计及锁相环非线性特性的跟网型逆变器暂态稳定性分析

锁相环作为跟网型逆变器实现相位同步的关键环节,由于其本身所固有的非线性特性,在弱电网情况下,传统小信号模型可能存在不能准确预测锁相环暂态稳定性的问题。为保证受扰后锁相环的稳定运行,提出了一种基于非线性数学模型的稳定性分析方法。首先,根据锁相环工作原理,建立其二阶非线性微分方程,通过相平面法对锁相环输出特性进行定性分析,评估不同参数对锁相环暂态特性的影响;然后,基于等面积法则分析锁相环暂态失稳机理,鉴于传统等面积法则可能导致稳定性的误判,采用非线性动力学多尺度法对锁相环受扰后的暂态时域表达式进行求解,明确锁相环暂态稳定边界;最后,通过Matlab仿真和RT⁃LAB半实物平台验证了所得解析解和锁相环暂态稳定域的准确性,为弱电网条件下锁相环控制参数及电路参数选取提供一定参考。

暂态电压稳定薄弱区域辨识的Louvain分区算法

针对大电网暂态电压稳定整体研究过于复杂的问题,提出一种暂态电压稳定薄弱区域辨识方法。首先,引入节点间电气距离计算模块度,运用Louvain算法对电网进行分区;然后,考虑线路负载率与线路开断对节点电压的影响,利用熵值法构建关键线路辨识指标筛选出关键线路,将关键线路三相短路故障作为预想故障集;最后,利用基于暂态电压稳定判据构建的节点暂态电压稳定评价指标,评价出暂态电压薄弱的区域。通过广东电网仿真结果验证所提方法的有效性。

基于改进强耦合振子的微弱脉冲信号检测方法

强耦合振子可用于微弱脉冲信号的检测和波形恢复,但其对微弱脉冲信号的检测频率会受到系统内置频率的限制.在系统内置频率固定的情况下,系统只能对一定频率范围内的脉冲信号进行有效检测和波形恢复,在检测更高频率的脉冲信号时会出现波形失真.本文分析了耦合振子内置频率和微弱脉冲信号检测频率之间的关系,提出两种改进强耦合振子结构以扩展微弱脉冲信号的频率检测范围.通过引入非线性恢复力耦合项,非线性恢复力强耦合振子可以有效保留信号的高频分量,在更高频率的脉冲信号输入时也能较好地保留信号特征.双振子强耦合系统通过引入Van der Pol-Duffing振子,加强了系统内部结构的稳定性,同样达到了扩展脉冲信号频率检测范围的效果.此外,基于变迭代步长和混沌检测的频率相关性,提出了一个未知频率脉冲信号检测方法,以改变迭代步长的方法代替改变系统内置频率来进行频率扫描,并且利用混沌检测的频率相关性,将接收信号和恢复信号的相关系数和纯噪声输入情况下的相关系数进行对比,根据两个相关系数之间的明显差异可以有效检测出脉冲信号.通过仿真实验进行验证,所提方法可以有效检测出未知频率的脉冲信号,并且所提的改进强耦合振子结构相对于强耦合振子有较大的性能提升.

