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近年来，极端自然灾害与潜在地缘冲突严重威胁配电网的稳定可靠运行。传统动态恢复区（dynamic recovery area, DRA）忽视了海量跟网型资源的恢复潜力，也未明晰多逆变器协同运行的多动作阶段，为此，文中提出一种异构DRA分区动态协同运行框架。首先，定义构网支撑型、跟网补充型和构跟混合型DRA，并提出包含分区建立、形态切换与并网同步的故障恢复多关键动作阶段。然后，根据各阶段的运行需求，设计分布式变流器与智能软开关的动态协同控制方法，在二次控制中引入电压/频率无差恢复及功率均分变量以实现区内稳定运行，引入智能开关（smart switch, SSW）及并网开关无缝动作变量以实现跨区间平稳交互。最后，在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，验证所提框架与所设计控制器的可行性和有效性。结果表明，所提方法可实现DRA电压频率建立及内部资源功率均分，灵活响应SSW与并网开关的动作指令，充分挖掘异构资源协同恢复潜力，增强配电网运行弹性。

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文中以非隔离型柔性互联配电网为研究对象，针对交流系统发生单相接地故障时，因零序分量传递特性导致的典型接地故障检测方法适应性问题开展研究。首先，建立非隔离型智能软开关（soft open point, SOP）的零序等值拓扑网络，提出零序分量的传递方程并定量分析零序分量传递至非故障侧的大小，分析不同场景下零序分量抑制效果；然后，分别对小电流互联系统、小电阻互联系统、小电流和小电阻互联系统的典型保护进行适应性分析，结果表明，在非隔离型柔性互联系统中，零序分量传递至系统健全侧后保护可能发生误动或误告警；最后，基于PSCAD建立典型非隔离型柔性互联配电网模型，对不同互联系统的保护适应性分析进行验证。文中研究结论可为非隔离型柔性互联配电网的保护配置提供理论支撑。

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柔性软开关（soft open point, SOP）能够实现配电网的柔性互联与潮流的动态调节，从而优化配电资源的配置与调度。换流器可以在故障时输出正负序电流来提供电压支撑并提高自身的故障穿越能力，从而改善不对称接地故障的负载电压。然而采用开环计算的方案易受实际工况影响，采用传统负序电压闭环的支撑效果较差。因此文中在传统负序电压外环的基础上进行改进，控制负序电流的幅值以抑制负序电压，控制负序电流的相位以优化抑制效果。为提高逆变器容量利用率并限制有功波动，文中提出正负序电流限幅的综合方案，并通过PSCAD仿真软件依据实际配电网参数搭建短路工况进行仿真。结果验证该控制策略可以有效改善故障时的电压表现，提高逆变器低压穿越能力，具有更高的实际可应用性。

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随着新能源发电技术的不断发展与应用，配电网逐渐成为具备传输、分配、存储与交易功能的枢纽平台，运行压力日益增大。柔性互联设备（flexible interconnected device, FID）为配电网互联提供了一种解决方案，可以增强配电网的潮流调控能力和故障隔离能力。但以光伏为代表的新能源发电接入和传统大惯性转子电机退网导致的电网整体惯性降低、频率稳定性差等问题日益凸显，目前的FID无法满足电网惯性支撑的需求。为解决上述问题，文中将储能型FID与以虚拟同步机（virtual synchronous generator, VSG）为代表的构网型控制相结合，在满足配电网灵活调控的基础上，实现对交流电网的惯性支撑，揭示VSG控制与下垂控制的内在联系。同时，考虑到故障工况下VSG策略易产生过电流的特性，提出一种构造虚拟电压的前馈抑制策略，能够基于功率前馈、电压前馈实现故障状态下FID的过电流抑制。最后通过MATLAB/Simulink仿真，验证策略的功率调配控制以及在单相故障和三相故障时过电流抑制策略的有效性。

