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并网逆变器分数阶虚拟惯性的虚拟同步发电机控制技术

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控制与决策 2021年第2期36卷 463-468页

作者：张赟宁周小萌三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002 三峡大学智慧能源技术湖北省工程研究中心湖北宜昌443002

传统虚拟同步发电机(VSG)控制策略在逆变器并网运行中为其提供了虚拟阻尼与惯性,增加了系统的频率和电压的支撑能力.然而,引入的虚拟惯性会增加系统的阶数,引起逆变器并网运行过程中输出有功功率的振荡,并且虚拟惯性与阻尼会使系统的响... 详细信息

传统虚拟同步发电机(VSG)控制策略在逆变器并网运行中为其提供了虚拟阻尼与惯性,增加了系统的频率和电压的支撑能力.然而,引入的虚拟惯性会增加系统的阶数,引起逆变器并网运行过程中输出有功功率的振荡,并且虚拟惯性与阻尼会使系统的响应速度变慢.对此,基于分数阶虚拟惯性环节的频域特性分析,提出一种分数阶虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略.与基于一阶惯性环节的VSG技术相比,基于分数阶虚拟惯性的VSG技术增加了可调参数,能显著抑制有功功率的振荡,全面改善并网逆变器的性能.仿真结果验证了所提出控制策略的可行性和优越性.

关键词：虚拟同步发电机虚拟惯性分数阶微积分逆变器

基于快速搜索与发现密度峰值聚类算法的含有分布式光伏的配电网电压分区协调控制

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现代电力 2020年第1期37卷 35-41页

作者：张赟宁石泽三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002

随着大量分布式光伏并入配电网,重要负荷节点电压越限的紧急情况更容易发生,这对当前潮流状态下电压控制的快速性提出了更高的要求。考虑电压集中控制方式控制过程复杂且传统的分区方法耗时较长等问题,首先以节点间的综合电压灵敏度为... 详细信息

随着大量分布式光伏并入配电网,重要负荷节点电压越限的紧急情况更容易发生,这对当前潮流状态下电压控制的快速性提出了更高的要求。考虑电压集中控制方式控制过程复杂且传统的分区方法耗时较长等问题,首先以节点间的综合电压灵敏度为基础计算节点电气距离,根据电气距离构建节点相似度矩阵,并采用快速搜索与发现密度峰值聚类算法对配电网进行快速分区;然后考虑本地光伏独立调压能力的不足,提出了一种先无功后有功的电压分区协调控制策略;最后通过IEEE33配电网算例的仿真结果验证了该分区方法的快速性和电压分区协调控制策略的有效性。

关键词：电压集中控制综合电压灵敏度电气距离快速搜索与发现密度峰值聚类电压分区协调控制

基于RBF神经网络的分数阶虚拟同步机控制策略

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电力系统及其自动化学报 2024年

作者：张赟宁郭钟仁张磊湖北省微电网工程技术研究中心(三峡大学) 三峡大学电气与新能源学院

虚拟同步机(VSG)控制策略在逆变器并网运行中为其提供了惯量与阻尼，增加了系统的频率和电压的支撑能力。然而，引入的虚拟惯性可能导致逆变器并网有功在扰动情况下出现动态振荡和功率超调，并且虚拟惯性与阻尼会使系统的响应速度变慢... 详细信息

虚拟同步机(VSG)控制策略在逆变器并网运行中为其提供了惯量与阻尼，增加了系统的频率和电压的支撑能力。然而，引入的虚拟惯性可能导致逆变器并网有功在扰动情况下出现动态振荡和功率超调，并且虚拟惯性与阻尼会使系统的响应速度变慢。针对这一问题，本文首先建立分数阶VSG数学模型，引入可调参数增加系统的自由度。然后，设计径向基函数(RBF)神经网络对VSG的转动惯量和阻尼系数进行在线自适应调节，将调节后的转动惯量、阻尼系数和可调参数应用于分数阶VSG控制器。最后，通过MATLAB/Simulink仿真比较传统策略与文章提出的控制策略的动态响应，仿真结果表明，所提出的控制策略能够显著抑制系统在发生扰动时输出有功功率和输出频率的振荡和超调，且具有良好的动态响应，验证了所提控制策略的有效性。

关键词：虚拟同步发电机分数阶微积分径向基函数神经网络自适应调节

自适应调节有功功率偏差的虚拟同步发电机暂态控制策略

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电机与控制学报 2024年第8期28卷 104-114页

作者：张赟宁谢永辉张磊蔡明磊三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002 三峡大学智慧能源技术湖北省工程研究中心湖北宜昌443002 国家电网福建省电力有限公司南平供电公司福建南平353000

虚拟同步发电机(VSG)控制的并网逆变器在电网电压跌落时存在功角暂态失稳及过电流现象,为此提出一种VSG暂态控制策略。根据VSG功角特性,推导出有功功率与功角暂态稳定性之间的联系,并基于VSG暂态电流特性,分析VSG无功动态响应特性与暂... 详细信息

