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[硕士论文] JAKPASU WILBERFORCE ELLOM
水利水电工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:潮汐能是一种可预测的可再生能源,潮汐电站并入直流电网的方案对于全水下的功率变换系统更具优势。本研究的主要目的是提出一种适用于潮汐发电系统的多端口DC-DC转换器,该系统用于收集多端口潮汐驱动功率,并将收集到的电能转换并传输到30kV直流配电网络中去。
  文献综述回顾了用于汇流的多端口DC-DC转换器和直流微电网的技术发展状况,提出了一种适用于潮汐发电系统的多端口功率变换器。低速潮汐发电机的输出经过整流后将直流电通过短距离直流海缆送至直流汇流站,所提出的汇流站中的变换器由多个电流源逆变器(CSI),500Hz变压器和一个7电平输入模块化多电平转换器(MMC)组成;本文分别提出了移相式和脉宽调制式的能量传输调制方法,在多输入直流端口和中压直流母线之间传递能量,仿真证明提出的拓扑和移相能量传输方法可以高效汇流多发电机功率,可以成为水下潮汐发电的可选方案之一。
[博士论文] 刘星
船舶电气工程 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,能源需求日益增长,人们对电能质量的要求越来越高,利用电力电子变流装置来实现高质量的电能变换已经成为电力电子与电力传动领域的一个热门研究课题。有源前端变流器作为连接电网与用电设备的接口,其控制性能的优劣直接关系到电能变换的质量。因此,研究有源前端变流器的高性能控制问题具有重要的实际意义。本文主要研究工作包括以下几个方面:
  第一,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在在线计算量较大导致控制指令的计算时间延迟问题,分别提出了基于无差拍预测控制策略和基于Lyapunov原理的简化有限控制集模型预测控制方法,引入矢量扇区判断方式,并结合电压空间矢量等效变换的原理,从而可以有效减少算法所需的在线寻优时间以及预测值计算次数,利于工程实现。
  第二,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在过度依赖系统参数以及有源前端变流器输入滤波电感、等效电阻等参数失配时的高性能控制问题,提出了一种基于模型参考自适应在线参数辨识的有限控制集模型预测控制技术,从而有效避免了有源前端变流器在实际运行中因系统干扰、电抗器饱和以及温度变化等引起的模型参数失配。
  第三,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在动态响应慢,以及电压外环PI调节器对控制对象参数变化比较敏感,且容易出现超调的问题,提出了一种基于动态给定设计的有源前端变流器有限控制集模型预测控制方式。该方法取消了电压外环的使用,从而避免了PI控制器参数的调节。在此基础上,结合简化有限控制集模型预测控制策略,不但减少了在线计算时间,而且有效改进了系统的动态性能。
  第四,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在过高的开关频率将增加功率器件的开关损耗,降低其效率的问题,提出了一种具有低开关频率的有源前端变流器模糊有限控制集模型预测控制策略。该策略采用滞环控制的设计思想,引入模糊控制策略,在兼顾控制性能的同时有效地降低了功率器件平均开关频率,实现了低开关频率下的有源前端变流器的高效运行。
  第五,针对传统有限控制集模型预测控制方式在控制过程中存在权重因子选择困难的问题,提出了一种基于多目标优化的简化有源前端变流器有限控制集模型预测控制策略。该策略分别采用多目标平均等级排序以及多目标模糊决策的设计方式,从而在降低在线计算负担的同时,有效避免了权重因子的选择问题。
[硕士论文] 詹龙
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:科学与技术在国家的政策下得到了巨大的发展,与人们息息相关的电能显得无比重要,对电力的需求也不断的增多,鉴于以上因素,传统变压器随着电网规模的增大而出现难以满足的情形。固态变压器(Solid State Transformer,SST),是一种先进的装置,结合了高频变压器与电力电子技术,具有很大优势。如能量传递、电压变换、电气隔离及即插即用等功能,还能够保持电路进行单位功率因数运行。所以固态变压器具备了解决现代电力系统中诸多新问题的潜力,对于改善电网质量,建设数字电网和绿色电网具有重要的意义。
  本文基于固态变压器的基本思路,对模块级联型SST各部分进行分析与设计。提出与内模控制对消法相结合的双闭环控制方案,在电压外环中采用二自由度内模控制策略,鉴于电流内环中采用内模解耦控制方案来对系统进行设计。使电流具有快速跟踪性能,能够使输入电压、电流具有同相位,实现了输出电压低的畸变率,具有良好的电能质量。
  首先对固态变压器研究背景和发展现状进行了阐述,并且与传统变压器相比较后得出了固态变压器独特的许多优势。对固态变压器拓扑结构、运行时的基本思路进行介绍与分析。接着阐述了模块级联型SST的输入级、中间隔离级和低压输出级三部分的运行特性,建立了等效数学模型。其次,将所提出的控制策略对模块级联型SST系统进行设计,并且给出了各种控制策略的控制框图。最后在Matlab/Simulink环境下搭建模块级联型SST的仿真系统进行仿真实验。
