新能源并网换流器功率控制稳定机理分析及改进控制策略

在大规模新能源并网的背景下,作为并网接口的电压源型换流器得到了广泛应用。为了探究新能源并网换流器接入弱电网的功率控制稳定问题,对比分析了换流器在不同外环控制策略下自身的无功支撑能力对系统静态稳定极限的影响,基于关键电气量之间的数学关系,探究了有功控制的失稳机理,并提出了有功出力变化对无功输出的影响指标。研究结果表明:PQ控制更能适应变化的一次能源出力场景,面对有功出力变化,具有较强的抗扰能力;而PV控制由于具有更高的静态稳定极限,更适合弱电网。此外,为应对新能源出力波动的场景,提出了一种改进控制策略,该策略具有较高的静态稳定极限和无功控制响应速度快的特性,其抗扰能力相较于PV控制得到了提高,最后通过时域仿真进行了验证。

一种采用单运算跨阻放大器实现的模拟乘法器

针对广泛应用于核电子技术领域的模拟乘法器进行了研究,提出了一种采用单运算跨阻放大器实现的模拟乘法器。首先基于运算跨阻放大器的基本结构和输入输出关系,提出了基于单OTRA的基本乘法器电路。然后,为了消除OTRA的有限跨阻增益对乘法器的影响,提出了在直流偏置下叠加小信号的实现方案和基于MOS的乘法器结构,以实现对高频应用的补偿。还讨论了其作为平方器和振幅调制器的应用。最后通过PSPICE仿真验证了提出的理论设计,表明仿真结果与理论设计吻合得很好。

局部振荡引起区间大功率振荡的机理

从小干扰稳定性分析中的特征值分析方法出发,利用右特征向量的特征和发电机功角特性分析了局部振荡模式引起区间联络线上大功率振荡的机理。指出局部振荡模式的特征值随着运行工况的变化而变化,从而各机组该模式的右特征向量之间的关系也发生变化,当局部振荡模式所在联络线的那一侧的所有发电机的功率增量和出现较大数值时,则在该区间联络线上发生较大的功率振荡。以实际发生的功率振荡为具体实例,从小干扰稳定和时域稳定计算上证明了这种机理的存在,并提出了相应的分析方法及改善措施。

基于安全域的含风电电力系统概率小扰动稳定分析

计算了注入空间上含双馈感应发电机(DFIG)的电力系统小扰动稳定域。通过大量仿真计算发现,在工程关心的范围内,含DFIG的电力系统小扰动稳定域边界仍可以用超平面进行拟合。在此基础上,将安全域方法应用于含DFIG电力系统的概率小扰动稳定分析,代替传统方法中广泛采用的特征值分析方法。计算结果表明,考虑发电注入与负荷不确定性时,所提出的方法计算精度满足工程应用要求,并且可以有效降低概率小扰动稳定分析的计算负担。

考虑储能荷电状态及频率恢复特性的改进型灵活虚拟惯性控制

基于虚拟同步发电机(VSG)控制的光储系统可向电网提供虚拟惯性以增强电网的稳定性,但源端储能的荷电状态和系统频率恢复特性对虚拟惯性的灵活调节具有重要的约束作用。针对此问题,在已有研究的基础上,提出了一种改进型灵活虚拟惯性控制方法,该方法一方面根据储能极限运行状态下的荷电状态自主调节虚拟惯量的大小,避免了储能单元的深度过充及过放;另一方面在储能安全运行时根据频率变化分阶段调节虚拟惯量,在减小系统频率偏差的同时加快其恢复速度。此外,搭建了孤岛四端微电网的小信号模型,分析了关键控制参数对系统稳定性的影响规律,并给出了控制参数的设计原则。最后,通过硬件在环实验验证了所提控制方法的有效性与优越性,提高了光储VSG控制技术的工程实用价值。

基于谐波传递矩阵的MMC换流站频率耦合特性建模与分析

模块化多电平换流器(MMC)应用于柔性直流输电系统可有效降低输出谐波和开关损耗,同时也带来突出的系统稳定性问题。阻抗稳定性分析方法可用来分析MMC系统运行时产生的稳定问题。现有文献建立的MMC阻抗模型均为正序阻抗和负序阻抗相互解耦的序阻抗模型,并通过单入单出的阻抗稳定判据分析系统稳定性。然而,MMC在低频段呈现较为显著的频率耦合特性,此时正负序阻抗不再解耦,仍使用单入单出的稳定判据无法精确判定系统稳定性。文中通过分析扰动分量与稳态谐波的交互作用,研究了MMC频率耦合产生机理,进一步采用谐波传递矩阵建立了定交流电压控制下MMC频率耦合模型,并分析了频率耦合特性的主要影响因素和对稳定性的影响。最后,基于MATLAB/Simulink搭建的仿真系统结果验证了所建立频率耦合模型精度和系统稳定性分析结果的正确性。

小波包分析方法在齿轮箱振动信号处理中的应用

对齿轮箱的振动及振动信号进行了分析,利用小波分析原理及小波包分解故障信号,抽取与故障有关的几个频段进行重构,剔除了主振动分量和干扰项,从而使故障特征信号从复杂的振动信号中分离出来.

