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针对限幅约束下构网型换流器的同步稳定性，文中建立考虑电流限幅的基于直流电压同步控制的单换流器并网系统的切换动力学模型。不考虑限幅约束的构网型换流器在故障清除后只会稳定在定电压控制模式，而限幅约束下的构网型换流器可能稳定在定电压控制模式或定电流控制模式。因此，文中提出分段等面积定则研究所提模型的暂态稳定性，并推导系统临界切除角的解析表达式，揭示饱和电流角对系统稳定性的影响机理。此外，文中提出一种提升系统暂态稳定裕度的电流饱和角设置方法，不仅能够避免系统在故障切除后锁定在电流限幅模式，还可以获得最大的临界切除角和减速面积。最后，文中基于MATLAB/Simulink仿真验证了临界切除角表达式和电流饱和角设置方法的正确性。

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构网型变流器具有电压源特性，可为高阻抗弱电网提供阻尼和频率支撑，具有良好的稳定性，但在低阻抗电网下可能会出现失稳现象。文中围绕低阻抗下构网型变流器多机系统小信号建模和稳定性展开分析。首先，建立低阻抗下构网型变流器多机系统接入电网的小信号模型，揭示系统的动态特性与耦合机理。其次，通过特征根轨迹和参与因子分析，研究不同电网强度和控制参数下系统的主导振荡模态及其对系统稳定性的影响。最后，通过MATLAB时域仿真验证了建模和稳定性分析结果的准确性。研究结果表明，电网强度增大、有功降低、下垂系数减小以及联络阻抗减小，均会削弱构网型变流器多机系统稳定性，其中功率环和电压环为影响系统稳定性的主导控制环路。

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高比例风力发电使用大量的电力电子装置接入电网，不具备传统同步发电机的惯性响应特性，因此在外界扰动时难以维持系统频率的稳定性。构网型直驱风机采用虚拟同步控制方式运行，在扰动时不受锁相环的影响，能够给系统提供频率支撑。针对虚拟同步控制下，构网型直驱风机在受到外部扰动时出现的频率和功率波动较大的问题，文中提出一种基于惯量和阻尼自适应的主动频率支撑控制策略。首先，建立风机系统的数学模型和小信号模型；其次，利用特征根轨迹分析，探讨网侧控制环节中关键参数对系统频率响应特性的影响，进而提出参数自适应调节的频率支撑控制策略；最后，通过MATLAB/Simulink仿真平台，验证小信号建模的准确性和所提控制策略的有效性。仿真结果证明，所设计的控制策略能够有效降低系统在扰动下的频率和功率波动幅度。

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风力发电机内部配储系统通常需要采用DC/DC变换器连接到直流母线，而采用传统比例积分（proportional integral，PI）控制的储能DC/DC变换器由于动态性能不佳，在电网惯量/频率支撑过程中易导致母线电压跌落较多甚至产生欠压停机的风险。文中提出采用自抗扰控制对LLC型储能DC/DC变换器的抗扰性能与动态性能进行提升，并利用改进灰狼算法对自抗扰控制器的6个核心参数进行离线自寻优。改进灰狼算法将动态邻域搜索引入到传统灰狼算法的位置更新策略中，有效提升了自寻优算法的收敛速度。所提改进灰狼优化自抗扰控制方法能够缩短母线电压恢复时间，快速协调配储风机和电网之间的能量交换，有效提升配储风机的母线电压稳定性和惯量/频率支撑能力。MATLAB/Simulink仿真结果验证了文中所提控制方法的可行性和有效性。

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虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）控制的构网型变流器能为新能源并网提供一定的惯量和阻尼支撑。然而，VSG控制环节产生的功率耦合问题会引起系统频率振荡，严重时会威胁系统安全。针对多台VSG并网时的功率耦合交互对频率振荡的影响机理不清晰的问题，文中提出一种考虑功率耦合的多VSG并网系统阻抗建模方法，并结合参数变化分析频率的振荡特性。首先，分析单VSG并网的功率耦合机理，并基于此建立多VSG并网系统的阻抗模型，揭示多VSG下输出角频率主要受自身功率、交互功率和电网角频率影响。其次，提出一种基于动态相对增益矩阵的方法，定量分析系统参数变化对VSG间交互影响的大小，得到高、低频段下多VSG系统参数变化对系统耦合交互的影响趋势。最后，在PSCAD中构建3台VSG并网系统模型，并通过时域仿真验证理论分析的准确性。