虚拟同步发电机(VSG)控制的并网逆变器在电网电压跌落时存在功角暂态失稳及过电流现象,为此提出一种VSG暂态控制策略。根据VSG功角特性,推导出有功功率与功角暂态稳定性之间的联系,并基于VSG暂态电流特性,分析VSG无功动态响应特性与暂态功角变化的关系。在此基础上,以角频率偏差、有功功率偏差及有功功率偏差变化率三者的正负作为功角特性曲线的区间划分依据,设计出有功功率偏差系数分段自适应调节策略,通过控制有功功率偏差抑制功角增大,并对VSG输出过电流进行抑制,基于等面积准则证明了VSG的暂态稳定性。仿真分析结果表明,采用所提控制策略能够有效消除VSG控制并网逆变器的功角暂态失稳及过电流现象,且无论暂态期间是否存在稳定运行平衡点,所提策略均可确保VSG功角稳定。

关键词：并网逆变器虚拟同步发电机暂态稳定电网电压跌落过电流抑制自适应调节

MATLAB环境下控制系统综合实验平台设计与实现

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MATLAB环境下控制系统综合实验平台设计与实现

作者：张赟宁重庆大学

学位级别：硕士

倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。由于倒立摆实物系统本身具有的复杂性和对实时性的... 详细信息

倒立摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。由于倒立摆实物系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求,为实现控制要求需要付出庞大的开发量,针对学生开设有效的实验课程更是难上加难,迫切需要更新实验体系。基于MATLAB的Real-Time Windows Target实时内核是现阶段满足这一需要的合理方法,对倒立摆控制策略的研究乃至于推广到其他实验设备的开发具有重大的现实意义。本文通过对当前实时控制的应用研究,提出了将离线仿真与实时控制有机结合起来,利用MATLAB实现对直线单级倒立摆实时控制的思路。经过分析比较,确定了基于MATLAB的Real-Time Windows Target实时内核开发硬件驱动程序的实时控制方案,将Simulink生成的仿真模型下载到目标实时内核中运行,驱动外部硬件设备,实现对倒立摆的控制。文中介绍的在Real-Time Windows Target实时内核环境中开发第三方设备驱动程序的方法,是构建本实验平台的核心技术之一,具有普遍适用性,有一定的推广价值。本文应用MATLAB图形用户界面的开发环境GUIDE设计开发出界面友好、功能完善的图形用户界面,将离线仿真与实时控制有机结合起来,经过对实物的具体分析,用离线仿真的结果指导实时控制;还可以使学生绕开艰涩的硬件编程和繁琐的软件设计,集中精力于控制器结构的设计和参数整定,为学生进行开放性、设计性实验提供有力基础。图形用户界面还能记录实验数据,以便观察系统的历史趋势曲线,对控制过程进行分析。本文通过倒立摆的实时控制实验验证了该平台的优越性,并分析了造成离线数学仿真和实时控制效果之间差异的原因。由于各实验相互独立,且Windows操作系统以及Matlab软件均支持开放性的接口标准,使得本平台具有良好的扩展性、开放性。最后,论文对本平台的特点进行了总结,并对优化该平台性能,丰富该平台功能进行了展望,指出了在Real-Time Windows Target实时内核环境中进行实时控制实验在高校实验室可持续建设中具有的重要作用,为今后的实验开发以及理论研究提供了一个事半功倍的工具。

关键词：倒立摆 MATLAB 实时内核 GUI

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考虑特征选择的短期光伏功率组合预测模型

电力系统及其自动化学报 2024年第8期36卷 122-132页

作者：张赟宁魏广军湖北省微电网工程技术研究中心(三峡大学) 宜昌443002 三峡大学电气与新能源学院宜昌443002

针对光伏功率预测中特征因素太多、关键特征与功率间映射关系难以有效挖掘和预测精度不高的问题,提出一种基于随机森林RF(random forest)算法特征选择和灰狼优化算法GWO(grey wolf optimizer)优化高斯过程回归GPR(Gaussian process regr... 详细信息

针对光伏功率预测中特征因素太多、关键特征与功率间映射关系难以有效挖掘和预测精度不高的问题,提出一种基于随机森林RF(random forest)算法特征选择和灰狼优化算法GWO(grey wolf optimizer)优化高斯过程回归GPR(Gaussian process regression)模型相结合的组合预测模型。首先,采用皮尔逊和斯皮尔曼相关系数对特征进行相关性分析,并进行初步筛选;接着,基于随机森林算法对特征进行重要性评价,并选取最优特征子集;然后,采用灰狼优化算法对高斯过程回归模型进行优化;最后,将最优特征子集输入到组合预测模型RFGWO-GPR中进行短期光伏功率预测。应用某光伏电站实测数据的仿真实验结果表明,提出的模型在不同天气条件下可以对特征进行有效选择,与未进行特征选择的单一模型相比,预测精度显著提高,并且明显优于其他优化算法与GPR模型组成的组合预测模型。

