基于解耦调制的电力系统稳定性容错控制技术

针对传统容错控制技术诊断故障准确率低、不能有效维持电力系统运行的稳定性,提出基于解耦调制的电力系统稳定性容错控制技术。从传动模块和电机模块2个方面搭建系统运行模型,并在该模型下设计安装解耦容错控制器。收集电力系统的实时运行信号数据,利用故障诊断方法来判断电力系统是否存在故障问题。将故障诊断结果作为容错控制的启动信号,当诊断结果为存在故障时,利用解耦调制方法处理电力系统故障电机,从而实现电力系统的稳定性容错控制。实验证明：该方法电力系统故障诊断准确率较传统方法高,且应用设计的容错控制技术后,电力系统的电压、电流与功率的波动范围均有所减小,该技术可以有效保证电力系统的稳定运行。     

燃煤电厂协调控制系统故障诊断与容错控制应用研究

基于多模型自适应滤波技术和线性二次型最优控制提出了电厂锅炉汽机协调控制系统的故障诊断和容错控制方案。建立了包含协调控制系统正常和可能发生的各种故障模式的系统模型集，并根据系统模型集以及系统实时输入输出数据进行多模型自适应滤波，从而实现故障诊断；然后根据故障诊断结果以及针对每个模型设计的线性二次型最优基本控制器，实现控制律的在线重组和主动容错控制。最后将上述故障诊断和容错控制方法应用于某300MW燃煤电厂协调控制系统中，仿真结果表明算法的有效性。     

直流输电MMC变流器容错研究进展

对模块化多电平变流器(MMC)进行容错控制可提高MMC-HVDC系统的可靠性。介绍了MMC容错原理,从故障类型、子模块特性、容错策略、故障检测等方面阐述了现有的MMC容错研究成果和进展,指出了现有成果的优缺点,分析了存在的问题。指出MMC大范围应用已成为一种趋势,确保MMC的安全运行,缩短其子模块故障检测时间、提高容错运行可靠性以及降低容错运行控制策略的复杂性将成为今后研究重点。     

三电平单元电力电子变压器容错运行技术

基于三电平单元的电力电子变压器具有功率模块少、功率密度高等优点,在数据中心不间断电源、铁路配电系统、超级充电站等场景中应用前景广阔。然而,电力电子变压器中开关器件多,器件故障引发的故障模块切除动作将导致系统容量损失,易引发系统失稳、故障越界等问题。针对该问题,文中提出了一种基于故障模块、故障相与非故障相协同的三电平容错运行技术。首先,采用开关组合列举法分析了不同故障类型下三电平单元H桥的共性故障结果,并基于部分器件旁路实现了故障模块重构和容错运行。其次,提出了相内协同控制策略,实现了故障模块电容电压的稳定与均压控制,并通过相间协同控制实现线电压平衡,共同保障电路正常运行。最后,针对不同故障结果提出具体的容错控制方法,并通过仿真验证了所提容错方法的有效性。仿真结果证明了容错控制下电力电子变压器能稳定运行。     

MMC子模块故障运行特性分析与容错控制策略研究

随着模块化多电平变流器(MMC)在高压直流输电领域应用的增多,其故障下的容错运行控制问题也显得愈来重要。针对MMC子模块故障下的容错运行问题,以平均开关状态模型为出发点,建立了适用于不同子模块故障类型下稳态特性分析的通用数学模型。基于该模型,对不同子模块故障类型下的运行特性进行了分析与总结,并针对子模块故障下容错运行的环流抑制问题,设计了适用于不同子模块故障类型的通用容错环流抑制器(GFCCS)。最后,以两种不同的子模块故障类型为算例分析背景进行了仿真与实验分析,结果表明了该通环流抑制器设计有效,能够同时实现不同子模块故障类型下的环流抑制。     

三相四开关有源电力滤波器的容错控制技术

设计了基于dq电流谐波检测法、电流矢量轨迹斜率故障诊断法以及模糊自适应PR控制的容错型有源电力滤波器,并提出了利用电压差值前馈补偿方法消除直流母线中点电位偏移。搭建了容错型三相四开关有源电力滤波器的整体模型和实验平台,研究其在故障发生前、故障发生后以故障状态运行与故障发生后以拓扑重构状态运行时对谐波的补偿性能。结果表明,所设计的容错型有源电力滤波器在故障前与故障后拓扑重构运行时均有良好的谐波补偿效果。     

