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基于陷波器的构网型换流器同步频率谐振抑制策略

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3827-3839页

作者：熊小玲李昕悦周琰罗博晨新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206

随着电力系统中新能源占比的增加,传统电网的强度越来越弱,短路比降低,导致基于电压定向的跟网型电压源型换流器(VSC)的稳定性变弱。为了解决跟网型VSC连接弱网时的稳定性问题和功率传输极限问题,基于功率定向的构网型VSC得到广泛关注,... 详细信息

随着电力系统中新能源占比的增加,传统电网的强度越来越弱,短路比降低,导致基于电压定向的跟网型电压源型换流器(VSC)的稳定性变弱。为了解决跟网型VSC连接弱网时的稳定性问题和功率传输极限问题,基于功率定向的构网型VSC得到广泛关注,尤其是采用功率同步控制(PSC)和虚拟同步机(VSG)控制的并网VSC,因结构简单而迅速发展。然而,考虑电网和线路等值电感动态时,构网型换流器在感性网络的等效电阻较小时易发生一种同步频率谐振(SFR),导致系统失稳。该文主要以PSC-VSC为研究对象,通过建立小信号模型分析其发生SFR的机理,发现除了线路电阻小之外,非最小相位效应是引发SFR的另一个原因。为了抑制这种同步频率谐振,该文提出采用陷波器的谐振抑制方法,与采用低通滤波器方法(等效VSG控制)相比,该文所提方法对控制参数更具有鲁棒性,同时能提高系统的带宽。最后,建立实验平台,通过物理实验验证该文所提出控制策略的有效性。

关键词：构网型换流器同步频率谐振陷波器稳定性

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纳流控反电渗析盐差发电性能的影响因素

工程热物理学报 2024年第3期45卷 879-885页

作者：王天虎尤明阳华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

随着微纳米技术的发展和材料的日新月异,利用反电渗析技术获取海洋/河水之间的盐差能成为近几年的研究热点。反电渗析盐差发电具有结构简单、无污染、原料可循环等优势。本文着重研究在一定的浓度差下,膜上基本单元纳米孔中的离子输运... 详细信息

随着微纳米技术的发展和材料的日新月异,利用反电渗析技术获取海洋/河水之间的盐差能成为近几年的研究热点。反电渗析盐差发电具有结构简单、无污染、原料可循环等优势。本文着重研究在一定的浓度差下,膜上基本单元纳米孔中的离子输运特性。通过探究纳米孔几何因素、对流和温差对盐差发电的影响,解释基于纳米孔盐差发电的内在物理机制。研究结果有助于理解盐差发电的物理机理,也可为提高纳米孔盐差发电性能提供理论指导。

关键词：渗透能转换反电渗析纳米孔数值建模

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一种改进的跳点搜索移动机器人路径规划算法

信息与控制 2024年

作者：焦嵩鸣梁嘉义杨晨渤李真真单正文华北电力大学自动化系

针对跳点搜索（jump point search，JPS）算法路径存在斜向穿越障碍物、搜索过程中存在较多冗余跳点、路径拐点多且靠近障碍物的问题，提出一种安全快速的跳点搜索（safe fast jump point search，SFJPS）算法。该算法重新定义跳点判断... 详细信息

针对跳点搜索（jump point search，JPS）算法路径存在斜向穿越障碍物、搜索过程中存在较多冗余跳点、路径拐点多且靠近障碍物的问题，提出一种安全快速的跳点搜索（safe fast jump point search，SFJPS）算法。该算法重新定义跳点判断规则，使生成的跳点均为安全跳点，解决了路径中斜向穿越障碍物的情况；加入基于角度的搜索方向优先级判断，有效减少了搜索过程中的冗余节点，加快了搜索速度；基于Bresenham算法对路径上的跳点进行关键跳点筛选，关键跳点生成的路径拐点明显减少，贴近障碍物的路径长度大幅减少，整体路径长度也有所减少。结果表明在不同场景下本文算法相较于A*算法和JPS算法，路径长度分别最大减小了5.42%和4.48%，搜索时间分别最大缩短了98.33%和67.83%，搜索节点数最大减少了99.08%和56.72%，路径拐点数分别最大减少了90.91%和83.33%。相较于Theta*算法路径长度增加了1.17%，搜索时间缩短了91.07%，搜索节点数减少了98.9%。仿真试验证明本文算法规划速度快，路径安全且拐点更少，更加适用于移动机器人路径规划问题。

