基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测

振荡源定位与传播预测是抑制强迫振荡和保证电力系统稳定的关键。现有方法未能充分利用电网的空间拓扑信息和振荡的时序特征,限制了定位和预测的精度。因此,该文提出一种基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测方法。首先,根据节点特征和拓扑信息构建图数据,考虑到强迫振荡传播的快速性,通过切比雪夫多项式扩大节点空间感受野,提取振荡空间特征。同时,利用门控循环单元网络提取多个节点振荡数据的时序关联,通过时空图卷积单元融合空间和时序特征。然后,将定位与传播预测分别建模为分类和回归问题,训练时空图卷积神经网络模型。算例分析表明,所提方法具有更高的准确率,且在噪声和部分节点数据缺失的情况下依然具有较好的性能。

振荡频率对曼氏无针乌贼成体死亡率及生存状态的影响

为提高曼氏无针乌贼增殖放流运输过程的存活率,在实验室条件下研究了0、60、100、120、140和160 r/min振荡频率对成体曼氏无针乌贼死亡率、乳酸、糖原含量及酶活性的影响。结果显示,除160 r/min死亡率略有下降外,其他组随着频率的增高死亡率升高,频率120、140 r/min时死亡率最高为91.7%,显著高于0、60、100 r/min处理组。死亡时间主要分布在振荡后的4~8 h,频率越低乌贼出现死亡的时间越晚,160 r/min率先在2 h出现死亡个体。除个别组出现波动外,随着频率的增大,两种组织(肌肉、肝脏)的糖原含量降低,而乳酸含量增大,140 r/min处理组糖原、乳酸含量与对照组间差异显著。除60 r/min处理组外,随着频率的增加,肝脏组织中的谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(GOT)活性降低,超氧化物歧化酶(SOD)活性增加,且120、140、160 r/min处理组3种酶活性与其他组间差异显著。碱性磷酸酶(ALP)活性随着频率的增加而升高,140和160r/min处理组与其他组间差异显著。乌贼死亡率与SOD、肌肉乳酸含量、ALP之间极显著正相关,与肌肉糖原含量、GOT和ALT活性、消化腺糖原含量之间极显著负相关。研究表明,频率显著影响乌贼的存活率,能量耗尽和肝脏损伤可能是乌贼运输过程高死亡率的主要原因,运输过程建议振荡频率小于100 r/min且运输时间小于3 h,尽量避免较大程度的晃动。本研究可为曼氏无针乌贼成体的增殖放流运输过程提供技术支撑。

基于功率微分项的双VSG有功功率振荡抑制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)双机并联运行时产生的有功功率振荡问题,通过建立双VSG系统的小信号模型,分析了有功功率振荡产生的机理,提出一种基于改进虚拟阻抗的瞬态功率均分策略和一种基于功率微分项的自适应惯量和阻尼的功率振荡抑制策略,将有功功率微分项与角加速度结合起来实现惯量的自适应调节,同时将有功功率微分项引入阻尼控制环节以替代传统的阻尼项,实现阻尼的自适应调节。所提出的策略可以使动态时VSG之间的角频率差更快速地趋近于零,从而减小有功功率振荡的超调,改善频率动态响应性能。搭建了VSG并联的仿真模型,仿真结果表明:所提改进控制策略可以使瞬态时实现有功均分,使动态时的有功功率振荡超调减小41%,振荡过程减小了1秒。

基于改进自适应陷波的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。

压缩感知和图卷积神经网络相结合的宽频振荡扰动源定位方法

新能源并网引发的宽频振荡严重威胁电网安全,实现宽频振荡源的在线定位并及时采取抑制措施以保证系统安全稳定尤为必要。为此,提出一种压缩采样和图卷积神经网络相结合的宽频振荡源定位方法,该方法首先在子站对时序的振荡信号进行稀疏采样,获得其低维观测序列,作为节点的时序信息,然后在主站融合系统的拓扑结构捕捉各节点的邻接关系,综合考虑系统振荡的时空特性,运用图卷积神经网络实现振荡源定位。最后利用宽频振荡样本集进行仿真验证,结果表明所提方法在量测数据含有噪声、传输数据缺失以及传输数据偏差的情况下都有较高的定位准确度。

