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电力电子化电力系统的小扰动稳定分析及控制

电力电子化电力系统的小扰动稳定分析及控制

作者：秦昌民青岛理工大学

学位级别：硕士

在缓解全球能源紧张、国家鼓励开发新能源的大背景下,大规模的光伏、风电等新能源发电装置通过电力电子设备接入电网,同时含大量电力电子元件的换流器设备在远距离高压直流输电中得到了广泛应用,使得电力系统的电力电子化趋势日益明显... 详细信息

在缓解全球能源紧张、国家鼓励开发新能源的大背景下,大规模的光伏、风电等新能源发电装置通过电力电子设备接入电网,同时含大量电力电子元件的换流器设备在远距离高压直流输电中得到了广泛应用,使得电力系统的电力电子化趋势日益明显。电力系统的电力电子化使系统运行状态更加复杂,对系统小扰动稳定性的影响也日益凸显。近几年来,多地电力系统出现了机理不明的小扰动稳定问题,为厘清电力电子化电力系统的小扰动稳定机理,并通过控制措施提高其受扰的稳定性,本文进行了相关方面的研究,其主要研究内容阐述如下:首先,建立并分析了系统中发电侧传统发电机、风力发电、光伏发电的模型及原理,介绍了输电侧换流器的控制模型和直流输电线路模型以及负荷侧静态负荷和感应电动机动态负荷的模型,之后从理论分析的层面分析了简单电力电子化电力系统中负荷类型分别为恒功率负载(Constant Power Load,CPL)、恒电流负载(Constant Current Load,CCL)、恒阻抗负载(Constant Impedance Load,CIL)和感应电动机负载时系统的小扰动稳定情况,运用基于李雅普诺夫稳定性分析理论的特征值分析法,在MATLAB中搭建系统的仿真模型,计算不同负荷类型情况下系统对应状态方程的特征值,对理论分析的结果进行验证,分析不同负荷类型情况下电力电子化电力系统的小扰动稳定性。然后,在高压直流输电两端的电压源换流器中,以换流器逆变侧的有功控制环节为例,推导出了电压源换流器高压直流输电逆变侧输出电流变化的数学表达式,并将推导结果与典型的弹簧质量阻尼系统中弹簧运动过程表达式相对比,得出了电压源换流器高压直流输电逆变侧输出电流的变化具有与弹簧运动过程相似的惯性特征,电力电子化电力系统中该特征的存在为系统小扰动稳定性带来不利影响,通过MATLAB,在传统的简单三机系统和IEEE14节点系统以及它们对应的电力电子化电力系统中做了仿真验证,分析了电力电子化电力系统中电压源换流器高压直流输电逆变侧输出电流的变化和系统的小扰动稳定情况,验证了理论分析的正确性。最后,总结了前面理论分析中功率对系统小扰动稳定性的影响,分析了系统中功率变化对系统频率的影响,频率也是影响电能质量和系统稳定的关键因素,在此基础上,提出了使系统中发出总功率和消纳总功率达到最优平衡的系统级功率控制策略,该策略能够有效提高系统小扰动稳定性;同时,对传统的秃鹰搜索算法(Bald Eagle Search Algorithm,BES)进行了改进,在传统算法中引入了高斯变异和凹函数形式的动态惯性权重以提高算法的全局搜索能力和跳出局部最优的能力,利用改进的秃鹰搜索优化算法(Optimized Bald Eagle Search Algorithm,OBES)对所建函数模型求解,验证了所提系统级功率控制措施的有效性。

关键词：电力电子化电力系统负荷类型换流器小扰动系统级控制秃鹰搜索算法

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考虑多时间尺度特征的电力系统稳定性界分析

电力系统保护与控制 2022年第22期50卷 29-37页

作者：马兆兴秦昌民朱文杰钱宝珊青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520

电力系统运行的稳定性常常与换流器的接入有关,而换流器装置的时间尺度与传统电力系统并不一致。在电力系统中,为揭示电力系统含有不同时间尺度装置对稳定性的相互影响,建立了稳定性界的计算分析方法。从换流器接入电力系统的角度入手,... 详细信息

