控制工程

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倪建辉, 张菁

控制工程. 2024, 31(11): 1924-1936.

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基于多元负荷预测是综合能源系统(IES)生产计划和能源调度的前提，提出一种基于多任务双层注意力优化的时序卷积网络与双向门控循环单元相结合(TCN-BiGRU)的综合能源负荷短期预测方法。首先，将特征集通过最大互信息系数法进行相关性分析，构建不同负荷的输入特征集；然后，输入多任务学习平台进行离线训练，其中的共享层采用高效通道注意力网络(ECANet)优化的 TCN，特定任务层则采用自注意力机制优化的 BiGRU；最后，选取亚利桑那州立大学坦佩校区冬季和夏季典型日的实际数据进行在线测试。测试结果表明，对比多种深度神经网络模型，所提方法在冬季和夏季的多元负荷加权平均绝对百分比误差分别最大降低了 69.35%和 73.26%，加权均方根误差分别最大降低 70.11%和 79.46%。

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基于改进半不变量法的概率潮流特性分析

史可鉴 , 代子阔 , 徐妍 , 张东升 , 许向伟 , 闫士杰

控制工程. 2024, 31(11): 1937-1946.

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针对风光发电等分布式电源具有随机性、间歇性和相关性的问题，提出了一种改进半不变量法概率潮流计算方法，来处理风光场之间复杂的尾部相关性，并提高计算效率。首先，建立了随机变量的概率模型、风光出力模型以及风光联合分布模型；其次，考虑风光场之间的出力相关性，提出了一种基于 Rosenblatt 变换的改进半不变量法概率潮流计算方法，大大提高了潮流计算效率；最后，对接入风电场和光伏场的等效的 IEEE34 节点系统进行了仿真测试，并与基于场景削减的蒙特卡罗法概率潮流计算方法进行了对比，验证了所提方法在配电网潮流特性分析中的有效性和准确性。

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基于模糊下垂补偿的直流微源并联改进控制

包文俊, 袁毅, 何旭, 包士杰

控制工程. 2024, 31(11): 1947-1953.

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由于线路阻抗不可忽略，传统应用于直流微电网的 DC/DC 变换器的下垂控制会造成直流母线电压存在偏差，分布式单元输出电流/功率不均衡。因此，为了减小母线电压偏差并提高各单元输出电流/功率的均分程度，提出一种基于电压电流双补偿的改进下垂控制策略：利用模糊算法对电压偏差进行补偿，提升电压控制精度；同时通过相邻单元间的输出电流信息交互，精确分配各变换器的输出电流/功率。为了验证所提控制策略的可行性，分别搭建了基于双向有源桥(dual active bridge, DAB)结构的直流微电网模型，同时搭建了 2 台 DAB 并联的直流微网实物平台。仿真和实验结果证明了所提控制策略对于提升电压/电流控制精度的有效性和正确性。

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基于自抗扰技术的直流微电网分布式二次控制策略研究

杨照光 , 尚彦赟 , 宋红为 , 张永强 , 卢广旗

控制工程. 2024, 31(11): 1954-1962.

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直流下垂控制因其易于实现而被广泛应用于直流微电网。然而，下垂控制自身的局限性不容忽视。并且对于直流微电网这个不确定、强耦合和多扰动的系统来说，应对系统的不确定性也是控制方法的研究重点。因此，提出了一种新型的直流微电网分布式二次控制方案，用于实现功率精准分配和母线电压调节。在所提控制方法中将自抗扰控制技术引入到二次控制器的设计中，以提升系统应对干扰的能力。分析验证了所提二次控制方法的稳定性和控制性能。并且研究了控制参数变化对所提控制器的影响，仿真和实验证明了所提分布式二次控制方法的有效性。

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基于改进布谷鸟算法的微电网优化调度

李飞, 魏小城, 陈勇弟, 郭广森, 张建华

控制工程. 2024, 31(11): 1963-1971.

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为提高微电网日运行经济效益及环保效益，同时解决传统布谷鸟算法寻优精度差、易陷入局部最优的问题，提出了一种基于复合混沌映射的维间反向扰动学习布谷鸟算法。首先，引入统计参数映射、动态步长因子策略及指数递减惯性权重偏好游走策略以提高寻优精度和收敛速度；其次，采用动态自适应发现概率来控制全局搜索和局部搜索的切换频率。将所提算法通过 10 个典型测试函数进行仿真，结果表明改进的布谷鸟算法相比灰狼等元启发式算法具有更好的寻优精度、求解稳定性、收敛速度；最后，再将改进的布谷鸟算法用于求解微电网并网模式下的多目标优化调度问题。仿真结果表明，改进的布谷鸟算法能有效提高微电网日运行总效益及系统运行稳定性。

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计及需求响应的补光农业果园综合能源系统的两阶段调度

郭小璇 , 罗鸿轩 , 郭敏 , 潘廷哲 , 韩帅 , 徐迪

控制工程. 2024, 31(11): 1972-1978.