关键词：光伏功率预测特征选择随机森林算法灰狼优化算法高斯过程回归

基于状态分解的综合能源系统完全分布式调度算法

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电网技术 2024年第12期48卷 4928-4937,I0033,I0032页

作者：张赟宁涂迅付文龙高以恒三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002 湖北省微电网工程技术研究中心(三峡大学) 湖北省宜昌市443002

分布式调度因其鲁棒性和灵活性成为了综合能源系统(integrated energy system,IES)的新型调度策略。然而,分布式框架下的频繁信息交互会导致通信路径上的隐私信息被外部攻击者窃取,从而影响系统的最优运行状态。针对这一问题,该文首先... 详细信息

分布式调度因其鲁棒性和灵活性成为了综合能源系统(integrated energy system,IES)的新型调度策略。然而,分布式框架下的频繁信息交互会导致通信路径上的隐私信息被外部攻击者窃取,从而影响系统的最优运行状态。针对这一问题,该文首先将多智能体一致性理论引入分布式框架,给出了IES的协同经济方程,并考虑了两种典型的窃听者模型。其次,利用各个智能体的实时状态信息可进行拆分组合的思想,提出了一种基于状态分解的隐私保护分布式调度算法,并从理论上严格证明了所提出算法的收敛性和在窃听者攻击环境下的隐私保护能力。最后,基于IEEE39-32热电耦合能源系统进行算例分析,分别从理想通信环境、即插即用特性、与差分隐私应对窃听者的能力对比等几个不同的角度验证了该文所提出算法的可行性和优越性。

关键词：综合能源系统一致性算法分布式调度隐私保护状态分解

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基于分段改进S变换和随机森林的复合电能质量扰动识别方法

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电力系统保护与控制 2020年第7期48卷 19-28页

作者：王仁明汪宏阳张赟宁王凌云三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002

各类分布式设备和智能设备接入电力系统,使得电力系统对电能的波动越来越敏感,这导致对电能质量扰动(PQD)的识别和处理变得越来越重要。通过将分段改进S变换(SMST)和随机森林(RF)算法相结合,提出了一种用于复杂噪声环境下PQD识别的新方... 详细信息

各类分布式设备和智能设备接入电力系统,使得电力系统对电能的波动越来越敏感,这导致对电能质量扰动(PQD)的识别和处理变得越来越重要。通过将分段改进S变换(SMST)和随机森林(RF)算法相结合,提出了一种用于复杂噪声环境下PQD识别的新方法。首先,基于检测误差和峰度对SMST的不同频段进行分别调参,并使用SMST提取待检测信号的75种时频特征,构成原始特征集。然后,改进分类回归树(CART)的节点分裂过程,加入了离散值处理策略并使用Gini指数的下降作为新的节点分裂规则。同时,在下次节点分裂前,将基尼指数下降值为零的特征从特征集中删除。最后,使用改进的CART算法构建了RF分类器并对复合PQD信号进行分类。实验证明,在不同的信噪比条件下,新方法均能有效识别多数单一PQD信号和常见的双重复合PQD信号。虽然新方法在运行效率方面仍有一定的改进空间,但其在不同层面上的改进均能有效提升PQD识别精度,且平均分类精度明显高于各类传统PQD识别方法。

关键词：电能质量扰动分类分段改进S变换 Gini指数下降随机森林

考虑虚假信息注入攻击的多端柔性直流系统分布式频率控制

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电网技术 2023年第2期47卷 842-847页

作者：张赟宁韦乐付文龙胡松林张磊三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002 南京邮电大学碳中和先进技术研究院江苏省南京市210003 三峡大学智慧能源技术湖北省工程研究中心湖北省宜昌市443002

分布式一致性控制因其灵活性和协同能力成为多端柔性直流(multi-terminal flexible direct current,MTDC)系统二次频率控制的新选择。然而,分布式控制结构虽提高了MTDC系统调频能力,但也带来了网络攻击的威胁。为此,该文首先研究了常值... 详细信息

分布式一致性控制因其灵活性和协同能力成为多端柔性直流(multi-terminal flexible direct current,MTDC)系统二次频率控制的新选择。然而,分布式控制结构虽提高了MTDC系统调频能力,但也带来了网络攻击的威胁。为此,该文首先研究了常值虚假信息注入(false data injection,FDI)攻击对分布式二次控制器的不利影响,分析表明受FDI攻击的站点会持续存在与攻击向量有关的频率偏差。进而为消除攻击造成的频率偏差,该文利用常值微分为0的特性提出了一种抵御常值FDI攻击的分布式一致性控制策略,并从理论上证明了所提策略能消除FDI攻击引起的偏差。最后基于MATLAB/SIMULINK搭建了四端柔性直流系统仿真模型,分别进行单换流站遭受攻击、全部换流站同时遭受攻击及全部换流站在不同时间遭受攻击的3种攻击场景仿真。仿真结果表明所提控制策略在3种场景下均能消除FDI攻击影响,使MTDC系统实现二次调频。

关键词：分布式控制多端柔性直流系统频率控制虚假信息注入