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[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] 徐红城
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着传统化石燃料大量开发利用,不仅导致了能源紧缺问题,还引起了环境污染问题。因此加大对新能源的开发利用已成为解决这两大问题的有效措施,而在新能源发电中,并网逆变器是核心的装备,其性能的好坏直接关系着并网电能的质量,所以多年来对并网逆变器控制策略的研究一直是研究的重点。模型预测控制是当前应用到并网逆变器的一种新型控制方法,通过编制程序实现控制,具有较好自适应性和稳定性,不需要像传统的基于PI控制调节参数和PWM调制模块,控制简单,可以更好的提高并网电能的质量,已成为现在研究的热点。
  首先,介绍了并网逆变器的分类、发展趋势、国内外发展现状。并网逆变器控制技术:对调制技术进行分析,选取的是SVPWM调制技术;对拓扑结构进行分析,选择的是电压源型;对传统的各种控制策略优缺点进行详细分析,介绍了模型预测控制算法并分析了它的优势。本文的研究内容主要是对并网逆变器的电流控制技术和功率控制技术研究,选择传统的基于PI调节的控制方法和采用的模型预测控制方法进行对比,分析可行性和优越性。
  然后,对三相并网逆变器的数学模型、矢量控制进行详细分析;对直流侧电压和交流侧滤波电感的参数设计;选择三相并网逆变器基于电流闭环的前馈解耦控制策略,详细分析其原理以及对PI参数的设计;对模型预测控制的基本原理、设计方法、算法特点进行详细分析;选择模型预测电流控制策略并详细分析其控制原理。用Matlab/Simulink仿真平台对上述的两种控制方法进行验证,两者都可以实现并网运行,模型预测电流控制的稳态性能和动态响应速度更好,畸变率更小,并网的质量更高。
  接着,对功率理论中的传统功率理论、瞬时功率理论进行详细分析;根据瞬时功率理论选择三相并网逆变器基于功率闭环的前馈解耦控制策略,详细分析其原理;根据上述的模型预测控制原理和瞬时功率理论选择模型预测功率控制策略并详细分析其控制原理。用Matlab/Simulink仿真平台对上述的两种控制方法进行验证,同样两者都可以实现并网运行,模型预测功率控制的稳态性能和动态响应速度更好,畸变率更小,并网的质量更高。
  最后,对所研究的内容进行总结,并展望接下来将会进行的工作。
[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。
[硕士论文] 张陈
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:地球风能资源丰富,是政府大力支持的新能源行业之一,它的兴起是大势所趋。随着风能并网的占比逐年增加,而现有的调峰策略有限等问题,给电力系统造成一定影响。将储能装置接入到分布式电源中参与并网运行,使储能装置在发电系统中起到削峰填谷作用,从而缓解电网侧用电负荷波动大。同时还可以改善并网的电能质量,提高电力系统运行稳定性。储能装置的接入以及对其的控制,决定着全套储能系统的工作质量。所以,对其的研究有很大的实际意义。
  本文以风能分布式电源为储能系统的应用环境,侧重研究了“AC/DC+DC/DC+蓄电池”式储能结构中,DC/DC变换器切换于充电和放电的工作方式下,输出端电压电流稳定性控制。确定了储能电路的拓扑结构,详细阐述其工作原理,并且利用状态空间平均电流法搭建电路小信号模型,推导出相应传递函数。通过蓄电池性能分析,确定了适合本系统蓄电池的充放电策略。对比分析不同的控制方式,选择了模拟型控制方法以及设计相关环节。设计了充电的电流环控制器和放电的电流环控制器,在充电的电流环外加一个电压外环,组成双闭环控制模块,实现恒压充电。最后用计算出的主电路和PI控制器参数,搭建储能变换器的仿真模型,在Matlab/Simulink进行静、动态仿真,并将双环控制与单环控制的仿真结果做了对比,验证所提出的控制方法设计可行和相对于单环控制的优越性。
  本文对主电路所需的元器件进行了选择,以及控制单元电路硬件的设计。硬件包括采样、驱动、保护等电路;软件包括主程序以及中断子程序设计。