交直流混合系统低频振荡的概率特征根分析

研究低频振荡的传统特征根方法是基于单一的系统运行方式,而概率特征根分析则计及了较宽的系统运行方式变化。高压直流输电HVDC是一种典型的柔性交流输电FACTS装置,它可以改善系统的动态特性。将现有的概率特征根分析扩展到包含HVDC功能模块,能完成交直流混合系统的概率特征根分析。对四机两区域的交直流并联系统在选定的控制器参数下进行试算,结果表明,系统在多运行方式下研究交直流混合系统的低频振荡是可行的。

小扰动稳定域微分拓扑学性质初探——(二)小扰动稳定域内部空洞出现机理分析

对所发现的小扰动稳定域内部存在空洞现象进行了机理分析,力图找到这一现象出现的原因。对分岔问题进行深入分析后,发现算例系统小扰动稳定域内部空洞现象的产生是由该系统的Hopf分岔退化现象导致的,而空洞区域的破裂和最后消失则与该系统不同Hopf分岔曲线的相交有关。该研究思路和研究方法,希望能对进一步探求真实电力系统小扰动稳定域的微分拓扑学性质起到一定的启示作用。

微源并网逆变器下垂控制策略的改进研究

针对下垂系数大难以保证微电网稳定性,下垂系数取值小则反应速度慢的不足,提出了一种基于类似磁滞曲线的非线性下垂特性的逆变器下垂控制策略,通过实时改变下垂系数,提高负荷功率分配精度,有效抑制电微网频率和电压的大幅度波动,改善系统稳定性;并通过在功率控制环节中增加前馈环节进一步提高微电网稳定性。建立了简化的逆变器接口的微网小扰动分析数学模型,仅考虑功率环等慢动态过程。各微源接口先在各自本地坐标轴上建模,然后通过网络方程将各微源接口和负荷变换到统一旋转坐标轴,最后将方程线性化得到微电网小扰动分析模型,分析了下垂系数和前馈环节对微电网小扰动稳定性的影响。采用PSCA/EMTDC搭建了基于此控制策略的微电网仿真模型,仿真结果验证了此控制策略的有效性。

新疆—西北电网联网前后阻尼特性研究

从系统阻尼特性出发,从理论上推导了联络线阻抗值对互联电网阻尼的影响。通过小干扰稳定分析法和时域仿真法分析新疆-西北电网联网前后系统阻尼特性的变化,并采用Prony分析法校验联网前后的主振模式,结果表明联网后系统阻尼比减小,动态品质明显下降。增加新疆-西北电网省际间联络线降低互联阻抗后,仿真计算表明,互联电网动态稳定性大大提高。建议加快新疆-西北电网联络线建设。

双馈感应风力发电机强迫功率振荡的频域分析法

在建立双馈风力发电机小信号模型的基础上,通过状态方程的线性化,提出一种基于传递函数的动态频率分析法。以风速变化为输入量、电磁功率变化为输出量,建立了目标传递函数表达式并给出了各参数矩阵的求法。在不同风速扰动频率下,传递函数幅频特性曲线能定量地表征电磁功率波动幅值与风速扰动幅值比。当风速扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振。时域仿真波形图与幅频特性曲线相一致,验证了所提分析方法的正确性。

雷达信号脉内特征的小波分析

提出利用小波分析的方法分析雷达信号脉内特征，介绍了小波变换的方法并分析了利用小波变换的方法分析雷达信号脉内特征的可行性。对几种雷达信号进行了小波变换的模拟分析。结果表明，小波变换是分析雷达信号脉内特征的有力工具。

电容式超声换能器小信号等效电路建模与仿真

为了进一步分析优化电容式超声换能器(CMUT)的性能,建立了CMUT微元和CMUT阵元的等效电路模型,并进行了等效电路仿真。首先推导了CMUT微元小信号等效电路模型,然后在射频电路仿真软件ADS中建立CMUT微元的等效电路进行仿真,分析了施加不同幅值、周期的交流电压对CMUT微元发射特性的影响。分析发现,交流电压幅值越大、持续周期越长,CMUT微元的振动位移和输出声压越大,发射性能越好。此外,结合互辐射阻抗,推导了CMUT阵元等效电路模型,通过ADS仿真分析了不同微元大小、间距、数目CMUT阵元的频率特性。结果表明,微元大小、间距、数目均会对CMUT阵元的频率产生影响,以上分析结果为CMUT的设计和测试提供了理论参考。