低频脉冲磁场诱导TRPC1改善COVID-19患者康复期下肢的肌肉无力症状

背景:肌肉无力是新型冠状病毒(COVID-19)感染后的常见症状,影响康复期人体日常活动能力。在强度1.5 mT,频率3300 Hz的低频脉冲磁场刺激下可通过诱导和激活经典瞬时感受器电位通1(classical transient receptor potential channel 1,TRPC1),提升人体骨骼肌的最大自主收缩力与力量耐力,对肌肉组织产生一系列生理支持效应,该手段是否会改善新型冠状病毒肺炎患者康复期的肌无力症状尚无研究。目的:选用低频脉冲磁场对新型冠状病毒肺炎患者下肢肌群进行磁刺激,以观察该刺激对新型冠状病毒肺炎患者康复期下肢肌群肌无力改善的影响。方法:招募胶体金法抗原检测试剂(COVID-19)为阳性并伴有肌肉无力症状的新型冠状病毒(奥密克戎毒株)感染患者14例,将所有受试者随机分成2组,分别为接受磁场刺激的试验组和接受假治疗的对照组。试验总时长3周,试验组每隔48 h对腿部进行低频脉冲磁刺激,对照组与试验组干预流程一致但给予假刺激,两组患者均不被告知磁刺激仪器是否运行,两组患者共进行9次操作,随后观察两组患者下肢局部肌群最大自主收缩力、腿部爆发力与力量耐力的变化情况。结果与结论:①在采集的8个局部肌群中,试验组患者7个局部肌群在经过3周的低频脉冲磁场刺激,最大自主收缩力值均增长。对照组除3个肌群最大自主收缩力自行增长改善以外,其他肌群肌力无提升。②试验组的左腿前群与双腿后群提升率显著高于对照组。③两组的纵跳摸高高度与膝关节峰值角速度相比试验前测均提升,试验组摸高高度提升率高于对照组。④在疲劳状态下,试验组膝关节峰值角速度下降率显著下降,对照组膝关节峰值角速度下降率无显著性变化;试验组摸高高度下降率显著下降,而对照组摸高高度下降率无显著性变化。⑤上述数据证实,在强度1.5 mT,频率3300 Hz的低频脉冲磁场刺激方案下,新型冠状病毒肺炎患者在康复期经过3周的低频脉冲磁场刺激相比人体自愈过程可使更多的下肢局部肌群肌力获得提升,对基于腿部爆发力的全身协调发力能力及功能状态明显改善。因此,低频脉冲磁场刺激可作为一种改善新冠感染患者下肢肌肉无力症状的有效、非运动的康复手段。

弱电网下新能源逆变器自同步电压源低电压穿越控制方法

新能源并网逆变器的自同步电压源控制技术对构建以新能源为主体的新型电力系统具有重大意义,然而当弱电网电压发生跌落时,传统的自同步控制方法在低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)过程中会出现由于电网阻抗大、相角差大等引起的瞬态电流冲击大、弱电网电压无法维持稳定、电压-电流控制能力须相互平衡等一系列问题。推导了低电压跌落时弱电网电压矢量与弱电网阻抗、并网电流之间的关系以及影响因素,进而提出了一种基于暂稳态阻抗重塑的多状态跟随自同步电压源LVRT控制方法,通过稳态阻抗来平衡电压和电流之间的控制能力;通过暂态阻抗重塑保证了整个过程的电压与电流瞬态控制与平滑过渡能力。为了进一步保证弱网下跌落和恢复过渡过程的平滑切换与稳定运行,提出了基于多状态跟随的暂态控制策略,优先发出无功支撑电网电压,并补偿相角和幅值突变带来的瞬态过电压和过电流冲击,帮助电网电压平稳过渡。最后,在Matlab/Simulink中验证了所提控制方法的正确性与有效性。

跟网型逆变器附加频率控制方法与参数分析

为提升接入弱网下电压源型变流器的锁相环同步暂态稳定性,针对现有的附加频率控制措施,提出一种适用于多类型锁相环暂态稳定性提升方法的统一分析模型。在此基础上,基于线性矩阵不等式构建了电流可行域,量化分析了附加控制环节中比例增益系数的可行范围。最后,基于RT-BOX硬件在环实验平台验证了所提的统一分析模型及求解比例增益系数可行范围方法的有效性。

计及多时间尺度电压失稳模式的电网薄弱环节辨识

针对电网静态和暂态电压失稳特性差异化明显、安全稳定分析难以兼顾的问题,提出一种计及多时间尺度电压失稳模式的电网薄弱环节辨识方法。建立面向静态和暂态电压稳定评估的输入特征,采用主成分分析方法降低静态电压特征的维度,并利用改进k-means++方法对电网进行分区,筛选各分区的表征节点作为暂态电网稳定的待评估节点。量化表征电网静态和暂态电压失稳的风险等级,构建基于深度置信网络(deep belief networks,DBN)的多时间尺度电压稳定一体化评估模型,以提取失稳模式。分析不同电压失稳模式与电网线路间的耦合关系,建立量化指标以辨识电网薄弱环节。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