关键词：路径规划跳点搜索移动机器人方向优先级 Bresenham算法

基于振动信号最优特征提取算法的风力机齿轮箱SVM故障诊断

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太阳能学报 2024年第7期45卷 626-633页

作者：李俊逸尧远刘明浩华北电力大学数理系保定071003 华北电力大学河北省物理学与能源技术重点实验室保定071003

针对风力机齿轮箱故障诊断的特征提取过程,提出基于振动信号最优特征提取算法的风力机齿轮箱SVM故障诊断方法。首先,分析3种主要特征提取算法各自适应性高的信号类型;然后,根据不同类型信号所具有的信号特性,利用信号分析对传入的振动... 详细信息

针对风力机齿轮箱故障诊断的特征提取过程,提出基于振动信号最优特征提取算法的风力机齿轮箱SVM故障诊断方法。首先,分析3种主要特征提取算法各自适应性高的信号类型;然后,根据不同类型信号所具有的信号特性,利用信号分析对传入的振动信号进行特性提取并分类,将不同类别信号与适应性高的特征提取算法进行匹配,实现振动信号的最优特征提取;最后,将匹配算法与支持向量机模型结合实现故障诊断。对实际采集的3种齿轮故障信号进行测试与验证,结果表明该方法可有效进行最优特征提取与算法匹配,相比未经过匹配算法具有更高的故障诊断准确率。

关键词：风力机齿轮箱故障诊断特征提取信号分类算法匹配支持向量机

基于TDLAS的CO检测系统调制参数优化与温度补偿

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光学技术 2024年第1期50卷 81-87页

作者：王印松谢蕊馨孔庆梅高建强华北电力大学自动化系河北保定071003 华北电力大学动力工程系河北保定071003

在可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术中,携带气体浓度信息的二次谐波信号易受激光扫描信号与调制信号的幅值、频率等参数影响。基于TDLAS技术搭建了CO浓度检测硬件系统,与对应仿真模型进行比较分析,研究了调制参数对二次谐波信号峰值、信... 详细信息

在可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术中,携带气体浓度信息的二次谐波信号易受激光扫描信号与调制信号的幅值、频率等参数影响。基于TDLAS技术搭建了CO浓度检测硬件系统,与对应仿真模型进行比较分析,研究了调制参数对二次谐波信号峰值、信噪比、对称性以及峰宽的影响,总结出具体变化规律。实验确定了系统最优调制参量,在硬件不变的情况下提高了检测精度。对CO在1567.7nm的吸收光谱进行了检测,发现测量浓度随着温度的升高而降低,最大相对误差已超过15%。为了减少温度变化对测量的影响,分别采用RBF及BP神经网络、PSO优化BP神经网络和WOA优化BP神经网络算法对系统进行补偿。结果表明,WOA优化BP神经网络方法的补偿效果最好,修正后浓度相对误差降至1%以下,有效提高了系统在变温环境下的准确性和稳定性。研究为系统的调制参数设置以及精准检测提供参考,为后续实验提供了有价值的指导。

关键词：光谱学 CO浓度调制参数温度补偿

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跟网型逆变电源多回路耦合失稳机理分析

中国电机工程学报 2024年

作者：周一辰徐宏伟李永刚张艺菲王子杰李金泽华北电力大学电力工程系

跟网型逆变电源控制系统内部回路间耦合复杂，参数影响导致系统失稳时，失稳参数影响的具体回路以及回路间作用机理尚不清楚。基于此，本文提出适用于分析跟网型逆变电源的嵌合转矩法，揭示参数影响下系统多回路耦合失稳机理。首先，建... 详细信息

