基于电磁干扰对消EMI有源滤波模块设计

针对火控设备因开关电源电磁干扰所引起的辐射超标问题,基于差模与共模结合的混合抑制原理,运用电磁干扰对消技术,制作一款小型化的有源滤波模块。该模块尺寸为25.4 mm×25.4 mm×6.0 mm,满足低剖面及便于电路板集成的需求。经实测,其能够抑制10 kHz~10 MHz频段内电源干扰,满足GJB 151B相关电磁兼容要求。通过实测比较发现,与无源滤波相比,其具有体积小、成本低、滤波性能稳定等优点。

基于有功分数阶微分校正的储能VSG并网有功响应策略

为了解决在有功功率指令、电网频率2种扰动情况下储能虚拟同步机(VSG)并网有功难以兼顾良好的动态特性和稳态性能的问题,提出了一种基于有功分数阶微分校正的VSG(AFDC-VSG)并网有功响应优化控制策略。分别建立典型VSG、AFDC-VSG这2种控制策略的并网有功闭环小信号模型,并给出相应的参数设计过程。利用MATLAB/Simulink仿真软件对比分析不同控制策略在2种扰动下储能VSG的并网有功响应特性,并建立储能VSG并网系统的实验平台。仿真和实验结果共同验证了所提AFDC-VSG策略在优化储能VSG并网有功响应性能方面的有效性与优越性。

一种基于自抗扰控制的多机低频振荡本地控制方法

电力系统低频振荡严重威胁着电网的安全稳定,主要表现为弱(负)阻尼振荡及强迫振荡。针对低频振荡抑制问题,引入基于自抗扰的多目标非线性控制方法,并采用本地控制信号实现多机电力系统低频振荡抑制。首先介绍自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的基本理论,并进一步研究扩张状态观测器对低频振荡的观测能力。其次,结合非线性控制理论,采用微分几何线性化方法建立包含励磁及调速附加控制的电力系统模型,并将自抗扰控制与多性能指标非线性综合控制方法结合,采用分散的本地控制实现低频振荡抑制。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机系统案例验证所提方法的有效性。理论分析和仿真结果表明本文所提方法具有良好的低频振荡抑制能力。

同相供电设备有功功率差动保护

由于隔离变压器的副边额定电流很大,且难以选择电流互感器,因此隔离变压器很难设置灵敏的电流差动保护。为了给隔离变压器、隔离变压器与潮流控制器之间的连接电缆提供灵敏的保护,并给潮流控制器提供灵敏的远后备保护,文中从理论上分析了同相供电设备的基波输入有功功率与输出有功功率相等这一特性,并基于这一特性提出了同相供电设备有功功率差动保护方案,进而对有功功率差动保护在隔离变压器空载投入、潮流控制器启动、正常运行、外部故障、内部故障等各种工况下的动作行为进行了分析。文中还对同相供电设备有功功率差动保护的整定原则作了讨论,并给出了整定实例。实验室测试和工程现场运行测试结果表明了有功功率差动保护的正确性。

主动配电网下分布式能源系统双层双阶段调度优化模型

主动配电网下分布式能源系统的调度优化是实现经济及安全运行的重要保障,也是提高分布式能源有效利用率的重要途径,构建主动配电网双层能量管理下的双阶段调度优化模型及其求解算法。在负荷预测及间歇式能源出力预测的基础上,构建分布式能源系统的日前和实时两阶段调度优化模型。为求解上述模型,在传统帝国竞争算法(ICA)的基础上引入微分进化因子(DE),建立基于微分进化改进的帝国竞争优化算法(DE-ICA)。将所提模型应用于改造后的IEEE 33节点调度优化问题,仿真结果表明,双层双阶段调度优化能够有效地提高分布式能源利用率,降低系统运行费用,且验证了所提算法在求解此类优化问题时的有效性和优越性。

单相有源电力滤波器非线性统一控制策略

目前有源电力滤波器控制策略都采用电流内环和电压外环的双环控制.本文提出了一种基于精确反馈线性化的单相有源电力滤波器统一控制策略.在单相有源电力滤波器仿射非线性模型基础上,通过求解偏微分方程得到一个包含补偿电流变量和直流侧电压变量的输出函数,并推导出了其状态反馈精确线性化非线性控制律,将原非线性系统转换成微分同胚的二阶线性系统.选取适当的反馈系数设计控制器使输出函数渐近跟踪指令参考值,从而实现了电流和电压的统一控制.最后通过仿真分析和实验验证了所提方案的优越性和可行性.