含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析及振荡抑制策略

风电并网系统稳定性分析及振荡抑制策略大多集中于风电场本身,针对含静止无功发生器(SVG)的直驱风电并网系统研究较少。基于特征值灵敏度筛选出对含SVG的直驱风电并网系统稳定性较显著的控制通道,然后基于独立通道分析设计理论将并网系统由多输入多输出耦合系统等效拆分为多个单输入单输出控制通道,在定性分析并网系统稳定性的同时定量评估不同控制通道间的交互作用程度。为抑制控制通道间的交互作用,提出了基于H∞鲁棒控制的次同步振荡抑制策略。通过电磁暂态仿真,验证了基于独立通道分析设计理论分析并网系统稳定性的正确性以及基于H∞鲁棒控制的次同步振荡抑制策略的有效性。

配电网低频非线性振荡引发PT保险熔断的机理及抑制措施

电缆的接入使配电网中性点不接地系统对地电容电流增大,产生由单相接地故障引发的低频非线性振荡,导致电磁式电压互感器(potential transformer,PT)保险熔断,严重影响系统安全运行。首先,分析了低频非线性振荡导致PT保险熔断的原理,并基于ATP⁃EMTP平台对10 kV中性点不接地系统进行了仿真计算,计算表明,低频非线性振荡最大过电压小于2.0 p.u.,故障0.1 s后电流接近熔断器熔断电流,系统对地电容增大、零序电阻减小,保险熔断风险增大;然后,仿真验证了4PT接线和PT高压侧中性点串接压敏电阻抑制措施的有效性,并计算了零序电压测量误差;最后,建立10 kV系统的低频非线性振荡试验平台,验证仿真的有效性,对提高配电网PT运行安全性具有参考价值。

基于Copula传递熵的设备级和网络级宽频振荡传播路径分析及振荡源定位方法

电力电子化电力系统的宽频振荡问题严重危害电网的安全稳定运行,及时确定宽频振荡的传播路径和振荡源位置,对振荡的抑制至关重要。该文从因果关系的角度提出一种基于Copula传递熵的设备级和网络级宽频振荡传播路径分析及振荡源定位方法,通过分析多变量之间的因果传递方向和因果强度系数,利用有向加权图构建宽频振荡因果网络,在此基础上确定振荡源位置,并通过保留因果强度系数最大的支路,确定振荡的主要传播路径。采用所提方法一方面能够从设备级分析控制器内部各状态变量的因果关联性;另一方面能够从网络级分析电网中各节点振荡数据的因果传递性,从而确定宽频振荡在控制器内部和电网中的传播路径及振荡源位置。最后,在强迫振荡、风机与弱电网交互、发电机轴系振荡中的仿真算例表明,所提方法适用于多种机理的宽频振荡,能够同时实现设备级和网络级宽频振荡传播路径分析和振荡源定位。

一种基于频差自校准的高精度RC振荡器

提出了一种基于频差自校准的高精度RC振荡器。通过对PTAT高频环形振荡器时钟计数,得到RC振荡器和参考时钟的计数偏差。数字自校准电路通过电阻阵列校准参考电压,减小计数偏差,进而得到稳定的振荡频率。参考时钟仅在工作前校准,实际工作中不需要额外的参考时钟。该RC振荡器采用CSMC 0.18μm工艺,工作电压为1.8 V。仿真结果表明,该电路可以产生2 MHz的稳定振荡频率,整个系统的功耗为48.4μW,启动时间小于15μs。在-40~125℃温度范围内,振荡频率变化率小于±0.2%。在1.70~1.98 V供电电压范围内,振荡频率变化率小于±0.25%/V。

