构网型并网逆变器状态空间建模及稳定性分析

随着“双碳”目标的提出与逐步实施,作为新能源发电单元接入电力网络的重要接口元件的并网逆变器稳定性问题凸显。目前,电网大部分采用跟网型并网逆变器,然而弱电网中跟网型并网逆变器与锁相环、电网间存在耦合,严重影响系统稳定性。构网型并网逆变器在弱电网中较跟网型并网逆变器表现出更强的适应性,但现阶段构网型并网逆变器状态空间模型的相关论述较少,基于状态空间模型的构网型并网逆变器稳定性分析也不够深入。针对这一空缺,首先详细呈现构网型并网逆变器状态空间建模的相关细节,包括功率控制环、电压控制环、时滞环节和LCL滤波环节;然后,复现构网型并网逆变器失稳现象,并基于所提模型开展参与因子分析,验证模型有效性;其次,基于模型对构网型并网逆变器主要环节参数变化引起的失稳问题进行分析;最后,在Matlab/Simulink中搭建改进的IEEE 4节点三相平衡电网系统进行仿真,进一步验证模型有效性和实用性。

高精度气动伺服阀的状态空间建模及数字化设计

伺服阀的性能是影响高精度气动精确定位系统性能的决定性因素。为了提高气动系统性能,改善伺服阀的性能至关重要。分析一种新型的高精度气动伺服阀的结构特点,建立其状态空间模型,设计数字控制器并进行仿真。仿真结果表明:该数字控制器是有效的,显著改善了气动伺服阀的动、静态性能。

新型热轧在线磨辊机状态空间建模及特性分析

简要介绍在线磨辊技术的研究现状和新型热轧在线磨辊机的结构组成,并在利用Adams软件分别构建上架和下架的整机虚拟样机的基础上,建立下架系统的空间状态数学模型和进行下架系统的特性分析。

基于混合自动机的综合能源系统状态转移空间建模

目前对于综合能源系统的建模,更多从系统输入-输出关系、内部状态与输入输出的关系进行描述,其内部状态在不同阶段的转移过程难以清晰表达。在分布式可再生能源占比大幅度提升后,综合能源系统在不同阶段的运行状态及状态转移过程需要可观可控。为此,提出了基于混合自动机的综合能源系统分阶段状态转移空间建模方法,对综合能源系统内部状态的分阶段转移条件及其转移过程进行精准描述,有利于对综合能源系统内部所有能源生产单元和能源消费单元从启动、运行到停止的全过程进行分阶段管理与优化控制。仿真算例表明,所提模型对综合能源系统分阶段的状态转移轨迹实现了全过程观测,有利于实现全过程分阶段的高效管理与优化控制。

分数阶系统变阶次状态空间建模及稳定理论

结合分数阶微积分算子的叠加原理,提出了变阶次状态空间建模方法.将分数阶系统推广到状态空间领域,实现了最小阶状态空间转换,并可根据实际需要通过增加状态变量来提取某一阶次的输出信号.对于各阶次均小于1的变阶次状态空间实现的分数阶系统,提出了变阶次分数阶系统的稳定性判定定理.最后通过实例仿真验证了所提出方法的有效性.

船舶机舱过程的多变量状态空间建模

论述了利用系统的输入输出时间序列，创建一种多变量状态空间模型的一般方法，并使所建的模型同时具有可控性和可观性．如果模型维数过大还提供有从系统特性出发的降阶措施．所得结果为机舱过程的数学建模提供了新工具．

机舱参数的状态空间建模

根据机舱本身的特点，论述了利用Ｈａｎｋｅｌ矩阵的奇异值分解方法创建轮机系统的多参数状态空间模型，并使所建的模型同时具有可控性和可观性；指出了在所建的模型维数过大时，如何从系统本身的特性出发进行正确的模型降阶处理．在机舱中，一旦找到了参数变化的数学模型，即可用这一数学模型进行各种预报和控制，如故障预报和状态控制等，对机舱自动化和日常维护的各个方面都有非常重要的意义．

弱受端场景下角型链式STATCOM接入HVDC系统的阻抗建模及稳定性分析

为抑制电网换相换流器型高压直流输电(line-commutated converter based high-voltage direct-current,LCC-HVDC)换相失败的发生,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在受端系统得到应用。然而随着LCC-HVDC系统的发展及新型电力系统的构建,受端电网呈现弱电网的特征。在弱电网条件下,LCC-HVDC系统、STATCOM与弱受端电网交互作用容易引发谐波振荡。该文采用阻抗分析法分析了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统与受端电网的交互稳定性问题。首先提出一种改进的LCC交流电流和直流电压计算方式,以避免LCC复杂的换相开关函数的线性化。然后基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,分别推导了LCC-HVDC系统以及角型链式STATCOM的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)阻抗模型。此外,为了便于阻抗测量和稳定性分析,将MIMO阻抗模型等效转化为单输入单输出(single-input single-output,SISO)阻抗模型,并分析了角型链式STATCOM未接入和接入LCC-HVDC系统下的阻抗特性,揭示了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统在弱受端电网下振荡的机理。分析表明:LCC-HVDC系统单独运行时受端系统容易在中低频段出现正序谐波振荡,而角型链式STATCOM接入后受端系统容易在中低频段内出现负序谐波振荡。最后,通过仿真验证了分析的正确性。

