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[硕士论文] 刘硕
电机与电器 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着人们对能源的需求逐渐增长,能源短缺的问题日益凸显出来,传统的化石能源已经远远不能满足人类社会发展的需要。为了防止出现能源危机,以太阳能作为代表的新能源越来越受到广泛关注,应用范围也越来越广泛,已经成为当前研究的热点。但光伏电池的输出具有非线性以及易受外界环境因素影响的特点,因此为了提高发电效率需要在光伏发电系统中引入最大功率点跟踪技术。
  本文首先从理论上分析了光伏电池的等效电路并根据等效电路导出光伏电池的数学模型,使用PSIM软件搭建了光伏电池的仿真模型,该模型作为工程用模型可以很好的反映出光伏电池在不同外界环境下的输出特性,并使用该模型分析了光照和温度对光伏电池输出特性的影响。
  接着对光伏发电系统最大功率点跟踪的工作原理以及常用算法进行介绍,在比较传统算法的基础上提出了一种基于Fibonacci数列的MPPT算法,并运用PSIM仿真软件搭建仿真模型对几种传统算法及基于Fibonacci数列的算法进行仿真。仿真结果表明提出的算法与传统算法相比,具有更快的追踪速度以及更加稳定的输出特性,从理论上证明了提出算法的正确性和实用性。
  最后进行硬件实验,使用Altium Designer制作完成了小功率Boost升压电路板及其外设电路,以日本MyWay公司生产的PE-Expert3高速电力电子控制系统为控制核心,设计完成了实验用小型光伏发电系统的实验平台,并在此实验平台上对基于Fibonacci数列的最大功率点跟踪算法进行实验,验证其有效性。接着同时使用扰动观察法和基于Fibonacci数列的MPPT算法进行对比实验,分别计算这两种MPPT算法控制下的光伏发电系统实验平台的发电量,通过对比实验结果证明提出的基于Fibonacci数列的算法与扰动观察法相比更加高效。
[硕士论文] 周嘉炜
电机与电器 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:风能作为一种清洁无污染的资源,储量巨大且可再生,已成为了当前新能源发电研究的主要方向之一。中国国土广袤、幅员辽阔,蕴藏了非常丰富的风能资源,小型风力发电系统所需资金成本较小,易于安装,将其作为电网供电的补充以供日常生产生活所用是缓解部分地区能源短缺问题,减轻燃煤电厂引起的环境污染问题的有效方法。因此,研究运行可靠的小型风力发电系统并将其推广到广大农村地区家庭使用,具有非常重要的现实意义。
  风力发电系统作为一个非线性、强耦合、多变量的复杂系统,由于风能的随机性、时变性、不可控等特点,很难获得系统的准确模型。另外,由于系统运行环境往往较为恶劣,环境因素引起的各方面扰动也是风力发电系统难以控制的一个方面,为了解决风力发电系统存在的受扰问题,提高风力发电系统的发电效率,本文以最大功率跟踪控制为目标,研究基于模型预测控制(MPC)与干扰观测技术(DOB)的复合抗干扰控制方法,以提高系统的抗干扰能力,主要研究内容有:
  1、作为永磁同步风力发电系统控制策略的前期验证,研究并设计了Buck型DC-DC变换器的复合抗干扰控制算法,MATLAB/Simulink仿真结果表明该方法能够有效抑制扰动,提高控制效果。
  2、分析了永磁同步发电机(PMSG)的数学模型,研究了矢量控制策略(FOC),电压空间矢量调制原理(SVPWM)。在MATLAB/Simulink环境下对永磁同步发电机调速系统进行了仿真验证。
  3、结合模型预测控制的基本原理和特点,分析了永磁同步发电机的预测模型,设计了永磁同步发电机的模型预测控制器并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真验证。
  4、针对风力发电系统干扰源众多的情况,将参数摄动,风速的变化视作集总扰动,通过干扰观测器(DO)对系统的总干扰进行估计,并通过前馈补偿的形式消除干扰的影响。仿真结果验证了干扰观测技术的有效性。