  鉴于以上的阐述,本文对模块级联型SST的基本思路、数学模型、调制策略及控制策略等方面进行了详细的分析与设计。仿真结果表明,所提控制策略使系统达到了预期的控制效果。
[硕士论文] 景佳佳
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:光伏并网逆变器作为太阳能光伏电池板与公用电网的关键性接口装置,其控制策略选择和输出滤波器的性能将直接决定逆变器输出的电能是否满足并网标准。随着太阳能光伏并网发电技术向着大规模、高压及大功率方向转变,传统两电平拓扑结构由于器件耐压条件的限制而难以适应这种并网环境。与传统的两电平并网逆变器相比,三电平并网逆变器各桥臂功率管承受电压低、并网电流畸变率小等优点,在目前高压、大功率并网环境中得到广泛应用。然而,三电平光伏并网逆变器功率管数目和控制目标较多,为了提高其并网的性能及效率,提出一种可用于此拓扑的改进型FCS-MPC(Finite ControlSet Model Predictive Control,有限集模型预测控制)策略。与传统脉冲宽度调制策略相比,该方案不需要复杂的控制器参数整定,且易实现多目标优化控制。主要研究内容如下:
  (1)在已有文献基础上,分析三电平光伏并网逆变器主要拓扑结构分类及各自构成特点。重点对T型三电平光伏并网逆变器拓扑结构,及在两相静止坐标系下建立其数学模型,并对其换流过程及工作原理进行详细介绍。
  (2)在分析模型预测控制基本原理的基础上,建立T型三电平光伏并网逆变器的离散预测模型,并对传统FCS-MPC策略存在的延时及两步预测本身的局限性问题,给出有效解决方案。
  (3)针对T型三电平光伏并网逆变器的直流分压电容中点电位不平衡缺陷,采用改进FCS-MPC策略进行分析。在系统指标函数中加入中点电位平衡控制目标,并优先选择使得中点电位偏移最小的开关状态组合,并在下一时刻作用于T型三电平光伏并网逆变器,在此基础上给出系统综合控制原理框图。通过仿真,验证了改进FCS-MPC策略的正确性和有效性。
  (4)非隔离型T型三电平光伏并网逆变器会产生共模电压。本文在保证T型三电平光伏并网逆变器中点电位平衡控制的基础上,采用FCS-MPC策略对共模电压进行抑制。进一步将共模电压抑制目标加入到系统综合指标函数中,对系统综合指标函数进行优化。通过调整综合优化指标函数中各控制目标的权重因子,实现逆变器的最优输出。最后建立系统仿真模型,结果表明:改进FCS-MPC策略有效解决了直流分压电容中点电位不平衡缺陷,并大幅降低了共模电压幅值,提高了并网电流的波形质量。
[硕士论文] 刘星
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着电力系统电压等级的不断提高和电力系统规模的不断扩大,STATCOM(Static Synchronous Compensator,静止同步补偿器)也不断向高压大容量方向发展。MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平变流器)由于级联子模块较多,其输出电压更接近正弦波,谐波含量极低,当它用于并联无功补偿时不会给电网带来巨大的谐波污染。因此采用更先进的控制策略对模块化多电平变流器进行控制,提高STATCOM对电网无功补偿的性能有着十分重要的意义。
  针对MMC子模块电容电压平衡控制问题,本文通过对MMC内部能量变化和转移的机理进行分析,提出了基于能量分析的MMC-STATCOM电容电压三级平衡控制策略;针对MMC控制器动态性能差的问题,本文首先利用反馈线性化理论对MMC-STATCOM系统进行解耦,然后设计了内外环双滑模控制器。具体研究内容如下:
  (1)系统地介绍了MMC-STATCOM的工作原理、数学模型和无功电流检测方法。
  (2)对MMC中相与相之间、上桥臂与下桥臂之间、子模块与子模块之间能量变换和转移机理及特性进行了深入分析。详细探讨了影响MMC能量平衡的决定因素,又采用了基于准PR控制器的二倍频环流抑制策略,在此基础上,借鉴了三级能量平衡控制策略,实现了电容电压的平衡控制。
  (3)对反馈线性化理论和滑模控制原理进行了介绍。针对MMC-STATCOM系统非线性强耦合的特点,利用反馈线性化原理,将复杂的非线性系统解耦并降阶为一阶线性系统,然后对此系统设计了电压外环滑模控制器和电流内环滑模控制器,实现了对无功补偿和无功发生的控制。
  (4)搭建了基于MMC的STATCOM仿真模型,分别对本文所提出的三级电容电压平衡控制策略和双滑模控制策略进行仿真分析研究。仿真结果表明:通过采用文中所提的电容电压平衡控制策略,能够减缓系统遭受相间负载不平衡大扰动后的电容电压波动,从而抑制由于三相不平衡所引起的STATCOM脱网运行事故,有效提高了MMC-STATCOM的安全稳定运行能力;此反馈线性化解耦的双滑模控制策略在系统运行于无功补偿工况和运行于无功发生工况时都具有良好的动态响应性能。
[硕士论文] 李博
控制理论与控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:APF(Active Power Filter,有源电力滤波器)是一种抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置,它可对大小和频率都变化的谐波和无功进行补偿。SHAPF(Shunt HybridActive Power Filter,混合型并联有源电力滤波器)是一种APF的拓扑结构,它将APF与PPF(Passive Power Filter,无源电力滤波器)混合串联使用,由PPF补偿特定次含量较高的谐波,APF则起查缺补漏的作用,补偿其他次谐波,从而更好地抵消谐波和补偿无功功率,SHAPF还可以应用于更大功率的场合,节约装置的成本,这将对净化电网质量有着重要的工程实际价值。