[硕士论文] 许杨
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在电力系统中,变压器非常重要,也是非常昂贵的设备。其主要实现电能的分配、电压的转化以及转移的作用。电力系统安全与否、供电性能是否可靠、运行是否经济与变压器有着直接的关系。当变压器发生故障时,由于其体积庞大、完全密封,工作中很难快速判定其故障类型,这就为快速抢修、恢复运行带来了极大的困难。有鉴于此,本文设计了一套针对变压器油的在线监测系统,旨在通过研究变压器油气分离出的几种特征气体,运用三比值法判断其故障类型,同时在上位机中实现报警。
  本文系统地阐述了变压器油在线监测系统的相关理论,包括变压器油气分离技术的研究现状和根据变压器油气判断故障类型的发展现状等。本文首先对变压器油在线监测系统的总体设计思路和硬件电路设计做了介绍,核心硬件选用TM8变压器在线色谱分析仪和MK60DN512ZVLQ10型单片机,详细介绍了各个硬件的原理并绘制了电路图。其次,根据系统需要设计了与硬件电路相匹配的软件系统,主要包括系统初始化模块、油中气体及微水采集模块、上位机应答模块,其中单片机与传感器以及单片机与上位机之间的通讯均采用MODBUS通讯协议。最后,针对已经装有TM8变压器在线色谱分析仪的企业进行故障数据收集,并用ptoteus软件所仿真出的系统监测单元以及基于STC89C52型芯片所设计出的单片机进行验证,根据系统诊断的故障类型与实际出现的故障类型相比对,从而验证了实验结果,确定了变压器油在线监测系统在故障诊断中的可行性。
[硕士论文] 周强
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国经济连续高速发展,用电负荷也不断增加,电网用电高峰与低谷的差距随之变大。而且新能源发电的并网也增加了电网的波动性,调峰问题日益严重。电网建设和电气设备选择都是按最大负荷为标准的,一天中高峰负荷时间占比小,在夜晚,大量电网设备不能发挥其能力,负荷的这种波动性使得电网资产的利用率下降,新建电力设施使投资变大,未来的电网将面临更大的挑战,需要大量储能装置参与削峰填谷。蓄电池的成本制约着电池储能的发展,近几年新能源汽车发展迅速,将退役电池应用于储能领域能大幅降低电池储能成本,再结合国家推出的阶梯电价制度,使用户侧使用退役电池储能装置参与电网削峰填谷成为可能。
  本文针对电池储能装置开展相关研究分析,首先阐述了电池储能变流器在用于移峰平谷时面临的成本问题,从而提出了将电动汽车退役电池应用于储能系统的想法,并分析动力电池再次利用在国内外发展的状况;第二,根据退役电池的特点,对储能用退役动力电池模组的BMS予以分析研究;第三,分析比较了PCS的多种拓扑结构,针对退役电池的特点采用由多个DC/DC模块和一个DC/AC组合的PCS拓扑结构,并分别阐述了DC/DC部分、DC/AC部分的工作原理;第四,针对本PCS用于用户侧移峰平谷的目的,研究了多种控制策略,最终选定下垂控制,根据每路退役电池的实际情况设定充放电下垂曲线;第五,分析与设计了系统的多个参数;第六,借助MATLAB平台,设计了PCS整体模型。对稳态、某路故障退出、并网过程分别仿真与分析。从MATLAB运行结果得到,下垂控制可以按照提前设计好的下垂曲线对电池组充放电,实现了对特性不同的退役电池组的功率分配。从并网和故障切换过程来看,系统性能达到了设计要求。
[硕士论文] 陶璐
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在大型风力发电系统的逆变器中,传统单L型的逆变器在电感参数设置时面临很多的局限。LCL滤波的逆变器一方面满足风力发电系统功率容量的增大和开关频率降低,另一方面也可以解决大容量电感制造、电流环响应以及电感降低等因素带来的问题。本文首先介绍了单L型滤波逆变器和LCL滤波逆变器,分析了无源滤波器以及有源滤波器的结构和原理,对比两者后选出适合本设计的有源逆变器,接着进一步分析了有源滤波器的特性和各个参数的设计,最后建立了LCL滤波逆变器在同步旋转dq坐标系下的数学模型,同时建立了仿真。接着分析三种逆变器控制策略,在实际的应用中,根据这三种控制策略的比较,选择出适合本文的控制策略。