  5、在仿真验证的基础上设计了永磁同步风力发电实验平台,并初步验证了该实验平台的有效性。
[硕士论文] 王梅
安全工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:近些年,全球核电呈现了逐步兴盛和不断成长的趋势。为确保国家资源安全及调整能源资源产业结构,国家发展改革委发布了《核电中长期发展规划》,中国规划在2020年将核电装机容量增加到4000万千瓦;届时,核电将占全部电力装机容量的4%。核电工程施工具有施工周期长、建设要求作业风险高以及民众关注高等特点。核电项目建设的每一个阶段都应该格外注重安全的管控,同时应站在“核安全”的角度注重每一项工作。
  本文通过海阳AP1000核电项目建设,在重大危险作业安全管控中发挥积极主导作用,摸索出一套比较成熟的核电项目重大危险施工作业安全控制管理经验。本文从工程公司定位,针对AP1000特殊施工工艺“模块化施工”、“开顶法施工”以及“核电设施的特殊性要求”制定有针对性的管理措施,如:划分责任单位权限,策划公共区域管理、建立分级清洁区管理。通过定置化管理,规范人的行为和规范场地的规划,特别是临时设施的布置都应满足先规划后实施的原则。
  按照“七类四项”原则全面系统的辨识现场危险源,通过作业条件危险评价法(LEC法)评估风险等级,根据评估等级制定预防措施,建立项目安全风险数据库管理,作为项目安全检查表的编制依据之一。使用安全检查表系统的排查安全隐患,将检查结果与承包商安全业绩相结合。
  安全管理中充分考虑“可视化”管理的应用,对人员培训可视化、对施工机具可视化,对物品存放定置化。
[硕士论文] 朱国栋
绿色镀膜技术与装备 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:由于化石燃料的大量使用,人类自身居住的生态环境遭受了严重的污染和破坏。所以人们对新型清洁能源的开发和利用越来越重视,最重要的是从低碳、环保、绿色等方面综合考虑,太阳能具有无可争议的优势,然而中国以及全球正把太阳能的开发和利用作为未来清洁能源的发展方向。
  在太阳能发电应用的过程中,对于如何改善太阳能的有效利用率是研究的主要难题之一。提高太阳能应用系统跟踪精度是改善太阳能利用率的有效方法。由于单轴跟踪结构存在着跟踪精度不高,误差累积的问题对收集太阳能的效果并不理想。所以采用双轴跟踪结构自动化程度高,能够最大效率的利用太阳能辐射量。基于光控与程控的双轴跟踪结构使用太阳能跟踪系统能够保持太阳光线实时垂直照射太阳能接收器,这样能够大大的提高太阳能利用率。通过实验论证采用双轴跟踪装置的系统比不采用跟踪装置的系统可能够提高37.7%的能量接收利用率。对于太阳能应用系统的跟踪效果好坏严重影响着太阳能的有效利用率。那么基于现有太阳能发电站中其跟踪装置通常采用开环控制方式,单轴太阳能自动跟踪装置以及步进式太阳能自动跟装置,普遍存在跟踪精度低、成本高、累积误差大等缺点。
  本文提出了一种高精度太阳跟踪控制装置以及对其硬件传感器设计、工作原理和控制策略的介绍。本文中跟踪装置的设计是基于传统双轴跟踪系统结构的光电式模式和视日轨迹跟踪模式太阳跟踪的相互结合。两种跟踪控制模式相互配合应用,弥补各自的不足。然而重要的是本设计将已有的光电式太阳跟踪器进行合理的结构上的设计,采用锥状简体的接收器本体大口端朝向太阳,可避免简体的边沿在光电池上产生阴影并影响输出;在十字交叉遮光板顶端加上十字交叉隔板与之对应,这样的十字交叉遮光板增大了阳光倾斜照射时对应在光电池上的面积差,有效地增大了光电池输出的模拟量。因此在功能上减少了系统本身带来的积累误差、改善了跟踪器接收信号的灵敏度、提高了系统控制精度。
  针对本文提出的方案,对系统整体结构及软硬设计,系统主PLC控制器选型为欧姆龙(CJ2H-CPU64-EIP);与子PLC选型为欧姆龙(CP1L-60D);子PLC连接的调节方位角的24V直流电机及传动比为1∶35000的蜗轮蜗杆和调节高度角的24V直流电机传动比为1∶35000的蜗轮蜗杆;LED显示器;光电式跟踪接收器及太阳运行轨迹跟踪模块,并根据设计要求,将各部分连接调试。然后分析其工作原理和是研究过结果。