  SHAPF在三相abc静止坐标系下的三相电流之间的强耦合,高度非线性关系使得实际补偿信号与指令信号产生巨大误差,严重影响SHAPF的补偿精度,同时SHAPF的非线性关系将使控制器的设计变得十分困难,因此研究SHAPF的线性化解耦对改善电能质量着重要的理论意义。目前常见的SHAPF解耦方法是微分几何法解耦,但该方法要求反馈精确抵消全部非线性变量以达到解耦,这在理论上可行,但在复杂多变的实际应用中很难实现。
  针对上述问题,本文通过解析法推导模型已知的SHAPF的广义逆系统并用智能算法对模型未知的SHAPF的广义逆系统进行辨识建模,从而实现对SHAPF的精确解耦。首先对SHAPF系统进行可逆性分析,进而推导SHAPF的广义逆系统的解析表达式,将广义逆系统与原系统串联组成一个伪线性复合系统,从而实现对SHAPF的线性化解耦;通过广义逆解耦方法和传统的逆解耦方法及前馈解耦法进行比较说明其效果的优越性;其次针对实际工况复杂,无法精确建模的SHAPF模型引入LS-SVM(Least SquaresSupport Vector Machines,最小二乘支持向量机)对SHAPF广义逆系统模型进行离线辨识建模,将辨识后的广义逆系统与原系统串联利用非解析的方法实现SHAPF的线性化解耦,仿真实验表明LS-SVM广义逆系统辨识的精度比LS-SVM逆系统辨识的精度更高,且构成的复合系统有着更好的跟踪性能;最后引入内模控制器(Internal ModelController,IMC)对SHAPF的解耦子系统进行控制,使得子系统由开环不可控变为闭环可控,分别对内模控制器的逆控制器和内部模型用LS-SVM法进行辨识,然后引入滤波器增加内模控制器的辨识精度,理论分析与仿真实验表明加入滤波器的内模控制器比不加滤波器的PI控制器有着更好地鲁棒稳定性。
[硕士论文] 王金强
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,分布式发电因其发电方式灵活、能源利用率高等优点得到迅速发展。并网逆变器作为分布式发电与主电网的功率接口装置,其性能的好坏直接影响着分布式发电系统的可靠性和并网电流质量,LCL型并网逆变器由于其优越的高频谐波抑制能力成为目前的一个研究热点。考虑到处于偏远地区的分布式发电系统,较长的电能传输线路以及存在的大量变压环节给电网引入一个不可忽略的等效电网阻抗,致使电网具有弱电网特性。本文以基于LCL滤波的三相光伏并网逆变器作为研究对象,针对LCL滤波器的参数限制条件、LCL滤波器谐振尖峰的抑制方法、电网电压背景谐波对并网电流的影响、弱电网条件下并网逆变器稳定性分析等问题展开研究。
  首先,针对LCL型三相并网逆变器的拓扑结构,建立其在三相静止abc和两相静止αβ坐标系下的数学模型。依据LCL滤波器取值限制条件,设计LCL滤波器的参数并进行参数优化。
  其次,为解决LCL滤波器产生的谐振尖峰问题,采用电容电流反馈有源阻尼的方法,并给出电容电流反馈有源阻尼系数设计方法。引入了电容电流内环和并网电流外环的双环控制方法,利用准PR控制器作为外环控制器,跟踪参考电流,实现比PI控制更好的并网性能,设计准PR电流控制器参数,不需要反复试凑即可满足设计要求。为抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响,推导出电网电压全前馈控制策略,并且分析电网电压全前馈各项函数对电网背景谐波的抑制作用。
  最后,对弱电网情况下的三相LCL型并网逆变器进行建模与分析。构建弱电网模型,分析电网阻抗对LCL型并网逆变器系统的具体影响,包括电网阻抗对LCL滤波器谐振特性和稳定性的影响。通过建立并网逆变器的小信号模型,介绍了一种阻抗分析方法的稳定性判据,可应用到考虑电网阻抗条件下判断并网系统的稳定性。为了提高并网电流波形质量和系统稳定性,本文提出了并联虚拟阻抗的方法。仿真结果表明本文提出的虚拟阻抗方法在电网阻抗宽范围变化时仍能保证并网逆变器稳定工作,并且可以保证并网电流满足谐波标准。
[硕士论文] 杜强
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:光伏并网逆变器作为连接太阳能电池阵列与公用电网的桥梁,是实现光伏发电系统安全、高效、稳定运行的关键。相较传统两级式逆变器,准Z源逆变器由于无需插入死区时间、只需控制其特有的直通状态便可实现升压及逆变功能,有助于降低光伏发电的成本、提高系统转化效率及可靠性。当并网逆变器结构一定时,其工作性能很大程度上取决于系统的控制策略,因此着重对准Z源逆变器高效并网的控制技术进行研究。
  (1)在分析准Z源逆变器工作原理的基础上,采用状态空间平均法建立阻抗源小信号模型,并通过零极点分布图对系统稳态及暂态性能进行分析,为阻抗源网络参数整定和系统控制器设计提供理论依据;对比分析了准Z源逆变器现有的直通分段空间矢量调制策略,以此得到使阻抗源网络中电感电流纹波最小、电容电压应力最低及零矢量利用率最大的直通分段空间矢量调制。
  (2)分析了直通占空比与调制比、及其分别与并网电流幅值和网侧滤波电感值之间的关系,得出直通占空比与调制比之间存在相互耦合;且网侧滤波电感及并网电流幅值的增加会使调制比增大,进而导致直通占空比裕度不足,致使整个系统不能正常工作。针对上述问题,提出改变系统参数或采用LCL滤波器的相应解决方案。
