基于安全域的交直流混联系统静态安全控制
这是一篇关于交直流混联系统,静态安全域,主导事件,约束松弛,协调控制,解耦安全域的论文, 主要内容为大区域电网互联和交直流系统混联使得电力系统的稳态运行点距离其稳定运行极限越来越近,同时交直流混联系统不同类型变量耦合机理复杂,对系统的安全稳定控制带来极大的挑战。在进行静态安全控制时,如何从全局宏观角度出发,考虑和简化交直流混联系统优化控制问题中的各种约束,进而高效快速地制定相应的控制方案对保证系统的安全运行具有重要意义。静态安全域(Steady-state Security Region,SSR)能够给出系统整体的运行状态、超平面表征的边界面可简化优化问题中各种约束条件的计及等相关理论优势为此类问题提供了有效的解决方法,因此本文利用静态安全域的相关理论优势,针对交直流混联系统在不同运行状态下如何快速制定相应的控制方案进行研究,本文的主要研究内容如下:(1)建立了交直流混联系统静态安全域的数学模型。对于高维空间中静态安全域边界面,使用拟正交法搜索边界面上一定数量的临界运行点,对不同量纲的临界运行点归一化后采用最小二乘法进行线性拟合,得到边界面线性的表达式,同时给出拟合效果的判断标准、静态安全距离(Steady-state Security Distance,SSD)以及系统静态安全裕度(Steady-state Security Margin,SSM)的定义与计算公式。为使静态安全域能够可视化应用,给出了静态安全域断面的刻画方法,进而可直观看出运行点与各边界的相对位置。(2)建立了基于静态安全域的交直流混联系统预防控制优化模型。模型在计及不同变量控制成本差异的基础上,以控制代价最低为目标函数,以静态安全距离的线性表达式为约束条件,解决了传统预防控制模型计算量大的弊端,为在线应用提供可能。同时针对大规模交直流混联系统预想事故多这一弊端,基于主导事件思想,对预想事故进行筛选,仅保留有效预想事故,不仅缩短了静态安全域边界面的求解时间,同时简化了预防控制模型的寻优空间,进而提高求解效率。(3)在预防控制的基础上,计及不同预想事故发生的概率及严重性,建立了预防校正协调控制的双层优化模型。模型以协调控制总成本最低为目标函数,并将安全控制的压力分解到事故发生前和事故发生后。针对该双层优化模型的外层优化,提出了“约束松弛”的优化方法,依次将静态安全裕度最低的预想事故从预防控制子集中剔除并将其并入到校正控制子集中,有效避免了穷举法带来的维数灾问题;针对内层优化,以静态安全距离为约束条件,有效降低了模型的复杂度,提高求解效率。(4)为了能快速高效地求解相应的安全控制方案,在静态安全域的基础上,提出了解耦安全域(Decoupling Security Region,DSR)的概念。以含有静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)的多馈入交直流混联系统作为应用场景,分析了STATCOM对强直弱交系统输电特性的影响,其次提取系统关键变量,刻画解耦安全域并分析了其演化特征,最后基于解耦安全域的在线应用模式,提出了关键变量间的解耦控制和快速潮流控制的安全控制方法,可将控制方案的求解时间缩至毫秒级。
光储型孤岛直流微电网协调控制及监控系统的研究与设计
这是一篇关于直流微电网,协调控制,离散一致性算法,物联网,云服务器的论文, 主要内容为我国为应对日渐恶化的环境、资源、气候等问题,提出了碳中和与碳达峰战略目标,碳源减排是实现该目标的重要方法。直流微电网具有结构简单、电能质量高、可控性强等优点,是碳源减排的重要途径之一,具有良好的发展前景。实现直流微电网系统内各单元之间的协调运行,以保证母线电压稳定和负荷功率分配均衡已经成为直流微电网的重要研究方向。本文以含多储能单元光储型孤岛直流微电网作为研究对象,对直流微电网的协调运行控制及其监控系统进行了深入的研究。首先,本文介绍了直流微电网国内外研究现状和基本结构,分析了直流微电网各微源及其接口变换器的拓扑选择及其工作原理,研究了各接口变换器的控制方式和控制方法并对其进行数学建模。