虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理与改进故障穿越控制研究

针对虚拟同步机在电网低、过电压故障下所面临的无功电压支撑不足、特性差等问题,建立考虑电流限幅特性的虚拟同步机等效电路模型,并基于拓扑同伦原理,给出不同无功电压控制在等效电路相量图上的几何表征方法。利用该方法,揭示几种常见无功电压控制下的虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理,并由此提出一种改进的故障穿越控制策略,有效改善电网低电压、过电压故障下的暂态电压控制能力和支撑特性,进而缓解故障期间的暂态功角稳定问题。基于PSCAD/EMTDC仿真对所提机理和故障穿越控制方法进行详细验证,最后,在3机9节点系统中对其在近、远区电网故障下的支撑特性进行仿真验证。

虚拟同步耦合下储能的频率支撑与功率振荡多目标协调控制

准确评估系统惯量、阻尼和一次调频需求,弱化虚拟同步机阻尼支撑和一次调频间的耦合性,是实现储能并网发电系统多目标协调控制的关键。基于同步机的功率响应方程,建立虚拟调速器系统,弱化虚拟同步机单位调节功率和阻尼的耦合性。根据同调发电系统的频率稳定约束,量化评估储能的单位调节功率和惯量需求,以保障系统频率安全。根据阻尼比约束设计储能阻尼,以保障同调发电系统的振荡抑制能力,并结合频率安全需求提出含虚拟调速系统的虚拟同步多目标协调主动支撑控制策略,充分发挥储能的惯量、一次调频及阻尼支撑潜力。搭建风储高渗透率并网仿真系统,验证所提控制策略可显著改善储能支撑系统频率稳定和抑制功率振荡的能力。

采用改进遗传算法优化LS-SVM逆系统的外转子无铁心无轴承永磁同步发电机解耦控制

为了实现外转子无铁心无轴承永磁同步发电机(outer rotor coreless bearingless permanent magnet synchronous generator,ORC-BPMSG)的精确控制,提出一种基于改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LS-SVM)逆系统的解耦控制策略。首先,基于ORC-BPMSG的结构及工作原理,推导其数学模型,并分析其可逆性。其次,建立LS-SVM回归方程,并采用IGA优化LS-SVM的性能参数,从而训练得到逆系统。然后,将逆系统与原系统串接,形成伪线性系统,实现了ORC-BPMSG的线性化和解耦。最后,将提出的控制方法与传统LS-SVM逆系统控制方法进行对比仿真和实验。仿真和实验结果表明:所提出的控制策略可以较好地实现ORC-BPMSG输出电压和悬浮力、以及悬浮力之间的解耦控制。

电动汽车永磁同步电机匝间短路检测算法仿真

当电机出现匝间短路故障时,电机内部电阻会大幅度降低,电流突增,造成其余元件功率过大问题。若不能及时监测该故障电机将会导致二次损坏。但是,由于短路故障具有瞬时性,其特征获取难度较大。为此提出电动汽车永磁同步电机匝间短路故障检测方法。构建驱动汽车的永磁同步电机模型,依据当永磁同步电机模型处于匝间短路故障状态时,基波电流与正序电流的制约关系失效的原理,提取电机匝间短路故障特征。基于此利用粒子群算法-最小二乘支持向量机(Particle swarm optimization-Least Squares Support Vector Machine,PSO-LSSVM)获取故障检测结果,实现电动汽车永磁同步电机匝间短路故障的检测。实验结果表明,研究方法在任意时刻检测到的负载力矩均与实际值吻合,且输出的电机残余能量具有较高可靠性,说明了上述方法具有较强的可应用性。