  (3)结合直通分段空间矢量调制,在两相静止坐标系下引入光伏电池输出功率前馈及准比例谐振控制,设计了L滤波型准Z源光伏并网逆变器的控制策略,包括光伏电池最大功率跟踪控制、直流链母线电压控制及并网电流控制。仿真实验表明采用功率前馈的准比例谐振控制策略能使系统较快的过渡到另一个稳态,且可实现对给定值的无静差跟踪,抗电网频率偏移能力强。
  (4)考虑到LCL滤波器存在固有谐振及dq分量间的强耦合问题,结合准比例谐振调节器,在两相静止坐标系下采用电容电流反馈的有源阻尼控制方法,设计了LCL滤波器参数,并对滤波电容电流反馈系数及控制器参数进行整定。仿真实验表明所提控制策略下LCL型准Z源光伏并网系统能够实现对入网电流的控制及对LCL滤波器谐振的抑制,使入网电流更加接近于正弦波,同时削弱了调制比与直通占空比之间的耦合关系。
  (5)为实现电网电压不平衡时准Z源并网系统输出功率和电流质量的控制,在两相静止坐标系下,设置了4个控制目标,即分别消除负序电流、有功功率波动、无功功率波动和同时消除有功、无功功率波动,并分析了各控制目标下并网电流参考值的谐波与过流问题,提出一种带有限流方案的模型预测电流控制策略。同时,通过计算阻抗源网络电感电流的子代价函数来确定是否选择直通状态,以此减小模型预测控制算法的在线计算量。仿真实验表明所提控制策略既可实现对入网功率及负序电流的协调控制,又能保证对故障过电流的抑制,系统具有良好的动态及稳态性能。
[硕士论文] 柴佐时
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近些年国家对可再生能源利用的重视程度越来越高,同时社会对电能质量的要求以及对电能的供应需求也在逐渐提高,因此在大量建设超、特高压输电线路的同时必须考虑如输电线路损耗、系统无功不足、工频过电压、操作过电压等电能质量的治理问题。这就要求在系统上安装大量具有快速响应能力的可调无功电源来维持电力系统无功潮流平衡,减少损耗,提高供电可靠性。本文研究的MCR(Magnetically Controlled Reactor,磁控电抗器)是一种能够维持输电线路电压稳定的静止无功补偿设备。研究表明,MCR的绕组结构与其从空载到满载以及从满载到空载的过渡时间关系密切,为了能够起到限制过电压和补偿无功功率的双重功能,本文首先提出一种新型自励式MCR,通过数学建模、MATLAB仿真及样机实验,为MCR运行性能的进一步提升提供理论指导。其次,通过在MATLAB/Simulink中搭建500kV超高压线路仿真模型,研究了MCR对电力系统中不同种类过电压的限制情况,证明了MCR对持续时间较长的工频过电压和持续时间较短的操作过电压都能起到很好的限制作用。最后通过设计硬件电路和编写软件程序,完成了一款MCR的控制系统的制作。本文研究的具体内容如下:
  (1)首先,定性地分析和比较了不同绕组结构对MCR响应速度的影响关系并提出一种新型自励式MCR。之后,基于MATLAB/Simulink多绕组变压器模型,针对传统自励式MCR和新型自励式MCR的两种绕组结构,分别对比了它们从空载到满载、从满载到空载的响应速度关系。最后,通过在样机上进行实验,验证了理论分析及仿真实验的正确性。
  (2)之后,在MATLAB/Simulink中搭建了500kV超高压长距离输电线路模型、搭建了基于等效电路的MCR模型、搭建了工控中典型的PI控制系统模型,研究了在超高压长距离输电线路重载与轻载切换时MCR对工频过电压控制情况。其次,模拟了500kV超高压长距离输电线路在空载合闸、断路器重合闸时产生操作过电压的情况,分别给出了带有和不带有MCR时线路末端的过电压波形和MCR工作电流波形。结果证明,MCR不仅对工频过电压能够进行很好的控制,同时对操作过电压也有显著的限制效果。
  (3)最后,设计了一套以DSP为控制核心的MCR控制系统硬件:包括绘制各种用于信号采集、信号调理、电平转换、设备保护、脉冲驱动等等的外围电路原理图并完成了PCB板的设计、制作、测试。之后,完成了主控板中DSP软件程序的编写,包括:能够实现电压、电流、频率、过零点等电参量的采集或捕获;能够实现其他电参量以及触发角的精确计算;能够实现上下位机通讯;能够实现故障检测和报警功能,达到开环、闭环控制以及多参量模式的控制效果。设计了一款用于监控的触摸屏上位机界面并在MCR样机上进行开环、闭环实验,验证了控制系统可用性。
[硕士论文] 王田戈
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着用电负荷的快速增长以及大容量输电需求的增加,超高压、长距离输电成为目前输电技术的重要发展方向。CRT(Controllable Reactor of Transformer Type,变压器式可控电抗器)作为一种新型可控电抗器,具有电流谐波小、响应速度快、容量连续可调的优点,近年来得到广泛的关注与研究。本文将磁集成技术引入CRT的结构设计,提出一种结构简单、易于拓展、装配灵活的CRT本体结构,具体内容如下:
  (1)分析CRT工作原理,介绍磁集成技术实现CRT高阻抗与解耦集成的基本原理。
  (2)基于CRT的单支路调节模式,以同心式CRT为研究对象,采用磁路计算法推导了不同负载下n绕组CRT的漏磁场计算通式。研究得出:随着负载投入,铁芯中的磁通逐渐向空气中转移;磁路法与有限元法在CRT漏磁场计算方面具有良好的一致性;磁路计算法在工程设计中具有简单、快速和容易的特点。
  (3)对现有磁集成CRT的结构特点进行分析,总结多控制绕组基本单元磁集成CRT的结构设计原则,并据此提出CRT的新型磁集成结构,即双控制绕组基本单元磁集成CRT。将双控制绕组基本单元磁集成CRT与现有磁集成CRT在多方面进行对比,以说明该结构的优越性。研究表明:多控制绕组基本单元磁集成CRT的结构设计原则对CRT结构设计具有一定的指导意义;双控制绕组基本单元磁集成CRT能够满足设计要求,且在体积、重量、结构复杂度等多方面具有明显的优越性与实用价值。