  对电流双环控制的原理和特性进行了分析与深入研究。在电流双环控制的基础之上,分析了基于高阶极点配置的双环控制,发挥了重复和瞬时控制的优点,提高了整个系统的静态动态的稳定性。然后提出了实现谐波补偿的方法是通过动态电压恢复器,应用电流双环控制策略来控制谐波的产生。最后设计得到各个元件的最优运行参数,达到系统稳定运行的条件。同时研究滤波器参数、控制器参数及系统稳定性之间的精确量化关系,利用仿真实验验证该优化的控制策略对于系统稳定性的作用。介绍了LCL滤波逆变器实验电路,然后对各个模块的硬件电路进行了分析。通过仿真实验验证了使用LCL结构的滤波器以及应用电容电流内环和并网电流外环的控制策略能有效地控制谐波的产生,提高了整个系统的稳定性。
  最终,结合风力发电并网的特性,验证了电流双环控制的可行性和有效性。在Matlab/Simulink中建立相关仿真模型,并对其作出仿真波形,验证所提控制策略的可行性。
[硕士论文] 高杰
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:众所周知,变压器是电力系统之中至关重要的转换设备,其在传输电能方面扮演着自己重要的角色。其一旦发生故障,轻则引起区域性停电事故影响居民的正常生活,重则引起整个电网的瘫痪给社会发展带来严重影响。因此,对于变压器的准确监控以及其相应的故障预警功能的研究显现出其独有的实用价值。
  由于变压器本身特性的缘故,电磁量相对而言比较复杂,单一的故障诊断方法已经无法满足精确诊断的需求,针对这一问题,本文将PNN神经网络和遗传算法及粗糙集理论相结合进行变压器故障诊断。主要工作内容如下:
  首先,本文介绍了变压器故障诊断的基础性知识以及目前研究的情况,重点介绍了在其出现问题之时的特征及其反映,以为后面的分析奠定基础。
  其次,研究了最基本的三比值法,利用MATLAB建立仿真模型,并利用数据进行验证试验。然后,论文对广泛使用的人工智能算法进行了分析,并以Probabilistic Neural Network神经网络(简称PNN神经网络)为例,同样利用MATLAB建立仿真模型,将其所得之数据与上述三比值之数据进行比较,进而证明PNN神经网络之优越性。
  最后,采用遗传算法优化PNN神经网络的平滑因子,在一定程度上削减了极端数据对系统准确性的影响和判断;引入了粗糙集理论进入诊断,利用其约简的优势对诊断输入的特征量进行了处理,简化了概率神经网络的输入单元,解决了信息量较大,诊断过程时间较长的不足之处。
[硕士论文] 楚军
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当今时代随着电力电子技术日新月异的发展,越来越多的电子产品相继问世,并在各行各业的发展中发挥巨大的价值效益与积极作用。电力电子电路通常是电源和电机驱动器重要的组成部分,若该电路模块发生了故障,将有可能导致整个系统的瘫痪而不能正常运行,进而造成巨大的经济损失甚至是人员伤亡。因此,为了提高系统的安全性,可靠性,最大程度的减小系统故障带来的损失,对电力电子电路进行故障预测技术的研究具有及其重要的理论意义和实用价值。
  本文主要研究了DC-DC开关功率变换器电路的故障特征参数的提取及系统故障预测方法,具体研究内容包括:
  1.研究了电力电子电路关键元器件的失效机理,通过分析元器件的等效电路模型和失效模式,确定了反映主要元器件性能退化状况的故障特征参数及其失效阈值。
  2.研究了DC-DC开关功率变换器的工作原理及外围元器件参数设置的具体方法,并对关键元器件进行了退化模拟,建立了参数退化曲线。最后通过系统仿真分析各关键元器件分别对系统输出电压均值,纹波电压值及功率损耗的影响,确定评估系统故障特征参数。
  3.研究了小波神经网络(WNN)和极限学习机(ELM)模型及算法实现,并提出一种新的基于WNN-ELM算法。以电解电容等效电阻ESR和电容值C的退化为例,通过分析对比WNN-ELM算法与WNN、ELM算法的预测相对误差值,确定了该算法的可行性。