  根据本文提出的一种以程控和光控相结合的混合控制高精度太阳能跟踪系统。并通过实验来论证这一方案,主要内容是对光电传感器进行改进来提高其稳定性和入射光偏差灵敏度,其中入射光最大偏差为0.105mm。实验结果表明:该跟踪装置通过太阳光线垂直照射在接收器而精准的改变其输出模拟量,从而有效的提高系统的跟踪精度且能够实现全天候自动跟踪。通过误差分析法将实验测试数据与理论数据进行计算比较得出跟踪绝对误差在±0.1°以内,那么论文中设计的太阳能跟踪控制装置比现有的跟踪控制装置更为精确,也说明该跟踪控制装置满足稳定可靠、精度高、抗干扰能力强。
[硕士论文] 陈彦求
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着新能源在全世界能源消耗所占比例的增加,风能的利用越趋成熟,风电技术得到飞速发展。前端调速式风电机组就是其中新兴的新型机组,具有无功输出能力强,低电压穿越,电能质量好等优点,然目前在含前端调速式风电机组风电场的无功优化控制上的研究还极其欠缺。而伴随风电装机容量的增大,风电场的自我无功调节能力受到很大的挑战,这就需要具有较强无功输出能力的前端调速式风电机组参与到风电场的无功优化控制。含前端调速式风电机组风电场无功优化控制的研究对于该机组在国内的推广,以及为我国风电技术的发展提供一定参考依据,意义重大。
  为得到前端调速风电机组的无功输出范围,本文分析了前端调速风电机组的运行理论,建立前端调速式风电机组的风力机模型、传动链模型、励磁系统模型及同步发电机模型,得到前端调速风电机组的数学模型和输出功率方程,结合同步发电机无功约束限制,分析得到前端调速风电机组的无功输出范围,并设计鲁棒励磁控制器对机组无功功率进行控制。分析风电场主流无功补偿装置的结构和运行原理,通过仿真和综合对比选取无功补偿装置。
  为改善风电场内的无功潮流分布,减少场内网损,以有功网损和补偿装置年合费用最小为目标,以电压为约束,采用改进的遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对风电场进行无功规划优化,先确立了无功补偿的优化安装位置和补偿装置的无功容量,在此基础上,对风电场内无功输出设备的组合进行划分,以有功网损最小为目标,以电压越限率为罚函数,分别在5种场景下采用改进遗传算法进行无功运行优化,获得最优运行组合决策。以此为铺垫,提出风电场无功分层递阶控制策略,通过各场景下无功优化结果对前端调速式风电机组和无功补偿装置的无功输出容量进行分配,并对机组和无功补偿装置的无功输出进行控制,达到无功功率的最底层控制。通过风电场无功优化控制,达到风电场运行的经济性和电压稳定性。
[硕士论文] 马长立
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:变电站作为电力系统的一个重要环节,是接收和分配电能的场所。目前,由于集成了现代微电子处理、自动控制等科学技术,变电站主设备综合自动化水平越来越高,国内变电站正逐步实现无人值守。但是,对于变电站的辅助设备而言,自动化、智能化水平相对较低,仍存在监控中心无法对变电站辅助设备进行实时监控、辅助设备运行状况未进行统一的管理及记录等问题。制约着变电站自动化水平的提升,影响着各项先进生产管理制度的执行。因此,研发变电站辅助设备智能监控系统具有重要的现实意义。
  本课题通过了解在线监控领域的研究现状,针对目前变电站运行中存在的不足,设计了相应的变电站辅助设备智能监控系统。该系统利用物联网的技术手段,构建合理的监控网络,系统由上位机和下位机两部分构成。上位机分为本地监控端和远程监控端两部分,使用Visual Studio2013开发环境自主设计监控软件;下位机承担数据的采集、控制指令的执行等任务,选取合理的通讯方式,并分别进行了各智能装置的硬件设计和调试、微处理器的编程,各智能装置之间通过数据应答和重发机制保证了数据可靠的无线传输。