超高比例新能源弱电网系统供电关键问题研究

随着电力系统中新能源并网规模快速增加,系统形态特征与运行机理发生深刻变化,特别对远离主网、缺乏传统能源的地区,面临电力保供和系统安全稳定等严峻挑战。现有研究多从源网荷储某一环节切入,提出中高比例新能源电力系统供电可靠性提升方法,缺乏对超高比例新能源弱电网系统特有难题的针对性考虑及系统性、前瞻性解决方案。为此,文中以新能源电量占比超过80%、新能源并网点短路比低于1.5的弱电网系统为研究对象,提出含电源及灵活调节资源优化配置、电网组网模式、暂态稳定运行分析的总体研究框架,并以我国西部某超高比例新能源弱电网系统为例开展实证研究。研究成果表明,所提方案以超高比例新能源发电为基础,以弱联电网为载体,以多元储能及负荷柔性调节为灵活性支撑,以构网控制技术为安全支撑,能有效保障系统可靠供电,为未来超高比例新能源新型电力系统的构建提供借鉴参考。

弱通信条件下计及暂态频率约束的小水电微电网紧急控制策略研究

小水电作为可再生清洁能源在生态环保、配网建设等方面的重要作用日益凸显,上级电网出现故障失电时小水电可独立自组网运行,提高供电可靠性。文章针对上级电网失电小水电独立组网切换的紧急控制策略展开研究,提出考虑暂态频率约束的“集中决策+就地控制”紧急控制策略,在不同源荷工况下,实现故障瞬间的微电网由并网运行向孤岛运行平滑过渡;集中决策阶段预先决策小水电与负荷开关状态并定期下发开关指令,就地控制阶段实时给出孤岛判别信号并综合集中控制器开关指令进行就地动作,保证弱通信条件下负荷连续供电、频率满足系统运行标准。同时,对频率进行数值积分求解并将其嵌入控制结果搜索过程,有效解决集中决策过程中的频率解析求解困难问题。最后,基于RTDS仿真平台搭建韶关某山区电网的电网模型并验证小水电微电网紧急控制策略的可行性与有效性。

短路故障清除时刻直驱风电机组机端暂态过电压研究

大规模风电汇集地区的配套火电机组少,属于交流弱电网,故障后暂态过电压问题严重。2011年至今,中国西北、东北、华北等多个区域电网已经发生了数十起风电暂态过电压脱网事件,且事故中,故障恢复过电压引发脱网的风力机占比很高,其过电压程度直接影响风电场的开机容量。针对该问题,该文基于典型低电压穿越策略建立永磁直驱风电机组(PMSG)并网模型,研究弱电网条件下送出线路短路故障清除时刻PMSG机端暂态过电压的影响因素。结果表明,PMSG暂态过电压与风电机组容量、电压跌落程度及锁相环动态特性等因素有关,根据某实际直驱风场搭建仿真系统模型验证了该结论。

弱电网故障下新能源并网变换器的奇异摄动模型与暂态稳定性分析

弱电网短路故障下新能源并网变换器易于暂态失稳,但由于并网系统表现高阶、非线性和强耦合等特征,其暂态稳定性分析十分困难。已有研究大多局限于单锁相环系统,即忽略电流控制动态的影响,无法充分反映并网变换器的暂态失稳机理。针对该挑战,该文同时考虑锁相环和电流环的控制动态,研究弱电网故障下并网变换器的暂态稳定性。首先,建立并网变换器接入弱电网的奇异摄动模型,将原高阶模型降阶简化为二个低阶的快、慢子系统。然后,分别采用李雅普诺夫第一法和第二法分析了快、慢子系统的稳定性,由此揭示了工作点、线路阻抗和控制参数等多重因素对暂态稳定性的影响规律,并给出一些参数优化设计的指导原则。最后,通过实验验证了分析结果的正确性。