电压源型VSG动态建模及稳定性分析

虚拟同步发电机(VSG)被认为是应对当前高渗透率电网情况的一种有效方式。传统的建模方法仅仅是考虑功率传输方程的建模,而所述方法提出了一种入网电感电流动态特性传递函数建模方法和状态空间建模方法,随后利用所建立的模型对电压源型VSG电路参数和控制参数及其对系统稳定性的影响进行了分析。最后利用Simulink仿真以及一台5 kVA的实验样机对理论分析和控制参数设计进行了验证。

改进型三电平Buck直流变换器的建模研究

针对改进型三电平Buck直流变换器这种高阶、离散、非线性、时变的系统,分析了其工作模态和工作原理。利用状态空间平均法,结合欧拉公式,建立了其数学模型,并按照其数学模型组建了闭环控制系统。实验结果表明,其数学模型具有一定的合理性。

渔业数据失真对两种非平衡剩余产量模型评估结果的影响比较

为了研究渔业数据失真对两种非平衡剩余产量模型评估结果的影响,以南大西洋长鳍金枪鱼渔业产量和单位捕捞努力量渔获量(CPUE)数据作为基础数据,加入5种不同程度[变异系数(CV)=1%、5%、10%、20%和30%]的随机误差,模拟了(1)无数据失真,(2)仅产量数据失真,(3)仅CPUE数据失真,(4)产量和CPUE数据均失真等4种情况。利用基于ASPIC的非平衡剩余产量模型(ASM)和基于贝叶斯状态空间建模方法的非平衡剩余产量模型(BSM)分别评估了最大可持续产量(MSY)、B_(MSY)、F_(MSY)、B_(2011)/B_(MSY)、F2011/F_(MSY)等5种生物学参考点和管理指标。结果显示,在无数据失真情况下,ASM和BSM评估的MSY分别为2.866×10~4 t和2.836×10~4 t,B_(2011)/B_(MSY)分别为1.366和1.324,F2011/F_(MSY)分别为0.627和0.667,均相差不大,表明该渔业目前状态良好,ASM得到了较大的B_(MSY)(31.48×10~4 t)和较小的F_(MSY)(0.091);数据失真对ASM评估的B_(MSY)和F_(MSY)分别产生了严重的过低估计和过高估计,且CPUE数据失真产生的影响要比产量数据失真大;随着随机误差的增大,BSM评估的生物学参考点和管理指标的绝对百分比偏差有增大趋势;与ASM相比,BSM能够更好地处理渔业数据中存在的随机误差,除了MSY以外,BSM评估的生物学参考点和管理指标绝对百分比偏差均要比ASM的评估结果低,尤其是B_(MSY)和F_(MSY)。因此,在使用存在较大随机误差的渔业数据进行资源评估时,BSM具有一定的优势。

考虑突变状态检测的齿轮实时剩余寿命预测

为解决齿轮疲劳退化过程中状态突变后剩余寿命难以准确预测问题,提出一种考虑退化突变点检测与剩余寿命预测相关联的齿轮疲劳实时剩余寿命预测新方法。针对齿轮磨损退化过程建立状态空间预测模型,利用接收到的齿轮实时监测振动信息实时更新模型参数,同时对退化过程中的突变状态点进行检测,并根据突变点所提供的寿命信息采用卡尔曼前向滤波及平滑算法结合期望最大化参数估计算法在滤波的同时不断对状态空间模型参数进行修正,改变退化突变后的滤波效果,进行实时状态预测与寿命估计。运用齿轮疲劳寿命试验台的实时监测数据对预测模型进行验证,结果表明利用突变点信息对预测模型进行修正后可以更快的对系统的动态变化进行跟踪,提高预测齿轮退化状态及实时剩余寿命的准确度。

有源电力滤波器状态反馈精确线性化控制

针对有源电力滤波器模型的非线性强耦合特点,提出了一种基于状态反馈精确线性化的非线性控制策略。采用状态空间平均建模方法建立了三相并联型有源电力滤波器的仿射非线性模型,并从理论上证明了所建立的模型满足状态反馈精确线性化的条件,推导出了非线性系统的反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化。再利用线性系统控制理论设计了控制器,实现了原非线性系统的解耦控制。与PI控制的三角波调制控制方案进行仿真对比分析,验证了所提出的控制方案性能优越,各项性能指标均优于PI控制方案。

Boost变换器状态反馈的精确线性化控制

将控制目标引入系统状态方程,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型.从理论上证明了所建立的系统模型满足状态反馈精确线性化的能控性条件和对合条件,构造了相应的非线性输出函数,得到非线性状态反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化,并详细分析了反馈系数的选取.所提控制方案不需要附加电压比例积分(PI)环节,控制简单,对输入电压、负载和系统元件参数扰动均具有较强的鲁棒性.仿真结果表明,基于文中所提控制方法的系统性能优越,各项指标均优于无源性控制方案.

