传递函数

针对风电并网时的随机波动功率、负荷频率控制(load frequency control, LFC)系统参数变化所引起的电力系统频率稳定问题，提出了一种基于智能优化算法与改进目标函数的互联电网LFC系统最优PID控制器设计方法。首先，分析了基于PID控制的含风电互联电力系统LFC闭环模型。其次，在时间乘误差绝对值积分(integral of time multiplied absolute error, ITAE)性能指标的目标函数中考虑了区域控制器的输出信号偏差，对优化目标函数进行改进。采用性能优良的多元宇宙优化(multi-verse optimizer, MVO)算法先计算后验证的思路，寻优获得最优PID控制器参数。最后，以两区域4机组互联电力LFC系统为例，仿真验证了基于MVO算法结合改进目标函数所获得的PID控制器，比基于MVO算法所获得的PID控制器，对阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、风电功率偏差扰动以及系统的参数变化，具有相对较好的鲁棒性能。并且，对控制器参数也具有相对较好的非脆弱性指标。

为分析贫预混旋流燃烧室头部结构特性影响，采用计算流体力学方法研究了中心体端面形状、空气流量，燃料喷孔数量、位置，以及头部扩张比对燃烧火焰、流场及火焰动态响应的影响。结果表明：空气流速增大到一定值后， 火焰形态基本保持不变；增加压力面燃料孔数量，高放热率区集中在中心回流区根部，同时增加压力面和吸力面燃料孔数量使得中心回流区根部温度更低，有降低热力NO x 的趋势；增加火焰筒直径，有助于中心回流区沿径向扩张，导致火焰更长、更细；将中心体端面改成椭圆，会缩短火焰轴向长度；改变中心体端面形状基本不影响火焰传递函数幅值和相位，但增加燃料孔数量明显改变火焰传递函数相位。

针对新能源随机激励引发特高压联络线功率振荡向外部电网传播的问题，提出一种基于自适应准谐振控制的储能抑制广义强迫振荡传播方法。首先，建立了含有储能系统(energy storage system, ESS)的电力系统等效模型，分析了在随机激励下，ESS输出功率对广义强迫振荡通过特高压联络线向外部电网传播的影响机理。其次，利用自适应准谐振控制器对广义强迫振荡信号进行无差跟踪，并对ESS有功功率指令进行修正。在此基础上，利用系统功率传播的传递函数，分析了自适应准谐振控制对广义强迫振荡传播的抑制机理，并将其与传统谐振控制进行对比。最后通过仿真验证了分析的准确性，结果表明：在控制方向与振荡传播方向相同时，自适应准谐振控制能够有效阻断广义强迫振荡的传播；反之，则无法完全抑制广义强迫振荡，但能够显著降低振荡的幅值。

为提升高比例风电渗透下电力系统的频率稳定性，同时解决风储联合系统调频过程中参数间相互影响难以兼顾导致系统调频控制性能不佳的问题，提出一种基于改进型线性自抗扰控制策略(linear active disturbance rejection control, LADRC)的构网型(grid-forming, GFM)储能调频控制策略。首先，在传统应用LADRC对角频率进行快速控制的基础上，引入有功差额补偿，加速有功指令响应速度，消除参数互耦。同时，针对构网型储能调频控制策略参数影响规律，分析了角频率和参考功率至输出功率的小信号模型，推导控制环节传递函数，实现对系统调频性能优化。最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建风储联合系统仿真模型，对不同控制策略在不同工况下电网频率和储能出力的变化情况进行对比分析。结果表明，所提控制策略有效提升复杂工况下风储联合系统对电网频率的支撑能力。

目前电磁时间反演(electromagnetic time reversal, EMTR)多应用在单一线路故障定位，且现有判据在高阻抗接地情况下效果不理想。针对上述问题，基于EMTR故障定位原理和均匀传输线理论推导了传播过程中线路故障信号与测量信号的传递函数，根据传递函数的相关性提出了P范数判据。利用ATP-EMTP搭建10 kV配电网线路，对比了2范数与P范数判据在复杂配电网中的定位性能，并验证了所提判据在混合配电网线路的适用性。最后，分析了配电网发生低阻抗及高阻抗接地故障下P范数判据的鲁棒性。仿真结果表明，该方法在过渡电阻高达3 kΩ的情况下能准确定位，且定位精度高，受噪声、故障类型和采样频率的影响小。

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求，数模–动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点，成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性，对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数，分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大，并通过所搭建的混合仿真系统进行实验，实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