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柔性多状态开关（flexible multi-state switch, FMSS）作为新一代柔性互联装置，可替代传统联络开关实现配电网不同馈线间的柔性互联。然而，现有关于FMSS控制模式切换的研究未充分考虑不对称故障情况下零序电流对FMSS稳定运行的影响，导致在不对称故障切除前直流侧电压出现交流波动。为此，文中提出一种基于零序抑制的柔性互联装置多工况控制模式切换策略。首先，引入稳态逆模型改进发生故障时PQ控制模式与U_dcQ控制模式之间的平滑切换；然后，引入状态跟踪控制改进发生故障时PQ控制模式、U_dcQ控制模式与Vf下垂控制模式之间的平滑切换；最后，引入基于比例谐振（proportional resonant, PR）调节器的零序电流抑制策略，减少不对称故障发生时零序电流分量对直流侧电压的影响。在MATLAB/Simulink中搭建三端口FMSS仿真模型，对所提控制策略进行仿真验证，结果表明文中所提控制模式切换策略在多种故障工况下均能有效降低直流侧电压波动和交流侧电压电流相位偏移。

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母排作为电力电子变换器中的关键功率传输部件，承担着连接功率器件、电容及端子的重要功能。为降低寄生参数与器件应力，换流回路须通过母排连接。文中以15 kV 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC metal oxide semiconductor field effect transistor, SiC MOSFET）与串联硅基绝缘栅双极晶体管（Si insulate-gate bipolar transistor, Si IGBT）组成的有源中点钳位型（active neutral-point clamped, ANPC）变换器拓扑为核心研究对象，针对母排的器件布局、叠层顺序及端子位置等关键要素展开优化设计。基于有限元仿真软件，建立母排的有限元仿真模型，通过参数化分析优化铜层间距与叠层结构，提出适用于高压印制电路板（printed circuit board, PCB）母排的绝缘优化策略。仿真及实验结果表明，优化母排设计可有效改善系统寄生参数分布，文中验证了其在高压应用场景下的电场分布。与传统设计方案相比，优化后的母排结构在关键节点绝缘性能与整体可靠性方面具有显著优势。

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低压柔性直流技术是解决末端配电网重过载问题、保障供电可靠性的重要技术手段。稳态下高效运行与暂态下快速切换控制是低压柔性直流互联系统的核心技术基础。文中首先分析总结低压柔性直流系统典型分散式组网方式，包括分散式组网互联系统的系统拓扑、接线方式、电压等级。针对负载空间分布不均下台区重过载问题提出一套稳态均载控制逻辑，针对故障暂态过程中系统运行模式切换问题提出一种基于就地电压信息的自适应切换控制，降低系统对通信的依赖，并通过从控单元控制回路设计实现工作模式的无缝切换。然后在此基础上，分析多端柔性互联应用下基于主从控制的暂态、稳态运行控制一体化设计，实现系统暂态、稳态下高效协同与可靠运行。最后进行PSCAD时域仿真与RT-LAB硬件在环实验，验证了文中所提控制逻辑及策略的正确性。

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智能软开关（soft normally open point, SNOP）凭借其灵活的功率调节能力逐渐应用于配电网中。但由于大量分布式电源（distributed generation, DG）接入，SNOP受到线路容量的限制，调节能力有限。为发挥其最大调节能力，文中提出适用于配电系统的SNOP对线路有功功率裕度调节灵敏度的定义，将其作为SNOP调节能力的评价指标，由此建立SNOP的选址优化模型。在此基础上，引入系统节点电压裕度以及线路功率裕度2个安全评价指标，构建以综合运行裕度最大为目标函数的配电网运行优化模型。将上述模型转化为二阶锥模型，通过MATLAB工具实现该问题的有效求解。最后，通过改进的IEEE 33节点算例对所提模型与求解方法进行验证，进一步表明了所提选址方法能够发挥SNOP的最大调节作用，优化控制策略可以实现配电网安全经济运行。

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针对配电网中分布式电源渗透率提高导致的潮流倒送、电压波动和供电能力不足等问题，文中提出一种基于储能特性的三端智能软开关（three-terminal intelligent soft open point, E-SOP）有源配电台区优化控制策略。首先，深入分析E-SOP的拓扑，建立其数学模型，为后续优化控制奠定基础。其次，提出一种基于电压-功率灵敏度的E-SOP选址规划模型，以确定其最佳安装位置。在此基础上，构建以综合费用和电压偏差最小化为目标的优化模型，实现E-SOP容量配置。该模型通过锥松弛技术转换为二阶锥规划模型，并采用粒子群算法求解。最后，通过IEEE 33节点柔性互联系统的仿真验证所提策略的有效性，并在IEEE 69节点系统中进一步验证其适用性和优越性。结果表明，相比传统无E-SOP互联系统，所提策略可使电压偏差降低2.24%，日均损耗减少50.41%，综合成本下降21.74%，适用于不同规模的配电系统。