油气管道中智能机器人跟踪定位关键技术综述

国民经济的持续快速发展对于油气供给提出了更大的需求。油气资源主要依靠管道进行运输,为保证管道运输安全可靠,需定期使用智能机器人对其进行检测。检测过程中要对智能机器人进行跟踪定位以确保知道管道内机器人的实时位置、状态,特别是发生故障如卡堵时的位置。油气管道通常为长距离管道,跟踪定位方式只能采用无缆或无线方式,其中极低频信号对于金属介质等具有良好穿透能力的特点特别适合于管道内智能机器人的跟踪定位。基于极低频磁技术的跟踪定位问题,本质上可以归纳为微弱磁信号的高分辨率探测和微弱瞬态磁信号的实时(快速)检测这两方面的问题。本文总结了油气管道中智能机器人的跟踪定位技术,介绍了国内外基于极低频技术的智能机器人跟踪定位装置;重点阐述了高分辨率磁传感器、微弱瞬态信号实时检测算法两项关键技术的研究现状,并介绍了基于极低频磁信号发射与接收的智能机器人跟踪定位系统的现有工作及未来展望。

基于反相双峰指数模型的微弱瞬态极低频信号的估计与检测

在铁磁管道环境下,同频窄带噪声中的微弱瞬态极低频信号的估计与检测问题是管道机器人跟踪定位中最为重要的科学问题之一。为实现窄带噪声中的微弱瞬态信号的有效检测,分析了接收线圈在不同空间姿态下的信号特点,针对信号与窄带噪声相位上的区别以及信号包络的形态,建立了相位反相的双峰指数函数数学模型;应用非线性最小二乘估计,实现了该数学模型和真实信号之间的拟合;通过仿真和实验验证了该数学模型与真实信号的高度匹配性,并应用蒙特卡洛仿真分析了该模型参数估计的性能;使用所建立的数学模型,构建了平均功率检测器和瞬时最大功率检测器,通过分析比较极低频发射机在不同移动速度和接收信噪比条件下的检测性能,得出了两种检测器的特点和适用范围,并指出在现有工程背景下平均功率检测器的优势。实验证明,相位反相信息对同频窄带噪声中的信号检测非常重要,平均功率检测器在低信噪比条件下的检测性能良好。在信噪比为0.05 d B、虚警概率设为1%时,该检测器的检测概率达98.8%。

区域电网内弱联机群摆动对互联系统功角稳定性的影响

基于三机等值系统,从区域内部发电机群摆动对等值电势的影响入手,探讨研究大互联电网暂态稳定新特征。分析表明,扰动后区域内部机群会相互摆动,导致等效电势幅值变动,使互联系统功率特性产生变化,从而影响到系统暂态稳定能力。其中,当区域内功角超前机群受扰严重时,互联系统更容易发生功角稳定问题。因此在研究大互联系统暂态稳定性问题时,并不能简单地用故障期间冲击能量衡量系统暂态稳定受扰严重程度,还需分析区域机群相互摆动给系统暂态稳定所带来的影响。

用于改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压–频率协调控制策略

小水电群富集的地区电网与主网的交流联络较弱时,容易引起系统低频振荡问题。用电压源换流器型直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission,VSC-HVDC)异步联接小水电群电网与主网的方式可消除小水电群引起的低频振荡问题。但小水电群电网属于弱交流系统,此场景下VSC-HVDC有必要参与弱交流系统的电压和频率控制。该文设计了一种改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压–频率协调控制策略,该策略的首要控制目标是保证VSC-HVDC设备的安全,第二控制目标是提高交流系统的电压稳定性,第三控制目标是提高交流系统的频率稳定性。设计的协调控制器结构能够确保暂态过程中多个控制目标按照优先级顺序实现。以云南电网的实例分析表明:VSC-HVDC异步联网方案能够有效提高系统的小扰动稳定性水平;VSC-HVDC交流电压–频率协调控制策略能够改善交流系统的暂态稳定性。