电力变压器作为电能转换的一次设备，在电力系统中有着十分重要的地位，并被称为电力系统的心脏。变压器的安全稳定运行对电网的可靠性及稳定性具有重要意义。随着我国电网容量的不断增大，短路容量相应增加，变压器出口短路形成的冲击电流所产生的巨大电磁作用力，会对变压器绕组的机械强度和动稳定性构成严重威胁。若不及时对故障变压器进行维修，不仅会损害变压器，更会对电网的正常运行造成影响，甚至导致电力系统崩溃。 变压器突发短路故障时，其绕组内会流过较大短路电流，在漏磁场的作用下对绕组产生较大电动力，进而导致绕组发生松动或变形。现有研究表明，变压器绕组变形具有累积效应，若不及时发现并修复松动或轻微变形故障，则当绕组松动或变形积累到一定程度后，会使变压器的抗短路能力大幅下降，较易引发重大事故。同时，绕组的松动或变形还会导致线圈内部局部绝缘距离发生变化，使局部出现绝缘薄弱点。当遇到过电压时，绕组可能发生饼间或匝间短路，或者由于局部场强增大而引起局部放电，随着绝缘损伤部位的逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿事故，进而进一步扩大事态。因此，在运行过程中，当变压器经历了外部短路事故或进行常规检修时，如何有效诊断变压器绕组是否存在松动，进而判断变压器是否需要进行检修处理是保障变压器安全运行的重要措施。 变压器绕组变形检测是目前变压器的常规试验项目之一，最常用的检测方法主要有两种：一是短路阻抗法，由于变压器的短路阻抗反映的主要是变压器绕组的漏抗，而变压器漏抗由绕组结构决定，一旦变压器绕组发生松动或变形，变压器的漏抗也会发生相应改变，因此，通过对变压器的短路阻抗进行检测可间接反映变压器绕组是否发生了松动或变形，但该方法灵敏度较低，故障检出率较低，只能在变压器线圈整体变形较为严重时得到较为准确的诊断结果。二是频响法，将变压器绕组视为分布参数网络，并在频域由传递函数描述其特性，当绕组发生局部机械变形后，其分布参数发生相应变化，进而改变网络传递函数，因此，通过分析变压器绕组的网络传递函数曲线可对网络电参数进行分析，从而推断出变压器绕组是否发生松动或变形，但该方法的频响波形较为复杂，对绕组状况进行判断需要较多经验，难以形成明确的定量判据。 若将变压器绕组看作一个机械结构体，则当绕组结构或受力发生任何变化时，都可以从它的机械振动特性变化上得到反映。因此，在变压器停电状态下，给变压器绕组注入频率和幅值已知的激励信号，则可通过测试变压器箱壁上的振动信号获取绕组的振动响应来对绕组的工作状态进行检测。与前述电气测量法相比较，只要绕组的机械特性(如结构变形、预紧力松动等)发生变化，都可以从它的机械振动特性变化上得到反映，从而大大提高了检测的灵敏度。

基于连续物理模型设计的传统惯量监测方法收敛慢，难以准确追踪具有时变特性的虚拟惯量。考虑现代电力系统测量装置输出离散数据的特点，提出一种基于离散信息模型的电力系统汇集点惯量在线监测方法。首先，基于连续时间系统中含惯性常数的数学模型，构建Z域中的等效电机离散传递函数。其次，基于Z域中传递函数的数学结构，采用回归法构造另一等效电机离散传递函数，并在此基础上提出了汇集点等效惯性常数计算方法。最后，采用改进的IEEE9节点系统进行仿真，验证了所提方法的时效性和准确性。研究结果表明，基于离散信息模型的惯量在线监测方法能够在全运行状态下准确测量电源汇集点的转动惯量与虚拟惯量。

风电、光伏与同步发电机(synchronous generator, SG)间动态交互，影响电力系统稳定性。基于阻尼系数灵敏度，研究了风光并网电力系统动态交互过程与稳定提升方法。首先，基于线性化表达验证了风光机组对SG暂态响应存在影响。其次，建立电力系统闭环传递函数模型，分析风光机组与SG间的动态交互过程。新定义风光机组向SG提供阻尼系数，以量化风光并网对电网振荡的影响。然后，提出阻尼系数对风光出力灵敏度的解析表达，作为内点法梯度信息，调整风光出力以改善电网稳定性。最后，仿真验证表明，调节风电(光伏)出力可提高光伏(风电)场站相关危险模式的阻尼，改善电网稳定性。以灵敏度作为梯度信息，可提高优化算法的计算效率与准确性，优化前后功角平均振幅分别为25.1589°、18.0165°。

项目针对变压器冲击耐压试验在现场实施难度巨大，缺陷难以辩识等问题，提出了变压器感应式振荡型冲击耐压试验方法、绝缘状态的传递函数判断方法、局放检测与信号辨识方法，并进行了研究与应用，实现了对变压器绝缘状态的有效诊断。成果显著提高了变压器绝缘性能试验效率和绝缘状态诊断准确性，有效避免了设备事故，缩短了现场试验时间，减少了停电成本，有力保障了设备的安全经济运行，对开展电气设备相关技术的研究具有引领作用，在推动电网状态检修技术进步和提升设备全寿命管理水平方面具有重要意义。