电力系统及其自动化学报

学术论文

  • 船舶微电网源-荷级联系统母线电压振荡有源阻尼抑制策略

    张勤进;郑祥鲁;刘彦呈;曾宇基;

    为解决船舶微电网源-荷级联系统中LC输入滤波器与恒功率负载CPL(constant power load)引起的母线电压振荡问题,提出一种基于非线性扰动观测器NDO(nonlinear disturbance observer)的虚拟负电感有源阻尼稳定控制策略。首先分析了恒功率负载的负阻抗特性及其能量反馈作用,深入研究了源-荷级联系统低阻尼振荡的机理;详细推导了级联系统的稳定约束条件,进而提出适用于源侧变换器的有源阻尼稳定策略,建立了级联系统小信号阻抗模型,利用奈奎斯特判据进行了稳定性分析。利用非线性扰动观测器摆脱了控制算法对输出电流传感器较强的依赖性,抵消了负阻抗特性对系统稳定性造成的不利影响。最后,通过仿真验证所提控制算法的有效性,并对稳定性分析部分进行了实例论证。

    2022年03期 v.34;No.218 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1050K]
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  • 云边协同的调控云数据质量优化

    李大鹏;李立新;杨清波;刘金波;张杰;刘东;

    调控云汇集了海量的模型和运行数据,采用集中处理方式对云中心的传输网络、计算资源和存储资源带来巨大的压力,数据时效性也无法得到保障。本文基于云边协同技术,设计了调控云广域云边协同总体架构,并以电网调控数据质量优化应用为例,对网络带宽及时延、数据协同处理性能、任务分解策略优化、云中心存储性能等指标进行了对比分析。实际系统应用结果表明,云边协同技术的应用解决了集中计算带来的网络带宽占用过大、数据时效性不强的问题,缓解了调控云中心的计算、存储压力,同时调控云协同节点的数据质量也得以有效提升。

    2022年03期 v.34;No.218 11-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 955K]
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  • 逆变器电源短路输出电流的等效机理模型

    王晨晟;陈谦;邓晓璐;耿伟松;

    逆变型分布式电源IIDG(inverter interfaced distributed generation)的短路输出特性与常规电动机电源差异很大,使得电网的短路分析计算变得更加困难。针对逆变型分布式电源短路电流特性复杂而产生的问题,本文提出了一种基于多时间尺度的IIDG短路电流等效机理模型。参照常规电机的短路电流输出特性对IIDG进行时间尺度划分,并将时间尺度分为直流电压控制时间尺度和交流电流控制时间尺度来保证模型响应的解耦性。根据并网点不同的电压跌落程度及其对应的直流/交流时间尺度,对IIDG输出的短路电流进行分时段建模和模型参数辨识。最后,通过仿真对比验证了该模型的准确性和有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 20-27+36页 [查看摘要][在线阅读][下载 878K]
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  • 考虑时间一致性的电力系统风险规避多阶段随机规划建模与求解

    张颖;韩风;

    针对中长期电力系统扩展规划中,电需求和能源价格不确定性导致成本波动风险的问题,首先基于多阶段场景树描述不确定信息,引入具有“时间一致性”的多阶段风险测度,进而建立电力系统风险规避多阶段随机规划模型。通过调节各阶段置信水平,可改变模型的风险规避程度。利用逐步对冲算法对模型进行重构求解,可得到全局最优解,并为每个场景求得一个满足非预期性的多阶段决策。最后以某区域电力系统扩展规划为算例,验证了所建模型和求解算法的有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 28-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 877K]
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  • 基于暖通负荷集群响应能力的电力系统频率控制策略

    徐科;徐晶;李娟;张雪菲;