机电暂态仿真中振荡中心的识别方法及应用

中国电网已经发展成为规模较大的互联电网,在故障冲击后,可能引起区域之间的功率振荡。在电力系统仿真分析中经常需要识别振荡区域、确定振荡中心,进而判断系统的薄弱区域并采取有效的调整控制措施。机电暂态仿真中自动识别振荡中心能够为计算分析提供重要参考,具有重要的应用价值。根据低频振荡过程中振荡中心电压有效值最低的特点,研究了根据线路两侧电压进行振荡中心计算的方法;与网络分析方法相结合,研究了机电暂态仿真过程中振荡中心断面的自动分析方法。该研究成果已在PSD-BPA机电暂态程序中实现。通过对实际电网的计算分析,阐述了振荡过程中振荡中心的变化特点和规律以及如何利用这些识别系统薄弱环节、判断系统稳定状态。所提出的方法能够有效识别实际电网的振荡中心,从而为实际电网的计算分析以及后续分析方法的研究开发奠定基础。

基于尺度变换随机共振的瞬变电磁弱信号检测

晚期瞬变电磁信号是大参数、多频率、且各频率分量未知的电磁信号,特别在晚期还是强噪声背景下的微弱信号.随机共振系统可以在极限信噪比的情况下提取微弱信号,但仅适用于小参数、单一频率或频率已知的高频信号的情况.为此,本文提出一种基于尺度变换的随机共振算法用于检测晚期瞬变电磁信号,该方法充分利用了随机共振检测弱信号的优势,通过引入尺度变换,消除了随机共振系统对待测信号频率的限制,在绝热近似理论下,实现了从强噪声中提取出微弱晚期瞬变电磁目标信号.理论分析和仿真结果表明:对埋在强噪声中的未知频率的晚期瞬变电磁信号,采用连续的压缩算法,以获得一个适当的输入信号到随机共振体系,根据输出信号共振谐振峰的变化,经反变换运算可得待测弱晚期瞬变电磁信号的各个未知频率,各个频率的叠加即可还原晚期瞬变电磁信号.与传统方法相比,本方法数据采集量和采集时间都减小到原来的几十分之一,能在极限信噪比(信噪比一50dB)下,提取出目标信号,为获得深层目标信号提供了可能,从而提高了瞬变电磁探测仪器的探测深度和探测精度.

瞬态弱磁场测量系统的研究

为评估变电站内瞬态电磁干扰对保护和控制设备的影响及所用防护措施对干扰抑制的效果,须测试分析瞬态干扰,故而开发了一套频率范围0.1～100MHz,幅值范围0.005～50A/m的瞬态弱磁场测量系统,并在电磁脉冲模拟器下进行了初步标定。实验结果表明该测量系统满足瞬态弱磁场测量的要求。

小波模极大值匹配算法的瞬变信号检测

分析了井下电磁脉冲数据传输中接收到的瞬变信号和噪声的小波变换模极大值在各尺度上的特点。在此基础上,结合匹配滤波器理论提出了瞬变弱信号小波变换模极大值匹配算法,该算法可以有效的区分信号与噪声的最佳尺度模极大值并检测信号。仿真结果表明,与小波模极大值方法相比,匹配算法实现瞬变弱信号的检测更为有效。

惯性时间常数对互联系统暂态稳定性影响的仿真研究

通过对单机无穷大系统和等值两机系统进行数学推导,得出系统惯量的变化与互联系统暂态稳定水平的关系;应用EUROSTAG进行时域仿真,在IEEE-39系统中分别验证了受端与送端系统转动惯量对弱互联电网暂态稳定性的影响。系统惯量越大,系统相对角变化速度越慢,在大区弱互联系统中,送端系统与受端系统间相对角变化速度不一致。因此,当送端系统惯量增加时,提高了系统暂态稳定水平;受端系统惯量增加时,降低了系统暂态稳定水平。