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综合能源系统由于有着提高能源利用率和系统经济性的特点而成为一种主流的能源管理方式。但是，现有工作中很多都只关注于能源和设备之间的协调交互而忽略了负荷在能源调度中能够发挥的作用，并且针对农业园区的综合能源系统也很少被提及。针对高耗能的补光农业果园，提出了一种计及需求响应的园区综合能源系统两阶段调度策略，让农业果园中的补光灯等可调整负荷能够参与到系统的优化调度中，并且能处理基础负荷和可再生能源供能的不确定性。通过构建补光农业果园综合能源系统中的能源设备与可调整负荷的数学模型，建立了由日前调度和日内调度构成的两阶段调度策略。最后，通过仿真实验证明了所提调度策略的有效性。

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计及源荷协调的综合能源系统日前-日内两阶段优化调度

胡福年, 周小博, 张彭成, 陈军

控制工程. 2024, 31(11): 1979-1991.

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逐步提高可再生能源发电量在总发电量的占比，构建综合能源系统(integrated energy system, IES)，并对火电机组加装碳捕集装置，同时辅之多种需求响应(demand response, DR)资源，是加快实现“双碳目标”的重要途径。针对系统碳排放量和综合成本较高的问题，提出了一种计及碳捕集、电转气(power to gas, P2G)和储碳、储液设备联合运行模式。源侧火电机组加装碳捕集装置形成碳捕集电厂，与可再生能源机组协调配合，碳捕集电厂采用综合灵活运行方式，实现碳捕集运行能耗的能量时移，并且通过细化 P2G 两阶段运行过程，提高氢能的利用效率；荷侧考虑多种 DR 资源解决碳捕集电厂的运行局限性，据此构建源荷协调的 IES 日前-日内两阶段低碳经济优化调度模型。仿真结果表明，所提调度方法能够协调源荷资源、降低系统运行成本和减少碳排放量。

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考虑 DR 的配电网电压有功无功协同优化

文星, 蔺红

控制工程. 2024, 31(11): 1992-1999.

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为解决高比例分布式电源接入配电网的节点电压波动等问题，提出了一种考虑需求响应的配电网电压有功无功协同优化控制策略。分析了影响节点电压波动的因素，进而说明了可从有功和无功的角度着手对电压进行控制；建立了以配电网有功网损最小、电压总偏差最小以及系统的综合运行成本最小为目标函数的配电网有功无功优化数学模型，并通过权重系数将其转化为单目标模型；通过改进灰狼算法对所建模型进行求解；最后，在 IEEE33 节点上进行仿真分析，证明了所搭建模型的有效性和实用性。

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多策略融合改进 AO 优化 SVM 的变压器故障诊断研究

谢国民, 齐晓亮

控制工程. 2024, 31(11): 2000-2009.

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针对变压器故障诊断精度不高的问题，提出了一种多策略融合改进天鹰优化器 (IAO)优化支持向量机(SVM)的变压器故障诊断模型。首先，采用核主成分分析(KPCA)方法对高维度据进行降维，减少数据中的稀疏性对结果的影响；其次，利用 Tent 混沌映射、动态扰动因子策略、点对称策略改善其寻优能力和收敛速度，通过算法寻优能力测试验证了其优越性；最后，利用 IAO 对 SVM 的参数寻优，克服 SVM 参数选择不良的弊端，建立变压器故障诊断模型。结果显示，与 AO、WOA、GWO 优化 SVM 相比，IAO 优化 SVM 的诊断正确率分别提升了 7.08%、9.74%、15.93%，同时，也优于最小二乘支持向量机 (LSSVM)、BP 神经网络(BPNN)、随机森林(RF)典型分类模型，验证了所建立的变压器故障诊断模型的优越性，并具有较强的泛化能力。

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基于改进 NGO 算法优化 SVM 的变压器故障诊断研究

陈忠华, 王森

控制工程. 2024, 31(11): 2010-2018.