混合有源电力滤波器的新型迭代学习控制

将混合型有源电力滤波器应用于电网谐波抑制与无功功率补偿,在传统比例-积分(proportion-integration,PI)控制迭代学习算法基础上加入关于电流误差信号的微分项,提出一种新型比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)控制迭代学习控制算法,并推导出了算法收敛的条件,该控制算法改进了传统迭代学习算法的不足,不依赖于初始电流输入信号的选取。采用一种改进的齐格勒-尼柯尔斯方法实现对PID控制器参数的优化,以提高系统的控制精度。仿真和实验结果证明了该控制方法的可行性和有效性,与传统迭代学习算法比较,其具有响应速度快、控制精度高和易于实现的特点。

利用跟踪微分器提高独立电源系统有源滤波器滤波性能的研究

利用跟踪微分器,对谐波补偿信号进行相位超前校正,进而补偿谐波提取算法以及系统引起的谐波信号相位滞后,实现有源滤波器的零相位差滤波,最终提高其谐波滤除性能。通过比较普通微分器与跟踪微分器,选择合适的参数使跟踪微分器满足有源滤波器谐波信号超前校正的需求。在原理分析的基础上,利用原始数据对有源滤波器谐波信号提取以及相位超前校正进行了仿真研究。最后设计并实现了基于跟踪微分器的独立电网有源滤波器控制系统,和原有的系统进行比较,验证了跟踪微分器在提高有源滤波器谐波滤除性能方面的作用。

火电单元机组协调系统的自抗扰控制方案研究

主要研究新型实用非线性自抗扰控制技术(ADRC)在火电单元机组协调控制系统中的应用。ADRC 的主要特性是对扩张状态——系统未建模动态摄动和未知外扰的总和作用量的实时估计,并在控制信号中补偿掉,这也是实现对不 确 性 强 非 线 性 对 象 的 实 时 动 态 反 馈 线 性 化 的 关键。对所提出的单元机组协调系统的自抗扰控制方案在克服机炉对象强非线性、不确定性、时滞、强耦合以及闭环系统的稳定性方面进行了原理性分析。在电厂热工过程控制实时仿真平台 STAR-90 上的仿真结果表明 ADRC 协调控制策略的有效性和先进性。

主动配电系统中失联分布式电源差异化就地控制策略优化

随着主动配电系统中分布式电源渗透率不断提高,配电网运行对信息系统的依赖程度也不断加深。为降低通信故障场景下的电网运行风险,提出一种失联分布式电源差异化就地控制策略的优化方法。首先,基于故障模式后果分析法,建立通信故障场景与链路有效性状态的对应性模型,形成通信故障场景与链路失效对应性关联关系表。然后,考虑通信故障场景和源荷的不确定性,以包含电压越限、潮流过载(失负荷)的综合风险最小为目标,建立了分布式电源差异化就地控制策略的双层多目标优化模型,并采用区间潮流和智能优化算法进行求解。以IEEE 33节点系统作为算例,验证了策略的有效性,并分析了通信系统配置对策略的影响,研究成果可为主动配电系统中失联分布式电源运行策略的制定提供理论支撑。

有限PMU下采用差动有功功率抗过渡电阻的广域后备保护

针对广域后备保护算法易受过渡电阻的影响,研究有限同步相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）下基于差动有功功率（differential active power,DAP）的广域后备保护算法。将电网分为若干区域,计算各区域的正序DAP,与阈值比较,判别故障区域。由有限的布置PMU母线电压推算出未布置PMU母线电压幅值,采用线路两侧的推算电压差可识别出故障区域中的故障线路。当发生高阻接地故障不能识别故障线路时,计算各线路的DAP,分析其在线路故障与正常时的差异特性。针对无分支和有分支结构,分别研究故障线路检测判据。对于有分支结构,采用动态加权因子,由各PMU侧电压电流较准确地推算未布PMU母线电压。根据未布置PMU母线各侧的推算电压之间的相位关系,构造线路正序、零序、负序DAP的故障判据。通过IEEE 39节点系统大量仿真实验验证算法的有效性。该算法能够准确检测故障线路,不受故障点位置、故障类型、负荷等影响,且在过渡电阻达到300Ω时仍能准确识别故障线路。

变压器差动保护的新原理研究

针对当前电力系统中变压器保护由于励磁涌流鉴别理论不完善而导致的正确动作率不高的问题,在分析了变压器励磁涌流和有功损耗的基础上,提出了用变压器正序有功功率差动作为区别励磁涌流和故障电流的判据,并以成熟的比率制动差流保护作为内、外部故障判据的变压器主保护的新原理 该原理中的励磁涌流判据采用了变压器非线性模型,能更好地反映变压器的工作状态,且不受系统类型和运行方式的影响.