  (4)在忽略绕组漏抗与线阻的条件下,建立双控制绕组基本单元磁集成CRT的等效磁路与等效电路模型,并据此进行磁通和电流的定量分析及计算公式推导。基于场路耦合的有限元分析,对不同负载时铁芯中的磁场分布和各绕组电流进行仿真,并计算控制绕组容量利用率。研究表明:双控制绕组基本单元磁集成CRT能够实现从空载到额定负载的平滑过渡,且满足高阻抗、弱耦合的基本设计原则;此外,双控制绕组基本单元磁集成CRT结构简单、绕组容量利用率高,具有一定的实用性。
  (5)通过对双控制绕组基本单元磁集成CRT的成本、损耗与结构参数之间的关系进行分析,以其成本和损耗最小为优化目标建立结构参数的优化模型,并基于MATLAB遗传算法工具箱,对CRT的结构参数进行优化。研究显示:基于遗传算法优化后的CRT结构参数更加合理。
  (6)通过对双控制绕组基本单元磁集成CRT的损耗原理进行分析,基于有限元软件对CRT损耗进行计算,并将有限元法与解析法的损耗计算结果进行对比。结果显示:基于解析法和基于有限元法的CRT损耗计算,两者具有良好的一致性,从而验证两种方法的正确性。
[硕士论文] 史彤彤
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:输配电网络规模的扩大和电网互联程度的提高在满足电力负荷增长,电能质量提高,供电可靠性增强的同时导致了系统中某些节点的短路电流严重超标,当短路电流超过断路器的最大遮断容量时,系统运行的安全性将受到威胁。传统的限流措施虽然能在一定程度上限制短路电流的增大,但存在降低供电可靠性、灵活性,增加网损的缺点,并不能从根本上解决问题。随高温超导材料的问世及超导电工技术的发展,饱和铁心型超导限流器(Saturated Iron-core Supercondutive Fault Current Limiter,SISFCL)以稳态低阻抗、故障时阻抗转变迅速、限流态高阻抗、限流过程不失超的优点被重点关注。
  SISFCL的接入既能保全电力互联带来的好处,又能最大程度的限制短路电流,使系统始终处于安全稳定的运行状态,而电力系统短路故障时SISFCL作为一个感性阻抗,在限流的同时又会对电气量的测量造成干扰。为推进SISFCL在电力系统中应用,有必要研究它与电力系统的一系列兼容性问题,如SISFCL与输电线路距离保护的配合问题。
  本文对220kV SISFCL与输电线路距离保护的配合进行分析研究,首先概括了超导技术的发展及应用,超导限流器的分类;其次总结了SISFCL的发展及国内外研究现状。
  再次,详细的介绍了SISFCL的结构及其工作原理,在ANSYS Maxwell有限元分析软件中建立了SISFCL的几何模型,采用解析法及能量法计算得到了超导限流器的稳态及限流态阻抗随交流绕组电流的变化情况;利用几何参数及数学模型在PSCAD软件中建立了SISFCL的仿真模型;将SISFCL接入高压输电线路中,仿真计算了故障电流缩减率,并分析了它对输电线路纵连电流差动保护、零序电流保护的影响。
  最后,以单电源供电系统为例分析了SISFCL对输电线路各段距离保护的影响,介绍了重设整定值、实时调整阻抗圆、改变接线方式三种提高超导限流器与输电线路距离保护配合的方法,并对三种方法进行了仿真验证,为饱和铁心型超导限流器在电力系统中的应用提供参考。
[硕士论文] 范路
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:为应对能源短缺和环境污染,以风能和太阳能为主的分布式发电系统得到迅猛发展。作为分布式发电系统的核心器件—并网逆变器亦受到广泛关注。分布式发电系统并入电网之前需经过较长的输电线路及多级变压环节,使电网表现出弱电网特性,弱电网下电网阻抗会对并网逆变器系统稳定性产生不利影响。本文以弱电网下LCL型并网逆变器为研究对象,详细分析电网阻抗对并网逆变器系统稳定性的影响,结合电网阻抗检测技术提出前馈相角提升方法,以提高并网逆变器系统对电网阻抗的适应能力,改善并网电流的电能质量。具体研究内容如下:
  (1)理想电网条件下,给出并网逆变器的拓扑结构,建立LCL型并网逆变器数学模型,由于LCL滤波器存在谐振,易导致并网逆变器系统不稳定。因此,本文采用电容电流反馈有源阻尼法,通过在反馈电容电流中加入反馈常量来抑制谐振尖峰,保证并网逆变器系统的稳定。
  (2)针对传统PI电流调节器不能有效跟踪交流信号且存在稳态误差的问题,本文采用能够实现无静差跟踪交流信号特点的PR电流调节器,并对PR电流调节器参数进行设计,保证系统具有足够的稳定裕度。
  (3)在保证理想电网条件下LCL型并网逆变器系统稳定的基础上,建立弱电网LCL型并网逆变器系统模型,从频域角度,分析电网电阻和电网电感变化对系统稳定性产生的影响,得出电网电感增加是导致系统稳定性下降的主要原因。
  (4)为提高弱电网下并网逆变器系统的稳定性,建立基于有源阻尼法LCL型并网逆变器输出阻抗模型,并结合电网阻抗检测技术,提出前馈相角提升方法并给出详细参数设计步骤。该方法可以在不改变并网逆变器输出阻抗幅值的前提下,最大程度提升电网阻抗与并网逆变器输出阻抗交截处的相角,以满足系统对稳定裕度的要求。最后,对弱电网下LCL型逆变器系统进行仿真研究,结果表明:阻抗变化情况下前馈相角提升方法能够有效保证并网逆变器系统的稳定性。
[硕士论文] 杨鹏龙