  系统设计完成后,首先在实验室环境下制作了变电站辅助设备模型,对整个系统进行调试,实现了对模型内照明设备、门禁设备的多方式控制以及温湿度节点信息的实时采集功能。最后,对选取的两种不同的通讯方式进行了测试比较。结果表明两种通讯方式皆能满足在变电站特殊环境下的无线传输信息,但是当加入较多具备无线通讯能力的辅助设备时,由于以RF射频通讯方式组建的监控系统中可容纳的节点数目较少,数据传输丢包误包现象严重;而以ZigBee通讯方式组建的监控系统可容纳节点较多,因此,更能满足此变电站辅助设备监控系统的要求,在多节点大数据量的情况下依然能保持较高的控制成功率。最后,系统还实现了人员信息和权限管理、设备状态记录、温湿度历史数据记录及曲线生成、故障报警等功能。经现场应用试验可知,设计的智能监控系统运行稳定,可实现实时监控,达到了预期的设计目标。
[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] 房磊
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着风电等新能源并网比例的不断攀升,由于其具有较强的间歇性及不确定性,从而使得电力系统调峰压力与日俱增,传统的调峰策略已不能满足高比例新能源电网的调峰需求。近年来,光热发电得到了迅速发展,与光伏、风电等新能源不同的是光热发电具有大容量的蓄热系统,因此运行更加稳定。除此之外,光热发电运行时不但可快速调节自身出力,还可实现快速启停,从而为其参与电力系统调峰创造了得天独厚的条件。因此,研究光热发电参与电力系统调峰是实现高比例新能源并网及可再生能源消纳可再生能源的重要途径,具有重要的理论研究价值及工程指导意义。论文主要研究内容如下:
  (1)论文在阐述目前光热发电的几种形式及其特点的基础上,进一步分析了光热发电系统的结构组成及各子系统的功能,深入研究了光热发电的热力循环机制及其五种不同的运行模式,并在此基础上提出了基于能量流动过程的光热发电系统简化结构,分别建立了光热发电系统在发电模式及热电联产运行模式下的简化数学模型。
  (2)针对“三北”地区冬季供暖期因系统调峰能力不足而造成的大量弃风问题,提出了基于热电联产运行模式的光热发电调峰策略。首先,分析了光热电站辅助供热后热电机组电热特性及其调峰能力变化情况;其次,制定了基于热电联产运行模式的光热发电调峰策略,并在此基础上,建立了包含光热发电在内的电力系统电热综合调峰优化模型。与传统模型相比,新模型增加了系统热平衡约束、热电机组的热电耦合约束及光热电站运行约束等。最后,仿真结果表明,基于热电联产运行模式的光热发电,通过辅助供热可在一定程度上解耦热电机组“以热定电”运行约束,有效提高电网风电消纳水平,同时还可降低纯凝机组调峰压力,避免纯凝机组频繁调节,提高系统运行的经济性。
  (3)针对电力系统中发电侧资源及需求侧资源的多时间尺度特性,及风电预测精度随运行点的逼近而逐步提高的特点,提出了一种基于多时间尺度并计及需求侧响应的光热发电调峰策略。首先,对系统中具有多时间尺度特性的调度资源及其多时间尺度调峰机理进行了分析;其次,分析了需求侧响应机制,并分别建立了电价型及激励性需求侧响应模型;最后,建立了基于周、日前、日内三个时间尺度的光热发电滚动调峰优化模型并进行求解。与此同时,为提高调度结果的准确性,在日前调峰阶段还结合了SSP。与传统日前调峰优化模型相比,本文所提模型着重考虑了具有不同响应速度的发电侧资源及需求侧资源对电力系统调峰的影响,并在不同的时间尺度上分别确定了各机组组合、出力及需求侧响应策略。研究结果表明,基于多时间尺度的光热发电调峰策略,可充分发挥系统中各类调度资源在系统调峰时的协调调度作用,并有效利用光热机组启停迅速的特点参与电力系统启停调峰。从而提高了系统运行的经济性及可靠性,降低了风电预测误差对调度结果的影响,且系统所需旋转备用容量也有显著下降。
[硕士论文] 戴嘉彤
