海上风电场经柔直送出系统的虚拟导纳中频振荡抑制策略

随着柔性直流输电技术在远海风电的广泛应用,海上换流站接入远海风电场时出现了中频振荡现象,严重危害系统安全稳定运行。为此,提出了一种基于虚拟导纳的中频振荡抑制策略。首先,采用模块化状态空间法建立了海上风电场经柔直送出系统的小信号模型。然后,采用参与因子分析方法揭示了影响中频振荡的关键因素,并分析了各关键因素对中频振荡的影响特性。在此基础上,提出在柔直控制系统中添加虚拟导纳的阻尼控制策略,并基于阻尼控制器对中频、LCL振荡的差异影响划分了控制器参数的稳定域。最后,在Matlab/Simulink中搭建时域仿真模型。结果表明,所提策略在系统不同运行工况下均可有效抑制中频振荡,提高了系统稳定性。

基于Hadoop的风电场运行实验教学平台开发

风电场运行实验教学是理论与实际工况相结合的实践性课程。构建风电场运行虚拟加载平台,将风电场近20年的数据加载虚拟环境,通过Hadoop分布式框架平台进行数据读取与分析,实现从数据采集、预处理、分析、管理和模型开发、模型评估到模型部署的教学模式。通过虚拟仿真技术,实现课程管理、数据管理、案例管理、考试管理4个教学模块,为风电场运行实验提供一种新的教学模式。平台有效解决了学生工程实践不足等问题,提高了风电场运行实验教学效果。

考虑主轴疲劳载荷的虚拟同步双馈风电场有功功率分布式优化方法

为降低风电场内各台基于虚拟同步发电机控制策略的双馈风电机组在响应电网功率指令值变化时所承受的主轴疲劳载荷,提出一种基于改进惩罚系数的交替方向乘子法的考虑主轴疲劳载荷的有功功率分布式优化方法。在推导可量化表征机组有功功率指令值与其主轴力矩之间关系的离散化模型基础上,以各台机组的主轴力矩波动总和最小作为目标函数,并根据机组运行状态设定目标函数的约束条件。为分担风电场中央控制器的计算压力,基于改进惩罚系数的交替方向乘子法将目标函数拆解为主函数(中央控制器)和多个子函数(本地控制器)的分布式优化结构,各本地控制器通过在线优化各台机组有功功率指令值以实现主轴疲劳载荷的降低。最后,仿真结果验证了所提优化方法的优越性。

风电场配套储能的自适应虚拟惯性——阻尼控制

提出了一种面向风储系统并网点频率稳定性提升的储能自适应虚拟惯性-阻尼控制策略。首先,通过分析推导,在储能控制策略中引入惯量控制参数与阻尼控制参数的调整系数,实现控制参数的自适应调整;其次,通过小信号分析整定,给出惯量控制参数与阻尼控制参数的取值范围;最后,基于所搭建的风储联合系统,对本文所提控制方法面对不同类型故障时的有效性进行了验证。结果证明,相比于传统虚拟同步控制方法,本文所提方法能够显著提升并网点频率稳定性,并且实现惯性和阻尼的自适应平滑调节。

风电柔直并网虚拟阻抗次同步振荡抑制策略

直驱风电场经柔性直流输电系统并网送出存在次同步振荡风险。首先,在建立直驱风电经柔直并网系统模型的基础上,采用失稳特征根模态分析方法,研究了V/F控制模式下系统次同步振荡模态的参与变量与参与因子。其次,以抑制系统次同步振荡为目标,提出了在柔直换流站电压外环控制器中配置高通滤波器等不同形式下的虚拟阻抗控制策略,且解析了阻抗参数的选择范围及其原则,并采用阻抗分析方法研究了阻抗控制器对系统阻抗特性的影响以及规律。最后,基于MATLAB电磁暂态仿真验证了所提次同步抑制策略的有效性及其参数解析计算的正确性。

