Travelling Wave in the Generalized Kuramoto Model with Inertia

We study the dynamics of the generalized Kuramoto model with inertia, in which oscillators with positive cou- pling strength are conformists and oscillators with negative coupling strength are contrarians. By numerically simulating the model, we find that the model supports a modulated travelling wave state except for already displayed travelling wave states and π state in previous be characterized by the phase distributions of oscillators. travelling wave state of the model in the parameter space literature. The modulated travelling wave state may Finally, the modulated travelling wave state and the are presented.

基于模型预测的直流微网多电力弹簧协同控制策略研究

针对新能源接入、负荷投切所导致的直流微电网电压质量下降与系统呈现低惯性的问题,传统惯性控制随着电网规模的扩大适应性降低,因此提出一种多直流电力弹簧(DC electric springs,DCESs)单元下的直流微网电压协同控制策略,首先采用分布式一致性算法通过稀疏通信网络交换本地信息与相邻信息,求解全局母线电压平均值,并引入积分环节提高传统通信方式的收敛性。接着考虑系统负荷投切以及源侧功率波动导致的电压突变,基于DCES中的双向全桥DC/DC变换器构建预测模型,令各DCES根据系统功率波动状态自适应求解最佳虚拟电容值,平滑直流母线电压,提升了动态响应速度,同时分析了系统电压的收敛性与稳定性。最后通过MATLAB/Simulink在随机波动负荷、实际光伏场景下从电压质量、即插即用性能、系统惯性3个方面验证了模型的有效性,所提出的控制策略在保证系统电压平稳的同时,具有更优的动态响应能力。

风电虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究

风电机组采用虚拟惯量参与电网调频时,其本质是带延时的快速功率响应,但虚拟惯量延时对频率控制的非线性影响尚不清晰。同时,虚拟惯量存在测频精度要求高、延时大、频率微分环节放大量测误差等固有缺陷。为此,提出了风电机组虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究的思路。首先,通过将风电机组虚拟惯量和下垂控制的延时特性近似等效为一阶惯性环节,建立风电调频使用虚拟惯量和下垂控制的系统频率响应模型;其次,基于劳斯近似法对高阶模型进行降阶解析,求得系统频率最低点的解析表达式;然后,解析求解风电调频仅使用下垂控制的系统频率响应模型,并在频率最低点指标下给出与虚拟惯量和下垂控制相同调频效果的下垂控制系数设定方法。进一步,在设定下垂控制参数下,对比两种控制方式下的最大频率变化率、稳态频率等关键指标关系,得出结论:适当改变下垂系数可替代带延时虚拟惯量,并能取得比虚拟惯量和下垂控制更佳的调频效果。最后,建立仿真模型,并从系统频率响应动态、调频能量需求、风电机组响应功率等方面验证了分析的正确性。

含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法

为建立准确的具有主动支撑能力的直驱风电场等值模型,提出一种含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风电场等值建模方法。首先,建立包含减载控制和虚拟惯量控制的直驱风机并网系统模型;其次,依据适应性分析选取转速、减载系数、惯性系数和阻尼系数作为分群指标;然后,基于分群指标利用改进K-means算法对直驱风电场中的机组进行聚类分群,得到直驱风电场的等值模型;最后,利用实际算例在不同场景下进行仿真和计算,对等值建模方法的准确性进行验证。

计及工作点偏移的减载风电系统频率响应模型

随着风电并网容量不断升高,利用减载风电机组参与一次调频对保障系统频率稳定性具有重要意义。然而,风机的工作点会随其转速变化而发生偏移,使得风机的实际一次调频贡献小于期望值。为此,文中首先分析了频率故障后风电机组减载功率跟踪控制与综合惯量控制的交互影响,指出了风机工作点偏移导致其调频效果削弱的基本原理。其次,基于风机的转子运动方程推导了风电功频传递函数,建立了计及减载风电机组工作点偏移的系统频率响应模型,并利用最小二乘法对其进行降阶,推导了系统频率最低点的解析式。然后,针对虚拟惯量控制的频率恢复期间引起功率倒流、微分环节放大噪声等缺点,提出利用下垂控制替代综合惯量控制。同时,为使减载风电机组获得期望的调频效果,基于频率最低点和稳态频率指标对风机控制参数进行了修正,提出了两种等效下垂系数的计算方法。最后,在MATLAB/Simulink平台建立了四机两区域模型,验证了所提降阶方法及修正方法的有效性。