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略。利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统。基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器。实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制。仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小。

基于混沌差异进化算法的有功优化仿真研究

差异进化(differential evolution,DE)算法在求解电力系统有功优化的问题上易陷入局部最优,因此在其基础上引入混沌算法的Logistic映射,形成混沌差异进化(chaotic differential evolution,CDE)算法。该算法在迭代后期,使固定取值的搜索步长和交叉算子在一定范围内随机取值。为验证算法的实用性,利用Matlab软件,将DE和CDE在IEEE30节点测试系统上进行电力系统有功优化仿真。仿真结果表明,CDE算法扩大了搜索范围并且增加了种群多样性,能获得搜索质量更高的最优解,即考虑阀点效应的燃料费用更低。通过此次仿真,既可加深学生对有功优化的认识和理解,又可提高学生运用仿真技术为改进算法提供理论依据与评价的能力。

应用微分几何理论的三相并联型有源电力滤波器解耦控制

有源电力滤波器(active power filter,APF)由于其突出性能已被证明是谐波抑制的有效手段之一,然而APF主电路为电压源逆变器(voltage source inverter,VSI),是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以建立精确的数学模型,从而给控制器设计及应用带来困难。该文基于微分几何理论提出一种状态反馈精确线性化方法,推导出非线性坐标映射以及非线性反馈变换方程,将APF系统精确线性化,最终实现三相并联电压型APF有功、无功解耦控制器的设计。最后使用Matlab进行仿真并基于DSP和FPGA构成的双微处理器结构设计控制器进行了实验,仿真及实验结果表明,该控制策略能较好的实现APF的解耦控制,具有较好的补偿特性,经该控制算法补偿,谐波畸变率限制在2%以下,同时给出数字PI控制的实验结果作为比较。

有源电力滤波器的高阶微分反馈控制

针对并联型有源电力滤波器(APF)的直流侧电压波动对谐波电流补偿影响的问题,研究利用高阶微分器(HOD)构成高阶微分反馈控制器(HODFC)替代传统PI控制器,对并联型APF直流侧电压进行控制。通过HOD可以高品质地提取输入信号和输出信号以及其一阶微分和二阶微分,结合一定的控制律实现对APF的HODFC控制。仿真结果表明该控制策略具有可行性,与传统PI控制比较,具有良好的静态和动态性能,可使并联型APF直流侧电压在不到1/2个电源周期中就达到稳定,同时电流畸变率从24.49%降到2.31%,能显著改善电网质量。

基于非线性PID控制的三相有源滤波器

将非线性PID控制理论应用于三相电压型有源滤波器的离散控制系统,通过引入非线性跟踪微分器与PID控制信号的非线性组合,推出了基于非线性PID控制的三相有源滤波器的离散控制系统差分方程的迭代格式,并对非线性PID控制的离散差分方程与传统PID控制的离散差分方程进行了MAT LAB仿真.仿真结果表明:采用非线性PID控制可以显著地改善传统PID控制的快速性与超调量之间的矛盾,提高系统的跟踪速度,具有很好的鲁棒性,且具有很好的滤波效果.

基于改进差异进化算法的有功优化仿真研究

在电力系统有功优化这个复杂的全局优化问题上,差异进化(Differential Evolution,DE)算法可以增加其种群多样性但搜索效率低,于是在其基础上提出了一种改进的差异进化算法(Improved Differential Evolution,IDE)。IDE算法保留了DE算法的三大步骤:变异、交叉以及选择,优化了传统的变异策略,同时引入了Logistic映射改变系统参数,使固定取值的搜索步长和交叉算子在一定范围内随机取值,以此扩大种群搜索范围,加快收敛速度;IDE算法最后运用了考虑系统约束的非贪婪选择,以确保算法在可行域里探索最优解。为验证算法的实用性,利用Matlab软件,将DE和IDE算法在IEEE30节点测试系统上进行目标函数为电网功率损耗的有功优化仿真。仿真结果表明,IDE算法增加了种群多样性,加快了收敛速度并且提高了搜索效率。通过此次仿真,加深了学生对电力系统有功优化以及DE算法的认识和理解,同时引导学生利用计算机技术改善算法的搜索性能并且求解优化问题。

低电压高线性度宽输入范围Gm-C滤波器实现

本文采用低电压高线性度宽输入范围跨导运算放大器设计实现四阶Chebyshev低通滤波器,对所设计的四阶Chebyshev传输函数应用两个双二次节Gm-C滤波单元级联实现,3.3V电源电压的全差分跨导运算放大器在1V输入信号范围内Gm值的线性度波动小于0.5%,0.5μmCMOS工艺MOS管级的计算机仿真结果表明所提出的电路方案正确有效,适于全集成。

基于有效集减空间逐次二次规划算法的电力系统暂态稳定约束最优潮流

暂态稳定约束最优潮流是实现电力系统动态安全性和运行经济性协调的一种有效方式。针对已有研究中求解算法计算效率低、内存使用量大等困难,提出使用有效集减空间逐次二次规划算法求解该问题。该方法能够利用暂态稳定约束最优潮流问题中低自由度的特点,显著降低计算复杂性。引入有效集方法,在求解二次规划子问题时滤除不起作用的不等式约束,缩减子问题维度,减少了计算量。基于一系列测试算例的分析结果表明,与已有算法相比,所提算法能够有效求解大规模电力系统的暂态稳定约束最优潮流问题。