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.

Simulation and Analysis of a Compact Electronic Infrastructure for DC Micro-Grid: Necessity and Challenges

Complex circuitry of electronic infrastructure of compact micro-grids with multiple renewable energy sources feeding the loads using parallel operation of inverters acts as a deterrent in developing such systems. This paper deals with applicable techniques reducing the driving circuits in parallel power inverters used in micro-grid system (MGS), mainly focused on the distributed generation (DG) in islanded mode. The method introduced in this paper, gives a minimal and compressed circuitry that can be implemented very cost-effectively with simple components. DC micro-grids are proposed and researched for the good connection with DC output type sources such as photovoltaic (PV), fuel cell, and secondary battery. In this paper, the electronic infrastructure of micro-grid is expressed. Then discussed the reasons for its complexity and the possibility of reducing the elements of electronic circuits are investigated. The reason for this is in order to compact DC micro-grid system for electrification to places like villages. Digital Simulation in Matlab Simulink is used to show the effectiveness of this novel driver topology for parallel operating inverters (NDTPI).

匹配控制构网型直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性及机理分析

在“沙戈荒”地区风电经电网换相高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)外送系统中,采用基于匹配控制的构网型直驱风机(matching control permanent magnet synchronous generator,MC-PMSG)可以提升送端电网的稳定性。然而,当MC-PMSG位于LCC-HVDC整流站近区时,系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)特性尚未明确。针对上述问题,该文采用模块化建模法建立MC-PMSG经LCC-HVDC送出系统的小信号模型,通过特征值法研究MC-PMSG与LCC-HVDC对系统各SSO模态的参与情况与系统运行方式变化对次同步振荡阻尼特性的影响,通过阻尼重构法分析LCC-HVDC并网对系统振荡风险的影响机理。研究结果表明,系统存在匹配控制型风机主导、LCC-HVDC参与的SSO模态,MC-PMSG与LCC-HVDC间的次同步交互作用为SSO提供负阻尼;当混合型风电场中的MC-PMSG占比增大、MC-PMSG风电场容量增大或短路比减小、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大、风机网侧换流控制器外环积分系数减小、直流电容增大时,SSO阻尼增大。通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真证明理论分析结果的有效性。

电网故障下永磁直驱风电机组并网电流的自抗扰控制

电网并网导则要求风电机组在电网故障时具备快速无功支撑能力,采用传统比例积分控制器控制的直驱风力机在应对电网阻抗变化和模型严重扰动时存在暂态响应速度慢、适应性差的问题.针对该问题,提出一种改进的线性自抗扰控制器与最小方差滤波器相结合的无功支撑控制策略.采用最小方差滤波器快速精准检测含背景谐波的故障电网电压幅值,可有效减小故障检测延时;利用线性自抗扰控制器有效提升机组暂态无功响应速度及其在电网阻抗扰动下的控制适应性和鲁棒性.搭建基于PSCAD/EMTDC软件的直驱风力机仿真模型,考虑弱电网和电网含背景谐波两种场景,对提出控制策略的暂态支撑有效性进行了仿真验证.

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。

频率连续跌落故障下风电系统调频控制策略

针对电网频率连续跌落故障场景下风电系统在一次调控制结束后可能存在的频率二次跌落问题,分析了直驱式风电系统的一次调频控制原理,提出了以前、后采样时刻频率变化率乘积和差值组合作为判据的直驱式风电系统一次调频控制策略。根据所建立的判据,通过综合考虑风机转速、频率偏差和频率收敛速度,对直驱式风电系统在不同频率响应阶段的下垂系数进行调整,以实现风电系统的主动频率支撑和柔性调频退出。基于Matlab/Simulink对直驱式风电系统进行了仿真研究,验证了所提控制策略的有效性。

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。

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。

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。

基于4D点云的雷达栅格建图方法研究

在汽车的自动驾驶领域,自动驾驶系统需要利用传感器探测道路环境,进而建立高精地图用于描述环境特征。全天候适应能力、精确的距离和多普勒速度测量能力使得毫米波雷达成为高级驾驶员辅助系统应用中传感器的候选者,但目前基于毫米波雷达的环境建图中对动目标消除的研究较少。因此,文中使用毫米波雷达设备,深入挖掘环境点云数据中的多普勒信息,提出基于四维点云的雷达栅格建图方法。该方法具有直接在建图过程中消除动目标的特点,可以摆脱对里程计、加速度计等传感器的依赖,有不受光线、尘埃影响的优势,适用于自动驾驶领域复杂天气条件下的环境感知。仿真实验结果验证了所提方法的实用性。