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为解决通过油中溶解气体诊断变压器故障精确度不高的问题，提出了一种改进北方苍鹰优化(INGO)算法优化支持向量机(SVM)的故障分类模型。首先，采用主成分分析 (PCA)法对油中溶解气体体积数据降维，去除冗余信息；然后，通过引入 Singer 混沌映射、改进的野马算法搜索机制、Lévy 飞行策略多种方法改进北方苍鹰优化算法，再利用 INGO 算法对 SVM 核心参数进行优化；最后，将处理后的数据输入到 INGO-SVM 故障诊断模型中。结果表明，其诊断平均准确率为 93.5%，与 NGO、GWO、AO 优化 SVM 相比，诊断平均准确率分别提升了 3.34%、7.04%、10.12%。同时，该模型也优于极限学习机(ELM)、概率神经网络(PNN)、随机森林(RF)典型分类模型，验证了所建立的变压器故障诊断模型具有更高的精度和泛化能力。

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基于 FKPCA 与 ISO-LSSVM 的变压器故障诊断方法研究

单亚峰 , 牛元平 , 付华

控制工程. 2024, 31(11): 2019-2028.

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针对变压器故障的特点，提出一种 Fisher-Score 核主成分分析(fisher-score kernel principle component analysis, FKPCA)与改进的蛇优化算法(improved snake optimization, ISO)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的变压器故障诊断方法。该方法主要是将溶解气体分析技术与无编码比值相结合得到 21 维变压器的故障特征，将其作为 LSSVM 模型的输入，输出变压器故障诊断的类型。采用自适应因子和黄金莱维策略来对蛇优化(snake optimization, SO)算法进行改进，利用 ISO 算法对 LSSVM 模型的参数进行联合寻优，使变压器故障诊断精度最优；然后，利用 FKPCA 对 21 维变压器故障特征数据进行重新选择降维处理，加快了模型的收敛速度。结果表明该模型具有91.67%的诊断精确度，同SO-LSSVM、SSA-LSSVM、WOA-LSSVM、GWO-LSSVM 故障诊断模型相比，分别提高了 4.45%、6.11%、8.34%、11.67%。因此，该故障诊断方法可以提高变压器的故障诊断能力。

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基于不平衡高维数据特征重要性的电力系统异常检测方法

徐子东, 张镇勇

控制工程. 2024, 31(11): 2029-2035.

摘要 ( )

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为提升电力系统对攻击和异常的检测能力，提出一种基于特征重要性的数据驱动异常检测方法。首先，通过合成少数类样本过采样技术对原始数据进行预处理，调整数据集的平衡性；其次，结合邻域成分分析特征提取和“统计特性融合”特征选择方法对数据集进行特征处理；然后，采用贝叶斯优化对机器学习分类器进行参数调整；最后，在 Power System Attack Datasets 多类数据集上进行实验验证。实验结果表明，所提方法在电力系统的三分类和多分类数据集上，分别实现了 98.97%和 95.59%的分类准确率，相较于其他异常检测方法，可以有效区分攻击和故障，且在准确率和误报率上均表现得更好。

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考虑分布式新能源接入的配电网安全域分析

李可欣, 蔺红

控制工程. 2024, 31(11): 2036-2044.

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分布式新能源接入对配电网稳定性带来新的挑战，为有效判断含新能源的配电网稳定运行状态，对配电网的安全情况进行分析，提出一种考虑新能源接入的配电网安全域计算方法。首先，考虑节点电压与节点功率注入之间的关系，建立新的配电网安全边界搜索模型，采用改进鲸鱼优化算法进行求解并使用超平面来近似安全域边界，计算新能源接入配电网安全域超平面系数；其次，引入安全裕度指标，衡量运行点到安全域边界的距离；最后，通过算例分析了不同新能源渗透率下的配电网安全性。算例仿真结果表明，所提方法能快速准确搜索配电网安全域临界点，安全域超平面具有近似平行的性质，且边界随着新能源渗透率变化发生改变，在合理的位置接入容量恰当的新能源可以有效提高配电网稳定性。

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面向电力系统多重扰动的鲁棒动态状态估计方法

陈光佳 , 张镇勇 , 焦绪国 , 宋俊杰 , 万良

控制工程. 2024, 31(11): 2045-2053.

摘要 ( )

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针对电力系统面临的系统异常和网络攻击等多重扰动威胁，提出一种基于稳健 minimization maximization estimation(MM 估计)的无迹卡尔曼滤波动态状态估计方法。首先，分析了卡尔曼滤波及其拓展滤波器和鲁棒回归方法的优缺点；其次，采用统计线性化方法将系统模型线性化并推导状态向量与测量向量的批处理回归形式，设计无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)与 MM 估计的融合方法；再次，为 MM-UKF 鲁棒状态估计选择合适的权重函数以达到最有效地去除多重扰动的影响；最后，实验结果表明，相较于已有的动态状态估计方法，所提方法在应对系统异常、网络攻击时表现出更加的鲁棒性。

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面向风电机组转速量测信号缺失的弹性控制策略研究

赵世一 , 夏金辉 , 邓瑞龙 , 程鹏

控制工程. 2024, 31(11): 2054-2061.