非线性电路分析方法研究与探讨

随着新型器件的不断出现、微电子与集成电路技术的发展,非线性电路理论越来越显示出它的重要性。通过对非线性元件特性的研究,总结并探讨几种非线性电路分析方法的原理及特点。首先对伏安特性、频率变换及叠加原理等非线性元件特性进行分析,为后续各类分析方法奠定基础;主要研究了图解分析法、小信号分析法与折线分析法。非线性电路的分析应针对某一电路类型,采用适合的分析方法。非线性电路理论的研究目前还处在不断发展中,还有许多问题有待于进一步探讨,希望通过本文的研究为非线性电路理论的发展提供有意义的参考。

虚拟同步发电机动态特性参数分析及配置方法研究

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术对提高并网逆变器动态特性,增强逆变型电源对电网友好性具有重要的意义。为解决目前缺乏成套VSG动态特性参数设计方法的问题,进一步推动VSG的工程设计及应用,文章基于小信号分析方法建立了VSG有功—频率控制二阶等值模型,分析了虚拟惯量J和阻尼系数D p对VSG有功功率控制动态特性的影响,建立了对应VSG欠阻尼、临界阻尼及过阻尼等动态过程下J和D p的参数域,并提出了基于超调量和过渡时间限制的参数配置方法;同时建立了VSG无功—电压控制一阶等值模型,分析了电压下垂系数K U和无功调节系数K Q对VSG无功功率控制动态特性的影响,建立了K U和K Q的参数域,并提出了基于过渡时间限制的参数配置方法。实践表明,所提出的配置方法对于VSG技术理论研究和工程应用过程中的参数选择环节具有很大的参考价值。最后,利用Matlab/Simulink平台的仿真结果证明了所提VSG参数配置方法的正确性和有效性。

计及负荷特性的电力系统小信号稳定性分析

考虑到小信号稳定性问题在电力系统中的问题日益突出,且负荷模型的选取对系统稳定分析中有很大的影响,往往因模型的不合适使所得结果与实际情况不符合,因此研究负荷特性对系统小信号稳定性的影响成为一种必然趋势。首先从概念和分析法上介绍系统小信号稳定性,再从负荷特性对系统稳定性影响着手,引出了负荷的静态和动态的数学模型,并以简单电力系统为研究对象,分析不同的负荷特性以及特定感应电动机负荷参数变化在不同运行方式下对系统小信号稳定性分析的影响。

一种适合实际风电接入电力系统的小干扰概率稳定分析方法

风电出力的随机性导致风电接入电力系统运行点具有明显的不确定性,也使得确定性小干扰稳定分析方法难以全面分析含风电的电力系统小干扰稳定问题。为此,本文提出了一种实用化的风电接入电力系统小干扰概率稳定分析方法。以BPA为小扰动稳定分析核心程序,通过利用Matlab开发风电出力Monte Carlo采样程序、调用BPA接口程序和结果概率统计分析程序组成的闭环系统实现。用3机9节点系统进行了风电接入容量、接入点及不同的风电消纳方式对系统小干扰概率稳定的影响分析;然后对某省实际电力系统2020年风电规划情况进行了小干扰概率稳定分析,验证了所提方法的有效性和实用性。

风电机组双向支撑能力分析与自适应惯量控制策略

针对高比例新能源电力系统暂态频率支撑需求,提出一种考虑双向支撑能力的风电机组自适应惯量控制策略。首先,基于典型风电并网模型,分析了不同渗透率、控制参数和扰动下系统的频率动态响应特性。其次,结合风电出力与转速关系曲线,给出风电机组对频率上升/下跌事件的双向惯量支撑能力定量分析方法。再次,提出风电机组自适应惯量控制策略,给出各参数的设计方法并基于状态空间方程分析了控制系统的小扰动稳定性。最后,基于RT-LAB搭建了实时仿真算例验证所提方法的可行性和有效性。仿真结果表明,所提控制策略能够保证风电机组根据自身能力和系统需求提供有效的惯量支撑,与已有典型控制策略相比,改善了低风速与高风速场景下的频率响应特性。

单轴压缩下煤岩失稳声发射时间序列预测研究

为提高煤岩失稳声发射信号的预测精度,有效预防瓦斯突出,将主成分分析(PCA)和回声状态网络(ESN)相结合,建立了煤岩失稳声发射时间序列预测模型。利用单轴压缩声发射试验采集煤岩失稳声发射时间序列数据;采用PCA对声发射数据特征参数进行降维,提取了表征煤岩失稳破裂程度的3个主成分综合指标;利用小世界网络(SW)优化回声状态网络储备池的拓扑结构,降低池内神经元的耦合程度。将PCA提取的3个综合指标作为回声状态网络的输入,建立PCA-SWESN声发射时间序列预测模型,并与PCA-ESN方法进行对比试验。研究结果表明:与PCA-ESN方法相比,PCA-SWESN预测模型经过小世界网络优化后,降低了ESN的病态解,提高了煤岩失稳声发射信号的预测精度,为防治瓦斯突出灾害提供了理论依据。