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着全世界经济社会的高速发展,世界能源形势日益紧张,可再生、无污染的新能源发电如风力发电与光伏发电得到了很大发展空间。但是,风力发电与光伏发电受地理位置、气候影响较大,导致功率输出很不稳定。因此,为新能源发电系统配备适合容量的储能系统,并研究新能源发电系统与储能系统的互补发电技术十分必要。在目前通用的储能系统中,抽水蓄能系统显示出了其独特的优势,其技术成熟、启停速度快并且使用寿命极长。因此,本文采用抽水蓄能系统与风光互补发电系统组成联合发电系统,并对整个系统的运行进行优化研究。本文研究分为两个部分,一是对于给定风光互补发电系统的抽水蓄能系统容量配置研究,二是对于风电-光伏-抽水蓄能联合系统的优化运行研究。
  目前还没有将抽水蓄能系统与风光互补系统组成联合系统的工程实例,因此,研究为风光互补发电系统配置多大容量的抽水蓄能系统是对于联合系统进行优化运行研究的前提。若抽蓄系统的配置容量过小,则无法充分平抑新能源系统的功率波动;若抽蓄系统的配置容量过大,则会造成浪费。研究以联合系统整体经济性最优和联合系统输出的功率波动性最小为目标,考虑各子系统运行实际情况建立数学模型。考虑到新能源子系统的出力随机性较大,对风电与光伏功率的不确定性进行考虑并在数学模型中体现。针对研究中的多目标求解问题,采用改进后的粒子群算法进行优化。对于容量已经确定的风光互补发电系统给出三种互补抽蓄系统的装机容量方案,并对三种装机方案分别进行平抑新能源系统功率输出波动性的验证。考虑到联合系统数学模型的功率输出约束条件,抽蓄系统建设于电源侧时,抽蓄系统的功率输出会受到电网传输功率限制,其调节作用无法得到充分发挥,由此影响到抽蓄系统的效益;抽蓄系统建设于负荷侧时,风电和光伏的传输功率都会受到限制,会出现弃风弃光现象,由此影响到新能源系统的效益,因此对于抽蓄系统的电站选址建设于电源侧与负荷侧时进行联合系统整体的经济性仿真比较。
  在确定了抽蓄系统的最佳装机容量后,进行风电,光伏-抽水蓄能联合系统的优化运行研究。考虑联合系统接入电网前后对于整个区域电网的影响,建立两层的优化运行数学模型。上层模型中将风电-光伏-抽蓄联合系统等效为一个电源,将其接入区域电网之中,以整个电网的运行成本、切负荷成本与环境成本最低为目标,给出联合系统的目标功率输出曲线。下层模型以上层模型的优化结果作为目标,优化联合系统中三个子系统的出力。考虑到风力子系统与光伏子系统出力间具有一定的相关性,所以对于联合系统中的风光相关性进行分析。普通的对于联合概率分布的参数估计法会受到诸如风光子系统控制策略、风电场风机布局、光照强度等许多额外因素的干扰,因此采用非参数核密度估计法进行联合概率密度函数的生成。并且针对本研究对象都是非线性的特点,在对相关性进行分析描述时采用Spearman非线性系数,并根据计算得来的24h各子系统与目标功率曲线间的非线性系数表对系统优化出力提供参考。算例中分析了风电-光伏-抽水蓄能联合系统接入对于区域电网中大型风电场弃风情况、常规火电机组出力情况的影响,以及考虑风光相关性对于联合系统中各子系统出力以及联合系统追踪目标功率曲线的影响。
[硕士论文] 赵寿旺
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:永磁风力发电机组性能优异,是当前变速风力发电机组的主要发展方向。随着风力发电机组功率等级的进一步提高,给永磁风力发电机组全功率变流器带来了新的机遇和挑战,尤其机侧谐波问题,更高量级的定子电流和电压,谐波和可靠性问题更加突出。永磁风力发电机常用的整流器为二极管整流器和电压型PWM整流器,二极管整流器成本低廉,可靠性高,但是机侧定子电流谐波含量大,功率因数低,机组转矩脉动大,而PWM整流器能够在单位功率因数运行,但数量众多的功率开关增加了整流器的成本和降低了系统的可靠性,尤其大功率永磁风力发电场合,全控型器件容量、价格的限制,单纯的提高器件的功率等级已经很难满足风力发电对变流器的要求。多脉波整流技术由于其拓扑简单,可靠性高,价格低廉且具有显著的谐波抑制效果等优点,成为大功率场合解决谐波问题的主要方法,为了满足永磁风力发电机组对机侧整流器发展的要求,进一步提高多脉波整流的谐波抑制能力,提高功率因数,本文将多脉波整流技术与直流侧谐波抑制技术相结合,做了以下的研究。
