CPS-SPWM级联H桥激励的变压器铁耗快速计算方法

针对载波移相(CPS)正弦脉宽调制(SPWM)级联H桥激励的变压器,提出一种基于经典损耗分离模型的铁耗快速计算方法.首先,结合SPWM电压波形特征定义集总占空比,并推导其关于调制比的解析模型;其次,基于经典损耗分离模型和集总占空比,构建CPS-SPWM级联H桥的铁耗计算模型,该方法可以直接使用调制比、直流母线电压等参数对铁耗进行计算,从而避免传统方法中的谐波分析或者数值积分过程;再次,基于本文铁耗计算模型,提出了一种针对SPWM电压激励的有限元(FEM)仿真等效方法,最后,通过实验验证了本文计算方法的有效性.研究结果表明:等效仿真铁耗误差小于3.6%、仿真用时减少74.5%;最大铁耗计算误差为7.6%.

针对电力CPS数据驱动算法对抗攻击的防御方法

大规模电力电子设备的接入为系统引入了数量庞大的强非线性量测/控制节点,使得传统电力系统逐渐转变为电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS),许多原本应用模型驱动方法解决的系统问题不得不因维度灾难等局限转而采取数据驱动算法进行分析。然而,数据驱动算法自身的缺陷为系统的安全稳定运行引入了新的风险,攻击者可以对其加以利用,发起可能引发系统停电甚至失稳的对抗攻击。针对电力CPS中数据驱动算法可能遭受的对抗攻击,从异常数据剔除与恢复、算法漏洞挖掘与优化、算法自身可解释性提升3个方面,提出了对应的防御方法:异常数据过滤器、基于生成式对抗网络(generative adversarial network,GAN)的漏洞挖掘与优化方法、数据-知识融合模型及其训练方法,并经算例分析验证了所提方法的有效性。

基于CPS和VMD的实时电力需求饱和自适应预测

电力数据具有非平稳性和随机性的特点,导致电力需求预测结果误差较大,为此,提出基于CPS和VMD的实时电力需求饱和自适应预测方法。基于CPS与VMP建立自适应变分模态分解模型,利用实时电力需求序列和各模态分解余量之间的信息散度差来判断相关性程度,实现模态分解,通过自适应模态分解得到电力需求序列的分解余量,依靠其建立自适应预测模型,并对模型进行训练,完成对实时电力需求饱和自适应预测。实验结果表明,设计方法预测结果的平均绝对误差低于5.0,平均绝对百分比误差低于2.45%。

基于CPS的钢铁企业电网智能管控

针对钢铁企业电网智能化运维水平不高,电网运行控制自动化程度低下,企业电网信息化集成性不足的难题,面向千万吨级钢铁厂开发一套企业级电网智能管控系统。通过将信息化系统和企业电网深度融合,创建了面向钢铁企业电网智能管控的CPS信息物理系统体系架构,实现了电网潮流控制、机网协调、电网管控、电网设备运维管理、电能质量监测等控制功能,全面解决钢铁厂内部电网建设、管理、运维中的各种问题,最大限度利用自发电。

基于模糊算法的MCR-CPT移相控制策略研究

为提高磁耦合谐振式非接触电能传输(MCR-CPT)系统的电能传输质量,针对PID控制器在系统工况发生变化时适应性较差、无法及时更新和抗干扰能力弱的问题,提出一种适用于移相全桥CPT系统双闭环双输入模糊PID控制策略,并在此基础上以电压环为例,改进成三输入模糊PID控制策略,利用模糊控制分析工况变化,在线整定PID控制器的相关参数,从而稳定系统输出。仿真与实验证明了基于模糊PID算法的MCR-CPT移相控制策略具有良好的鲁棒性与抗干扰能力。

电力CPS的架构及其实现技术与挑战

引入前沿信息技术并把电力系统和信息系统进行深度融合是实现电力系统智能化的关键。信息物理融合系统(cyber physical system,CPS)是通过3C(computation,communication,control)技术将计算、网络和物理环境融为一体的多维复杂系统,通过多技术有机融合,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,具有非常广阔的应用前景,因而在国际上受到了普遍重视。在此背景下,基于CPS概念并结合电力系统特点,提出建立电力CPS的思路和框架。首先,概述了CPS的概念、主要功能和技术特征。之后,构造了电力CPS的架构和主要组成部分,指出了实现电力CPS的若干关键技术。最后,从基础理论、建模方法、仿真算法、安全性分析、可靠性分析、系统设计与规划、运行调度、标准化等方面讨论了电力CPS研究中所面对的主要挑战。