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随着负荷日渐增加和新能源大量并网，柔性直流互联系统被广泛应用于实际工程。基于下垂控制策略的柔性直流互联系统能按下垂特性实现系统功率和电压的自动调节，但系统的传输容量受到换流站容量和电压质量要求的约束而难以充分利用。为此，文中提出一种基于柔性直流互联系统容量优化的自适应下垂控制策略。该策略首先增加了下垂系数修正环，在电压或功率即将越限时逐渐调节相应换流站的下垂系数，在不过容或不越限的前提下增大传输功率。此外，为了削弱下垂系数改变对原有控制造成的影响并优化系统能源消耗特性，以系统对接源储荷潮流调整率最小、发电能源耗量最少为目标建立数学模型。通过非支配排序遗传算法（non-dominated sorting in genetic algorithm, NSGA-Ⅱ）求解模型，得出各换流站的最优修正梯度。最后，使用PLECS搭建四端柔性直流互联模型，仿真验证所提策略的有效性和可行性。

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为解决孤岛模式下交直流混合微电网稳定运行的问题，文中提出一种孤岛交直流混合微电网柔性多状态开关（soft normally open point, SNOP）统一下垂控制策略。该策略基于系统功率平衡关系，通过归一化方法将2条馈线的频率下垂特性和直流电压下垂特性相结合，根据交流频率和直流电压的变化情况，判断系统的运行状态，并通过SNOP统一调节交流子网频率和直流子网电压，使交、直流微电网能够均衡承担系统总功率变化量，从而确保交流频率和直流电压稳定在系统允许范围内。同时，为了优先确保分布式电源的就近消纳，避免SNOP 的非必要动作，设计了SNOP 的调节死区，使得交、直流微电网能够优先利用各子网内分布式电源，从而减少SNOP交、直流侧功率的频繁交互。最后，通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提统一下垂控制策略的有效性。

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高压交直流（high voltage alternating current/direct current, HVAC/DC）系统结构复杂，元件种类繁多，采用传统方法进行可靠性评估计算量庞大。为改善HVAC/DC系统可靠性评估效率，文中提出一种基于改进点估计法的HVAC/DC系统可靠性评估方法。该方法分析HVAC/DC系统中各类元件的结构，用狄拉克函数将表示元件状态的离散随机变量进行连续化，使元件状态能够与系统中的负荷、风电等连续随机变量统一采用点估计法进行处理。将点估计法嵌入非线性最小切负荷量进行优化，通过有限次的优化计算可快速估计各种可靠性指标。最后，采用IEEE 14系统改进后的HVAC/DC测试系统分析论证该方法的可用性和局限性。结果表明，该方法在一定条件下能够有效减少HVAC/DC系统可靠性评估的计算量，具有良好的精度和效率表现。

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五相感应电机是结构最简单的一种多相感应电机，具有低噪声、低转矩波动和高承载能力的优点，因此适用于高功率和可靠性要求的应用场合。针对速度编码器易受外界干扰的特点，构建一种应用于五相感应电机的模型参考自适应无速度传感器矢量控制系统，用以对转速进行辨识，实现五相感应电机的无速度传感器控制。随后，针对传统模型参考自适应系统的磁链电压参考模型易受定子电阻数值影响的问题，进一步构建基于模型参考自适应的双参数辨识系统，用以同时辨识转速与定子电阻，并对各自的自适应律选取进行推导。最后，在Simulink中对双参数辨识系统进行仿真验证。仿真结果表明，该系统在不同转速以及不同负载转矩工况下对转速的辨识性能良好，整体辨识基本无静差，仅有约9.7 r/min的稳态波动；在定子电阻突变时，空载工况下定子电阻的辨识误差能够保持在5%以内，半载工况的误差为8.7%，满载则为13.7%。