  多脉波整流器不能完全消除定子电流低次谐波,对于高次谐波抑制效果不明显,且输出电压不可调,在常规的12脉波整流电路的基础上,研究了一种带三个Boost变换器级联的并联型18脉波整流器,分析了理想状态下直流侧有源功率因数校正的谐波抑制机理,利用开关函数法,推导了18脉波整流器输入电流与三个Boost变换器电感电流之间的函数关系,得到了整流器输入电流为正弦时所需要的Boost变换器的电感波形,并给出了可实现的近似线性Boost变换器输入电流波形,并进行了仿真验证。理论分析表明,当Boost变换器输入电流满足特定六倍频三角波的时候,使用三个Boost变换器可以有效抑制整流器输入电流波形,通过与传统的18脉波整流电路、有源功率因数校正的18脉波整流电路进行了仿真对比分析,结果表明,采用的直流侧有源功率因数校正的控制方法谐波抑制效果更加显著。
  对于18、24、36等更多脉波数的整流电路,需要借助移相变压器产生多组移相电源,移相变压器和更多的二极管整流桥增加了系统的成本和体积,制约着多脉波整流电路在永磁风力发电系统中的应用和系统功率密度的提高,以及多脉波整流电路采用多组整流桥并联连接的方式,需要借助平衡电抗器,同时也不利于直流侧母线电压的提高,因此,研究了一种基于直流侧电流直接注入法的低谐波高功率因数运行的六相永磁同步发电机的串联型12脉波整流器,通过在两组整流桥输出侧并联可控电流源注入补偿电流以控制整流桥输出电流满足特定波形,借助六相永磁同步发电机的移相作用,使得定子合成电流接近正弦波,且能够实现六相永磁发电机高功率因数运行。仿真结果表明,所提出的串联型六相永磁风力发电机直流侧有源谐波抑制12脉波整流器,定子电流较补偿前,5th,7th谐波含量加倍,11th,13th等高次谐波显著消除,通过电机的移相作用,两定子电流5th,7th谐波相互抵消,定子合成电流谐波畸变率接近1%,具有较高的的功率因数。直流侧无需平衡电抗器,机侧无需工频变压器,减少了多脉波整流器磁性元件的体积和成本。使用六相永磁同步电机性能更优,满足大功率永磁风力发电的需要。
[硕士论文] 张晶
控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:目前国内外都在加大新能源项目的开发,风能作为可再生能源,在当下各国得到了迅速发展。但随之而来也带来许多问题。由于风电场的地理位置大多远离城市,深处戈壁、偏远地区,环境恶劣。本身各风电场就缺少专业的管理人员,现场值班人员每日还需要填报大量的生产数据给风电公司总部,每日重复着相同的工作,工作中经常会出现数据报错、漏报的情况。为了解决这一问题,让人员得到解放,有必要在各风场的上级管理单位建立一套平台系统。一方可以及时采集下属管辖各风电场每日的发电生产数据,一方面随时掌握各风电场的生产运行情况,为上级管理者提供准确的数据支持。
  通过对风力发电设备运行数据的收集和总结,新能源公司总部对风力发电进行实时数据监测和分析,计算发电效率。通过统计分析,提高了风力发电的能源利用率。强化监视各风电场对实时数据的掌握,掌握风电场财物和设备的安全,使得风电场运行成本下降,远程管控能力得到提升,可以使用信息技术的最新成果,建立涵盖全系统的风电机组生产信息实时监测平台。
  该监控平台通过需求分析,确定用户对生产信息实时监控系统的意愿和要求,并对平台的功能和应用需求进行说明,为后期平台的设计和开发提供基础性的文档。生产信息实时监测平台的主要功能是通过平台对整个生产环节的生产运行信息进行监控,直观地了解整个公司的生产运行情况。
  根据新能源企业使用实践,设计方案是可行的、有效的,同时也为风电场和老电厂的改造提供了新的生产设计监控系统,为今后的发展提供了参考,并对平台的发展前景进行了展望。提出了平台软件功能完善和决策改进的重要趋势是云平台存储与大数据分析。
[硕士论文] 于小艳