基于统计理论的含风电互联电网CPS研究

从统计学原理的角度研究了风电对我国互联电网CPS(Control Performance Standard)考核指标的影响机理。利用关键变量的数学期望对传统CPS计算公式进行变换,推导了用于定量分析的CPS考核指标计算公式。利用MATLAB/Simulink建立两区域互联电网模型,仿真结果表明对CPS指标影响程度由低到高排列分别为正态分布、t分布、威布尔分布;随着风电并网容量持续增大,互联电网CPS考核指标的降低幅度也越大。

互联电网AGC分层控制与CPS控制策略

通过分析网调和所辖各省调构成的中国互联电网的特点,提出了基于联络线和频率偏差控制(TBC)模式下的网省调自动发电控制(AGC)分层控制与协调技术;重点讨论了CPS考核标准下新的AGC控制策略。这些处理方法有利于提高电网频率控制质量,并体现在紧急情况下各AGC控制区域之间的相互支援,在多个网省调的实际应用中取得了良好的效果。

互联电网CPS标准下的自动发电控制策略

阐述了互联电网控制性能评价标准(CPS)下的自动发电控制(AGC)策略。提出了CPS调节功率分量这一新概念,并将其与比例分量和积分分量相结合,构成区域总调节功率。进一步根据区域控制偏差(ACE)和频率偏差的大小与方向,对区域总调节功率予以修正,以进一步提高CPS指标。最后提出了根据区域总调节功率而不是ACE来划分AGC控制区域的方法。这些控制策略有利于提高电网频率控制质量,体现了紧急情况下互联电网各AGC控制区之间的相互支援,在多个大电网的实际应用中取得了良好的效果。

CPS在线计算的递推算法

在北美电力系统可靠性协会(NERC)提出的电力系统控制性能标准(CPS)CPS1和CPS2的在线计算问题中,对各种数据求取相应时间段的平均值是在线计算的重点。分析了常用平均算法的动态特性,以一个两区域互联系统为模型,讨论了平均周期的选择对CPS计算结果的影响,即平均周期过大时,ACE的平均值将仅体现电力系统的静态特性,由一、二次调频等所引起的动态特性将被滤掉。并针对常用平均算法,数据存储量大,计算速度慢的不足之处,给出了递推平均算法及相应的改进的递推平均算法,即用数字低通滤波器来实现同样的目的。改进算法具有数据存储量小,易于编程且计算开销显著减小的特点。

互联电网CPS标准下计及一次调频的最优AGC控制模型

分析互联电网环境下机组一次调频的重要性及其对电网自动发电控制(automatic generation control,AGC)的影响,针对传统AGC控制策略难以计及一次调频的问题,提出AGC与一次调频协同控制的线性增量表达,进而构建互联电网控制性能标准(control performance standard,CPS)下计及一次调频的最优AGC控制的混合整数线性规划模型。在模型中,根据电力系统特性,将AGC机组调节指令状态变量由传统的三态变量转化为两态变量表示;采用线性化手段,将传统非线性最小加减速时间约束线性化。某省实际系统的计算结果表明:新模型显著减少了AGC机组的下令次数,有效提高了CPS考核指标水平,明显降低了系统调节成本,具有良好的应用前景。

CPS及其考核在北美与国内的应用比较

目前,中国大部分区域电网已经使用控制性能标准(CPS)进行互联电网有功功率控制性能的评价与考核。在引入标准时,国内电网并非完全照搬北美的评价考核模式,而是进行了改进。主要修改包括:CPS1指标值使用短期分段平均计算法、放弃直接使用CPS2考核、使用惩罚返还的考核规则等。从理论分析和定量测算2个方面着手,分析比较了修改后的CPS在互联电网评价与考核应用中与北美的差异,并较为详尽地分析了这些差异可能给最终考核带来的影响。此外,也尝试理清控制性能评价中所涉及的相关概念。

互联电网CPS下AGC控制参数的优化

提出了一种在互联电网控制性能标准(CPS)下现有自动发电控制(AGC)系统的控制参数优化方法。根据电网真实或假设的系统频率、负荷等运行数据,建立了基于现代内点理论的互联电网CPS下的AGC策略模型,进行求解,以优化结果反推出影响CPS指标和AGC系统性能、调节次数的比例系数、积分系数、CPS分量系数等关键参数,并进行仿真计算,结果表明该方法减少了AGC机组的下令次数,大幅度提高了CPS指标,保证了电网频率质量和安全运行,为调度、自动化专业优化调整AGC主站端的控制参数提供了理论依据和数学工具。该成果已用于广西电网。