  4.最后以DC-DC开关功率变换器为例,通过仿真得到1400组时间序列输出电压纹波值,分别采用WNN、ELM和WNN-ELM算法对其系统级故障参数进行时间序列预测,并实现了DC-DC电路系统级故障预测,分析确定本文提出的算法准确率更高。
[硕士论文] 陈华森
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市建设的不断推进和经济稳定的增长,社会生活和生产对电力供应的需求与日俱增,用户对供电可靠性的要求也越来越高。配电变压器作为配电网中最重要的设备之一,它的安全运行是配电网络安全可靠运行的重要保障。
  长期以来,电力部门对城区配电变压器的维护基本上采用计划性检修和故障后维修的方式,且在目前的变压器在线监测系统中,主要采用RS485总线、光纤、电力线载波等有线通信方式或移动网络的无线通信方式。其中,有线通信方式存在着布线复杂、覆盖范围有限、安装工程量大、网络升级和扩展困难、检修和维护费用高等问题;而移动通信网络流量费用高,不适合大量数据的实时传输。因此,针对目前变压器在线监测系统通信方式方面存在的不足,本文提出了基于6LoWPAN的电力变压器无线监测系统。
  系统由无线监测终端节点、6LoWPAN网关以及LabVIEW上位机组成。通过在变压器上安装无线监测终端节点完成各变压器状态参数的采集后以无线的方式将数据发送至6LoWPAN网关,再由网关处理后通过以太网发送至LabVIEW上位机,工作人员则通过上位机软件实时掌握变压器运行状况。首先,在硬件方面,对无线监测终端节点和6LoWPAN网关的各个组成模块进行详细的设计,包括电压、电流、温度、振动、油中微水含量等参数采集与处理模块、无线通信模块、以太网模块、供电模块以及外围功能接口模块。其次,在软件方面,对无线监测终端软件、6LoWPAN网关软件以及上位机软件进行设计,包括参数采集程序、终端节点数据处理程序、RPL组网程序、网关数据处理程序、登录界面程序、变压器监测界面程序、以太网通信程序、报表生成程序以及历史数据回显程序。最后,针对无线监测系统的参数采集和网络通信功能进行了测试与分析。测试结果表明,无线监测系统满足设计要求和设定的功能,很好的实现了参数的采集、传输、存储和显示。系统具有无线化、微型化、高效化以及低成本等优点,为城市配电变压器的状态监测提供了一种有效的监测方式,具有一定的应用价值和现实意义。
[硕士论文] 葛许良
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着智能电网的提出,电力变压器向着智能化、特高压和大容量的方向发展,而变压器作为电力系统中最为关键的电力设备,其运行状况对整个电力系统的可靠运行将产生越来越重大的影响,所以及时准确地检测出早期潜伏性的故障,显得尤为重要。
  油中溶解气体分析(DGA)方法是被公认的预防和发现变压器故障最为有效的方法之一。为了实时监测变压器的运行状态,提高变压器故障诊断的准确率,本文在研究了电力变压器现有的监测方法和故障诊断方法的基础上,结合DGA方法,设计了油中溶解气体的在线监测系统。在建立特征气体样本集后,利用深度神经网络中的深度置信网络(DBN)方法,构建了分类深度置信网络(CDBN)诊断模型,进行变压器的在线故障诊断。本文的主要工作如下:
  首先,阐述了本课题的相关研究背景与意义,综述了变压器在线监测和故障诊断技术的研究现状,对目前系统存在的问题进行了分析,并确定出本课题的研究内容。
  其次,着重分析了变压器油中溶解气体和故障类型的关系,在此基础上,确立了以油中溶解气体含量来监测变压器运行状况的技术方案。设计了油中溶解气体的在线监测系统,选用STM32F103T8U6嵌入式单片机为主控制器,采用NB-IoT技术进行远程通信,并对系统所需功能模块进行了电路设计及软件开发。
  最后,在建立好样本集的基础上,构建了基于CDBN的变压器故障诊断网络模型。利用MATLAB平台对所建立的模型进行实验仿真,调整模型参数,确定出该网络的层数、迭代次数等。参数确定后进行系统测试,在样本集数量不是很大的情况下,诊断准确率能达到94%左右,结果表明CDBN诊断模型应用在变压器的故障诊断方案中是有效可行的。
[硕士论文] 唐菊生