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随着大量新能源通过电力电子变流器接入电网，电力系统面临惯性降低、抗扰和暂态支撑能力下降等问题，构网型变流器的自主同步和主动支撑特性可以有效提升新能源并网稳定性和系统支撑能力。暂态电压扰动下构网型变流器并网控制策略与设备及系统的稳定性存在紧密联系，文中重点关注电网电压跌落的扰动场景，围绕构网型变流器暂态控制策略展开综述。首先，归纳目前典型的构网型变流器同步控制策略；其次，揭示构网型变流器过电流的产生机理并分析变流器暂态期间的过流和支撑特性；然后，将当前构网型变流器暂态控制策略分为两类进行梳理，并对比讨论两类控制策略的原理、研究现状和优缺点；最后，展望未来高比例新能源电力系统中构网型变流器并网问题的研究方向。

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随着大规模分布式发电设备逐步取代传统的同步发电机，并网系统面临着惯性缺失、电压和频率稳定性下降等一系列挑战。构网型控制技术的引入为分布式发电设备赋予了必要的惯性和频率支持能力。在构网控制技术领域，虚拟同步发电机技术虽已得到广泛应用，但其依赖的传统比例积分（proportional integral，PI）控制策略存在抗干扰能力弱、暂态稳定性不足等问题。针对这些不足，文中在构网型光储系统中提出了一种改进的滑模自抗扰控制策略，并将其应用于系统电压外环以提升系统性能。其中，分数阶扩张状态观测器的设计增强了系统对内部状态的观测能力，而所设计的定时收敛滑模控制器，凭借其能够定时收敛至平衡点的特性，有效抑制了传统滑模控制中的抖振现象，从而显著增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后，在MATLAB环境中构建仿真模型并进行实验验证，仿真与实验结果一致表明，文中提出的控制策略有效减少了系统的暂态电压波动，并加快了系统响应速度，对系统性能的改善起到了积极的作用。

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随着高比例新能源的接入，同步机不断被替代，一方面导致系统惯量降低，另一方面短路故障下新能源的低电压穿越特性可能导致系统承受短时性功率扰动，使电网频率快速跌落，而频率紧急控制作为保障电网故障后频率安全的重要手段，可能出现由动作不及时或动作量不当引起的系统高频或低频问题。为此，文中首先建立计及频率紧急控制的频率响应模型，研究典型工况下紧急控制的有效性边界，进一步建立考虑频率紧急控制与构网型新能源的频率响应模型。然后，在此基础上，综合分析新能源不同功率备用、下垂控制系数等调频参数对频率紧急控制有效性的影响，给出确保紧急控制有效的构网型新能源的调频性能要求。最后，在IEEE 10机39节点系统中验证了所提频率模型及紧急控制有效性边界的合理性。结果表明，构网型新能源参与调频能有效提升紧急控制有效性边界，且其功率备用对频率紧急控制的上下边界影响较大。

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针对构网型储能接入以新能源为主体的新型电力系统中，由于新能源发电的不稳定导致电网电压跌落，进而引起构网型储能在暂态过程中出现功角失稳和过电流的问题，文中提出了基于功角偏差反馈的暂态功角稳定控制策略。首先，构网型储能采用虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）控制，并基于VSG控制建立构网型储能模型。其次，通过VSG功角特性分析有功功率、功角稳定及输出电流之间的关系，并结合相图理论深入分析功角失稳的原因。在此基础上，以功角稳定范围和有功功率偏差为依据，设计了功角偏差反馈系数自适应调节策略。该策略通过功角偏差反馈来控制有功功率偏差，进而抑制功角增大，保持功角稳定，并有效抑制过电流。最后，通过时域仿真验证了理论分析的正确性及文中所提控制方法的有效性。

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为了在新能源机组组合时充分发挥其灵活调节能力，弥补新能源接入造成的系统惯量缺失，文中以构网型新能源惯量支撑与一次调频能力为基础，采用新能源减载存储备用容量的手段，构建计及动态频率约束及新能源构网控制参数的机组组合模型，并将该非线性混合整数规划模型转化为多目标双层优化问题进行迭代求解，从而获得满足系统频率约束条件的同步机最优开机方式以及新能源最优减载量与对应的控制参数。以甘肃某风电高占比送端电网为例进行仿真验证分析，算例结果表明，与现有仅考虑频率约束的方案以及恒定构网控制参数的机组组合方案相比，文中所提可变构网控制参数的机组组合方案在频率安全约束条件下能进一步提升系统运行经济性和新能源利用率。

