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改进反激拓扑模式下远端稳压电源控制方案

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1229-1239页

作者：张帅韩小文李儒鹏程鹏李正天王玉姣北京电子工程总体研究所北京100854

为提高远端稳压电源的供电质量,最大限度的在高可靠性前提下保证发射设备输出电压快速、平稳地达到设定值,提出一种改进反激拓扑模式下远端稳压电源设计方式,并建立相应数学模型。设计了前置论域整定的模糊比例积分微分(PID)控制算法,... 详细信息

为提高远端稳压电源的供电质量,最大限度的在高可靠性前提下保证发射设备输出电压快速、平稳地达到设定值,提出一种改进反激拓扑模式下远端稳压电源设计方式,并建立相应数学模型。设计了前置论域整定的模糊比例积分微分(PID)控制算法,通过论域整定模型将模糊PID参数直接映射到模糊规则下,消除试凑法偶然性的同时消除了量化因子对误差的放大作用,有效地避免了过度调整的现象;引用模糊逻辑来实时处理远端稳压电源的动态参量值,并根据反模糊映射函数将生成的量化值映射到控制元件。仿真环境模拟结果表明:与模糊PID控制相比,前置论域整定的模糊PID控制算法具有优良稳态性能,调节时间缩短48.1%,响应时间缩短了28.6%并降低到1.4 ms;与此同时,该控制方案能够有效地抵抗突发性干扰,稳压输出时间缩短了45.5%,响应时间缩短到37.5%。实验结果表明:前置整定模糊PID控制算法可以运用到实际工业环境中,与工业环境下传统控制算法比,前置整定模糊PID控制算法可以大幅提高远端稳压电源的供电质量,具备优良的鲁棒性。

关键词：模糊PID控制论域整定改进反激拓扑远端稳压电源量化因子

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适应波达时刻不确定性及较低采样率的新能源送出线路就地暂态量主保护判据

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中国电机工程学报 2024年第10期44卷 3777-3788,I0003页

作者：曹豪林湘宁吴宇奇李振兴李正天三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

不对称接地故障占所有线路故障的90%以上,接地距离保护在应对此类故障方面发挥了不可替代的作用。随着新能源高比例渗透,各种传统单端工频量保护性能显著下降已成为共识。基于故障分量线模和零模波速差的保护判据理论上仅需利用到故障... 详细信息

不对称接地故障占所有线路故障的90%以上,接地距离保护在应对此类故障方面发挥了不可替代的作用。随着新能源高比例渗透,各种传统单端工频量保护性能显著下降已成为共识。基于故障分量线模和零模波速差的保护判据理论上仅需利用到故障初始行波到达时刻信息,是一种原理简单可靠的单端量快速保护判据,已经在直流电网中成功实践。但在尝试将这类保护应用于交流电网时发现,受波头前陡较缓而难以精确定位波到时刻、依赖高采样率等诸多不利因素影响,存在过大的模糊判别区,除了特长线路外,对绝大部分线路几乎没有应用可行性。波到时刻的精准辨识是一个复杂的非线性问题,利用人工智能的方法进行辨识是一条可行的解决思路,对此,该文提出一种新的单端暂态量主保护判据。首先,分析波达时刻与波形关系,并指出这种关系能够采用机器学习来映射;其次,引入高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR),在对初始行波数据进行预处理得到样本集后,输入GPR预测模型进行训练;然后,依据模型评估指标得到最优训练模型以输出高可信性的线-零模波达时差,据此实现了基于行波模量传输时间差的保护判据;最后,在利用PSCAD仿真验证所提保护判据有效性和普适性的基础上,进一步利用现场实测数据对判据进行测试,验证其实用性。该文工作为新能源交流系统下单端暂态量保护的性能提升提供新的解决思路。

关键词：高斯过程回归初始行波波速差保护单端暂态量保护

暂态量保护中基于暂态波形特征拟合的高压线路合闸于故障快速辨识判据

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中国电机工程学报 2024年

作者：吴宇奇王楷杰黄梓欣李正天林湘宁强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)

不论合闸于健全线路抑或故障线路，断路器的合闸操作均会引起输电线路的行波过程，如何可靠判别输电线路是否存在故障是暂态量保护实用化过程中必须解决的问题。然而现有的合闸于故障辨识判据易受故障工况与合闸方式的影响，且其动作速... 详细信息

