滑模控制(SMC)的直驱风电场SSO抑制策略。首先,建立DDWF并入弱交流系统的动态模型,推导由PI控制器主导的DDWF并入弱交流系统SSO的形成机理。然后,为了切断系统的次同步电流助增正反馈回路,设计基于指数趋近律的SMC控制器,并以SMC控制器替换原GSC电流内环中的PI控制器,通过理论推导证明GSC电流内环SMC控制器能有效抑制系统SSO。最后,在PSCAD/EMTDC中,以DDWF并入弱交流系统作为算例,验证所提SSO抑制策略的有效性。

弱电网下直驱风机网侧换流器建模及稳定运行控制策略分析

直驱风机网侧换流器可能因与弱电网动态交互引发系统失稳问题.为探究系统的交互机理,保证系统的稳定运行,首先对直驱风机并网模型进行了合理简化,建立了弱电网下直驱风机网侧换流器与电网交互的单输入单输出传递函数模型,并应用经典频域判据进行稳定性分析,探究电气与控制环节对于系统稳定性的影响.其次在分析锁相环导致系统失稳的原因基础上,提出了一种新型3阶锁相环控制结构设计方案,并对锁相环参数进行了多目标优化设计.结果表明,3阶锁相环具有更好的谐波衰减效果,在短路比为2的极弱电网下仍可以保持稳定运行.最后基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提设计方案的有效性.