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电网故障时，构网型变流器容易暂态失稳而导致脱网。现有的方法对于构网型变流器故障穿越控制的研究较为全面，却鲜有分析功率环差异性及交互作用对暂态稳定性的影响。因此，文中基于几种功率同步型控制环，推导了适用于暂态工况的构网型变流器表达式和功率环模型，所提表达式能建立桥梁来分析控制环差异性对暂态稳定性的影响。其次，分析了构网型变流器功率环差异性对控制参数取值的影响，阐明了有功环的差异呈现为控制参数的缩放，无功环的差异体现在控制结构及参数的变动，进而导致不同的暂态特性。然后，描述了有功环和无功环差异性呈现出的相互作用，惯量促进了有功环对无功环的耦合，电压修正系数缓和了无功环对有功环的恶化。最后，归纳得到提高阻尼降低惯量有利于提高暂态功角和频率稳定性，较小的比例、积分参数和较大的电压修正参数有利于提高暂态电压稳定性的设计结论。

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针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）在弱电网下高低压故障穿越问题，文中提出包含整体、相间、上下桥臂均压和改进锁相环（phase-locked loop，PLL）、多谐振控制的多环节控制策略。首先，改进双二阶广义积分器（double second-order-generalized integrator，DSOGI）的前置滤波环节并在PLL中采用非线性比例积分（proportional integral，PI）控制；其次，基于功率再分配提出弱电网下MMC的电容电压均衡控制方法，通过控制桥臂电流中的直流成分，实现子模块有功功率的再分配；然后，考虑上、下桥臂损耗不一致或参数不对称的工况，采用上、下桥臂有功功率再分配的方法改进传统的上、下桥臂均压控制。仿真结果表明，所提控制策略能够实现系统的故障穿越不间断运行，解决高低压穿越时PLL检测相位和频率不准确的问题以及三相电压不平衡导致的电流不平衡问题。

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分布式资源大规模并网要求配电网的灵活调控能力不断增强，如何充分利用多层级灵活性资源协助系统运行成为目前亟待解决的问题。为此，文中提供一种支撑多种资源接入配电网的分级自治协同策略。首先，分析多层级下灵活性资源特性，对分布式资源出力采用概率模型以减少其不确定性因素影响。其次，构建主变-馈线-台区分层分区优化调度模型，台区层进行内部自治并将等值结果传递给馈线层，馈线层基于网络架构和资源运行特性进行区域划分，实现兼顾系统安全性和经济性的主配协同优化，并采用基于谱惩罚参数的自适应交替方向乘子法（spectral penalty parameter based adaptive alternating direction method of multipliers, SPPA-ADMM）进行求解。最后，选用改进的IEEE 33节点算例进行仿真，仿真结果表明文中所采用的并行控制方式能有效提高优化求解的效率，验证了所提策略对多种分布式资源分级接入配电网运行调控具有指导意义。

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随着新型电力系统建设的持续推进，不确定性影响日益增强，因此亟须提升电力系统的灵活性，以快速响应源荷功率波动，保证系统的安全稳定运行。为此，文中以分布式资源为切入点，对计及分布式资源的新型电力系统灵活性提升方法进行综述。首先，从新型电力系统固有特征出发，分析提升新型电力系统灵活性所面临的挑战与技术瓶颈；接着，沿着历史-当前-未来的时间脉络，分别从灵活性量化评估、灵活性优化调度、灵活性配置规划3个角度综述新型电力系统的灵活性提升路径；最后，针对上述角度，归纳总结新型电力系统灵活性提升所面临的关键难题。

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大规模风电场及电力电子设备的接入使得电网总惯性降低、频率调节能力下降，因此需要包括风电系统在内的新能源系统提供足够的惯性支撑，以保障频率稳定与安全。风电系统可利用风机转子动能或直流侧电容的静电能为电网提供虚拟惯性。然而，如何协同利用这两种资源以实现资源的优化以及高效的惯性支撑，是当前研究的难点。此外，风电系统直流电容参与提供虚拟惯性可能导致直流电压持续偏离额定值，从而难以应对后续可能出现的扰动，限制了风电系统的持续调频能力。为此，文中提出一种考虑电压恢复的风电系统改进分段协调频率控制方法。首先，构建了考虑风机转子和直流电容提供虚拟惯性的风电系统分段协调频率控制。然后，提出了一种考虑直流电压恢复的新型直流电容虚拟惯性控制，并在此基础上形成了改进的分段协调频率控制方法。最后，通过PSCAD/EMTDC进行仿真分析，结果表明所提出的控制方法不仅实现了直流电容参与提供虚拟惯性，而且能够在不影响风电系统整体惯性支撑能力的前提下快速恢复直流电压。该方法优化了调频资源的利用，提高了风电系统在连续频率扰动下的支撑能力。