    为提升系统频率稳定水平,提出了一种基于暖通空调负荷集群响应能力的电力系统频率控制策略,采用建筑采暖热泵作为可控负荷参与系统调频服务。首先,通过构建等值热力学参数模型来描述热泵的控制温度动态过程。进而根据用户温度舒适范围确定单体热泵的调频可控域,判断热泵是否可参与调频响应,保障热泵工作过程中的控制温度满足用户需求。同时,构建暖通空调负荷集群的频率调节架构,对集群频率调节能力进行量化。通过引入热泵温度状态SOT(state of temperature)参数与响应时间裕度作为频率控制参数,确定热泵的状态切换顺序,提出一种基于暖通空调负荷状态切换顺序的系统频率控制策略。通过仿真验证了所提出频率控制策略的有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 37-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 832K]
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  • 应用新型能量函数的PWM整流器无源性控制方法

    袁敞;戴笃猛;邱俊卿;

    无源性控制作为一种本质稳定的非线性控制方法,是解决大量电力电子换流器并入电网后引发失稳现象的新型手段,但在PWM整流器直流侧电压参考值突变时,无源性控制下的直流侧电压跟踪其参考值相对缓慢。本文基于能量函数分析了传统无源性控制收敛速度较慢的根本原因,在此基础上提出了一种新型的能量函数,在该能量函数的基础上构建的无源性控制器具有误差能量函数的收敛速度与状态变量的误差相独立的优点。在三相PWM整流器的直流侧电压参考值突变时,这种应用新型能量函数的无源性控制器可以显著地提高直流侧电压的跟踪速度,保证稳态之后的三相电流具有良好的波形质量,并且拥有较强的抗外界参数扰动的能力。仿真验证了所提策略的有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 45-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 810K]
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  • 结合决策系数和ESMD-TEO的集电线路故障定位方法

    王晓东;王永浩;刘颖明;高兴;

    为降低海上风电场结构复杂、故障行波信号微弱等因素对集电线路故障定位的影响,提出一种基于决策系数与极点对称模态分解-Teager能量算子ESMD-TEO(extreme-point symmetric mode decomposition-Teager energy operator)的集电多分支线路故障定位方法。分析风电场内不同位置故障的决策系数,得出决策系数与故障点位置之间的映射关系,基于此关系提出相对应故障支路判据。利用ESMD将故障初始行波分解成多个固有模态函数IMF(intrinsic mode function),并通过TEO对一阶IMF信号差分计算,实现行波波头准确标定。最后,结合双端行波法实现故障点定位。仿真结果表明,所提方法对微弱行波信号具有良好的检测效果,在不采集所有线路末端的故障数据的情况下仍能准确识别故障支路并实现主集电线路故障点定位,且定位结果不受故障起始角、故障类型和过渡电阻的影响,适用于海上风电场复杂多分支集电线路。

    2022年03期 v.34;No.218 51-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 968K]
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  • 基于能观性分析的继电保护系统状态评估与智能运维

    饶贇;熊楠;陈怀蔺;石平灯;

    基于智能变电站全景信息共享,提出了适用于继电保护系统状态评估的能观性描述模型,分析了全景信息监测水平、状态评估水平与能观性水平之间的关系,以及满足能观性要求的最小输出变量集。从能观性提升目标出发,提出了包括设备健康状态、拓扑状态和功能状态的继电保护系统状态评估方法,为继电保护系统的智能运维提供决策依据。最后,实现了主子站架构继电保护状态监测与评估系统,并在某110 kV智能变电站试点应用,有效地提升了继电保护系统的运维效率和智能化水平。

    2022年03期 v.34;No.218 59-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 915K]
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  • 原边绕组分组连接的IPOP型LLC谐振变换器均流方式

    李洪珠;潘超;

    输入并联输出并联IPOP(input parallel output parallel)型LLC谐振变换器由于谐振元件的参数偏差,导致各相所分配到的等效负载不均匀,进而造成不均流现象。对此提出一种将变压器的原边绕组分组连接的方式,实现了各相负载电流的平均分配。采用基波近似法对该方式的均流原理进行分析,给出谐振参数的偏差与负载电流不平衡度之间的关系。采用四组数据进行仿真计算对比,在谐振电感和谐振电容偏差10%的情况下,传统两相并联LLC谐振变换器不均流度高达99.1%,而新结构实现了负载电流平衡。搭建了输出功率为960 W的两相并联LLC谐振变换器实验样机,验证了原边绕组分组连接方式的有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 67-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1054K]
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  • 复杂电网下基于CSDFT-MAF-PLL的电压同步方法