其次,针对含多储能单元的光储型孤岛直流微电网对电压稳定和均流的要求,给出了基于多模式切换的分层协调控制策略。其中第一层以传统下垂控制方法作为初级控制层;基于离散一致性算法,第二层利用电压补偿量、均流补偿量解决线路输出阻抗不同引起的母线电压跌落、多组蓄电池输出电流差值较大等问题,第二层属于次级控制层;第三层是以母线电压信号作为模式切换条件的协调控制层,通过分析直流微电网在不同工作模式下母线电压的变化,设定切换条件,将系统分为三种运行模式,不同模式下各单元协调运行。基于所提出的直流微电网分层协调控制策略,设计了直流微电网各微源控制与数据交互中心的控制终端,包括总体结构、硬件设计和软件设计。硬件设计包括MCU电路、电源电路、采样电路、多种通信接口电路等。软件设计主要包括基于DGUS串口屏的人机交互设计;基于Lora的终端间数据交互和基于GPRS的远程数据交互进行的通讯协议、驱动程序设计;以及光伏单元和蓄电池单元的控制程序设计。另外,本文针对直流微电网设计了一套基于B/S架构的远程监控系统。通过完成云服务器端以及web客户端的两部分的设计,实现用户通过访问web端对直流微电网系统的关键数据进行远程监视以及远程投切等操作。最后,搭建了相关实验平台,对所提理论及设计进行硬件在环实验,实验结果验证了本文所提控制策略的可行性。
串并联架构电能路由器功率流柔性控制研究
这是一篇关于电能路由器,多模式运行,功率柔性控制,协调控制,无缝切换的论文, 主要内容为随着分布式能源向电网的高比例渗透,电网中的能量流动与控制将更为复杂,而以单方向辐射状供电的传统电网难以应对当前多能源互联互通的发展趋势。电能路由器不仅可以满足多种分布式装置的接入需求,还能够对多能源能量流进行主动控制与管理。本文面向低压配电网应用场景,在所构建的串并联架构电能路由器(Series-Parallel Architecture Electric Power Router,SPA-EPR)基础上,分别对其拓扑架构、工作原理以及控制策略等方面开展研究,主要研究内容如下:首先,分析了SPA-EPR系统的拓扑架构。对比研究了SPA-EPR相较于传统串联型电能路由器的优势,其可在不增加路由器自身额定容量的前提下将系统的功率传输范围提升至200%。推导了系统各变换器的数学模型,并结合系统的工作原理,给出了各变换器的基本控制原理,通过仿真验证了SPA-EPR系统的基本运行功能。其次,对SPA-EPR系统运行机理进行了分析。考虑SPA-EPR所具备的并网和孤岛场景下的多种模式运行特征,本文研究了柔性运行模式、直流母线运行模式和光伏电池联合运行模式等多模式运行机制。针对并网场景下系统有功功率无法柔性调节的问题,通过引入有功功率自由度kp,实现了灵活配置交流电网与直流母线之间的有功功率,增强了系统能量交互的灵活性。然后,针对系统能量无法优化运行的问题,为实现不同运行模式间的能量优化配置,本文以系统内部各变换器额定容量为约束条件,在充分考虑分布式电源和电池状态的条件下,设计了以最大化利用新能源为目标的能量优化运行原则,进而提出了一种基于能量优化的多模式协调控制策略,可实现系统在不同工况下自主选择运行模式以及不同运行模式间无缝切换的目标。同时,通过仿真结果验证了所提多模式协调控制策略的有效性。最后,搭建了基于TMS320F28335控制芯片的Star Sim HIL硬件在环实验平台,对路由器在并网、孤岛场景下的多模式运行与切换及并网-孤岛场景切换进行了实验验证,实验结果验证了本文所提多模式协调控制策略的合理性与有效性。
国产200MW单元机组协调控制系统的设计与实现