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针对新能源电力系统中源荷不确定性导致的系统调度灵活性严重不足问题，文中提出了一种考虑源荷不确定性的电力系统两阶段鲁棒优化模型。根据源荷不确定性特征，结合K-means法和鲁棒优化理论，在多时间尺度对电力系统灵活性需求进行量化。首先，建立日前鲁棒调度模型，充分挖掘火电机组、抽水蓄能等资源的灵活调节潜力，将火电灵活改造及抽水蓄能抽发状态作为模型的第一阶段决策变量，各灵活资源的出力作为第二阶段决策变量，并以灵活改造成本、碳排放成本及运行成本最小为优化目标。其次，在模型求解中，将所建立的两阶段鲁棒模型转化为相对独立的主问题和子问题，并采用列与约束生成（column and constraint generation，C&CG）算法和强对偶理论反复迭代，以逼近最优解。最后，通过算例验证，所提出的优化调度策略在满足灵活性需求的基础上，统筹各类资源，实现了系统中经济性、环保性、灵活性的均衡，并增强了对源荷不确定性风险的抵御能力。

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针对多端柔性直流电网（multi-terminal direct current grid based on modular multilevel converter, MMC-MTDC）故障诊断存在的人工整定阈值过程复杂、高阻故障不易检测的问题，提出一种基于行波特征的诊断方法。首先，通过分析系统的故障特征，得出边界元件对高频信号的阻滞作用；其次，利用经验模态分解（empirical mode decomposition, EMD）对功率进行分解，得到本征模态函数（intrinsic mode function, IMF）分量，将其能量值作为故障特征量训练由卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）和双向门控循环单元（bidirectional gated recurrent unit, BiGRU）组成的CNN-BiGRU网络；然后，采用开普勒优化算法（Kepler optimization algorithm, KOA）和注意力机制（attention mechanism, AM）对CNN-BiGRU网络进行改进，实现MMC-MTDC的故障诊断；最后，在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。结果表明，该方法不仅可以实现母线故障和线路故障的检测，还可以在满足保护可靠性和速动性的前提下, 解决高阻故障保护易拒动的问题。

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负荷聚合商在整合管理空调负荷资源时，应充分考虑定变频空调群体特性与不同场景用户互动意愿对可调潜力的影响。首先，在深入分析定变频空调差异化工作状态的基础上，面向工程应用构建2种空调单体模型与聚合模型。其次，针对不同场景、不同日类型以及分时电价下的用户互动意愿开展定量分析，提出考虑互动意愿的空调可调潜力计算模型。然后，基于用户互动意愿度计算得到多场景可调温度区间，将其作为约束条件，构建调控策略优化模型，运用融合鱼鹰和柯西变异的麻雀搜索算法（osprey-Cauchy-sparrow search algorithm，OCSSA）求解得出多场景定变频空调调控指令。最后，算例分析结果表明，所提调控方法能够正确计算得出较高精度的温度调控指令，最终调控结果满足预设削减负荷指令要求。文中所提方法在充分考虑用户互动意愿差异性的前提下，能够自适应且准确地实现多场景定变频空调群调控。

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随着光伏（photovoltaic，PV）和电动汽车（electric vehicle，EV）的加速普及，配电网面临着电压越限、电压波动等问题。一方面，传统的调压资源响应速度慢、寿命有限，无法快速响应由PV和EV产生的临时电压。另一方面，EV和PV分别通过充电桩和逆变器与电网相连，其全控型功率变换器具有实时调整运行参数的能力，使EV和PV成为配电网中理想的无功电压支撑资源。为了充分发挥EV和PV的无功电压支撑能力，文中提出配电网电压调节的两阶段控制方法，包括日前和日内控制阶段，其中日前控制阶段通过全局优化算法给出有载调压变压器和电容器组的日前运行方案从而避免潜在的电压越限问题，日内控制阶段则依据EV和PV的实时运行状态对其无功输出进行实时滚动调节，通过无功补偿的手段尽可能降低配电网节点电压偏差和平抑电压波动。最后，在修改后的IEEE 123节点配电网系统中通过算例仿真验证了所提配电网电压两阶段控制方法的有效性。结果表明，EV和PV的无功补偿能力可在一定程度上改善配电网的节点电压分布。