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:变压器作为供电系统中不可或缺的变电环节,其安全性和稳定性直接影响到整个电力系统的正常运行。随着电力系统的快速发展,尤其是新材料、新工艺的不断涌现,变压器的单台容量不断增大,对其保护的灵敏性和可靠性要求越来越高。差动保护作为变压器的主保护,如何有效地减少或消除涌流产生的误动是衡量该保护装置优良特性的重要指标。目前,利用二次谐波制动原理预防励磁涌流引起的保护误动作是一种比较常用的方法。但是大量的实践表明,传统的幅值比判据识别方法存在缺陷,某些情况下无法保证保护的正确动作。因此,需要对该判据进行改进,这也是本文研究的核心问题。
  本文首先介绍了变压器差动保护的相关背景、发展历程及存在的问题;然后分析了变压器差动保护的基本原理和影响因素,进而引出了变压器的涌流现象,并从理论和仿真上分别对不同类型涌流产生的机理和特点进行研究;接着详细介绍了比率制动式差动保护及二次谐波识别法,采用Matlab/Simulink软件构建了基于二次谐波制动的差动保护仿真模型,模拟出变压器绕组内外发生多种短路故障时,差动保护系统的动作情况。仿真结果表明,由于剩磁因素的存在,二次谐波制动模块出现了误判,变压器差动保护发生了误动作。
  最后,针对幅值比判据识别涌流的不足,本文提出了改进的方案。通过增加相位差判据增大了二次谐波制动系数的最低门槛值,进而扩大了励磁涌流的识别范围。同时,将改进型的制动模块代替原来仿真中的幅值比判据模块并进行模拟对比,仿真结果表明,改进型的变压器差动保护系统具有良好的可靠性,能够在一定的程度上降低保护误动的概率。
[硕士论文] 吴波
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来随着不间断电源、有源电力滤波器大量的应用以及分布式能源的快速发展,对于实现高性能的交直流电能变换提出了更高的要求,而三相PWM整流器可以实现单位功率因数运行,使直流侧电压快速达到稳态,还可以实现能量的双向流动,在电能变换中取得了良好的应用效果。
  本文首先建立了三相电压型PWM整流器的数学模型,通过坐标变换建立VSR在旋转坐标系下的数学模型,采用了前馈解耦控制策略优化控制性能,进而对电流内环和电压外环的控制参数进行计算选取,通过计算给出了控制参数,在前馈解耦的前提下,实现了双闭环控制算法。为了提高直流侧电压利用率,采用了SVPWM空间矢量算法,为了减少传统SVPWM算法计算量,本文提出了基于60°坐标系的SVPWM算法,优化了算法的计算过程。
  其次,在VSR的控制过程中,对交流侧电流正弦化和直流端电压的稳定输出是其研究的重点。对于PWM整流器来说在外界条件突变时,要能够快速的稳定直流侧电压,传统PI控制由于控制参数在选定后无法在线改变,控制性能受限,本文结合模糊控制理论的特点,引入模糊控制来稳定整流器输出侧电压,通过MATLAB/SIMULIK进行了仿真,结果证明了模糊PI控制良好的抗干扰能力。
  最后,本文搭建了PWM整流器的硬件电路,结合电路控制的要求,对硬件电路的元器件进行了选型,搭建了控制系统的硬件电路,结合控制策略,设计了控制算法系统的软件。
[硕士论文] 胡才
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在光伏逆变并联技术中,无线下垂控制方案不需要互联线,逆变器可以有效避免互联线引入的干扰。另外无线下垂控制技术输出均流控制只和自身输出功率有关,方便了逆变器接入和退出并联系统,给互联系统实现热拔插提供了极大地便利。但是,在低压下,传统下垂控制采用的下垂控制方程是阻性下垂方程,并联系统受逆变器输出阻抗和线路阻抗影响比较大。传统下垂控制无法实现逆变器之间环流为零,负载功率也无法实现均分。环流的存在还会加大系统的功率损耗,环流过大甚至会损坏逆变设备。
  本文以全桥逆变电路为基本拓扑结构,单台逆变器采用双闭环控制方式。在此基础上,研究了电流内环为比例调节器,电压外环分别为PI调节器和准PR调节器的两种控制方式下的逆变器输出阻抗特性。然后通过引入虚拟复阻抗,将逆变器输出阻抗在工频50Hz附近变为纯阻性,来减小输出阻抗对下垂控制的影响。在阻性的基础上,进一步改进下垂控制策略,给出一种引入输出无功功率PID调节,有功功率PD调节的下垂控制策略,并建立了改进下垂控制方式下小信号分析模型。接下来在MATLAB/Simulink平台中建立了两台逆变器并联仿真模型,分别对传统下垂控制、引入虚拟复阻抗的下垂控制和改进的下垂控制方式进行仿真,分析三种控制方式下环流和逆变器输出功率分配情况。