基于多元同步压缩变换的电力系统强迫振荡源定位

为实现电力系统强迫振荡源的快速、准确定位,该文提出一种基于多元同步压缩变换(multivariate synchrosqueezingtransform,MSST)的电力系统强迫振荡源定位方法。该方法首先利用电力系统的广域量测信息构建发电机的多通道量测信息矩阵,采用MSST对多通道量测信息矩阵同步分解得到对应的三维MSST系数矩阵;然后通过能量权重筛选出表征强迫振荡模式的MSST系数矩阵;进一步,构建基于MSST的发电机强迫振荡耗散能量计算模型,通过筛选出的表征发电机强迫振荡模式的MSST系数矩阵计算各发电机的耗散能量;然后,依据所提的强迫振荡源判据,定位出系统的强迫振荡源;最后,通过WECC-179节点测试系统仿真数据和辽宁电网PMU实测数据验证了所提方法的准确性和有效性。

基于振荡射流的撞击流反应器流动及混合特性研究

为了研究振荡射流撞击流反应器内流场特性,利用SST k-ω湍流模型,建立振荡射流撞击流反应器数学模型且与试验进行对比。通过分析速度场、湍流动能分布、压力场和湍流黏度分布规律来研究撞击流反应器内部流动特性,揭示混合性能变化规律。结果表明:在轴向上,速度、湍动能和压力呈多峰分布趋势且随着入口速度的上升而不断增大。在径向上,振荡器混合室内部涡旋中心受喷嘴小尺度涡旋干扰不断变化,从而影响流体振荡,使流场内产生4种流型。该反应器在35 s后混合均匀,混合强度达到0.95以上。研究结果丰富了流体振荡特性理论,为新型反应装置的开发提供理论参考。

经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响

背景:经颅磁声电刺激是一种基于磁声耦合电效应的无创、高精度脑神经聚焦刺激方法,可调节神经节律振荡活动,从而影响大脑的运动、认知等功能。目的:探究经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响。方法:①动物实验:采用随机数字表法将24只Wistar大鼠随机分为4组,每组6只:正常对照组不进行任何干预;正常刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激(空间峰值脉冲平均强度为13.33 W/cm^(2),基波频率为0.4 MHz,基波周期数为1000,脉冲重复频率为200 Hz);模型对照组、模型刺激组通过腹腔注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶建立帕金森病模型,造模成功后,模型对照组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电假刺激,模型刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激,每天刺激时长2.0 min,刺激结束停留8-10 min后,采集大鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号并同时记录行为学正确率,对比分析各组局部场电位信号能量的时频分布情况和行为差异,当大鼠正确率连续3 d高于80%后停止刺激实验和T迷宫实验。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激下皮质-基底神经节回路模型,分别改变超声发射周期(5,10,20 ms)、超声发射占空比(30%,50%,90%)和感应电流密度(20,50,100μA/cm^(2)),比较不同刺激参数下健康与帕金森病大鼠beta振荡的功率谱密度值。结果与结论:①动物实验:正常对照组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P<0.001),正常刺激组大鼠的空间学习能力强于正常对照组(P<0.05),模型刺激组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P<0.01);正常对照组beta振荡能量分布较为集中,正常刺激组较正常对照组beta振荡信号能量有所降低,模型对照组与模型刺激组beta振荡能量广泛分布且能量值显著高于正常对照组、正常刺激组,并且模型刺激组beta振荡信号能量明显低于模型对照组;②建模仿真实验:不加刺激时,健康大鼠beta频段功率谱密度峰值(30 dB)显著低于帕金森病大鼠(55 dB);施加经颅磁声电刺激后,两组大鼠beta频段功率谱密度值普遍降低;beta频段功率谱密度峰值与超声发射周期呈正相关、与感应电流密度呈负相关,当超声发射占空比为50%时功率谱密度峰值最低;③结果表明:经颅磁声电刺激可抑制健康与帕金森病大鼠的beta振荡,进而改善大鼠的运动功能与决策认知功能。

大西洋多年代际振荡对东亚气候影响的综述

本文综述了近年来有关大西洋多年代际振荡(AMO)及其对东亚气候影响的研究进展,主要包括AMO的形成机制与指数定义、AMO对东亚夏季和冬季气候的影响、AMO与其他大洋的协同作用。目前,关于AMO的形成机制仍有不同意见,传统观点认为AMO是气候系统内部过程尤其是大西洋经向翻转流造成的,但近期有工作指出AMO是气溶胶、火山喷发等外强迫驱动产生或是海洋对大气随机强迫的一种响应。AMO可以通过三种途径调制东亚夏季气候,当AMO处于正位相时,东亚夏季风加强、降水增多、气温升高,反之亦然。同时,AMO正位相有利于东亚冬季风偏强,欧亚大陆中纬度及中国北方偏冷;负位相时则大体相反。鉴于AMO的重要作用,加深理解AMO形成机制及其对东亚气候影响有益于提升东亚气候的年代际预测水平。