电力系统运行的稳定性常常与换流器的接入有关,而换流器装置的时间尺度与传统电力系统并不一致。在电力系统中,为揭示电力系统含有不同时间尺度装置对稳定性的相互影响,建立了稳定性界的计算分析方法。从换流器接入电力系统的角度入手,基于奇异摄动理论,建立了多时间尺度系统稳定性界的分析模型,给出了求取该系统稳定性界的理论方法,并进行了数学理论证明。通过Matlab时域仿真,进行了定量分析和验证。结果表明,计及快、慢变量所构建系统可以准确描述稳定性动态响应特性;奇异摄动分析可以精确刻画不同时间尺度变量构成的电力系统稳定性界。此外,数值仿真结果验证了所提模型和稳定性界分析方法的准确性。

关键词：奇异摄动电力系统稳定性界多时间尺度流形

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双碳目标下的新型微电网优化运行问题研究

电测与仪表 2022年

作者：秦昌民马兆兴陈昊钱宝珊青岛理工大学信息与控制工程学院国网江苏省电力有限公司超高压公司

微电网的优化运行可为分布式电源和可再生能源的高效利用提供强有力的保障。为解决分布式电源占比较大的微电网优化运行问题，文中提出了一种新型微电网优化运行方案，将引入凹函数形式的动态惯性权重和高斯变异算子的秃鹰搜索（Bald Ea...

微电网的优化运行可为分布式电源和可再生能源的高效利用提供强有力的保障。为解决分布式电源占比较大的微电网优化运行问题，文中提出了一种新型微电网优化运行方案，将引入凹函数形式的动态惯性权重和高斯变异算子的秃鹰搜索（Bald Eagle Search， BES）优化算法应用到含储能装置占比较大的微电网的优化运行问题中。在对储能装置做有序充放电安排的基础上，建立了计及发电成本最低、环境效益最好以及电能损耗最少的微电网优化运行模型，并运用模糊数学中的隶属度函数将多个目标函数单一化，最后用改进的BES优化算法对两种优化方案的函数模型求解。仿真结果验证了文中所提优化方案和改进BES算法的准确性和优越性。

关键词：

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电力电子化不利于电力系统的小扰动稳定性

济南大学学报（自然科学版） 2023年第3期37卷 316-321,330页

作者：秦昌民马兆兴朱文杰青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

为了研究电力电子化电力系统的小扰动稳定性,基于电力电子化对电力系统的影响,以电压源换流器高压直流输电系统中的电力电子器件为例,推导高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流的惯性特征;为了验证该惯性特征对电力电子化电力系统小扰... 详细信息

为了研究电力电子化电力系统的小扰动稳定性,基于电力电子化对电力系统的影响,以电压源换流器高压直流输电系统中的电力电子器件为例,推导高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流的惯性特征;为了验证该惯性特征对电力电子化电力系统小扰动稳定性的影响,利用特征值分析法,结合仿真工具,分别对传统的简单三机系统和IEEE14节点系统及其对应电力电子化电力系统的小扰动稳定性进行分析。结果表明,高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流具有惯性特征,电力系统的电力电子化不利于系统的小扰动稳定性。

关键词：电力电子化电力系统小扰动稳定性换流器特征值分析惯性

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BOT项目风险及风险防范

质量与市场 2021年第22期 163-165页

作者：秦昌民大连海事大学

大型的基础设施投资项目上,BOT项目往往是一国行政机关或享有项目建设权的企业采用的吸引资金建设相关基础设施缓解资金紧张,BOT项目往往集中在大型的隧道、高速公路、铁路等基础设施上,这其中的风险不言而喻,BOT项目的特许经营期延续... 详细信息

大型的基础设施投资项目上,BOT项目往往是一国行政机关或享有项目建设权的企业采用的吸引资金建设相关基础设施缓解资金紧张,BOT项目往往集中在大型的隧道、高速公路、铁路等基础设施上,这其中的风险不言而喻,BOT项目的特许经营期延续时间较长,项目中的合同风险、法律法规风险、融资风险等都成为阻碍其发展的重要因素,如何防范这其中的风险、如何针对性地提出解决办法是BOT项目面临的问题。

关键词： BOT项目 BOT项目风险风险防范

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岩质边坡阶梯状破坏及岩桥破裂机制研究

岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 809-821页

作者：陈国庆秦昌安魏涛马金根吴章雷成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 北京建筑大学工程结构与新材料北京高等学校工程研究中心北京100044 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072

岩质边坡阶梯状破坏路径由节理和破裂岩桥组成,为了从地质力学模型试验的角度研究其破坏机制,开展底摩擦试验并着重分析岩桥的破裂机制。针对缓倾节理、陡缓倾节理阶梯状分布和缓倾节理平行分布的3种边坡模型,从岩桥破裂演化过程和位移... 详细信息