  仿真结果表明,在传统下垂控制方式下,逆变器输出功率无法实现均分,稳态精度很低。引入虚拟复阻抗后,环流减小,无功功率可以实现均分。但是两逆变器并联后有功功率无法实现均分。改进下垂控制器后,仿真结果表明本文给出的下垂控制方式可以很好实现并联效果,系统稳定后两逆变器输出有功和无功功率能实现均分。
[硕士论文] 于浩然
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:无线充电技术因其便捷性、可适用于多种复杂环境等优势而受到了广泛的关注。Rezence标准是基于磁耦合谐振系统(RWPT)提出的高频低功率充电标准,此标准传输功率较大,对接收端的位置和个数没有限制,满足了市场对于手机、电脑等便携电子产品的无线充电的迫切需求。本论文围绕着基于Rezence标准的RWPT的发射端的设计,如何产生6.78MHz的交流电以及负载端匹配等问题展开研究,主要工作如下:
  首先,建立了RWPT的发射线圈和接收线圈之间的耦合电路模型,对其进行了数学(电路)分析。经过上述研究得到影响系统传输功率和效率的主要影响因素,并且对SS、SP谐振拓扑进行了仿真实验,经过实验分析得出:系统的谐振频率、线圈的品质因数Q值以及耦合因子对传输特性都有着很大影响。通过对比分析得出了适合于本系统的谐振拓扑结构。
  然后对应用于高频下的D、E类放大器进行理论和仿真分析,实现了D、E类放大器在频率为1MHz下的软开关功能。综合对比二者的效率以及电路特点,发现D类和E类放大器在固定频率、固定负载条件下工作效率均很高,但这两种结构一旦负载发生变化,传输功率和效率会受到很大影响。为了解决此问题,提出了使用D类全桥逆变器和动态控制死区时间的方法,不仅对D类全桥逆变结构进行了优化,还实现了系统在可变负载、可变输入电压条件下工作,很大程度上减少了开关损耗。
  最后,本文选用了eGaN(R)FET作为D类全桥逆变器的开关管搭建系统的发射端,整流电路为输出端,搭建了基于Rezence标准的实验平台。实验得到,传输距离为25mm时,最大可达效率81%,最大输出功率达到16W;也表明了通过使用优化的D类全桥逆变器和动态地控制死区时间的方法,系统能够在可变条件下(变化输入电压、负载端),也可以保持较高的传输效率和功率。
[硕士论文] 程浩
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能是21世纪以来最具有开发前景的新能源之一,光伏发电成为高效利用太阳能的一种方式。光伏逆变器属于光伏发电系统中的重要器件,一旦出现故障将会导致系统稳定性降低乃至停转。对光伏逆变器进行故障特征提取是提高光伏发电系统稳定性的关键,由元器件参数退化引起的软故障,特征不明显、区分度差,且传统的特征提取方法难以达到预期效果,故对光伏逆变器软故障特征提取方法的研究具有实用价值。本文具体研究内容如下:
  本文选择具有代表性的三电平中点钳位型(NPC)逆变器作为实验对象,首先在深入分析其工作原理的基础上对电容软故障类型分类,然后通过Matlab/Simulink建立电路模型,仿真得到不同软故障类型对应的三相桥臂中点间线电压信号作为故障信号,提出了两种软故障特征提取方法:
  基于VMD小波能量软故障特征提取,元器件参数发生退化时,故障信号的频带能量分布会发生较大波动,信号频带特征包含故障信息,故障信号的VMD小波能量可为故障特征。首先以排列熵算法优化VMD模态分量个数,提取故障信号VMD模态分量的小波能量构建故障特征向量,对获取的特征向量降维,最后结合支持向量机实现软故障的分类,经实验证明,与传统的小波、EMD小波特征提取方法相比,VMD小波特征提取法精度高,速度快,在软故障诊断方面优势突出;