摘要 ( )

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随着风能利用规模的不断增长，风电机组通信系统的脆弱性逐渐暴露，通信链路中时常出现一些故障或拒绝服务攻击，导致量测信号缺失。针对风电机组中转子转速量测信号缺失的问题，提出一种切换型弹性控制策略。首先，建立风电机组系统动态及故障/拒绝服务攻击模型；然后，设计神经网络观测器用于补偿故障/攻击造成的转子转速量测信号缺失；最后，设计切换型弹性控制策略以缓解故障/攻击影响，并基于 FAST 软件中 1.5 MW 风电机组进行实验验证。实验结果表明，所提弹性控制方案对于减轻故障/攻击影响、保证转子转速输出跟踪性能、延长风电机组正常使用时间具有显著的优势。

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汽轮机控制保护系统攻击建模与逻辑完整性检测

马海迎 , 李奕彤 , 袁晓舒 , 何立栋

控制工程. 2024, 31(11): 2062-2070.

摘要 ( )

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控制保护逻辑是整个汽轮机控制保护系统的核心，以往传统模型侧重于描述系统的物理属性，而对逻辑属性有所忽视。目前关于汽轮机控制保护系统的攻击大多围绕网络通信的脆弱性以及模型数据的不可靠性展开，对系统本身逻辑过程脆弱性的研究较少。鉴于此，在基于时间自动机的汽轮机控制保护系统模型基础上，建立活性与汽轮机控制保护逻辑的内在联系。其中，活性指好的事情终会发生，由此将逻辑完整性问题转换为活性完整性问题。并且针对汽轮机控制保护逻辑提出窜改控制指令参数和传感器监测阈值的攻击方式。此外，还提出了状态检测法和变量检测法，用于检测汽轮机控制保护系统逻辑完整性是否被破坏。最后，利用 UPPAAL 软件对遭受攻击前后的系统进行仿真验证。

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线性策略下梯度隐私保护方法：Stackelberg 博弈分析

孙世纪, 孙赫喆, 李渝哲

控制工程. 2024, 31(11): 2071-2079.

摘要 ( )

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机器学习模型训练过程中的隐私保护问题是实际应用中的重要问题。考虑一个包含本地数据所有者和中央参数服务器的机器学习范式，其中，数据所有者向参数服务器传输梯度进行模型更新训练。针对模型训练过程中的隐私保护问题，提出了一种基于斯塔克尔伯格博弈的隐私保护分析方法。首先，根据模型训练的特点，设计了一个数据所有者作为领导者和参数服务器作为追随者的主从博弈框架，构建了一个隐私保护双层优化的问题。其次，对学习者获得的不同信息集进行分类讨论，继而求解最优的解密策略；然后，将追随者的结果代入领导者目标函数中求解最优加密策略；最后，通过仿真实验表明了所提算法可以保护数据的隐私，验证了所提方法的有效性。

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一种双输出准五电平逆变器及其 VSVPWM 算法

邱晓初 , 胡秋宇 , 邱才瑜

控制工程. 2024, 31(11): 2080-2088.

摘要 ( )

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提出一种新型的三相双输出准五电平逆变器(dual-output quasi-five-level inverter, DO-FLI)拓扑结构，DO-FLI 可以实现两组频率和幅值可调的交流电压输出。DO-FLI 是基于 T 型四电平转换器而改进的；在 T 型四电平转换器上共增加了 3 个开关和 6 个箝位二极管，并将直流侧的 1:1:1 电源转换为 1:2:1 直流电源，形成了新的拓扑结构。由于 DO-FLI 直流侧电源的不对称性，会缺失部分输出矢量，这将导致开关频率的增加。为了降低开关频率，提出了一种虚拟空间矢量脉宽调制(virtual space vector pulse width modulation, VSVPWM)的调制策略，并与分时调制思想相结合，实现了对两级逆变器的单独调控。实验和仿真结果的正确性说明了调制策略的有效性和所提拓扑结构的可行性。

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分布式光伏零输入纹波逆变器及其控制

董增波 , 贾伯岩 , 李秉宇 , 张晨光

控制工程. 2024, 31(11): 2089-2094.