岩质边坡阶梯状破坏路径由节理和破裂岩桥组成,为了从地质力学模型试验的角度研究其破坏机制,开展底摩擦试验并着重分析岩桥的破裂机制。针对缓倾节理、陡缓倾节理阶梯状分布和缓倾节理平行分布的3种边坡模型,从岩桥破裂演化过程和位移场变化特征揭示阶梯状破坏机制。基于力学机制分析给出岩桥的破裂模式,并从现场岩体破坏、模型试验结果和PFC^(2D)数值分析等方面进行验证。结果表明:边坡阶梯状破坏为“多级锁固拉裂型”和“层间块体拉裂型”,而在细部上岩桥破裂为压剪–拉裂和拉剪–拉裂。前一种破坏位移增大区呈条带并向坡表扩张,而后一种破坏呈片状相并相连,均展现了岩桥张拉破裂和块体分裂的过程。相比于平面型滑坡,在岩桥的破裂路径、断裂性质和扩展方向上,阶梯状破坏均有所不同。研究成果可为阶梯状破坏岩质边坡的稳定性分析提供理论支撑。

关键词：边坡工程岩质边坡节理效应底摩擦试验阶梯状破坏岩桥破裂

基于MIMO-ESO的高速飞行器自抗扰控制

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导弹与航天运载技术（中英文） 2024年第1期 64-70页

作者：樊轶秦昌茂董添王兴中国运载火箭技术研究院北京100076

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦... 详细信息

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”,利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性状态误差反馈律抑制补偿残差。仿真结果表明,MIMO-ESO自抗扰控制器能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性,克服了实际工程中难以建立精确被控模型并获取参数摄动范围的困难,具有工程应用价值。

关键词：高速飞行器总和干扰扩张状态观测器非线性状态误差反馈律自抗扰控制器

山区斜坡中微型桩及油气管道变形机制模型试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 728-741页

作者：马彦军吴红刚秦昌乐庞军谌清徐汶瀚兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中铁西北科学研究院有限公司甘肃兰州730070 西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621000

为探究不同形式微型桩加固下的滑坡-管道系统相互作用机制和破坏演变过程,以西南山区天然气管道滑坡抢险工程为背景,开展注浆常规桩和注浆花管桩防护边坡的大型室内模型试验。以应变、土压力传感器和百分表对滑坡系统内结构物的相应指... 详细信息

为探究不同形式微型桩加固下的滑坡-管道系统相互作用机制和破坏演变过程,以西南山区天然气管道滑坡抢险工程为背景,开展注浆常规桩和注浆花管桩防护边坡的大型室内模型试验。以应变、土压力传感器和百分表对滑坡系统内结构物的相应指标进行监测,通过对桩体弯矩、土压力和桩顶位移数据进行分析。研究结果显示,在滑坡体系中,由桩、滑体和管道组成的系统在滑坡发育中的变化具有协调一致性,变形可分为4个阶段:初始阶段、均匀变形阶段、快速变形阶段和破坏阶段。微型桩主要以发生在滑带附近的弯剪破坏为主,在滑带附近,桩前土压力达到最大值,花管桩以滑带为轴具有旋转趋势,导致桩底产生较大的土压力。弯矩大小整体上呈现出“S”形曲线分布,并且由于桩顶承台的联系作用,桩体上部产生较大弯矩。花管桩一侧由注浆形成的桩土复合结构能更好地抵抗滑坡推力,桩体达到极限强度并破坏之后,复合结构仍然能起到一定的抗滑作用。通过多元融合数据分析,观察到管道变形发生时间较晚,为抢险工作提供了时间窗口。管道主要表现为受弯破坏和挤压破坏,接口位置为管道防护的薄弱点。微型桩在山区油气管道防护中具有重要的应用潜力,进一步的研究和改进对微型桩在滑坡治理中的应用具有积极作用。

关键词：边坡工程模型试验微型桩油气管道变形机制

基于动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)的高速飞行器控制器设计

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飞行力学 2024年第1期42卷 39-43页

作者：赵鹏飞樊轶秦昌茂中国运载火箭技术研究院北京100076

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^(λ)D^(μ)(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器进行了... 详细信息

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^(λ)D^(μ)(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器进行了三通道解耦控制。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,动态逆分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器具有超调量小、响应快、稳态误差小等优点,以及良好的控制品质和鲁棒性,有利于高速飞行器的稳定控制。

关键词：分数阶PI^(λ)D^(μ) 时标分离高速飞行器动态逆