  基于参数辨识的软故障特征提取,电容值是衡量电容健康状况最直接的指标,电容值可作为软故障特征。信号的统计学参数可以很好地反映信号时域的能量分布和状态波动,优选部分量纲系数和无量纲系数作为故障信号的统计学参数并构建参数向量,将参数向量作为极限学习机的输入,以电容值作为极限学习机的输出,通过分析预测误差和算法运行时间确定最优极限学习机隐层神经元数量,利用训练好的极限学习网络进行参数辨识获取电容值,实验表明,与传统BP算法相比,本文提出方法更适用于逆变器软故障特征提取。
[硕士论文] 朱孟江
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着传统能源的枯竭,新型清洁产业如电动汽车、光伏系统等不断的快速发展,双向全桥DC/DC变换器作为其中一个重要的电能变换装置得到了广泛的应用。因其具有结构对称,较高的功率密度,不用改变两端电压极性实现能量双向流动等优势,成为现代电力电子研究的热点。
  本文主要对双向全桥DC/DC变换器的控制策略进行研究,针对传统单移相控制在输入、输出电压不匹配时,电感电流应力较大等问题,确定采用双移相控制。首先,分析了双移相控制原理,对不同阶段的工作模式进行分析,建立了传输功率、电感电流峰值数学模型。然后,为降低变换器中的电感电流应力,推导出以优化电感电流应力为目标的双移相控制算法,并与单移相控制下的电感电流应力进行了对比分析,说明在相同有功功率传输下,双移相控制有更小的电感电流应力和更宽的传输功率调节范围,灵活性增强。最后,在双移相控制算法的基础上,本文采用了一种高效的双移相模式切换控制策略,设计并实现了相应的控制方案。
  通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了基于移相控制的双向全桥DC/DC变换器模型,分别仿真了变换器在单、双移相控制下的电感电流峰值波形,验证了双移相控制算法的有效性,仿真了变换器在两种双移相模式切换过程中输出电压的稳定性,及电感电流应力大小。然后,设计了双向全桥DC/DC变换器的硬件电路,编写了双移相控制程序,搭建了变换器的硬件实验平台,验证了本文双移相控制算法的可行性与有效性。
  仿真波形和实验结果基本吻合,验证了理论分析的正确性。在相同的传输功率下,采用优化的双移相控制策略不仅减小了变换器中的电感电流应力,而且系统中的回流功率也减小了,提高了系统的功率传输效率。
[硕士论文] 张杰伟
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当今电力系统规模越来越大,电压等级越来越高,结构愈加复杂,系统中的暂态过程也愈加复杂。其中,对传统电磁式电流互感器(CT)暂态过程的影响最为严重。电流互感器根据电磁感应原理,通过一、二次侧线圈及铁芯间的磁耦合,将大电流按变比变换成小电流。由于CT铁芯的非线性,当故障短路电流超过CT额定限值一次电流时,极易造成铁芯饱和而导致CT失去线性传变特性,造成线路差动保护误动。CT暂态过程十分复杂,受多种因素影响。目前常用的CT暂态过程研究方法主要分为两类:数学模型和动模实验。其中,数学模型由于操作简便,易于实现,应用较为广泛,如J-A模型。经典的J-A模型,可以较好地反应各种因素对CT暂态饱和的影响。但未针对模型中非物理解问题给出解决方法,导致在局部磁滞回线中非分磁导率出现负值,不能对局部特征进行具体地描述,精确度较差。本文就上述研究中存在的问题进行了研究,基于经典J-A理论,对J-A算法进行了改进,提出了修正模型中非物理解的方法,搭建了改进模型。
  本文首先从电流互感器的构成及原理入手,分别对CT的稳态、暂态过程进行了分析,之后着重对互感器的暂态饱和过程进行理论分析,并在PSCAD/EMTDC环境下,分别基于J-A理论和Preisach理论搭建了CT仿真模型,利用Preisach模型与J-A模型进行对比。详细分析了其对电流的传变过程,仿真研究了相关因素对暂态饱和过程的影响,较好地还原了CT传变特性。其次,针对J-A理论非物理解问题和Preisach理论精确度不足进行改进,通过仿真验证验证了改进的可行性。最后,将上述改进模型,接入搭建的电力系统差动保护仿真模型中,利用CT饱和前的线性传变区改进采样值差动判据,通过仿真进一步研究模型在系统中性能,研究在不同故障环境下,互感器暂态饱和对线路差动保护的影响。