弱电网下多源构网型变流器协同控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)作为构网型控制的主要技术之一,可为电网提供惯量支撑,但由于变流器单机容量有限,当系统需要更大的惯量支撑时,需要多VSG并联运行,因此多VSG并联的协同控制备受关注。基于此,建立了VSG多机并联的状态空间模型,通过状态变量矩阵的特征值分析系统稳定性。同时,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的多VSG并联协同控制策略,引入角频率差与功角差作为性能指标设计目标函数,求解所需最佳有功额定增量,通过功频系数对输出角频率进行动态修正,实现对输出频率的主动支撑,有效抑制了VSG并联造成的系统频率波动,提高了电网的稳定性。结果表明,相较于传统的VSG并联系统,所提出的MPC-VSG并联控制方法可缩短系统暂态响应时间,提高系统在暂态下的鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

构网型直驱风机的小信号建模及动态频率支撑策略

针对传统构网型直驱风机在大扰动下的频率和功率振荡较大的问题,提出一种动态频率支撑策略。首先对构网型直驱风机进行了详细的小信号建模。其次,通过主导特征根轨迹分析有功频率控制以及交流电压控制环节中参数对频率变化特性的影响,进而提出一种灵活改变控制参数的动态频率支撑策略。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型,验证了小信号建模的正确性和所提策略的有效性,表明所提策略能有效减小动态过程中的频率和功率振荡。

基于XALO-SVM的同步电机转子绕组匝间短路故障诊断方法

为提高动态绕组匝间短路故障的检测能力,提出了一种新的同步电机转子绕组匝间短路早期故障检测方法,通过分析同步电机转子数据,结合灰色关联度和主成分分析方法,构建了蚁狮算法与支持向量机的模型,提取关键故障数据作为支持向量机模型的输入变量,使用改进的蚁狮算法来优化支持向量机算法的关键参数,通过故障数据验证故障诊断模型。结果表明,基于XALO-SVM的故障诊断模型诊断精度可达97%以上,同时也缩短了诊断时间。

基于惯量同步的构网型永磁直驱风电机组频率支撑及转速恢复策略

针对风电机组频率响应后有功支撑与转速恢复切换易诱发二次频率跌落的问题,提出了一种考虑转速恢复的构网型风电机组频率支撑策略。首先阐述了构网型风电机组的“惯量同步”原理;其次,基于转子运动方程,分析了构网型风电机组调频及转速恢复策略对频率最低点及二次频率跌落的影响机理;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,构建基于惯量同步的构网型风电并网系统,并在不同扰动下验证所提控制策略的有效性。

土耳其1915恰纳卡莱大桥无索区钢箱梁安装关键技术

土耳其1915恰纳卡莱大桥为主跨2023 m的双塔三跨钢箱梁悬索桥。钢箱梁总长3563 m,边跨及桥塔处无索区钢箱梁均为非标准节段,长度为9.8~43.6 m,吊装重量为344~1330 t,涉及多种吊装方式及节段安装工艺,施工难度大。该桥边跨S33节段定位精度要求高、顶推难度大,利用特殊设计牛腿,顺利实现节段顶推及边跨合龙;边跨焊接线形精度要求高、工序转换复杂,S32和S31节段布设临时吊索系统,确保焊接线形可控;塔区工作平台上的S01、T00和M01单个节段利用特殊设计三向可调支架及导向架施工,确保浮吊吊装安全可靠及定位精度可控;S02和M02节段吊装时与已吊装节段在空间上相互干扰,通过布设牵引荡移系统,顺利实现塔区S02和M02节段缆载吊机大角度吊装及节段荡移;采用吊索调节装置、边跨反拉系统及4台缆载吊机同步抬吊等措施,塔区S01、T00和M01组拼焊接的大节段顺利合龙。

构网型储能与调相机的暂态过电压抑制能力对比研究

高压直流输电系统出现闭锁、换相失败等故障时,会引起送端换流站附近新能源电站的瞬时电压波动并易导致其脱网。首先,分析了构网型储能开环控制策略的运行原理、响应特性和关键参数影响。然后,分析了调相机的无功响应特性,并将构网型储能无功控制模型与调相机的励磁调节控制模型进行对比。最后,搭建了包含特高压直流、光伏、调相机、构网型储能的半实物仿真系统,进行了直流换相失败故障下的交流暂态过电压抑制效果对比试验。结果表明,容量相同的构网型储能和分布式调相机在无功瞬时响应速度、抑制交流暂态过电压能力方面可以实现相近的效果。