这是一篇关于单元机组,协调控制,自动发电控制,燃烧控制的论文, 主要内容为热力发电机组由汽轮机、锅炉和发电机三大主设备和其它辅助设备组成,其自动控制系统包含一些子系统,这些子系统有各自的调节手段和调节对象,是相对独立的,但对于整个机组来讲,它们又是相互关联,相互影响的,并具有强耦合、大迟延、非线性等特点。因此在适应电网负荷的变化要求时,可设计一种系统,根据机组主要参数的偏差,协调好各子系统的控制作用,以确保机组的安全稳定运行,这样的系统就是单元机组的协调控制系统。 单元机组协调控制技术的发展是伴随着大容量单元机组的投产和计算机控制技术的发展而发展起来的,特别是分散控制系统的发展,为单元机组实现协调控制提供了强大的技术支持。从90年代初期,协调控制系统在我国少量的进口机组上进行应用,整体控制策略全部是引进的技术。到了90年代末期,协调控制开始在我国200MW以上机组进行大范围的应用,但由于受到电力发展总体水平的制约,协调控制系统在大部分电厂应用的情况还不理想,功能还不是很完善,还存在一些问题,需要不断的完善和提高。 单元机组协调控制系统的主要作用是,在接收中心调度或值班员负荷指令后,协调好锅炉、汽轮机、发电机的运行和内部各控制子系统的控制作用,采取某些技术措施,使机组主要运行参数接近最大工况曲线运行,并始终控制在最大许可范围内,提高系统响应速度,保证机组能有较高的运行效率和安全性,使机组适应电网负荷变化的需求。同时,还要协调好负荷指令与机组主/辅设备实际能力关系,在机组主/辅设备能力受到限制的异常情况下,可以根据实际情况,限制或者强迫改变机组负荷,达到协调控制系统的联锁保护功能。 因此,协调控制系统的研制开发有助于提高单元机组的自动化控制水平,提高机组对负荷变化的适应能力,完善机组故障状态下的紧急处理手段,减少了运行人员的操作,减轻了运行人员的劳动强度,因而提高了单元机组的安全性、经济性,同时也为单元机组实现AGC控制提高了前提和保证 单元机组协调控制系统有四种运行方式,既协调控制方式、机基本方式、
基于事件触发的多智能体系统完全分布式协调控制
这是一篇关于多智能体系统,事件触发,完全分布式,协调控制,故障,拒绝服务攻击的论文, 主要内容为多智能体系统由一组自治的智能体组成,它们通过通信网络相连,感知外部环境,执行任务,并根据环境反馈的信息来调整决策以实现全局或局部目标。该系统已经被广泛应用于智能电网、无人机协同和智慧物流等领域,对推动我国经济高质量发展和完善国家战略性布局具有重要意义。在多智能体系统中,由于能量和通信资源的有限性,传统周期性控制会浪费计算和设备能源等资源,同时也会造成网络拥塞。另外,由于智能体的空间分布和传感器有限的感知能力,多智能体系统协调控制协议仅能依赖于每个智能体及其邻居的局部状态或输出信息。因此有必要在事件触发的基础上,设计完全分布式协调控制方案,基于局部信息做出决策,并与相邻子系统进行交互,以实现多智能体系统的协调控制目标,同时有效节省通信资源。本文基于事件触发策略,针对三类多智能体系统,分别设计分布式控制算法,以解决不同的协调控制问题,即一致性控制问题、编队控制问题和包含控制问题。本文主要研究内容如下:(1)针对不确定线性多智能体系统,研究了基于事件触发的完全分布式一致性控制问题。仅使用相对输出信息,设计了一种完全分布式降维观测器,并提出了一种自适应事件触发策略,消除了不同事件触发机制间触发时刻异步的影响。通过上述方法,基于输出调节理论及内模原理,设计了一种分布式控制协议并采用Lyapunov直接方法对闭环系统进行了稳定性分析。最后通过数值仿真和实物实验验证了所设计的控制算法的有效性。(2)针对具有执行器和通信故障的非线性异构多智能体系统,研究了基于事件触发的完全分布式编队控制问题。提出了一种完全分布式事件触发状态观测器,减少了通信和计算负担,并有效避免了通信故障对系统的干扰。基于反步法设计了一种自适应控制律,引入Nussbaum函数解决因执行器故障导致的控制方向未知的问题,并采用Lyapunov直接方法对闭环系统进行了稳定性分析。最后通过数值仿真验证了所设计的控制算法的有效性。(3)针对拒绝服务攻击下的网络化欧拉-拉格朗日系统,研究了基于事件触发的分布式包含控制问题。提出了一种周期事件触发状态观测器,减少了触发次数,节约了通信和计算资源,并有效避免了拒绝服务攻击对系统的影响。设计了一种模糊逻辑系统逼近欧拉-拉格朗日系统中的强非线性项,结合所设计的状态观测器,提出了一种自适应控制协议,并采用Lyapunov直接方法对闭环系统进行了稳定性分析。最后通过数值仿真和可视化仿真软件验证了所设计的控制算法的有效性。