  通过本文的研究,改进了B-H求解算法,能够更加准确地对CT磁滞回线进行描述。并以搭建的新CT模型为基础,分析各因素对CT模型暂态过程的影响而引起差动保护的变化,且提出了相应的抗饱和措施,对电力系统安全正常运行具有重要意义。
[硕士论文] 戴东亚
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在传统化石能源短缺和环境恶化的情况下,迫切需要寻找一种新能源来代替传统的能源。光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心,其拓扑结构和并网技术直接决定了光伏并网发电系统发电效率和电能质量。传统的拓扑主要采用高频变压器隔离来抑制共模电流,但是会造成系统转换效率降低以及变压器饱和问题。对于普通H4桥拓扑结构,能有效的抑制共模电流,但输出电压只有两种形式,这样会导滤波装置电流波动较大,从而导致电感增大,影响系统成本和效率的降低。Heric结构抑制共模电流效果最好,开关器件较少,成本低,但5个开关器件均为高频开关,损耗较大。H5拓扑结构开关器件少并只有3个高频开关器件,但共模电压的稳定要依赖于开关器件参数。本文根据以上几种拓扑的优缺点进行改进,设计出一种非隔离新型拓扑结构,来解决传统光伏并网逆变器存在的一系列问题。
  本文首先介绍了光伏发电的基本原理,以及对光伏阵列的建模和工程计算方法的分析,并同时详细分析了MPPT的控制方式。随之对传统并网逆变器的拓扑结构进行分析研究,通过仿真软件对传统几种拓扑结构抑制共模电流的效果进行对比。之后根据传统的拓扑结构的优缺点进行改进,并设计出一种非隔离新型拓扑结构,针对于该拓扑结构的工作原理进行详细分析,并发现在钳位通路中增加一个钳位电阻,可以增强共模电流抑制的效果。其次对非隔离型光伏并网逆变器控制策略进行研究,分别绘制出基于PI和PR控制策略下的Bode图,从对比结果中本文选择基于PI控制的并网电流技术策略,之后通过MATLAB仿真验证不仅可以很好的抑制共模电流,还能稳定中间直流侧电压。最后通过理论和仿真验证,对该光伏并网发电系统的软硬件进行设计,主要对主电路、驱动电路、采样电路设计以及对软件系统的主程序和中断子程序设计,并介绍了SPWM调制的实现。
  根据上述研究,本文设计了一种非隔离新型拓扑结构,不仅解决了变压器饱和问题,还减少高频开关器件以及逆变效率低问题。并在钳位通路中增加一个钳位电阻,还可以大大提高抑制共模电流效果。最后搭建了整个光伏发电系统模型,通过仿真结果进一步验证了其设计的准确性和实用性。
[硕士论文] 李昭成
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:人类社会随着时代发展和进步,环境污染问题日益严重,并且不可再生能源的储量日益减少,新能源开发及利用越来越受到了人们的重视,现代新能源开发进入崭新的时代,光伏并网逆变器正向着高度集成化、控制方法有效精准等方面的方向发展。控制方法成为逆变器技术核心之一,控制技术关系到光伏逆变输出电能质量,据此,本文以三相并网光伏逆变器作为研究对象研究其控制方法,主要内容如下:
  现就当前的能源形势说明了逆变器的研究背景以及光伏发电的进程和开发意义,并阐述了世界光伏逆变器控制技术的发展现状。针对三相单级式光伏并网逆变器的工作原理,给出了L型和LCL型数学模型及各自的特点,并做了简要分析,为控制策略选择做理论基础。
  文章的第二部分是在建立并网逆变器数学模型并阐述其工作原理的基础上,选择单级式为研究对象,对LCL解耦方法较困难的情况来说,本文在LCL逆变器引入了比例谐振控制器,对L型而言,分析了滞环控制和基于SVPWM的L型滤波器的控制方法。最后进行了实验验证SVPWM控制可以实现无静差跟踪效果,能够满足系统设计的要求。
  基于上述分析,随后给出了三相并网光伏逆变器硬件电路设计与实现,包括主功率元器件的选型,IGBT损耗计算、电感电容设计,最后整定了元件的参数。
  设计出相应的电路结构并研究了三相光伏逆变器实验结果及其分析,对L型的逆变器SVPWM控制,以及在LCL型逆变电路引入了比例谐振控制器,最后给出了其仿真波形,分析得出结果验证其有效性。
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