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晶闸管控制型移相器（thyristor controlled phase shifting transformer, TCPST）是一种新型潮流控制设备，其串并联耦合拓扑及接入电网方式特殊，须考虑其在电网故障情况下的处理策略。文中基于TCPST的结构及原理，分析电网故障冲击对TCPST的影响，明确TCPST内部故障电流分布和过电流、过励磁特征。在此基础上，提出TCPST应对电网故障冲击的穿越控制策略，构建TCPST接入电网的故障状态识别判据和控制时序，通过电气特征量对TCPST区内外故障和电网故障恢复状态进行识别，实现TCPST故障退出时序及自动重启，通过TCPST暂时退出保护电网严重故障情况下的设备安全。对文中所提TCPST故障穿越策略开展仿真验证，结果表明该策略可实现TCPST在电网故障时的可靠穿越，有效提升TCPST可用率，保证其潮流调节作用得以充分发挥。

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大规模新能源接入的常规特高压直流输电系统中，当受端出现换相失败或直流闭锁故障时，送端换流站的无功盈余会造成交流系统出现过电压。为了抑制送端过电压，基于可控消能的原理，文中提出过电压抑制方案。首先，分析直流系统故障下弱交流系统产生过电压机理，并提出可控消能装置的拓扑和工作原理；其次，通过仿真研究典型故障工况下，可控消能装置对交流系统过电压的抑制作用及其电气应力；然后，进行可控消能装置设计，重点分析避雷器的电位分布和触发开关在不同线圈匝数下电磁斥力机构的静、动态特性，并提出可控消能装置投入和退出控制策略；最后，对研制的可控消能装置样机进行试验验证，证明设计的正确性。研制的可控消能装置已成功应用于±800 kV鲁固特高压直流输电工程，运行结果表明，可控消能装置能有效抑制交流过电压。

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海量异构的分布式新能源大规模并网对电力系统安全稳定运行提出巨大的挑战，开展计及分布式新能源不确定性的运行风险评估研究具有重要的意义。首先，通过分析分布式新能源等值模型动态响应特性的关键影响因素，提出分布式新能源在线动态等值建模方法，以确定满足在线风险评估要求的综合负荷模型及分布式新能源的状态。然后，根据分布式新能源出力特征及多类安全稳定影响因子划分集群，通过降低不确定性变量维数减少参与安全稳定分析的确定性场景数。在此基础上，针对不同的置信区间分别计算满足安全稳定运行要求的控制措施和风险指标，定量评估高概率低损失和低概率高损失场景对电力系统造成的不同后果。最后，实际电网的应用案例结果表明，文中所提的风险评估方法不仅提高含分布式新能源电网的风险评估准确性和计算效率，而且能够更加全面地反映系统的实时运行风险特性。

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针对直流双极闭锁故障导致的送端新能源高渗透地区暂态过电压问题，以送端系统中安全裕度最低的风电场暂态过电压抑制至目标值以下为约束条件，提出一种换流母线无功配置容量优化方案。在此基础上，提出一种双极闭锁故障下抑制送端系统暂态过电压的切机方案，通过故障发生后优先切除不具备高压穿越能力的风电机组，实现送端系统两段式电压稳定控制。最后，基于DIgSILENT仿真平台搭建±800 kV天中直流输电系统及其送端电网简化模型。仿真结果表明，提出的无功优化配置方案及切机方案可将目标节点的暂态过电压降低0.12 p.u.，精确度可达95.56%。所提方案在抑制直流闭锁引起的暂态过电压方面具有显著效果，可有效防止新能源大规模连锁脱网，提高系统的稳定性及可靠性。

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电转气（power to gas, P2G）技术可将电能转化为天然气，在实现综合能源系统低碳经济调度方面发挥着重要作用。为解决P2G过程中O₂未充分利用的问题并进一步降低碳排放，文中提出一种考虑P2G富氧改进和混合光能利用的低碳综合能源系统。首先，利用P2G生产的O₂与CO₂混合作为助燃气体，P2G利用碳捕集的CO₂制造天然气供给燃气机组使用；然后，因锅炉效率受O₂浓度影响，通过遗传算法和Gurobi求解器的联合算法得出耗氧设备各时段的最优供氧状态；最后，通过混合光能利用提升光能效率，以减少化石能源使用。将富氧燃烧和混合光能利用引入综合能源系统，构建考虑P2G富氧改进和混合光能利用的综合能源系统低碳经济运行模型，并设置场景进行对比验证。仿真结果显示，对比富氧改进前CO₂排放量降低75.83%，对比无混合光能场景光能总出力增加9.79%，表明所提模型可有效降低碳排放和运行成本。