次同步振荡在交直流电网中传播的关键影响因素

随着“双高”电力系统的发展,次同步振荡问题日益凸出,亟需研究交直流线路次同步振荡传播的关键影响因素。从系统响应量测时序数据着手,提出了一种次同步振荡传播关键影响因素定量分析方法。首先,基于自适应噪声完全集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition, CEEMDAN)的改进小波阈值去噪方法对量测数据进行降噪处理,减少噪声对Prony分析的影响;其次,基于次同步振荡传播各影响因素的相关系数和互信息量建立相关性评价组合模型;最后,计算交直流不同参数在综合模型中的评价指标,得出次同步振荡在交直流线路中传播的关键影响因素。通过在PSCAD搭建2区域4机系统进行分析,结果表明:影响交流线路次同步振荡传播的极强相关参数为交流线路潮流,影响直流线路次同步振荡传播的极强相关参数为次同步振荡频率下交流线路阻抗特性。

自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率调制

SC-CO_(2)射流钻完井技术能保证煤层气井稳定性、提高钻井速度和破岩效率,具有广泛的应用前景。但较高的破煤能耗和复杂的系统限制了其工程推广,自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率和煤岩体的固有频率相同或满足相位关系,能充分发挥谐振效应,达到更好的破煤效果。喷嘴结构是影响射流冲击频率的关键,现有的自振脉冲水射流频率调制方法并不适用于SC-CO_(2)射流。为实现对SC-CO_(2)射流冲击频率的调制,采用大涡模拟研究不同喷嘴结构对自激振荡脉冲SCCO_(2)射流冲击频率的影响规律,通过权重分析得到不同喷嘴结构参数对射流冲击频率的影响程度。采用射流冲击频率测定实验及破煤实验验证喷嘴结构对射流冲击频率的影响规律以及射流冲击频率调制方法的可靠性。结果表明:振荡腔直径、振荡腔长度、碰撞壁角度是影响射流冲击频率的关键因素,可通过调节振荡腔结构实现对射流冲击频率的大幅调制,从而达到谐振效应。调节振荡腔结构使射流冲击频率与煤的固有频率形成谐振时破煤效果显著提升,且谐振倍数越小,射流破煤效果越好,能够有效提高破煤效率。当煤的固有频率是25 Hz时,设置上游和下游喷嘴出口直径为2.5、3.0 mm,调节振荡腔直径、长度、角度分别为10 mm、3 mm、120°,射流冲击频率达到25051.83 Hz,是煤体固有频率的1002.0倍,与煤的固有频率形成谐振效应,有效提高了破煤效率。

基于电压阻尼振荡的变压器故障绕组识别方法

变压器绕组振荡波能够有效地反映绕组状态变化,实际应用中发现振荡波末期存在不规律振荡行为,影响了基于振荡波的变压器绕组故障诊断准确性。该文针对此问题,首先,搭建变压器绕组故障模拟平台,获取轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路四种故障下绕组振荡波数据;其次,通过定义的能量衰减因子,提出了一种基于电压阻尼振荡的变压器绕组振荡波有效波段动态选取方法;再次,基于确定的有效波段,提出了基于二值化的Tamura纹理特征的特征参数提取方法,并结合波形特征关联度(FCD),提出了用于故障类型(轴向移位、局部翘曲、饼间短路和匝间短路)、区域、程度诊断的特征参数组合并分析了其分布规律;最后,基于特征参数组合的分布规律通过实际变压器进行了应用分析。结果表明,动态选取出的波段干扰信息少、衰减振荡规律性明显且包含丰富的特征信息,可实现对故障类型、故障程度和故障区域的识别分类。