基于量测数据的风电场等效虚拟惯量评估方法

研究风电场等效虚拟惯量评估方法可以定量掌握风电场对电网的惯量贡献。已有方法通过建立含有虚拟惯量控制的风电机组简化模型并结合转子运动方程推导出风电场等效惯量的计算公式,但该方法却存在所需参数众多且不易获得的问题。对此,提出一种从易于获得的量测数据中求取风电场等效惯量的方法。首先,介绍了风电虚拟惯量的概念。其次,对风电机组惯量响应过程中自身动能和输出电能的转换进行分析,并根据能量守恒原理提出一种利用风电场公共耦合点(point of common coupling,PCC)有功-频率量测数据进行计算的惯量评估方法,该方法可以避免基于系统辨识方法在评估过程中对辨识模型降阶所带来的误差,从而得到更高精度的惯量评估结果。最后,在PSASP中建立仿真算例验证了所提方法的有效性和优越性。

基于虚拟仿真的农机实验教学改革研究

人才短缺已成为制约我国农业机械化、智能化高质量发展的主要瓶颈。新时期,教育部推出了新农科、新工科计划。农机实验教学改革是全面强化新农科、新工科建设背景下人才培养的重要支撑。基于农机专业实验教学面临的装备不系统、受外界因素干扰大、受时间地点限制等问题,开发农业装备虚拟仿真实训系统,完善主要农作物所需典型农业装备的认知、拆装、测绘和性能动态仿真等功能及地面环境-农作物-农业机械三者耦合作用的农场系统模型。在应用推广方面,该系统不仅服务于农机专业,还服务于机械、车辆、能动等专业,同时与国内涉农高校和农机装备企业共享,取得令人满意的反馈效果。虚拟仿真实训系统为我国农业装备人才培养提供行之有效的实验教学改革方案。

基于VR的食用花卉产业可视化研究与设计

[目的]传统花卉的宣传、展示、知识培训、种植示范等主要靠图片、视频以及书本等途径实现,存在参与者现场感弱、体验效果差、培训效率低等问题亟待解决。[方法]基于此,课题组提出了基于VR技术的食用花卉产业可视化研究与设计方案。以金丝皇菊农耕培育为实例,通过3ds Max建模软件建立皇菊植株、生长环境、农具等的三维模型,然后将模型导入Unity3D交互软件中,搭建HTC vive虚拟仿真硬件平台,在虚拟环境中实现人与金丝皇菊的沉浸式交互仿真过程。[结果]体验效果仿真图像清晰、操作流畅、沉浸感强烈,让参与者完全融入了虚拟环境,获得了与现实操作相同的现场体验,有效提高了参与者的主观能动性。[结论]用三维模型代替实物的沉浸式仿真实操不仅降低了展示成本,而且契合科技发展的主流,为传统农民教育注入了新的动力,有效解决了传统农民培训过程中存在的问题。

虚拟现实技术在我国农业现代化中的应用

虚拟现实技术在农业生产和管理领域的应用,主要体现在虚拟植物和虚拟仪器上。为此,简要地介绍了虚拟现实技术在农业生产和管理、农业规划与农业资源配置及农业科研与教学等领域的作用,并对其在我国农业现代化进程中的应用做了一些探讨。

基于Unity 3D的中国古代农耕虚拟场景智能展示平台

中国传统农耕文化与精耕细作的农业精神是中国古代农业长期居于世界领先地位的关键因素。目前传播方式的限制阻碍了农耕文化与精神的传播和发展,鉴于此,提出一种结合虚拟现实技术开发虚拟农耕场景智能展示平台的方法。该研究提出的模型交互控制观察算法,精确地实现了模型的旋转与缩放查看;针对目前虚拟场景路径漫游中漫游物体角度不能变化的问题,提出一种物体朝向变化的虚拟场景漫游算法,使得路径虚拟漫游更贴合人的浏览角度。该研究基于Unity3D平台,采用3d Max建模工具,以C#为脚本语言设计并开发虚拟农耕场景智能展示平台。试验结果表明:虚拟农耕场景融合了交互与漫游技术,可还原古代农耕场景,宣传介绍典型生产技艺,为文化的展示提供参考。