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氢和二氧化碳催化合成甲醇是解决氢能“制储运加用”技术难题的关键。文中建立合成甲醇的广义储能数学模型，重点设计基于源网荷储的虚拟电厂分层优化控制方案。上层广义储能配合风光出力跟踪发电计划，引入虚拟电厂和消费用户的主从博弈理论，采用遗传算法求解不同时段电价和用户侧需求响应，减小净负荷峰谷差；下层以对外电能交易为最终保障，结合广义储能实现电能供需平衡，并采用双曲正弦余弦优化算法对源储进行求解，保证虚拟电厂低碳经济运行。最后，构建不同方案进行对比，结果表明，文中所提方案能有效促进可再生能源消纳，促进区域低碳化，提高虚拟电厂的综合运行效益。

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高比例光伏渗透的配电网中含有大量电压敏感型电力电子设备，这些设备之间存在严重交互影响，导致节点并网极限容量的计算复杂度显著增加。为此，文中提出一种基于单端口降阶模型的分布式光伏设备接入配电网后馈入点并网极限容量解析计算方法，并分析接入设备与馈入点间交互影响。首先，基于配电网注入电流平衡方程，定义电网特性函数以刻画馈入点电流与电压间的非线性关系，进而采用单端口降阶模型简化电网特性函数，从而降低计算复杂度。然后，通过选取电网特性函数的特定截面计算模型等值参数，解析推导馈入点并网极限容量表达式，并定量分析接入设备与馈入点间交互影响。最后，基于IEEE 33节点配电网算例进行验证，研究表明，当光伏设备接入馈入点临近位置时，其并网极限容量提升效果更为显著。在不同配电网拓扑中，辐射状配电网中接入设备与馈入点交互影响最大，环状配电网次之，而两端供电型配电网的交互影响最小。

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传统模型预测电流控制因其响应迅速和多目标优化优势，在并网逆变器控制领域得到广泛研究。文中针对传统模型预测电流控制中因参数失配导致控制性能下降的问题，提出一种基于数据驱动的无模型预测电流控制策略。首先，采用加权平均电流方法对三阶LCL型滤波器系统进行降阶处理，以抑制LCL谐振频率引起的振荡；然后，利用超局部模型简化传统预测电流模型，并通过设计线性扩张状态观测器对系统扰动进行估计和补偿，从而提高电流预测精度；最后，基于系统运行数据，应用递归最小二乘法在线更新系统模型，降低控制系统对参数的依赖。仿真与硬件在环实验结果证明，相较于传统模型预测电流控制，所提出的控制策略在参数失配情况下具有更强的鲁棒性且稳态性能更优。

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变速抽水蓄能机组在效率和工况适应性等方面相较于传统定速抽水蓄能机组有较大的优势。全功率变频器是变速抽蓄机组的关键装备，研究各种变频器拓扑在大容量变速抽蓄机组中的应用具有重要意义。文中以百兆瓦级变速抽水蓄能机组为例，立足于现有器件，从成本、损耗、体积等方面构建评价指标体系，并采用熵值法对指标体系中的指标赋权。对比分析背靠背三电平中点钳位型（neutral point clamped，NPC）变换器、背靠背五电平层叠多单元变换器（stacked multicell converter，SMC）、背靠背模块化多电平变换器（modular multilevel converter，MMC）以及模块化多电平矩阵变换器（modular multilevel matrix converter，M3C）4种拓扑应用于大功率、接入电压为13.8 kV的变速抽水蓄能机组的设计方案。结果表明，在成本方面，背靠背MMC成本最低；在效率方面，M3C整体效率最高；在体积方面，M3C占用空间最小。综合而言，背靠背MMC和M3C为百兆瓦级变速抽水蓄能机组全功率变换器的两种优选方案。