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着全球范围内的能源短缺、环境污染、海平面上升等威胁人类生存的重大难题,风、光等可再生能源成为研究和开发的热点。可再生能源具有随机性、间歇性、波动性,一般通过逆变器接入电网或者组网运行,这一方面解决了能源短缺和环境污染的问题,另一方面却为逆变器输出电能质量和电网的稳定性运行带来新的挑战。因此,寻求电网友好型逆变控制技术势在必行,这将对新能源发电自身(光伏电站、风电场)和电网的稳定运行均有重大意义,本文对基于虚拟同步机算法的逆变器控制技术展开研究。
  首先,对微电网逆变器的传统控制(PQ、VF及Droop)进行分析,指出它们不能为系统提供转动惯量和阻尼作用,导致逆变器孤立运行时输出电能质量差,并网时对系统造成冲击,为此提出了基于虚拟同步机的逆变器控制策略。在下垂控制的基础上,引入同步发电机的转子惯量方程和定子电磁方程,建立VSG的数学模型;借鉴同步发电机的调速器和励磁调节器原理,建立VSG的P-f控制器和Q-u控制器模型。
  然后,为验证参数对VSG系统的影响,分别建立VSG的并网和组网小信号模型,分析参数摄动对系统稳定性的影响。在此基础上,为VSG系统选取恰当的参数。对基于虚拟同步机的逆变器采用双闭环控制,即电压外环电流内环,并对其控制参数进行设计。
  接着,在小信号分析和参数设计的基础上,建立虚拟同步机的物理仿真模型,分别在并网和孤岛模式下,验证了VSG的有功频率控制、无功电压控制及惯性和阻尼特性。并且比较了逆变器在传统控制策略(VF、Droop)和VSG控制策略下由相同功率波动而引起的响应。结果显示,VSG较其他策略有明显的优越性。针对多逆变电源出力分配问题,采用基于一致性算法的有功功率出力原则,仿真结果表明:基于一致性算法的多VSG间有功功率能够按照VSG容量比分配,满足控制要求。
  最后,针对VSG在非线性、不平衡负载下电压电流双环PI控制的精度不高的问题,在双环PI控制的基础上,提出了VSG的滑模电压控制。仿真结果表明:较传统PI控制,滑模电压控制的VSG提高了控制精度;在非线性和不平衡负载下,VSG均能输出较好的电能质量。
[硕士论文] 李坤奇
控制理论与控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:PWM整流器因其具有能量双向传输,网侧电流正弦化,单位功率因数等特点,可以实现电能的绿色转换,所以被广泛的应用于工业生产中。本文对PWM整流器在平衡电网以及不平衡电网下建立相应的数学模型,并阐述相关参数的设计。
  通常,对于处在电网电压不平衡故障时的三相PWM电压源型整流器,可以将输入电压等效成三相对称的正、负序以及零序电压之和。这一方法需要进行复杂的坐标变换,且不能同时对网侧电流和直流侧电压进行控制,本文基于扩展瞬时功率,提出如下两种在静止坐标系下对PWM整流器的控制策略。
  (1)首先,对扩展瞬时功率下的整流器进行功率分析,得出不平衡电网条件下单位周期内的网侧电感吸收和释放能量不一致,进而,提出一种静止坐标系下的输出功率方法;扩展无功率的计算中涉及延迟量的求取,传统的方式是延迟1/4周期法,该方法容易对系统引入时间延迟,本文对此进行改进;考虑到电流内环的PR控制器在实际生产中较难计算参数,本文将准PR控制与PR控制器进行对比,分析得到准PR控制器在谐振频率处可以实现正弦信号的无静差控制,故用准PR控制器代替传统的PR控制器。
  (2)首先,对PWM整流器建模分析,获得静止坐标系下的预测功率控制模型;其次,通过使单位周期内的有功功率和无功功率等于给定的参考值,获得控制电压的矢量表达式,并推导出可以满足不平衡电网条件下整流器控制要求的功率补偿。
  对所设计的两种方法,在Matlab/Simulink上搭建相应的仿真模型,通过仿真验证这两种方法的正确性和有效性,并将仿真结果进行比较分析。
[硕士论文] 陈庆花
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的日新月异,电力电子技术得到了长足地发展,其装置已经应用到包括国防、民用、农业生产等各个行业。由于开关器件以及反馈控制系统等的存在,使得电力电子变换器成为一种强非线性系统,其系统工作在某些特定的条件下时会出现分岔、混沌等非线性现象,对电力电子变换器的使用寿命和工作状态产生了严重的影响。逆变器作为电力电子变换器的重要组成部分,对其中存在的非线性现象的研究具有重要的工程实际意义和学术价值。
  本文在分析各国学者研究的基础上,以准比例谐振(Proportional Resonant,PR)调节下的单相逆变器以及三相并网逆变器为研究对象,对其中存在的非线性现象进行了深入地分析与研究。
  (1)首先对基于准PR调节器的单相一阶全桥逆变器进行了分析,利用频闪映射方法对其主电路以及控制回路进行数学建模。以比例系数为分岔参数,得到系统分岔图、雅克比矩阵特征值轨迹以及折叠图和Simulink仿真波形图,对其中的非线性现象进行了分析;以比例系数和积分系数为双分岔参数,通过MATLAB仿真得到了双分岔参数下的系统稳定区间。然后在一阶逆变器的分析基础上对基于准PR调节器的单相二阶双闭环全桥逆变器进行了分析,推导出了系统的离散数学模型,通过分析系统分岔图、雅克比矩阵特征值轨迹以及折叠图和Simulink仿真波形图,得出相关结论,并建立了系统三分岔控制参数下的稳定区间。
  (2)在上述研究的基础上,将逆变器非线性现象的研究从单相无源逆变器推广到三相并网逆变器。在αβ坐标系下建立了基于准PR调节器的三相LCL型并网逆变器的离散数学模型,并对逆变器系统进行了数值分析以及稳定性分析,得到系统调节器的参数稳定区间。通过分岔图和系统雅克比矩阵特征值轨迹确定了系统分岔类型和振荡频率,用Simulink电路仿真验证了三相并网逆变器非线性分析的正确性。