基于开关瞬态高频振荡特征的寄生参数提取原理与实现方法研究

寄生参数是影响电力电子系统安全运行与效率优化的重要因素。该文提出一种基于开关瞬态高频振荡特征的寄生参数提取方法。与利用开关瞬态中电压、电流变化斜率的现有方法相比,基于振荡特征的参数提取方法对开关瞬态波形幅值测量准确度以及通道采样同步等方面的要求低,因此对信号衰减与延迟等问题具有较高的鲁棒性。该文首先对器件关断激发的漏源极之间的瞬态振荡进行详细数学推导。然后,讨论由寄生电感、寄生电容与器件共同构成的二阶以及四阶电路的振荡行为,归纳出参数提取方法并详细讨论对应的硬件与算法设计。为验证所提方法的通用性与有效性,以电力电子全换流回路中各组成部件为对象进行验证。在铜片、叠层母排、母线支撑电容、汇流铜条以及半导体功率模块等部件进行寄生参数提取,实际效果表明该方法能提取10 nH数量级的微量寄生参数,且参数辨识的一致性高,具有操作简明、提取误差小等优势。

基于SSO多扰动输入机理分析的DFIG-GSC功率振荡抑制策略研究

电网次同步振荡(SSO)已成为桎梏新能源发展的主要问题之一,针对SSO下双馈感应发电机(DFIG)中网侧变流器(GSC)的功率振荡问题展开研究。首先,建立SSO对GSC的多扰动输入数学模型,探究不同扰动输入的性质以及其对GSC系统的影响,明确了针对物理量扰动以及信号扰动分别采用补偿与滤除两种不同的抑制方法。其次,针对锁相环(PLL)输出误差经过坐标变换产生耦合振荡的问题,建立PLL输出误差角度的频域数学模型,并通过设计一种改进PLL消除其输出误差对GSC的信号扰动影响。同时,设计一种准谐振控制器的自适应算法,并提出基于自适应准谐振控制器的DFIG-GSC功率振荡抑制策略,消除SSO对GSC的物理扰动影响;最后,通过搭建具有SSO模拟环境的DFIG实验平台,验证本文所提控制策略的有效性。

自激振荡射流微通道换热特性及热力学分析

该文对自激振荡射流微通道内流体换热性能进行模拟研究,结果表明在不同入口质量流量(1.0~6.0 g/s)条件下,自激振荡器内高压区域的移动造成了微通道散热器内射流的偏转,形成射流周期性循环摆动的同时强化了流体区域的扰动。此外,经对比分析后发现相较射流微通道内流体区域其冲击范围更广,因此其均温性能也优于射流微通道。与此同时,该文运用热力学原理分析评价自激振荡技术对射流微通道内流体流动换热性能的影响,发现自激振荡器所产生的振荡射流可以减小射流微通道内流体对流换热过程中的不可逆损失,其热能传输效率高达到98.48%。

电力系统强迫振荡源定位的时-频域耗散能量流方法

准确定位强迫振荡源对电力系统的安全稳定运行意义重大。然而,由于强迫振荡模式的可观性和振荡时变特征,传统方法难以从多通道量测信息中有效提取振荡分量,从而降低了基于耗散能量流的强迫振荡源定位方法的定位精度。为此,提出了一种基于耗散能量流的电力系统强迫振荡源时-频域定位方法。首先,根据节点各量测通道间信息相关性,利用同步压缩短时傅里叶变换处理节点多通道量测信息,构建节点统一时-频系数矩阵;然后,根据强迫振荡分量的能量特性,利用时-频域能量筛选并同步提取时-频系数矩阵中的时-频域强迫振荡分量;进一步,根据测量信息的时-频域特性,在传统时域强迫振荡耗散能量流计算模型的基础上推导出基于同步压缩短时傅里叶变换的时-频域耗散能量流计算模型,并根据系统强迫振荡期间的时-频域耗散能量流能量特性定位强迫振荡源;最后,将所提方法应用于WECC 179节点测试系统、WECC 240节点测试系统的仿真振荡场景以及美国New England的实际振荡事件,所得结果表明所提时-频域定位方法可快速、精准定位强迫振荡源。