虚拟风场和风力机模拟系统的实验研究

在不具备风场环境或风力机的条件下,建立虚拟风场和风力机模拟系统,对风力发电系统的研究具有重要作用。根据风速变化规律,建立了基于谱密度分析的自回归理论的风速模型。在此风速模型基础上,考虑涡流效应,对叶片进行受力分析,根据叶素理论和权系数分配叶素的方法建立风轮转矩模型,利用转矩控制直流电动机模拟风力机,搭建了虚拟风场和风力机模拟系统实验平台。虚拟风场的建立为虚拟风力机暂态或连续性实验提供了良好的基础。风力机模拟系统实验不仅验证了风轮转矩模型的准确性,反映了风速变化时模拟输出风轮转矩的快速跟随性能,而且可用于变速恒频风力发电系统的研究,证明其控制策略的正确性。

基于可靠性均衡优化的含风电电网协调规划

集群开发、远距离外送的规模化风电开发对电力系统规划提出了新的挑战,串序开展电源和电网规划往往将新能源接入的矛盾积压到电网规划阶段,使得电网规划方案难以求解甚至得不到合理方案。为此,从可靠性均衡的角度,提出一种利用虚拟机组进行源网协调规划的方法。该方法针对风电大规模接入后的电网规划,在规划电网的同时对电源规划方案进行反馈及微调,以经济性最优为目标,均衡优化源、网可靠性,确定电源及电网的可靠性优化值,从而得到与电源协调优化的电网规划方案。该方法可以有效减少电网建设投资及电力系统整体投资,并校验电源、电网规划中可靠性均衡的协调性。通过原型系统和测试系统的仿真及分析,验证了所提方法的有效性。

基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略

在传统黑启动电源匮乏的电网中,采用风电场作为黑启动电源是一种有益的尝试。风电场采用虚拟惯量控制方式可避免风电机组转速与频率解耦导致的频率支撑能力不足问题,从而有效提升风电场作为黑启动电源过程中的系统频率稳定性。通过对风电场黑启动场景下传统虚拟惯量策略的适应性分析,文中提出了一种新的频率协同控制策略。首先,针对实际工程背景提出了一种以柴油发电机作为配套小容量支撑电源的风电场黑启动方法,并分析了风电场黑启动的关键问题及其过程。其次,通过附加功率外环控制和跟踪曲线切换控制在不同启动阶段的柔性切换,且辅以桨距角参与调节的频率响应策略,提出了一种基于虚拟惯量的频率协同控制策略。最后,通过PSCAD仿真验证了所提策略的合理性和先进性。

集群风电虚拟机组时变概率模型及调度性能指标(一):时变概率模型

在中国风电集中接入发展模式下,集群风电以虚拟机组(wind farm cluster virtual power generation unit,WCVPG)形式参与运行可提高其可调度性。对WCVPG出力特性的准确建模是将其纳入调度运行的基础。该模型的核心是风电的不确定性和波动性概率模型,其概率分布具有非平稳的特点,难以直接推导其解析表达式。该文提出一种建立WCVPG不同时段时变概率分布的方法。首先,基于非平稳随机过程概念,定义了概率分布和互相关系数时变特性;然后,基于实测数据论证了风电时变特性的客观存在。在此基础上,提出了一种基于离线时变状态相依模型集和在线蒙特卡罗抽样的WCVPG时变概率建模方法,基于实际系统和数据验证了其有效性,并证明了考虑风电概率分布时变特性可提高建模精度。

筏式养殖筏架虚拟设计及仿真研究

养殖筏架是深海养殖的重要工程技术装备。应用虚拟设计技术进行筏式养殖筏架结构参数化设计,并利用该三维模型进行筏架结构动力学建模和分析,综合考虑风浪流载荷、缆索形式、材料参数等因素的影响,通过仿真计算对浮筏抗风浪能力进行评估。结果表明,选择加强的PVC材料缆索可以抵抗深海风浪流的影响。