模块化多电平直流变压器容错控制策略

为了提高模块化多电平直流变压器子模块故障后的容错能力,该文提出一种基于单侧双重移相控制的模块化多电平换流器（MMC）型直流变压器容错控制策略。首先,针对MMC-H桥型直流变压器,分析了双重移相控制下的工作原理与功率模型,研究了发生子模块不对称故障后的系统运行特性,揭示了旁路故障子模块导致系统桥臂电压不对称、子模块电压不稳定与环流波动的机理;然后,以单侧双重移相控制为基础,将一次侧桥臂内和桥臂间的移相角作为控制量,提出一种MMC型直流变压器容错控制策略,通过平衡故障桥臂平均子模块电压,解决桥臂不对称引起的系统不稳定问题,抑制了桥臂环流波动;最后,在Matlab/Simulink平台搭建了每个桥臂10个子模块的变压器模型,对单侧双重移相下的稳态控制与子模块故障后的容错控制进行仿真,验证了所提容错控制策略的有效性。     

基于级联多电平变换器的固态变压器冗余设计的容错控制研究

应用固态变压器的综合能源互联系统的可靠性与组成固态变压器的级联多电平变换器的可靠性紧密相关。冗余变换器模块的引入使得固态变压器具备了承受元件故障的能力,从而提高了固态变压器以及相关电网的可靠性。基于可用于综合能源系统以及主动配电网的固态变压器,提出了一种基于冗余子模块的容错控制策略。对几种冗余配置的容错控制策略以及运行原理进行对比研究,基于Saber仿真平台对由级联多电平变换器模块组成的单相九电平固态变压器进行建模,并对所提出的冗余子模块容错控制方法进行了仿真。其仿真结果证明所提出的冗余子模块容错控制策略可以减少故障引起的用户侧电力中断时间以及降低对固态变压器设备的损害。     

模块化多电平换流器子模块故障冗余容错控制策略

阐述了模块化多电平换流器(MMC)子模块故障类型,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障、直流电容故障和控制信号故障。分析比较了3种子模块冗余容错方案的优缺点,选择采用对MMC影响较小的子模块热备用的冗余容错方案。该方案的缺点是MMC运行于不对称状态,导致MMC直流电流出现波动。为此,在推导MMC冗余运行状态的基本数学模型、得出桥臂能量数学表达式的基础上,提出了基于桥臂能量平衡的冗余容错控制策略来抑制直流电流的波动。在时域仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了61电平MMC模型,仿真结果验证了提出的冗余容错控制策略的有效性。     

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。     

容错控制在电力系统中的应用研究综述

对容错控制在电力系统中的应用研究进行了综述,简要回顾了容错控制的发展历程,阐述了电力系统中容错控制研究的意义和价值,分析了电力系统中应用容错控制的特点,较全面地介绍了其在励磁系统、调速系统、高压直流输电系统、监控系统、FACTS装置和继电保护装置中的应用研究现状。根据电力系统的特点和要求,指出了容错控制研究目前存在的问题和未来发展方向。     

城市电网故障诊断系统

建立在综合自动化基础上的无人值班变电站的控制中心是城网发展的必然趋势 ,这些控制中心已为值班人员提供了对系统监视、管理和控制的手段。利用控制中心SCADA系统的资源 ,开发故障诊断系统 ,为值班人员提供故障诊断 ,对保证系统安全运行 ,提高供电可靠性具有实际意义。本文分析了电网故障时所表现出的故障征兆信息 ,提出了依据开关和保护动作信息以及部分电气量的诊断故障的方法 ,该方法不局限于具体电力系统结构 ,具有较好的通用性     

Active fault‐tolerant control system design with trajectory re‐planning against actuator faults and saturation: Application to a quadrotor unmanned aerial vehicle

During the past 30 years, various fault‐tolerant control (FTC) methods have been developed to address actuator or component faults for various systems with or without tracking control objectives. However, very few FTC strategies establish a relation between the post‐fault reference trajectory to track and the remaining resources in the system after fault occurrence. This is an open problem that is not well considered in the literature. The main contribution of this paper is in the design of a reconfigurable FTC and trajectory planning scheme with emphasis on online decision making using differential flatness. In the fault‐free case and on the basis of the available actuator resources, the reference trajectories are synthesized so as to drive the system as fast as possible to its desired setpoint without violating system constraints. In the fault case, the proposed active FTC system (AFTCS) consists in synthesizing a reconfigurable feedback control along with a modified reference trajectories once an actuator fault has been diagnosed by a fault detection and diagnosis scheme, which uses a parameter‐estimation‐based unscented Kalman filter. Benefited with the integration of trajectory re‐planning using the flatness concept and the compensation‐based reconfigurable controller, both faults and saturation in actuators can be handled effectively with the proposed AFTCS design. Advantages and limitations of the proposed AFTCS are illustrated using an experimental quadrotor unmanned aerial vehicle testbed.Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种基于故障录波信息的调度端电网故障诊断系统