柴油机SCR系统的尿素喷射协调控制策略研究
这是一篇关于柴油机,SCR系统,尿素喷射策略,协调控制,自适应控制的论文, 主要内容为面对柴油机NOx排放物限值的不断严苛,高效的SCR技术、双SCR技术、紧耦合SCR技术、SCR电加热技术、SCRF技术、固态氨SSCR技术等先进的柴油机NOx排放控制技术,是进一步实现柴油机全工况范围内超低NOx排放的有效措施,对满足未来柴油机SCR催化剂全生命周期的NOx近零排放控制的发展具有重要意义。SCR控制技术的难点在于尿素喷射的精准控制,尿素喷射控制策略根据发动机与后处理系统的工作状态判断实际NH3需求量,在适宜的喷射时刻实现尿素喷射量的准确控制,以保证SCR催化剂全工况下能够实现NOx高转化效率和最佳的氨载量,最终达到NOx近零排放的控制效果。但由于发动机工况的多变,同时后处理系统中存在DOC加热状态、DPF再生、SCR自身老化等现象。因此,SCR系统的尿素喷射控制需要兼顾发动机工况和整个后处理系统的工作状态,使得SCR系统控制成为多时间尺度的耦合控制问题。此外,SCR催化剂的自身特性和催化还原化学反应过程也受到多种因素的影响,以及商业NOx传感器对NH3的横向敏感性问题。诸多因素决定了SCR系统被控对象是一个多影响因素与多时间尺度耦合的非线性控制系统。所以,有必要构建一种具有SCR催化剂全生命周期系统适应性的先进SCR尿素控制策略,以协调控制不同后处理系统状态与不同时间尺度耦合的SCR系统尿素精准喷射。基于SCR系统尿素喷射控制需求,设计了面向控制的柴油机SCR系统的尿素喷射量协调控制架构,主要设计了基于NOx转化效率的基础NH3需求量预控制策略、基于最佳氨载量的必要NH3量协调控制策略、基于SCR下游NOx排放目标值的必要NH3量反馈修正策略、以及基于系统状态协调的尿素喷射控制响应机制。研究内容主要包括以下几个方面:(1)设计了基于NOx转化效率的预控制策略架构。基于NOx转化效率的基础NH3需求量预控机制,对基础NH3需求量进行了控制需求分析,提出了基础NH3需求量的不同模式计算方法,该方法包括基于NOx转化效率模型的基础NH3需求量的计算策略,以及面向发动机实时状态的基础NH3需求量在线计量策略。通过设计的模式驱动协调器,可实现不同系统状态下采用不同模式的基础NH3需求量预控调节。(2)设计了基于SCR催化剂最佳氨载量控制的必要NH3量计算策略。针对NH3需求量的计算问题,分别研究设计了SCR催化剂载体所需NH3吸附量计算策略、所需NH3吸附量调速控制机制、以及最终SCR系统必要NH3需求量计算策略。该设计可实现SCR催化剂实时处于NOx转化效率和载体氨载量最佳的控制,使SCR系统在NH3泄漏最少的前提下实现超低NOx排放。(3)针对NOx排放反馈控制系统的鲁棒性问题,设计了基于NOx排放反馈修正系数监控的NOx反馈控制重置机制,实现了对NOx排放反馈控制过程的实时监管,有效降低了SCR系统NH3泄漏的风险和减少了NOx反馈控制器的卡滞现象。对于NOx排放反馈控制系统输入信号和系统控制的释放,设计了相应的信号滤波策略和响应触发释放协调策略,提高了系统控制的准确性。为了消除系统NOx排放反馈修正系数计算过程的稳态误差,研究设计了基于SCR下游NOx排放目标控制误差的PI调节器。(4)研究设计了的尿素喷射协调状态器。针对SCR系统状态随发动机工况改变过程的尿素协调喷射控制问题,通过设计基于系统状态变化的尿素喷射控制响应机制,可实现尿素喷射释放随发动机运行工况变化的动态开启或关闭控制,从而实现多种系统状态下尿素喷射协调控制。
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