虚拟农场地形地貌建模研究

提出了利用导入农场地形轮廓、合理规划地形高度图的方法建立可动态更新的统一数据地形,并通过合理设计地形纹理,使纹理贴图与地形有机结合,实现了逼真的地表效果。在农场地貌设计中,为了解决虚拟农场中无法实现按农艺要求种植植物的问题,提出了在虚拟场景编辑模式下建立自定义插件,完成批量精确定位种植植物的方法,实现了虚拟环境下种植农作物的自动化、精确化。以上方法建立的地形及地形上的植物可动态实时更新,为后期进一步开发农场仿真操作提供了技术保障。

基于虚拟同步发电机的风电场并网控制研究

随着风力发电容量占电网容量的比重不断加大,风电场对电网稳定性的影响也越来越大。同步发电机具有调节系统功率平衡,维持电网电压稳定的作用,并具有自同步特性,适于系统并联。通过在风电场交流侧配置储能电池,并对储能系统的逆变器采取基于同步发电机模型的控制策略,将风电场等效为虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator-VSG),使风电场向电网输送的功率平滑,并对大电网体现同步发电机的特性。根据负荷的波动,调节自身输出功率,维持系统频率与电压稳定,有效提高了大规模风电场并网性能。建立了由风力发电机组、储能电池及汽轮发电机组组成的系统仿真模型,仿真结果验证了控制策略的可行性。

基于集群风电虚拟机组的源端系统分层协调日前计划

在高风电渗透率系统中,单个风电场以"负负荷"形式参与日前计划的传统模式未能充分发挥风电的空间平滑性特性,可调度性较低,而且风电场数量众多也增加了日前计划模型复杂度。文中提出将集群风电作为虚拟机组参与分层协调日前计划的新思路,集群风电虚拟机组(WVPG)对调度中心以"准常规电源"形式参与日前计划,对集群内部则实现多风电场互济运行。首先介绍了基于WVPG的日前分层协调发电计划的总体框架;然后分别介绍了WVPG内部多风电场、WVPG与火电机组的日前协调发电计划优化模型。仿真算例分析表明,分层协调日前发电计划模型比单个风电场直接参与日前计划策略更佳,可提高含风电系统日前计划的安全性和经济性指标;与传统的简单区间和场景模型相比,考虑WVPG安全性和经济性综合风险的概率优化模型可降低风电日前计划的安全性和经济性风险。

轮式拖拉机悬挂农具机组动态纵向稳定性研究

为降低轮式拖拉机及其悬挂农具机组在丘陵山地作业时发生翻倾和滑移事故的可能性,对机组动态纵向稳定性进行了研究。首先,基于理论力学分析了机组在匀速上坡、匀速下坡和加速上坡3种不同工况下的动态纵向稳定性,建立了表征机组动态纵向稳定性的翻倾角和滑移角数学模型;然后,通过SolidWorks建立机组的三维实体模型,导入ADAMS中进行相关参数设置和数据处理后得到了机组虚拟样机模型;最后,基于虚拟样机技术进行了机组纵向动态稳定性仿真分析。结果表明:在匀速上、下坡时,机组的极限翻倾角仅与重心位置有关,滑移角取决于路面附着系数以及前后轮轴距;在加速上坡时,机组极限翻倾角与机组重心位置、加速度大小和引力有关,为机组结构参数的合理配置及安全使用提供了参考依据。

含双馈风电场的电力系统停电风险研究

随着风电渗透率的提高,风电场的特性对电力系统的安全运行带来了显著的影响。研究如何在提高环保效益的同时降低连锁故障的风险变得非常迫切。本文提出了一种含风电场的连锁故障模型,该模型计及了风电场结构、风电出力随机性、风电机组虚拟惯量控制和短路故障后的风电机组脱网响应等风电特性,并设置了频率稳定控制、线路过流保护、低压减载,可从有功-频率与无功-电压两方面分析风电接入后对停电风险的影响。该研究将为风电场接入系统的规划和运行提供量化停电风险、预防控制效果的基础分析工具。仿真分析了风电场接入IEEE30节点系统的停电风险并讨论了风机虚拟惯量控制、无功补偿和线路建设对于降低停电风险的效用。