基于火箭简化模型的多状态模型修正研究

火箭发射过程中燃料的不断减少导致火箭结构不断变化,结构的固有频率和模态振型也会随之变化。针对有限元模型的不准确性,以截面惯性矩为修正参数,不同状态下数值仿真结果与试验测试结果的误差最小为目标函数,建立多状态模型修正的优化模型。通过灵敏度分析和一阶泰勒展开对目标函数进行显式化处理,并利用序列线性规划求解得到设计变量的最优解。同时对于多状态结构,以多截面简支梁模型为例,利用锤击法对简支梁进行试验,设计磁吸重物方案模拟多状态模型,以单截面简支梁试验的前4阶频率为目标函数建立优化模型,经过修正将多截面简支梁模型修正为单截面简支梁模型,并且符合截面惯性矩与面积的比例,验证了多状态模型修正方法的准确性。

变流器虚拟惯量和阻尼协同自适应控制策略

针对变流器传统虚拟同步发电机控制(virtual synchronous generator,VSG)在暂态过程中出现的频率超调等问题,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。首先,对VSG变流器系统进行数学建模;然后,通过分析VSG有功和角频率暂态特性曲线,提出一种虚拟惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,同时借鉴传统同步发电机小信号模型分析方法建立有功功率环路传递函数,给出参数的选取范围;最后,基于MATLAB/Simulink仿真,验证了所提自适应控制策略在改善频率和功率暂态特性方面的有效性。

考虑负荷侧惯量不确定性的机组组合

针对新能源高占比电力系统的频率安全问题和频率安全评价指标中只考虑电源侧惯量的问题,提出一种考虑电源侧惯量和负荷侧惯量并计及预测误差随机性的安全约束机组组合优化模型。首先,推导包含系统整体惯量的频率变化率和频率最低点公式。然后,深入研究电网调度运行的不确定因素,利用蒙特卡洛对风电功率预测误差概率分布模型抽样生成典型场景,利用随机规划理论对负荷侧惯量预测误差建模,在机会约束规划的基础上将其纳入频率约束中,建立随机机会约束的频率安全机组组合优化模型。最后,通过改进的10机算例,验证所提模型的经济性和频率安全性。

弱电网下多源构网型变流器协同控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)作为构网型控制的主要技术之一,可为电网提供惯量支撑,但由于变流器单机容量有限,当系统需要更大的惯量支撑时,需要多VSG并联运行,因此多VSG并联的协同控制备受关注。基于此,建立了VSG多机并联的状态空间模型,通过状态变量矩阵的特征值分析系统稳定性。同时,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的多VSG并联协同控制策略,引入角频率差与功角差作为性能指标设计目标函数,求解所需最佳有功额定增量,通过功频系数对输出角频率进行动态修正,实现对输出频率的主动支撑,有效抑制了VSG并联造成的系统频率波动,提高了电网的稳定性。结果表明,相较于传统的VSG并联系统,所提出的MPC-VSG并联控制方法可缩短系统暂态响应时间,提高系统在暂态下的鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。

Moments of Inertia, Magnetic Dipole Moments, and Electric Quadrupole Moments of the Lithium Isotopes

The single-particle Schrödinger fluid model is designed mainly to calculate the moments of inertia of the axially symmetric deformed nuclei by assuming that each nucleon in the nucleus is moving in a single-particle potential which is deformed with time t, through its parametric dependence on a classical shape variable α(t). Also, the Nilsson model is designed for the calculations of the single-particle energy levels, the magnetic dipole moments, and the electric quadrupole moments of axially symmetric deformed nuclei by assuming that all the nucleons are moving in the field of an anisotropic oscillator potential. On the other hand, the nuclear superfluidity model is designed for the calculations of the nuclear moments of inertia and the electric quadrupole moments of deformed nuclei which have no axes of symmetry by assuming that the nucleons are moving in a quadruple deformed potential. Furthermore, the cranked Nilsson model is designed for the calculations of the total nuclear energy and the quadrupole moments of deformed nuclei which have no axes of symmetry by modifying the Nilsson potential to include second and fourth order oscillations. Accordingly, to investigate whether the six p-shell isotopes 6Li, 7Li, 8Li, 9Li, 10Li, and 11Li have axes of symmetry or not, we applied the four mentioned models to each nucleus by calculating their moments of inertia, their magnetic dipole moments, and their electric quadrupole moments by varying the deformation parameter β and the non-axiality parameter γ in wide ranges of values for this reason. Hence for the assumption that these isotopes are deformed and have axes of symmetry, we applied the single-particle Schrödinger fluid model and the Nilsson model. On the other hand, for the assumption that these isotopes are deformed and have no axes of symmetry, we applied the cranked Nilsson model and the nuclear super fluidity model. As a result of our calculations, we can conclude that the nucleus 6Li may be assumed to be deformed and has an axis of symmetry.