    陈伟;何山;

    针对滑动离散傅立叶变换锁相环SDFT-PLL(sliding discrete Fourier transform phase-locked loop)在含整数次谐波及直流偏移分量等复杂电网条件下,发生频谱泄漏影响电压同步问题,设计一种级联型频率自适应SDFT-PLL装置CSDFT-PLL(cascaded SDFT-PLL)。将电网电压信号引入到前级固定滑窗宽度的SDFT,进行基波正交信号提取,后级SDFT采用电网实时频率作为后级变滑窗宽度的选择基准,以抑制频谱泄漏。针对SDFT算法无法分离正、负序分量,提出附加相位补偿的滑动平均滤波器MAF(moving average filter),既进行正、负序分量分离,又提升系统动态响应速度。最后,仿真验证所提方法的正确性与有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 74-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1048K]
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  • 不对称故障下的IIDG改进功率控制策略

    李智轩;何晋;李维希;孙琮岳;

    针对采用传统正序无功功率注入控制策略的逆变型分布式电源IIDG(inverter-interfaced distributed generation)在电网发生不对称故障时无法有效支撑IIDG公共耦合点PCC(point of common coupling)电压的问题,提出一种改进功率控制策略。首先以预设相电压幅值为约束条件,通过无功功率控制计算得出实现电压支撑所需正负序无功功率参考值。其次,由有功输出振荡抑制控制环节对无功功率控制环节所得的负序无功功率参考值进行二次修正。最后由有功功率控制环节得出实现最大有功功率输出的正序有功功率参考值。仿真算例表明,该控制策略可有效控制IIDG实现故障穿越运行。

    2022年03期 v.34;No.218 83-90+99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1056K]
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  • 基于特征挖掘的ARIMA-GRU短期电力负荷预测

    于军琪;聂己开;赵安军;侯雪妍;

    针对短期电力负荷随机性较强、预测精度较低的问题,提出了一种基于混沌理论、变分模态分解VMD(variational modal decomposition)、整合移动平均自回归ARIMA(autoregressive integrated moving average)模型和门控循环单元GRU(gated recurrent unit)神经网络的组合预测方法。首先,对电力负荷历史数据进行相空间重构来提取混沌特征。然后,应用变分模态分解将相空间中的各维负荷序列分别分解为一组平稳性好的本征模态函数IMF(intrinsic mode function)。接着,根据频率指标过零率将每组本征模态函数重构为一个低频序列和一个高频序列。最后,分别使用ARIMA模型和GRU神经网络模型对各个低频序列和高频序列进行模型训练和迭代预测,综合各序列的预测值得到预测结果。实例分析表明,与所提其他智能算法相比,该方法具有更高的预测精度。

    2022年03期 v.34;No.218 91-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 931K]
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  • 风电场频率适应性分析及评估——综合指标体系

    赵伟;谢岩;潘艳;唐晓骏;徐鹏;李付强;

    为满足电网对风电场承载能力的频率评估需求,本文提出一种风电场频率适应性的分析评估方法。首先,建立了描述频率适应性的综合指标体系,包含三级共10余个指标,如功率调节能力指标、指令响应能力指标和暂态支撑能力指标等。其次,基于所建立的综合指标体系,应用模糊层次分析法量化各个指标的重要程度,形成风电场频率适应性的考核评价表。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建一个实际风电场模型,通过多场景/多工况仿真分析,验证了所建立综合指标体系的有效性。

    2022年03期 v.34;No.218 100-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 913K]
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  • 基于分布鲁棒优化的多源发电系统联合调度

    郭成威;田书;张腾飞;