不论合闸于健全线路抑或故障线路，断路器的合闸操作均会引起输电线路的行波过程，如何可靠判别输电线路是否存在故障是暂态量保护实用化过程中必须解决的问题。然而现有的合闸于故障辨识判据易受故障工况与合闸方式的影响，且其动作速度尚待提高。针对以上问题，本文首先研究了故障线路与健全线路合闸电流中衰减直流分量、稳态工频分量以及固有频率分量的差异性，发现合闸于故障线路时，合闸电流初期将以近50Hz正弦变化，而合闸于健全线路时，其将以远高于50Hz的固有频率快速振荡；继而，采用最小二乘拟合法提取了电流暂态波形的主导频率，并严谨整定了保护门槛与保护窗长，形成了一种基于暂态波形特征拟合的合闸于故障快速辨识判据；最后，基于PSCAD仿真平台证实了所提保护判据的有效性，其保护性能不受故障工况与合闸方式的影响，且保护窗长仅为5ms。

关键词：暂态量保护合闸于故障固有频率最小二乘拟合合闸电流波形

计及故障维修与网络重构的灾后配电网综合调度策略

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1764-1776,I0008页

作者：汪涛武传涛随权陈岑马云聪林湘宁李正天魏繁荣强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

当前,灾后配电网负荷恢复与故障维修多是独立考虑,缺乏有效联动,且没有合理计及包含故障维修时间及新能源出力的不确定性在内的双重因素影响。为此,提出一种灾后配电网维修恢复联合调度策略。首先,提出灾后配电网两阶段求解框架,第一阶... 详细信息

当前,灾后配电网负荷恢复与故障维修多是独立考虑,缺乏有效联动,且没有合理计及包含故障维修时间及新能源出力的不确定性在内的双重因素影响。为此,提出一种灾后配电网维修恢复联合调度策略。首先,提出灾后配电网两阶段求解框架,第一阶段求解故障维修计划及网络重构问题,第二阶段解决移动式储能系统参与下的灾后配电网源荷协同调度问题。其次,构建移动式储能系统与维修人员的调度模型,量化分析移动式储能系统时空转移模型及能量模型,同时基于维修人员的时空转移特性,建立故障维修及网络重构模型。在此基础上,以恢复运行成本最小化为目标,分别采用离散鲁棒与连续鲁棒处理故障维修时间与新能源出力的不确定性,构建灾后配电网综合调度模型。最后,采用改进IEEE 33节点配电网进行仿真测试。结果表明,所提调度策略能够显著降低负荷失电率,减少停电损失。此外,两阶段算法在显著提升求解速度的同时能够保证求解精度,具有可行性和合理性。

关键词：配电网故障维修网络重构移动式储能系统两阶段求解鲁棒优化

基于电子式电压互感器边界特性分析的35 kV配网输电线路单端暂态量保护方案及其整定

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4666-4681,I0007页

作者：吴宇奇黎钊肖澍昱黄梓欣李正天魏繁荣林湘宁强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

随着分布式电源广泛接入配电网,传统三段式电流保护方案的性能严重劣化。单端暂态量边界保护由于具备不依赖电源特性等突出优势,有望成为改善主动配电网保护配置性能的有效方案,但其需依附于线路边界强健的滤波作用。为此,该文研究发现... 详细信息

随着分布式电源广泛接入配电网,传统三段式电流保护方案的性能严重劣化。单端暂态量边界保护由于具备不依赖电源特性等突出优势,有望成为改善主动配电网保护配置性能的有效方案,但其需依附于线路边界强健的滤波作用。为此,该文研究发现,可利用智能变电站和智能开闭所中电子式电压互感器、金属氧化物避雷器与其余设备杂散电容共同作为线路边界,其优异的高频滤波作用能够为暂态量保护方案的设计奠定基础;其次,利用区内外故障时电压行波高频频带能量差异构造保护判据,并基于整定门槛与动作时序的合理配合形成单端暂态量阶段式保护方案;最后,基于PSCAD仿真平台验证所提方案的有效性、灵敏性与可靠性,其可与电流保护方案协同互济以强化主动配电网继电保护方案的动作性能。

关键词：配电线路单端暂态量保护线路边界电子式电压互感器金属氧化物避雷器智能变电站

基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法

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电网技术 2024年第6期48卷 2564-2573,I0086页

作者：黄梓欣汪涛徐昂吴宇奇林湘宁魏繁荣李正天强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

短路电流超标校验中,针对现有技术在临界超标场景下存在计算精度不足、易误判的缺陷,提出一种基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法。首先,在短路电流领域首次采用生成对抗网络(generative adversarial networks,GAN... 详细信息