基于改进模型预测的并网变换器自适应虚拟惯性控制策略研究

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率结合起来,实现虚拟惯性参数的灵活可调。其次,在电流内环引入模型预测控制,并采用改进延时补偿算法,实现对给定电流值快速跟踪的同时改善控制系统的动态特性。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统模型进行仿真。结果表明,与传统的虚拟惯性控制策略相比较,所提控制策略下的直流母线电压波动幅值更小且动态性能更佳,可以有效提高直流母线电压的稳定性和直流微电网的惯性。

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。

汽车尾气温差发电系统瞬态回收性能分析

为了预测温差发电(thermoelectric generator, TEG)系统的动态特性,基于COMSOL Multiphy-sics建立了用于求解温差发电系统温度场分布的瞬态计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模型和用于研究温差发电模块瞬态响应特性的分析模型,提出了混合瞬态CFD-分析模型,并经过瞬态试验验证.结果表明:由于热惯性的影响,TEG系统的转化效率会出现一个瞬时的较高值;相较于尾气温度和质量流量的瞬态波动,热电半导体的热端温度和冷端温度会存在时滞;在美国环保局的高速公路燃油经济性测试(highway fuel economy test, HWFET)模式循环工况下,瞬态模型求解得到整个温差发电系统的平均输出功率、平均转化效率分别为35.63 W和3.40%,瞬态模型的输出电压平均误差为6.41%;该模型能够以较高的精度及较短的计算时间预测温差发电系统在瞬态热源激励下的瞬态响应特性.

永磁同步电机柔性负载谐振抑制滑模控制

针对永磁同步电机驱动柔性负载造成的机械谐振情况,通过负载转速反馈提出了一种复合滑模控制谐振抑制策略。首先,建立柔性负载系统的双惯量数学模型;其次,根据负载侧速度反馈,结合新型滑模趋近律,设计了一种滑模控制器来抑制谐振;同时,设计滑模扰动观测器观测转速误差和系统的负载扰动,并将估计值反馈至滑模控制器进行补偿,提高速度的控制精度,减少了负载扰动对系统抖振的影响。研究结果表明,与PI控制、传统滑模控制对比,通过仿真和半实物实验验证所提出的滑模控制策略具有较强的谐振抑制效果。

多策略融合改进的金豺优化算法及其在马斯京根模型参数估计中的应用

针对金豺优化算法在解决复杂或高维优化问题时易陷入局部最优、收敛速度慢和计算精度低等不足,提出一种基于多策略融合改进的金豺优化算法(Multi strategy fusion improved Golden Jackal Optimization Algorithm,MGJO)。首先,通过引入混沌映射策略初始化种群代替随机参数,使得算法能够在搜索空间中生成具有良好多样性的初始解,避免初始种群分布偏离最优值;其次,提出一种非线性变化的动态惯性权重使搜索过程更加符合实际情况,有效平衡了算法的全局搜索和局部搜索能力;最后,引入柯西变异的位置更新策略使其充分利用最优个体的引导作用提高种群多样性,以有效探索未知区域避免算法陷入局部最优。为了验证改进的金豺优化算法的寻优精度、收敛性能和稳定性,选择了8个不同特征的基准测试函数进行试验。结果表明,在8个基准测试函数中,改进的金豺优化算法的平均值、标准差、最优值都取得了最优的结果。此外,Wilcoxon符号秩检验的结果表明改进的金豺优化算法在统计学上是显著优越的。通过实例应用表明,基于多策略融合改进的金豺优化算法可以有效地估算出马斯京根模型的参数,优化效果明显优于粒子群优化算法、正弦余弦优化算法和金豺优化算法,进一步验证了多策略融合改进的有效性和改进算法在参数优化中的优越性,为更精确估计非线性马斯京根模型参数提供了一种有效的新方法。