  (3)运用时延反馈控制法(Time-Delayed Feedback Control,TDFC)和二阶带阻滤波器对逆变器中的非线性行为进行控制。建立系统离散数学模型下的雅克比矩阵,根据雅克比矩阵特性,利用MATLAB数值计算确定两种控制方法中的合适参数,通过Simulink仿真验证了两种方法的正确性。
[硕士论文] 张宁
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:CRT(Controllable Reactor of Transformer Type,变压器式可控电抗器)是一种新型的无功补偿装置,其结构简单,谐波含量小,响应迅速,并且能够大范围连续平滑地调节输出容量。CRT特别适用于长距离、大容量的输电线路,确保输电线路中容性无功与感性无功的平衡,抑制工频过电压,维持线路末端电压稳定。
  CRT的本质是多绕组变压器,通过控制晶闸管触发角的大小来改变CRT的等效电抗,因此,控制系统的性能直接影响着CRT的补偿效果。本文针对CRT的控制方法进行了深入研究,主要内容为CRT解耦方式的选择,解耦工作模式下CRT样机工作绕组电流与各控制绕组晶闸管触发角的关系计算,基于PI控制器的CRT电压控制系统设计,基于模糊PI控制器的CRT电压控制系统设计。具体内容如下:
  (1)分析CRT现有的两种解耦方式的原理及优缺点,并综合考虑成本和实现的难易程度,最终选择了基于解耦工作模式的解耦方式。
  (2)通过查阅文献,得到一种根据CRT结构参数来计算自互阻抗的方法,结合CRT样机的结构参数,计算出CRT自互电感矩阵。根据CRT工作绕组额定电压和各绕组额定电流,计算出CRT的限流电感大小,最后求得在解耦工作模式下,CRT工作绕组电流与各控制绕组晶闸管触发角之间的关系。
  (3)根据CRT电压控制原理,在实验室环境下搭建了CRT电压控制系统仿真模型,通过工程最佳整定法得到PI控制器参数。由于CRT工作绕组电流大小与各控制绕组晶闸管触发角之间存在非线性关系,因此引入查表环节,使得PI控制器输出的电流参考值与CRT工作绕组实际的电流值之间保持线性关系。
  (4)在基于传统PI控制器的基础上,针对CRT的精确数学模型不易求得及CRT在不同工况下控制器参数不能自动进行修正的问题,本文引入模糊PI(Fuzzy-PI)控制器,模糊控制最大的特点是不依赖被控对象的精确数学模型,可以很好改善整个系统的动态性能,但单纯的模糊控制稳态误差较大,因此将模糊控制与传统PI结合。模糊PI可以根据系统误差及误差变化率来在线调整PI控制器的参数,使其工作在较佳工作状态。
[硕士论文] 周玉双
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:配电网中新型用电设备的快速发展和广泛使用给电力系统带来了不可避免的电能质量问题,主要包括谐波污染、功率因数低、三相不平衡、电压波动等,直接影响电力系统用电设备的安全、稳定和经济运行。电网谐波治理以安装滤波器为主,相比于有源滤波器,无源滤波器(PF)仍是用于谐波治理的主要设备。配电网静止同步补偿器(Distribution Static Synchronous Compensator,D-STATCOM)不仅可以提高电网功率因数,而且可以解决三相不平衡的电能质量问题,这主要是因为补偿无功和不平衡是它的基本功能。针对配电网中谐波污染、功率因数低、三相不平衡问题,可以运用无源滤波器和静止同步补偿器并联运行的补偿方案,使电力系统电能质量问题得到较为全面的改善。
  首先,根据传统无源滤波器的工作原理,分析了其受参数变化影响而失谐的原因,提出基于晶闸管控制的变压器型可调谐无源滤波器。利用其等效电路模型详细推导了触发控制角与该调谐滤波器参数L、C之间的数学关系,搭建了该可调谐无源滤波器的仿真模型并对其滤波与调谐性能进行仿真,证实了所提基于晶闸管控制的变压器型可调谐无源滤波器调谐性能的有效性。
  其次,本文选择D-STATCOM对电力系统无功以及不平衡问题进行补偿。介绍了D-STATCOM的拓扑结构及优点,然而能否准确检测到电网所需补偿电流的指令信息成为D-STATCOM能否高效运行的关键。在电网电压畸变或不平衡时,传统的ip-iq指令电流检测法因不能准确检测到电网电压基波正序分量而出现检测误差,进而影响补偿指令电流检测的准确性,使设备补偿效果大打折扣。因此提出了一种改进的ip-iq补偿指令电流检测法,该方法可以消除电网在非理想情况下的检测误差,从而可以准确地检测补偿指令电流,并通过仿真验证了该检测方法的准确性。
  最后,理论分析说明无源滤波器与D-STATCOM并联运行的特点和优势,并应用于工程实例中。结果表明,当可变负荷谐波含量增大时D-STATCOM单独运行的滤波效果很不理想,此时在负荷侧再加装无源滤波器,可使谐波含量大大降低。因此验证了无源滤波器和D-STATCOM并联运行进行补偿的正确性及可行性。
[硕士论文] 姚华实
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代可控变换电力电子技术的快速发展,人们的生活质量得到提到,从中受益。但由于非线性动态负载所带来的谐波污染等问题,会使电能质量的利用降低。而有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)不仅能提高电能质量的利用,而且在无功补偿及动态谐波抑制等方面效果显著。