短路电流超标校验中,针对现有技术在临界超标场景下存在计算精度不足、易误判的缺陷,提出一种基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法。首先,在短路电流领域首次采用生成对抗网络(generative adversarial networks,GAN)产生与蒙特卡洛模拟具有相同效力的大量样本,再筛选其中的临界超标样本;其次,设计了一种临界超标占比高、非临界超标占比低的新型样本构成方式,据此融合GAN生成临界超标样本与蒙特卡洛仿真样本以形成数据驱动样本集;继而,采用数据驱动的代表性回归算法LightGBM开展短路电流超标校验;最后,仿真结果表明所提方法能有效提高短路电流超标的校验准确度,相比其他物理计算方法和数据驱动方法具有更高效率和计算精度,以及更快的计算速度。

关键词：短路电流超标校验临界超标样本扩充生成对抗网络数据驱动 LightGBM

考虑储能系统控保协同体系的光伏场站送出线路突变量选相能力恢复策略

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中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4273-4285,I0008页

作者：康涛翁汉琍林湘宁吴宇奇李振兴郭祎达高靖怡李正天新能源微电网湖北省协同创新中心(三峡大学) 湖北省宜昌市443002 三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

针对新能源接入电网后,突变量选相元件动作性能显著劣化,尤其在弱电源侧难以保证选相正确性的问题,提出考虑储能系统控保协同体系的突变量选相能力恢复策略。通过理论分析,得出逆变电源侧负序阻抗基本恒定这一实施选相能力恢复举措的前... 详细信息

针对新能源接入电网后,突变量选相元件动作性能显著劣化,尤其在弱电源侧难以保证选相正确性的问题,提出考虑储能系统控保协同体系的突变量选相能力恢复策略。通过理论分析,得出逆变电源侧负序阻抗基本恒定这一实施选相能力恢复举措的前提条件。在此基础上,提出将光伏场站中储能侧逆变电源控制策略中的负序抑制短时屏蔽,并将故障线路两侧的正序分配系数控制到与负序分配系数相等,以此营造令传统突变量选相元件实现动作的最理想条件。该控制可以通过控制储能设备电流内环中的d轴和q轴电流实现。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在该控制策略作用下,线路两侧正序分配系数与负序分配系数几乎相等,极大程度恢复了弱电源侧的选相特征,在不同故障工况下均有较好的适应性,且不会干扰系统侧选相元件的正常动作,具有很高的可靠性。

关键词：故障选相逆变电源控制策略分配系数

兼顾连锁跳闸免疫和端部故障响应能力的距离保护Ⅲ段自适应椭圆动作特性研究

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电力自动化设备 2024年

作者：吕东晓刘阳张今林湘宁冀吉豪翁汉琍李正天魏繁荣国家电网有限公司华中分部柳焕章劳模创新工作室华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室三峡大学电气与新能源学院

针对潮流转移引发距离保护Ⅲ段误动作的问题，提出了一种基于椭圆动作特性的保护自适应调节优化策略。分析了现有透镜形判据自适应调节所存在的问题，针对性地设计了椭圆形判据，并探讨了其整定原则。理论分析及基于PSCAD的仿真结果表... 详细信息

针对潮流转移引发距离保护Ⅲ段误动作的问题，提出了一种基于椭圆动作特性的保护自适应调节优化策略。分析了现有透镜形判据自适应调节所存在的问题，针对性地设计了椭圆形判据，并探讨了其整定原则。理论分析及基于PSCAD的仿真结果表明，所提策略可有效规避以距离保护Ⅲ段为代表的后备保护应对潮流转移工况时可能存在的误动作风险，且在区内短路故障时允许保护正确动作。相较于现有的自适应调节距离保护Ⅲ段保护判据，采用所提判据的保护抗过渡电阻能力得到了有效恢复。

关键词：继电保护后备保护距离保护Ⅲ段连锁跳闸潮流转移椭圆动作特性自适应调节

一种多地DFIG联动控制的多馈入受端系统连续换相失败抑制策略

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3452-3462,I0009页

作者：江毅翁汉琍曹善康吴宇奇熊振钦梅瀚予林湘宁魏繁荣李正天李振兴新能源微电网湖北省协同创新中心(三峡大学) 湖北省宜昌市443002 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)... 详细信息

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的控制方法,有效抑制了次同步振荡。同时,针对不同区域风电场调节能力差异,通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF),充分调动不同区域风电场的补偿能力抬升系统电压。该方法有效地抑制直流多馈入系统的异地连续换相失败。最后,通过PSCAD仿真对比验证所提策略的有效性。

关键词：双馈风电场(DFIG) 次同步振荡直流多馈入连续换相失败