植被类型对晋南土壤入渗及地面水流糙率影响的研究

开展植被类型对土壤入渗特性及田面水流糙率影响的研究,可以为田间灌水技术参数的优化分析提供理论依据。以山西省夹马口引黄灌区试验站畦田灌水试验为依据,基于Kostiakov-Lewis三参数入渗模型,在运用水量平衡方程和曼宁公式的基础上,用单点求参法(用畦田内畦首、中、尾三点的入渗参数分别作为入渗参数值,仅对糙率值作优化求解)、均值求参法(用畦首、中、尾三点入渗参数的均值作为入渗参数值,仅对糙率值作优化求解)、组合求参法(用畦首、中、尾三点入渗参数中的最大值作为上限,最小值作为下限,对入渗参数和糙率值同时优化求解)对入渗参数及糙率进行直接求解,并利用基于零惯量模型的地面畦灌水流模拟软件WinSRFR4.1对求解参数进行了分析验证。结果表明:(1)用组合求参法拟合出的土壤入渗参数与地面水流糙率,决定系数R^(2)均在0.97以上,拟合精度较高。(2)玉米地土壤90 min累计入渗量Z_(90)为91.7 mm,糙率值为0.030;苹果树地Z_(90)为88.9 mm,糙率值为0.079;桃树地Z_(90)为115.9 mm,糙率值为0.138。在该试验区,一年生植物的Z_(90)明显大于多年生植物,植被类型对土壤入渗特性影响显著;鉴于组合求参法最大程度地弱化了土壤入渗参数的空间变异性,且拟合精度高于单点求参法和均值求参法,认为组合求参法最优,验证结果也进一步证明了该结论。

主动参与惯性调频的船舶变频负载电机-电容协同控制方法

针对船舶变频负载参与系统惯性调频的难题,该文提出变频负载电容储能-电机转速协同的模型预测控制策略,实现变频负载中不同惯量资源主动响应和协同优化综合电力系统的动态频率。建立系统频率-电机转速-电容电压状态空间方程,提出电机-电容惯量响应系统频率变化的控制机理;建立考虑负载运行约束的系统频率预测模型,提出计及频率动态响应以及电机-电容最优调控性能的代价函数,并给出基于频率偏差约束的权重参数优化方法,实现变频负载的主动响应及电机-电容的协同控制。建立船舶综合电力系统RT-LAB半实物仿真模型,试验表明所提方法有效提升了电机-电容的自适应协同能力,使变频负载充分参与频率动态调节。

计及新能源场站调频能力的电力系统最小惯量评估方法

该文提出计及新能源场站调频能力时考虑频率变化率(RoCoF)和频率最低点约束的惯量评估方法。首先在计及RoCoF约束部分,考虑静态负荷电压对频率变化的抑制作用、电流源型虚拟惯量参与调频时对系统不平衡功率的影响和动态频率响应过程中的空间分布特征。其次在计及频率最低点约束部分,提出基于经典平均系统频率(ASF)模型的考虑新能源场站接入和发电机调速系统的通用ASF模型。利用该模型可预测给定扰动下系统到达频率最低点的时间,并求出频率变化的时域表达式从而进行最小惯量评估。用改进的3机9节点和10机39节点系统设置不同扰动类型和扰动大小对于该文所提方法进行仿真分析,进而证明所提方法的准确性和适用性。

基于巴特沃斯幅频特性的自适应粒子群算法

针对传统粒子群算法存在求解精度低和易陷入局部最优等问题,提出一种基于巴特沃斯幅频特性的自适应粒子群算法(Butterworth amplitude-frequency characteristics based adaptive particle swarm optimization algorithm,BAC-PSO).一方面,借助巴特沃斯幅频特性设计一种惯性权重非线性递减策略,均衡算法中粒子的局部与全局搜索能力;另一方面,通过S型函数的粒子群优化策略和Sigmoid函数改进位置更新方法,进一步提升算法的求解精度.以5个经典的测试函数为基准,将BAC-PSO算法与5种经典粒子群算法的性能进行对比,并将其应用到求解压力容器模型的设计问题中.实验结果表明,相较于其他经典粒子群算法,BAC-PSO算法的求解精度更高,收敛速度更快,稳定性更好.

基于系统动力学模型的电力系统等效惯量时空演变趋势研究

随着风电、光伏等新能源发电渗透率的不断提高,电力系统等效惯量水平不断下降且空间分布不均的特性日益凸显。而电力系统维持频率稳定的能力与系统等效惯量水平息息相关,因此明确电力系统等效惯量时空演变趋势具有重要意义。基于系统动力学模型,对电力系统等效惯量的时空演变趋势进行了分析。首先,明确新能源电力系统等效惯量概念及有效惯量组成,并分析惯量响应过程;其次,基于系统动力学模型,在考虑地域、技术进步率、综合成本等多因素影响下,对中国各地区光伏、风电、火电、水电、核电2025—2060年间的装机容量进行预测;最后,基于预测数据,对电力系统等效惯量时空演变趋势进行分析。所预测装机容量结果符合长期发展目标,计算所得电力系统等效惯量水平直观体现了在考虑虚拟惯量与否的情景下中国整体与各区域的变化趋势,可为规划各区域新能源发展,确定低惯量区域惯量补偿措施,保障频率安全等方面提供参考。