摘要 ( )

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提出一种适用于分布式光伏的单相两级式反激逆变器，通过在原边侧引入包含纹波吸收电容在内的有源辅助电路，利用有源电路中的开关管对辅助电容进行充放电控制，实现对单相逆变器固有输入低频脉动功率的吸收与转移，有效抑制源侧输入低频电流纹波，提升了光伏电池使用寿命与系统可靠性。详细阐述了所提新型逆变器拓扑结构及其工作原理、系统各环节的控制方案设计与实现方法。通过构建 MATLAB 系统仿真模型以及单相两级式逆变器实验样机，共同证明了理论分析的正确性。

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三相不平衡光伏并网系统间谐波电流产生机理及控制研究

尹代杰 , 奚鑫泽 , 高贯斌 , 郭成

控制工程. 2024, 31(11): 2095-2103.

摘要 ( )

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光伏并网系统中存在的间谐波将会直接影响电网电能质量，且当电力系统出现故障时，间谐波现象的产生还极有可能诱发电力系统的失稳。为此，分别针对三相不平衡故障的光伏并网系统间谐波的产生机理和抑制方法进行研究。首先，提出一种基于直流母线电压扰动的逆变器间谐波电流数学模型，并对不同扰动频率下的间谐波分量变化特性进行分析。然后，在电网发生三相不平衡故障时，进一步探究有功功率二倍频分量与直流母线电压高频波动的关系。同时，对该工况下并网电流间谐波分量的来源进行分析，并采用有功功率致稳控制实现对间谐波电流的抑制。最终，通过仿真验证了所提间谐波产生机理和控制策略的正确性和有效性。

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基于平均一致算法的多光伏电站协同调频控制策略

张亦弛 , 郭美仑 , 寇鹏

控制工程. 2024, 31(11): 2104-2111.

摘要 ( )

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设计了一种基于平均一致算法的光伏电站参与电网调频控制策略。该策略可以在多个光伏电站仅进行邻域通信的情况下实现多电站协同调频，调频效果较非协同控制策略更优。由电网频率通过下垂控制得到多电站总参考有功功率后，多个光伏电站可以借助邻域通信计算得到各自的最优参考功率。各电站通过本地的模型预测控制方法控制逆变器达到跟踪给定参考功率的目的。该策略可以应用于多种地理条件下的多个光伏电站协同参与电网调频。仿真结果表明，该策略能够使电网频率较电站恒功率输出时波动较小，逆变器控制具有良好性能。

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SVG 协同双馈风电场的暂态控制策略研究

蒋嫔 , 舒子江 , 张兴平 , 罗童 , 张晓英 , 王晓兰

控制工程. 2024, 31(11): 2112-2122.

摘要 ( )

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为了充分考虑装设静止无功发生器(static var generator, SVG)的双馈风电场故障状况下的非线性特性，使用一种参数自适应超扭曲滑模控制器(super-twisting adaptive sliding mode control, STASMC)对多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的零动态(zero dynamics, ZD)方法进行改进，提出一种 ZD-STASMC 方法来协调控制双馈机组和 SVG。使用 ZD 方法将原始系统部分线性化，简化了控制设计任务。为了进一步提高在参数不确定性和外部扰动下的电压调节能力，将 ZD 方法与 STASMC 相结合。通过 STASMC 构造辅助输入提升了 ZD 方法的鲁棒性，减少了建模误差和实际过程中各种误差的影响。改进后的 ZD 方法减小了线性化误差的影响，加强了双馈感应发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)的暂态性能。最后，通过算例系统在三相故障下的仿真验证了所提 ZD-STASMC 控制的有效性。

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海上风电多端柔性直流输电及其功率流控制

王振 , 肖凯 , 郭研研 , 谢文杰

控制工程. 2024, 31(11): 2123-2128.

摘要 ( )

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相比目前已有的工程而言，未来的海上风电场容量将更大,且离岸距离也更远，而基于电压源换流器的多端直流输电系统可以经济有效地联接广域分布的海上风电场，大规模地传输波动的风能至各陆地电网。以大型海上风电场送出为研究对象，提出一种结合电压源换流器和电池储能的多端柔性直流输电系统，给出系统的功率流控制方法，实现网侧换流器的功率分配及功率平滑输出。最后，基于 RTDS 硬件在环实验平台构建一个四端直流输电测试系统，并用实验验证所提多端柔性直流输电系统功率流的控制效果。

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2024年, 第31卷, 第11期　
刊出日期：2024-11-20

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