广东电网CPS调节策略研究

分析了南方电网对控制性能标准(Control Performance Standard,CPS)参数进行更改之后,新参数对罚电量和CPS指标的影响,讨论了CPS在广东电网中实施和应用的难点,主要包括:调节资源有限,控制界面较多,电力系统负荷特性复杂,频率偏差系数较实际值大,火电机组没有参与实际调频,等等。最后,就进一步提高广东电网CPS考核指标提出了建议。

CPS-SPWM在级联型有源电力滤波器中的应用

提出了基于载波相移-正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H桥型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。文中给出了载波相移技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法,并将其应用在并联型有源电力滤波器(APF)中,对直流侧总电压闭环电压控制的原理进行了验证。仿真和实验结果表明,该并联型APF系统在低开关频率情况下能够准确有效地补偿谐波和无功电流,性能良好。

CPS标准下的AGC机组辅助服务定量评估

提出一种基于CPS标准的自动发电控制(AGC)机组考核方法,该方法利用控制区总发电功率与计划出力之差及频率误差的相关系数作为控制区自动发电控制性能指标,并以系统频率误差与ACE乘积为标准,构成控制区AGC总任务描述。同时,根据各AGC机组指令分配系数分解总任务,构成各电厂AGC考核指标。通过在四川电网EMS系统的应用,证明该方法的可行性。

基于CPS协同的微系统电源信号完整性设计

裸芯片die、硅通孔TSV(Through Silicon Via)硅转接板、高温共烧陶瓷HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)管壳等多材质多基板立体堆叠和高密度集成的微系统封装,因空间极度有限、跨尺度立体转换的失配、电磁效应的耦合,低电压大电流电源的电源分布网络PDN(Power Distribution Network)和GHz高速信号的通道设计成为难题。贴合微系统封装尺度越来越接近芯片尺度的特点,以及微系统模块的系统应用需求,研究了基于芯片、封装、系统CPS(Chip-Package-System)协同设计仿真的方法。针对核心电源PDN的设计,采用芯片功耗模型CPM(Chip Power Model),结合TSV硅基板、HTCC管壳、PCB三级去耦电容网络的布放和协同优化,有效降低了电源纹波,保证了电源完整性。针对高速信号通道设计,基于电磁场和电路结合的仿真,将芯片电特性配置与封装互连的拓扑匹配协同优化,封装与板级应用协同优化,保证了信号完整性,且不对封装版图和工艺提出严苛要求。

导轨式CPS能量信号耦合传输技术研究

针对工业导轨小车(RGV)无接触供电系统(CPS)中信号传送问题,提出一种基于2ASK/OOK方式的能量信号耦合传输方法。系统采用LCL全桥谐振拓扑实现能量传输,采用LC半桥谐振拓扑实现信号传输;通过在轨道两侧设计合适的信号调制和解调电路,实现了信号从电源侧到负载侧的传输,系统能量信号共用传输通道,互不干扰,信号发射功率可根据轨道长度进行调节。实验结果表明基于2ASK/OOK方式的CPS能有效调制解调需传输的信号,信号能在不影响能量传输的基础上实现可靠传送。

电力CPS信息网络脆弱性及其评估方法

电力信息网络是电力CPS的有机组成部分,电力信息网络的脆弱性威胁评估是电力CPS风险评估的重要基础之一。针对通用信息网络脆弱性威胁评估技术的局限性,在通用弱点评价体系(CVSS)的基础上提出了一种适用于电力信息网络的脆弱性威胁评估方法。选取了漏洞分布威胁度、访问途径和利用复杂度3组安全漏洞评估要素;采用层次分析法建立了脆弱性威胁度评估模型,给出了参数构造方法;在定量评估的基础上,将评估结果定义了脆弱性威胁等级。最后给出了一个评估实例,并与CVSS系统进行了比较。评估结果表明基于层次分析法的信息网络脆弱性评估反映了信息与物理的耦合关系。

大规模风电并网对CPS指标的影响

区域控制性能指标(control performance standards,CPS)是互联电网考核各控制区有功平衡和频率控制的重要标准。研究了风电接入对CPS指标的影响机理,建立了仿真模型,并定量研究了4类改进CPS指标的措施及其有效性。分析结果表明,随着风电接入水平的提高,控制区的CPS指标将变差。风电对频率指标(CPS1)的影响程度与其在整个互联电网中的接入水平有关,对联络线交换功率指标(CPS2)的影响程度与其在接入区域中的接入水平有关。提高风电功率预测精度和进行风电场控制是改善CPS有效措施。