跟网型逆变电源控制系统内部回路间耦合复杂，参数影响导致系统失稳时，失稳参数影响的具体回路以及回路间作用机理尚不清楚。基于此，本文提出适用于分析跟网型逆变电源的嵌合转矩法，揭示参数影响下系统多回路耦合失稳机理。首先，建立跟网型逆变电源各控制环节代数微分方程模型，同时，提出锁相环状态空间模型变换方法，形成适用于转矩分析法的二阶微分方程结构；其次，建立保留回路结构的嵌合转矩拓扑图，推导跟网型逆变电源各回路所提供阻尼转矩的计算公式；然后，提出跟网型逆变电源回路间互激、竞争理论，设计参数影响回路溯源方法；最后溯源关键参数影响下回路间互激、竞争路径，揭示逆变电源多回路耦合失稳机理。

关键词：跟网型逆变电源多回路耦合嵌合转矩法溯源路径互激竞争失稳机理

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2400-2411页

作者：刘逸凡邹明王焱冯谟可许建中贾秀芳赵成勇新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高... 详细信息

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

关键词：海上风电直驱或半直驱机型永磁同步发电机等效建模阶数可选模型

混合多端直流输电系统限流控制策略配合及限流参数全局优化

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电工技术学报 2024年第11期39卷 3323-3338页

作者：李杭泽戴志辉韩哲宇奚潇睿牛宝仪杨明玉新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 保定071003

混合多端直流输电系统短路电流水平超标对其安全稳定运行造成极大威胁。现有通过控制策略限流的方法多以本站出口侧最严重的极间故障展开分析,忽略了过渡电阻对两侧系统的耦合作用,且控制参数的不合理配置会降低故障点非零电位大小,进... 详细信息

混合多端直流输电系统短路电流水平超标对其安全稳定运行造成极大威胁。现有通过控制策略限流的方法多以本站出口侧最严重的极间故障展开分析,忽略了过渡电阻对两侧系统的耦合作用,且控制参数的不合理配置会降低故障点非零电位大小,进而加剧线路过电流现象。为此,首先,阐述了混合多端直流输电系统常见控制限流策略;其次,对换流站自身的控制特性及站间交互作用对故障电流的影响机理展开分析,提出计及过渡电阻耦合作用下故障电流的计算方法;然后,在此基础上,综合考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束,建立控制参数全局优化数学模型,通过层次分析法得到控制参数的最优解;最后,基于PSCAD/EMTDC对传统限流特性及全局优化下的限流特性进行对比分析。结果表明,所提方法能在提高限流效果及满足参数灵敏性的基础上更好地适应经过渡电阻故障的情况,降低故障时电流上升率和电流峰值,协助降低两侧换流站因增流现象加剧线路过电流情况而闭锁的概率。

关键词：主动限流控制低压限流混合多端直流输电过渡电阻参数优化

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锅炉汽包水位的积分时滞型自抗扰控制

中国电机工程学报 2024年

作者：孙明徐文鑫邹浓茂赵吉兴华北电力大学自动化系

在能源绿色低碳转型过程中，火电机组承担着大量的调峰调频任务来平抑新能源电力规模化并网带来的波动，这给现役亚临界机组汽包水位的稳定控制带来了巨大挑战。针对汽包水位这类非自衡过程，提出了一种积分时滞型自抗扰控制策略。首先... 详细信息

在能源绿色低碳转型过程中，火电机组承担着大量的调峰调频任务来平抑新能源电力规模化并网带来的波动，这给现役亚临界机组汽包水位的稳定控制带来了巨大挑战。针对汽包水位这类非自衡过程，提出了一种积分时滞型自抗扰控制策略。首先将被控对象近似成积分加时滞的标称模型，然后引入控制量时延环节以使扩张状态观测器的两个输入信号相位近似同步，最后采用双轨迹法求解出积分时滞型自抗扰控制器的控制参数稳定域。仿真算例表明，对比其他几种典型控制算法，所提控制方法在设定值跟踪、抑制干扰以及鲁棒性等方面具有更为优良的性能。进一步，基于某600MW亚临界燃煤机组机进行给水系统的实验结果也同样表明，在机组稳定工况和大范围变工况两种条件下，积分时滞型自抗扰控制品质满足电力行业标准的指标要求，且相比原始的串级三冲量PID策略水位偏差更小，定负荷时偏差≤1.5mm，变负荷时偏差≤2.1mm，展现了所提控制策略在机组深度调峰和性能优化等方面的良好应用前景。

关键词：锅炉汽包水位非自平衡过程积分时滞模型自抗扰控制参数稳定域