  针对APF投入电网时直流侧电容电压和交流侧电感电流存在着启动瞬时冲击而造成交直流侧电感、电容等元器件损坏及开关保护装置动作误差等问题,本文展开分析研究。通过启动限流电阻加PI控制的传统方法,存在着启动时间长、硬件成本高,因此需要更为先进、有效的控制策略对启动过程进行时间上的最优控制。针对传统PI控制的缺点,本文提出多种控制算法进行改进。通过不同控制算法的仿真结果对比分析,说明了各个控制算法在交直流侧并网抑制冲击的有效性。本文内容分以下四个模块:
  (1)首先选择三相并联型APF为系统模板,讲述了系统的基本工作原理、大致分类,重点讲述了几种基于瞬时无功功率理论的谐波检测法。然后设计并建立了APF的数学模型,为接下来研究并网抑制冲击的控制算法做了铺垫。对于一些重要的系统参数,如:直流侧电容、电压,交流侧电感做了取值分析。
  (2)基于对称分量法和瞬时能量法的理论推导,分析了直流侧电容电压启动时的波动最大幅值和波动畸变率。对于并网启动瞬间电压冲击过大的问题,提出选用时间最优的Bang-Bang控制算法来抑制冲击,对于稳定后的纹波电压,通过偏差阀值和模糊规则切换到模糊PI来进行消除。通过仿真实验对比分析,相比通过用预充电电阻或PI控制等传统方法,采用新的改进算法,并网抑制冲击效果较好,实现时间上的最优控制。
  (3)对于交流侧电感电流并网瞬时冲击过大的问题,首先通过对有功和无功电流进行了详细的冲击过程理论分析,建立了目标函数,然后分析了基于电压外环和电流内环的双环分段启动分析,结果表明不能做到时间上的最优控制,存在延时缺点。最后是基于三相电流前馈解耦逐步增压的新型控制算法来降低并网电流端的瞬时冲击,抑制冲击电流效果最好,基本无冲击毛刺,且所用稳定时间较少。最后皆在仿真中验证了有效性。
  (4)介绍了几种电力电子设备中常用的并网软启动方法,最后针对不同电容、电感值对系统并网启动的影响进行了仿真验证,确定了合适的参数值。
[硕士论文] 任敏
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在变压器的运行过程中,配备了多种保护,本文重点研究的是变压器的纵联差动保护,它作为变压器的主保护,其重难点问题就是区分变压器的励磁涌流和短路电流,防止误动,防止拒动。判断变压器是否发生故障,要从信号中得到故障信息,对信号采取合适的分析方法,从而实现故障的有效诊断。对电力系统的信号分析有很多种方法,但传统的方法都存在一些缺陷,比如傅里叶变化对非线性信号的分析不理想,经验模态分解算法的特殊性缺乏数学理论依据,小波方法又有硬性带宽的限制,并且在大多数的方法中,递归筛选不允许后向纠错,对噪声的处理也不理想,而变分模态分解可以很好的弥补这些传统信号分析方法存在的不足。本论文完成的研究工作主要包括以下几个方面:
  1、根据参考文献利用Simulink库中的电气元件,分别搭建出双电源变压器空载合闸和内部故障短路的模型。在空载合闸的仿真模型中,将A相的初相位设置为0°进行仿真,得到变压器一次侧的励磁涌流的电流波形;在短路故障的仿真模型中,将故障设置为A、B两相短路,从而得到变压器一次侧的短路电流波形。
  2、从变分模态分解算法和模糊熵的原理出发,对所得波形进行分析。选取所得的励磁涌流和短路电流中的各三相波形中的1000个采样点进行变分模态分解,分别得到10个本征模态函数,再对各个本征模态函数进行模糊熵运算,发现励磁涌流和短路故障情况下所得到的三相总熵值差距明显,且在A、B两相短路的情况下,A、B相的模糊熵值与C相的模糊熵值有明显差异,从而验证了本文所提方法的可行性与准确性。
  3、为了进一步说明本文所提方法的优越性,本文在最后采取了基于经验模态分解与模糊熵相结合的方法对实验的全部过程进行了重复操作,将得到的实验结果与先前基于变分模态分解与模糊熵相结合的方法得到的实验结果进行对比分析,验证了本文所提方法的优越性。
[硕士论文] 郁恒恒
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着传统化石能源的不断消耗及其带来的环境问题日益突出,太阳能以其清洁无污染、取之不尽用之不竭的优势得到广泛的利用。其中,最主要的就是光伏并网发电的应用,并网逆变器作为光伏发电最重要的组成部分,是把太阳能转换成电能并入电网的关键部分。文章主要对并网型单相光伏逆变器控制技术进行相关的研究,主要包括最大功率点跟踪,并网控制技术以及孤岛检测技术的研究。
  本文研究的是并网型单相光伏逆变器,首先对其拓扑结构进行分析,选取了两级非隔离型系统拓扑结构,前级选取Boost电路,后级采用单相全桥逆变电路。首先,对光伏电池的原理及其输出特性进行相关的分析,建立相应的仿真模型。并对最大功率点跟踪进行研究,采用了—种改进电导增量法,相对于传统电导增量法有较好的跟踪效果。其次,是对并网控制技术的研究,给出了基于电网电压前馈的电压外环电流内环的控制策略,前级与后级系统单独控制,前级实现最大功率跟踪,后级实现并网控制,为了在外界环境变化时加快系统的响应速度,加入功率前馈控制,并建立了系统的仿真模型。最后,对并网逆变器的孤岛检测进行相关的研究,并针对主动频率偏移法存在的缺点,本文采用了基于正反馈的主动频率偏移法。
  通过在Matlab/Simulink中搭建相应的模型进行仿真分析,表明改进电导增量法有更高的追踪效率和较小的功率波动。通过对两级并网系统的仿真分析表明控制策略的可行性,能成功实现并网,电能质量符合并网要求,对外界环境的变化有较快的响应速度。最后,对并网逆变器出现的孤岛效应,采用的基于正反馈的主动频率偏移法能快速检测出孤岛的产生,其输出电流的总谐波畸变率也符合并网的要求。
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