内嵌同步机支撑特性的含储能并网变流器电流型控制策略

光储并网变流器具有低惯量、弱阻尼、调压能力弱和功率频繁波动等特征,大规模接入会影响电力系统安全稳定运行。针对此类含储能并网变流器,提出了一种内嵌同步机支撑特性的电流型控制策略,以增强系统的惯性支撑能力。该策略模拟同步机的动力学行为,将并网变流器输出外特性控制成具有同步机控制特性的受控电流源,融合了基于虚拟同步机的构网型控制与基于锁相环的跟网型控制两者的优势,在惯性支撑、故障穿越、电网谐波、孤岛运行等方面具备显著综合优势,并且虚拟惯性支撑的实现无须对系统输出频率微分进行检测采样,避免了频率微分检测带来的噪声干扰。此外,针对交流侧惯性支撑能力与直流侧电压稳定难以调和的矛盾,设计了兼顾直流侧电压稳定与交流侧惯性支撑的模糊自适应比例-积分(PI)协调控制策略。最后,硬件在环实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。

隧道掘进机快速拆装举撑液压系统仿真

针对隧道掘进机(TBM)在施工现场因空间限制无法满足调试所需较大空地的问题,设计一种用于TBM洞内快速拆装变位的举撑液压系统。该液压系统由4组顶升单元构成,通过4组顶升单元同步运动实现TBM的起吊和举撑;液压顶升单元由4根四级液压缸、液压控制系统、激光位移传感器和机架构成。基于AMESim建立四级液压缸、变量泵和比例节流阀以及整个顶升单元的液压仿真模型,通过仿真分析负载下液压缸运动的速度、位移和压力曲线。结果表明:改变比例节流阀的输入信号可以实现四级液压缸速度的变化;泵出口压力可由比例溢流阀调整;在2.5×105 N的额定负载下,四级缸的换级工作腔压力逐级上升;随着换级,活塞杆伸出速度逐渐上升。与理论计算对比显示,建立的TBM洞内快速拆装液压系统顶升单元的AMESim仿真结果和理论值基本吻合。

储能辅助电网参与调频的控制策略研究

目的研究储能电站在风光发电情况下保持电力系统稳态的调节原理与方法,并在此基础上设计了一种虚拟同步发电机三级模型用有源支持控制方式辅助火电机组维持电网频率稳定的主动支撑控制策略。方法利用储能电池快速响应的特性,建立储能系统,对储能换流器的控制进行改进,在传统的控制架构的基础上改进为在电压中加入虚拟阻抗的外环调节器和基于准PR控制器的电流内环控制,深入分析控制策略的原理和同步发电机的对应关系。结果随着新能源渗透率越来越高,在储能电站并网参与频率调节的情况下,频率波动的次数变少。结论控制方法可以给新能源发电系统带来一定的惯性和阻尼,从而增强了系统的稳定性,并且证明了储能电站参与电网调频的必要性和可实施性,为储能电站的分布和储能电池的容量配置提供了一定的实际的参考意义。

储能/发电机级联式供电系统功率传输控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提升,区域电网惯性逐步降低,暂态支撑能力严重不足,给电网带来了一系列安全问题。文中提出一种储能与开绕组永磁同步发电机(open-winding permanent magnet synchronous generator,OW-PMSG)级联供电的新型分布式并网发电拓扑,在保证可再生能源消纳的前提下,重新利用原有柴油机,为电网提供功率后备以及惯量支撑。通过对OW-PMSG进行建模以及系统功率流矢量分析,设计基于源网相位差闭环控制的功率传输策略,实现发电机的稳定同步运行。基于该策略,拓扑中的储能变流器可具备同步发电机特性,实现了电网惯性和暂态支撑能力的进一步提升。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