静止无功发生器动态模型和非线性逆系统-PI控制策略研究

应用状态空间平均建模法推导出静止无功发生器(SVG)的动态数学模型。基于此模型,采用双变量传统PI控制策略控制SVG系统,发现该控制策略在两个控制目标变量(无功功率和直流侧电压)的动态性能方面存在不足。依据所建立的动态数学模型推导出SVG系统的逆函数,由此进一步得出非线性逆系统-PI控制策略以提高SVG系统无功功率和直流侧电压的动态响应速度。应用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建SVG的控制系统模型,仿真结果表明了SVG动态数学模型的正确性和非线性逆系统-PI控制策略的有效性。

电网对地分布电容对零序直流选择性漏电保护性能的影响分析

运用状态空间建模方法研究了目前国内广泛关注的零序直流选择性漏电保护中电网对地分布电容对支路检测信号零序直流选择特性的影响。首先根据整流管的工作特性建立了任意工频周期内检测电流的电路模型,用状态变量法推导出各检测电流的数学表达式;然后用谐波分析法对各检测电流进行谐波分解和幅值计算,并得到其波形。结果表明:正常取值范围内的分布地容对分支检测信号的选择特性影响很小,并且与不考虑电容影响时一样,当漏电阻值降到3.3kΩ以下时,其选择特性更加显著。

挤压机节流调速系统的研究

以125MN挤压机为背景,针对用于125MN挤压机活动横梁速度控制的原有节流系统,存在阀的稳定性差,控制精度不高的缺点,提出一种以电液比例控制阀为先导阀并带位移传感器和压力传感器的新型大通径(80mm)水节流阀,对该阀阀芯位置控制原理、流量特性、控制策略以及先导阀-节流阀系统动态特性进行研究;并采用状态空间法建立了节流阀阀芯位移控制系统的数学模型,用Simulink对该模型进行仿真,得出该系统在输入为一阶跃信号下的节流阀阀芯的位移动态响应曲线和速度动态响应曲线,并分析该节流阀在实际应用过程中的动态响应特性;得出了节流阀阀心位置控制系统仿真模型的响应时间和超调量,以及在实际应用过程中的响应时间和超调量。

基于敏感度分析的制造系统工位设计布置评价

针对制造过程中产品特征和控制特征偏差沿工位不断传递和累积影响了最终产品质量,提出基于敏感度分析的多工位制造系统工位设计布置评价方法。将工位参数代替时间参数,对多工位制造系统进行状态空间建模,建立了关键控制特征点的偏差传递和累积以及对关键产品特征点影响的系统化模型。提出三级层次敏感度指标(元件级/工位级/系统级),全面描述关键特征点的相互影响和不同的工位设计布置对偏差传递的作用。根据敏感度分析计算结果,提出了设计评价改进流程,以选择最优的系统设计方案,识别关键工位及确定单个最大的元件级偏差源。通过实例验证了评价指标和分析方法的有效性和可行性。

旋转二级倒立摆的控制系统设计与仿真

小车倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统,其控制问题被公认为控制理论的一个典型问题,是控制理论研究的典型实验平台。旋转二级倒立摆是一种新型的倒立摆装置,与同级的直线轨道倒立摆相比,结构简单紧凑,但模型更复杂和不稳定,对控制算法提出更高的要求,增加了控制难度。该文基于动力学理论分析旋转二级倒立摆系统的结构,建立了旋转二级倒立摆系统的数学模型状态空间方程,分析了系统的稳定性和可控性。采用二次型最优控制策略对旋转二级倒立摆系统进行控制系统设计,并借助Matlab平台进行了仿真实验。实验结果证明了其控制有效性,该控制结果与其它控制方法相比,有较优的稳态特性和快速性,系统处在较大的非平衡初始状态,旋转二级摆杆也能稳定地控制在倒立平衡位置附近。因此可以进一步扩展到多级旋转倒立摆的控制,对于实现其它不稳定系统的控制,也有着一定的借鉴价值。

基于虚拟同步电机控制的微电网稳定性分析

随着微电网中电力电子器件的大量接入,多电源与负荷的动态特性相互耦合,使得微电网系统中稳定分析问题成为研究热点。针对基于虚拟同步电机控制的微电网系统,提出了一种含多分布式电源的系统非线性状态空间建模方法。建立了含分布式电源、线路和负荷的微电网统一状态空间方程。基于所建立的状态空间方程,运用特征根分析法研究了影响微电网系统稳定性的因素。并利用分岔理论研究了虚拟同步电机控制关键参数和系统拓扑结构参数对系统稳定性的影响。在PSCAD/ETMDC仿真平台搭建了基于虚拟同步电机控制的微电网模型,验证了所提方法的正确性和有效性。