顺应电力系统自动化的发展潮流,开发了一种基于故障录波信息的调度端电网故障诊断系统软件,总体上分为数据库模块、系统管理模块、故障诊断模块、故障信息分析模块、保护和开关动作行为评价模块等功能模块。分别介绍了各模块的工作原理,并对故障诊断模块进行了详细的分析。     

Actuator fault‐tolerant control based on set separation

In this paper, an actuator fault‐tolerant control (FTC) strategy based on set separation is presented. The proposed scheme employs a standard configuration consisting of a bank of observers which match the different fault situations that can occur in the plant. Each of these observers has an associated estimation error with a distinctive behaviour when a estimator matches the current fault situation of the plant. With this information from each observer, a fault diagnosis and isolation (FDI) module is able to reconfigure the control loop by selecting the appropriate stabilising controller from a bank of precomputed control laws, each of them related to one of the considered fault models. The control law consists of a reference feedforward term and a feedback gain multiplying the state estimate provided by the matching observer. A novel feature of the proposed scheme resides in the decision criteria of the FDI, which is based on the computation of sets towards which the output estimation errors related to each fault scenario and for each control configuration converge. Conditions for the design of the FDI module and for fault tolerant closed‐loop stability are given, and the effectiveness of the approach is illustrated by means of a numerical example. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

光伏阵列无线传感节点设计及故障诊断应用

针对现有光伏阵列的故障检测方法精度和效率不足且难以定位故障光伏组件等问题,设计了一种基于STM32的光伏阵列无线传感节点及故障诊断系统。该无线传感节点硬件以STM32F103为核心控制器,主要包括主控模块、电源模块、数据采集模块、数据通讯模块;软件端通过自定义通信协议,将测量结果通过ZigBee无线模块对数据帧可靠传输,上位机可监测到逆变器扫描光伏阵列电流-电压(I-V)特性过程中各光伏组件的电压数据。实验中人工模拟了光伏组件常见的阴影、旁路二极管短路故障,通过无线传感节点测得的电压波形,可实现光伏阵列中故障诊断与定位。实测结果表明,该系统可获取逆变器扫描光伏阵列I-V特性过程中组件电压波形,便于运维人员及时准确地定位光伏组件故障。     

基于多种诊断知识的回热系统故障诊断

多数现有的回热系统的故障诊断只是基于经验知识 ,而少数相关诊断系统也只是基于某种深知识的单一运用。然而 ,对于复杂的回热加热器设备 ,这些现有的回热诊断系统在工程使用中很容易造成误诊和漏诊。为克服现有回热诊断系统的困难和不足 ,就必须借助于多知识的运用和集成。本文建立了回热系统的故障树模型 ,给出了回热加热器和除氧器的定性微分方程 ,并将故障树分析、故障矛盾检测和故障模糊模式识别这三种深知识有机地结合在一起 ,提出了基于多知识集成的回热系统故障诊断推理控制机制 ,从而提高了回热系统诊断推理的效率和故障诊断的准确性。     

质子交换膜燃料电池电堆系统建模与控制研究

首先介绍质子交换膜燃料电池(PEMFC)的单体结构和工作原理,并针对PEMFC电堆系统的复杂性,提出PEMFC电堆系统结构,系统结构包含PEMFC反应物供应、过程调节、水/热管理、输出调节和系统控制。然后在已有的PEMFC机理模型和经验模型的基础上,详细分析PEMFC电堆系统的数学建模,给出PEMFC电堆系统结构条件的划分、变量空间的建立、参数的选择和模型辨识。最后讨论PEMFC电堆系统控制的现状和发展,研究PEMFC电堆系统控制的特点,从应用的角度出发,提出基于模糊推理控制和广义预测控制的PEMFC电堆系统控制的可行方案。     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

Fault‐tolerant control for wireless networked control systems with an integrated scheduler

This paper addresses a study of fault‐tolerant control (FTC) for wireless networked control systems (WNCSs) in industrial automatic processes. The WNCSs is composed of many subsystems, which operate with different sampling cycles. In order to meet the real‐time requirements and ensure a deterministic data transmission, the time division multiple access (TDMA) mechanism is adopted in WNCSs. The data in WNCSs are transmitted following a TDMA‐based scheduler. According to the periodicity, WNCSs integrated with the scheduler is first formulated as discrete linear time periodic systems (LTPSs). Afterwards, a fault estimation method for LTPSs is developed under a H_∞ performance specification with a regional pole constraint. With the achieved state observer and fault estimator, an FTC strategy for LTPSs is explored. Finally, the proposed methods are verified on a physical experimental WiNC platform. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.