孤岛模式下交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

孤岛模式下交直流混合微电网可以通过互联变流器(interlinking converter,IC)实现交流微电网和直流微电网的功率互济。针对孤岛模式下IC采用传统下垂控制和基于比例积分(proportional-integral,PI)的电流控制方案存在惯性小、动态性能差的问题,提出了基于虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)的新型控制策略。首先,在传统下垂控制的基础上,通过引入交流频率和直流电压的微分量,提出了改进的VSG控制方法,以提升系统的电压和频率稳定性。然后,在IC的电流环,提出了固定时间滑模控制(sliding mode control,SMC)方法,提高了系统的动态性能。接着,在交流微电网和直流微电网中引入了功率二次控制,实现了系统电压和频率恢复。最后,基于远宽StarSim硬件在环实时仿真平台搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提新型控制策略可以实现交直流微电网子系统间功率互济,提升了系统的惯性和动态控制性能。

提升电力系统安全稳定水平的风电光伏场站主动支撑技术发展及展望综述

高比例风电光伏场站接入对系统的频率稳定、电压安全稳定、同步稳定等动态特性产生显著影响,对电力系统安全稳定运行带来了严峻挑战。主动支撑技术能够提高风电光伏场站对电力系统动态支撑能力,对新能源发展起到积极作用。文中首先基于风电光伏场站动态特性分析风电光伏场站接入对系统安全稳定性的影响。然后将风电光伏场站主动支撑技术按照支撑形式、控制方法、功能实现等不同维度进行了分类论述,总结虚拟惯量控制、虚拟同步机、下垂控制等常见的风电光伏场站主动支撑技术,分析他们的运行原理、优势和仍存在的问题。最后在主动支撑技术典型应用场景中分析不同主动支撑技术的适用情况,对主动支撑技术参数设置和协调配合提出建议,为风电光伏场站主动支撑技术的发展提供了参考。

小波包分解结合LSSVM的永磁同步电机偏心故障诊断

针对现有永磁同步电机瞬时振动信号特征提取能力不足导致诊断准确率低的问题,提出对小波包分解算法的分解规则进行改进,然后结合PSO-LSSVM构建永磁同步电机偏心故障诊断模型。实验结果表明,改进后的小波包分解算法对振动信号具有较高的特征提取能力;构建的故障诊断模型诊断准确率高,在存在振动干扰的情况下,故障诊断准确率仍可达99.8%,基本满足永磁同步电机偏心故障的高精度诊断需求。

超小净距并行盾构隧道施工安全控制技术研究

为解决超小净距并行盾构施工安全掘进的技术难题,依托苏州地铁7号线枫红区间隧道工程,针对其超小净距交互影响问题,创新采用了“MJS咬合隔离墙+洞内径向深孔注浆+先隧道同步支顶+后行盾外克泥效注浆”的小净距并行盾构施工新型保护体系;自主研发了具有伺服精准控制、自动行走、大角度爬坡、小曲线转弯功能的同步平衡支顶系统;对外部荷载、夹层土水平位移、管片收敛、管线沉降进行监测分析,并揭示了不同条件下并行穿越附加荷载、夹层土水平位移变化规律及影响范围。最终实现了超小净距并行盾构施工安全控制。

特高压输电系统用同步调相机故障诊断方法

同步调相机故障诊断过程中,受噪声信号的影响,容易造成诊断精度不佳,加重了电网运行负担。为此,提出特高压输电系统中的同步调相机故障诊断方法。该方法通过分析调相机轴承机械振动,采集故障状态下调相机轴承机械振动超标产生的振动信号,并利用集合经验模式分解消除信号噪声,获取波形更为平滑的优化信号。通过计算信号模态分量中心频率对应的能量熵获取振动信号特征,并将信号特征作为训练样本输入支持向量机中,实现特高压输电系统用同步调相机故障诊断。实验结果表明:应用所提方法后的断路点α、断路点β和断路点γ的诊断结果与对应点位的电流和电压实际波形基本吻合;所提方法在a、b、c三组短路点检测到的谐波电流幅值与实际谐波电流幅值在各峰值处的重合率较高。说明所提方法断路故障和短路故障的诊断性能均较好,有利于确保特高压输电系统的稳定运行。