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准确有效监测气体绝缘设备（gas insulated equipment，GIE）内部SF₆分解组分对设备故障诊断及状态评估具有重要意义。但现有外置检测方法受采样点和设备内组分扩散速率限制，难以精确掌握设备内组分浓度。为此，文中提出一种基于表面涂覆微纳光纤（micro/nano fiber，MNF）的SF₆分解组分SO₂检测方法，具有应用于GIE内置光纤传感在线监测的潜力。基于密度泛函理论分析石墨烯的光学气敏响应性能，搭建光纤环形腔衰荡（fiber-loop ring-down，FLRD）气体检测系统，开展典型SF₆分解组分检测实验。仿真结果表明，石墨烯在吸附SO₂气体分子后，光学特性变化较为显著，说明其对SO₂具有良好的光学气敏响应性能。实验结果同样发现，该气体检测系统可实现常温下低浓度的SO₂气体检测，在0~200 μL/L浓度范围内呈现良好的线性关系，SO₂检测最大相对误差为4.89%，灵敏度为0.81 ns/（μL·L^–1）；而增加光纤放大器可以有效提升检测性能，系统灵敏度达到1.24 ns/（μL·L^–1）。文中所提检测方法为GIE内置式光纤传感在线监测SF₆分解组分提供了一种新的思路。

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针对现有的并联保护间隙不能主动熄灭电弧，导致输电线路供电可靠性下降的问题，提出一种利用工频续流流过线圈产生磁场，通过电磁力带动活塞压缩空气，喷射出高速气流灭弧的方法，设计双端电磁气吹分段灭弧装置。根据磁流体动力学理论建立有限元仿真模型，并对该装置灭弧过程进行仿真分析。结果表明：该装置产生的灭弧气流最大速度可达330 m/s，从上下两端快速作用于电弧，在高速气流作用下，电弧逐渐变细进而打破动态平衡，电弧弧柱温度在3 ms内下降到2 000 K，将电弧通道掐断，从而实现“建弧无通道”的灭弧效果，使电弧在3 ms内快速熄灭，灭弧时间仅为未安装该装置前的9%。因此，该装置可大大缩短灭弧时间，提高电力系统的供电可靠性。

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局部放电会对电气设备绝缘性能构成严重威胁。流注放电是高压领域气体放电的主要形式，也是气隙放电研究中的关键问题。电力设备在运行过程中会受到湿度、气压等外部环境的影响，因此研究不同外界条件对绝缘缺陷放电的影响对高海拔（低气压）和高湿度地区输电线路及输变电设备的设计和运行有重要意义。文中分析国内外外部条件对放电过程影响的研究现状，基于流体动力学模型，在COMSOL环境下建立尖端缺陷流注放电仿真模型，并利用该模型研究间隙距离为3 mm的尖端缺陷的流注放电过程在外界条件变化下的影响情况。研究结果表明，气压下降会加速流注传播速度，稍降低流注头部电场强度最大值，并加剧流注放电电离程度；湿度升高会加速流注传播速度，对流注头部电场强度最大值影响不大，但会加剧流注放电电离程度。以流注头部距离阴极1.5 mm为例，气压由101.325 kPa下降至81.060 kPa，会导致流注传播速度加快0.56$ \text{×}{\text{10}}^{\text{6}} $ m/s，头部电场强度减少0.633$ \text{×}{\text{10}}^{\text{6}} $ V/m，头部光强度增加1.675$ \text{×}{\text{10}}^{\text{28}}\;{\text{m}}^{{-3}}$/s；湿度由3.04 g$ \text{/}{\text{m}}^{\text{3}} $上升至13.04 g$ \text{/}{\text{m}}^{\text{3}} $，会导致流注传播速度加快0.08$ \text{×}{\text{10}}^{\text{6}} $ m/s，头部电场强度减少0.015$ \text{×}{\text{10}}^{\text{6}} $ V/m，头部光强度增加0.865$ \text{×}{\text{10}}^{\text{28}}\;{\text{m}}^{{-3}} $/s。