    为解决传统的随机优化和鲁棒优化方法不能同时兼顾经济性和安全性去处理风光等可再生能源大规模接入电力系统时的调度问题,采用在经济性和安全性上取得平衡的分布鲁棒优化方法来处理风光出力不确定的风-光-火-储联合发电系统日前经济调度问题。建立以运行成本最小为目标的多源发电系统联合调度模型,并利用分布鲁棒优化方法将其写成鲁棒机会约束形式。用Kullback-Leibler(KL)散度作为分布函数之间距离的度量,并建立风光出力的分布函数集合,以此来描述风光出力的不确定性。为加快求解速率,将鲁棒机会约束优化模型转化为混合整数优化模型。通过算例分析,验证了分布鲁棒优化方法的合理性和优越性,同时得出随着两个分布函数之间距离或置信度的增加,该方法的保守性也会增加。

    2022年03期 v.34;No.218 109-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 925K]
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  • Buck变换器的全扰动观测补偿策略

    袁林峰;徐勇明;史建勋;

    无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振。分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略。根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗。利用Bode图和Nyquist图分析了观测扰动前馈补偿的稳定性。StarSim硬件在环实验表明,观测电压补偿产生了阻尼电流,提高了系统阻尼,减小了能量回馈作用,抑制了LC滤波器的电压振荡;观测电流补偿提高负载波动时的系统动态响应速度;全扰动补偿方法还减少了传感器数量。

    2022年03期 v.34;No.218 116-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 983K]
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  • 基于模糊自适应的固态变压器逆变级改进LADRC控制

    马幼捷;张彤;周雪松;

    为提高固态变压器逆变级的性能,实现系统自动寻优,解决各种负载扰动时暂态稳定性问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器LESO(linear extended state observer)估计误差补偿的改进二阶线性自抗扰单环控制策略,并引入模糊自适应与改进线性自抗扰中的状态误差反馈控制率结合,使用Lyapunov稳定性定义证明了系统的稳定性。最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台对固态变压器逆变级进行建模,对文中提出的策略在各种工况下的控制性能进行了测试,验证了其正确性和参考价值。

    2022年03期 v.34;No.218 123-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1062K]
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  • 能量与备用市场主体自调度的电热综合能源系统优化

    吕小秀;李培强;刁涵彬;吴刚;

    为更好地管理电热综合能源系统中能源交易以提高系统运行的经济效益,同时考虑新能源入网带来系统运行的不确定性,本文提出能量与备用市场主体自调度的电热综合能源系统两阶段优化方法。第一阶段基于博弈模型分析主从(双层)交易的市场主体之间多种能源的交互方式,以系统经济性运行为优化目标来求解市场主体之间的均衡交互策略。第二阶段是鲁棒可行性检验,采用改进列和约束生成算法求解第一阶段解的鲁棒可行解。算例表明所提模型通过市场主体能量管理实现了系统的经济运行,同时还通过备用整定和鲁棒优化保证了系统在不确定环境下仍能可靠运行。

    2022年03期 v.34;No.218 132-141+150页 [查看摘要][在线阅读][下载 988K]
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  • 缺少气象数据场景下的超短期风电预测

    佟佳弘;武志刚;谢钰;

    本文对单个风力发电序列进行建模,并提出一种基于小波分解、特征提取和XGBoost+逻辑回归LR(logistic regression)且不依赖气象数据风力发电预测模型。提出利用小波分解提取原始风电序列的平均分量和高频分量;分别对平均分量和高频分量进行建模;为了提高模型对数据特征的敏感性,提出了一种将手动提取的特征和历史数据用作预测模型输入的特征提取新方法;最后,选择XGBoost和逻辑回归的组合模型(XGBoost+LR)作为提升模型。实验使用Elia风电场集群数据集和中国南方某风电场的数据集作为测试数据,预测结果使用NMAE和NRMSE作为评价指标,与现有方法比取得明显提升。本文方法在风电功率上下爬坡阶段同样具有良好适应性。

    2022年03期 v.34;No.218 142-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 994K]
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