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:光伏发电的绿色、安全及取之不尽用之不竭的特点,使其成为全球最具发展优势的分布式能源。然而随着光伏的大量并入电网对输电系统产生了诸多不利影响,因此严重制约了光伏产业的进一步发展。但是柔性直流输电(VSC-HVDC,voltage sourceconverter-high voltage direct current)技术不仅能对系统的有功和无功功率给与支撑,还具有稳定系统的波动、提高输电能力及减少系统损耗等优势,可向光伏并网系统提供技术支撑,解决并网过程中的功率波动、电能质量低及损耗大等问题。因此,本文以光伏电站经VSC-HVDC并网作为研究对象,探讨了并网系统的启动控制过程、启动控制策略及控制系统参数的优化等问题。
  首先,分析了光伏电站的系统模型,在此基础上在MATLAB/SIMULINK软件中搭建了系统的仿真模型,通过仿真得出,光照强度的随机波动性对光伏电站输出功率的影响程度远大于温度变化所带来的影响。并建立了VSC-HVDC系统的数学模型,讨论了其控制系统的结构及基本控制策略,采用了外环电压控制和内环电流控制相结合的矢量控制方式对控制系统进行了初步设计。
  其次,建立了基于VSC-HVDC并网的光伏系统的模型,研究得出适用于并网系统的启动控制过程,并提出了定交流母线电压控制与定直流电压—功率斜率控制相结合的启动控制策略,缓解并网系统启动时电流电压的大幅度波动对自身和电网带来的冲击。仿真结果显示,该启动控制过程与控制策略的结合能够实现并网系统无冲击启动并正常进入额定工况稳定运行。该部分主要创新点在于提出了启动控制策略,有效的抑制了并网系统启动瞬间的不稳定,使得启动过程变得平滑易控,减少不必要的能耗。
  最后,探讨了在光照强度变化无规律的情况下光伏电站与VSC-HVDC系统之间的相互交互作用的电磁暂态过程,提出了混合粒子群算法对并网系统的控制参数进行优化。仿真结果表明,在随机光照强度下,该算法明显优于单一的粒子群算法,使得并网系统输出功率的波动情况明显低于采用单一粒子群算法的功率波动。该部分的主要创新点是对并网系统的控制器进行优化,平抑并网系统输出功率的波动,使得并入电网的功率变得平稳可靠。
[硕士论文] 任杰
材料物理与化学 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能热发电以其能量转换效率较高、电力输出平稳、生产能耗低、使用时无污染、通过储热能连续24小时发电等优势,近年来受到人们的高度重视。太阳能吸收膜作为太阳能热发电的关键材料,要求其能将在可见光-近红外光波段内太阳辐射能量高效吸收转化成热能、而在红外波段具有高反射(低热发射比)以尽可能降低所吸收热能的辐射损耗。由于太阳能吸收膜是由多层纳米功能膜层组成,各功能层成份、结构与厚度等因素变化均对太阳能吸收膜光学性能产生显著影响。本文基于计算机模拟软件开展太阳能吸收膜膜系结构的设计与优化,分析各功能层成份、结构与光学厚度等因素变化对其光学性能的影响规律,以期为生产实践环节中制备太阳能吸收膜提供指导作用。
  首先基于Matlab软件平台,自主开展了太阳能吸收膜模拟设计程序的编制,以W-Al2O3系太阳能吸收膜为例,采用正交实验方法将影响该膜系结构的关键因素设定为六因素五水平L25(56),通过软件模拟运算,模拟出不同组合条件下太阳能吸收膜在0.3~25μm波长范围内的反射光谱,并计算出对应膜系的吸收比和发射比。研究结果表明,影响太阳能吸收膜吸收比最强的因素是d1即表面Al2O3减反射AR层的厚度,而影响该膜系823K发射比的最强因素则是d2即低填充因子金属陶瓷复合吸收层LMVF的厚度,六因素中按影响吸收比强弱程度依次排序为d1>f2>f3=d2>d3>d4,影响发射比强弱程度依次排序为d2> f2> f3> d3>d1>d4。
  将正交实验表中吸收比最高的组合和发射比最低的组合进行折中优化设计,获得具有较佳光学性能的膜系结构为50 nm Al2O3/40 nmW-·l2O3(f2=0.2)/50 nm W-Al2O3(f3=0.525)/120 nm W,其吸收比为0.929,823K发射比仅为0.072。以该膜系结构为基础,进一步采用模拟软件研究了单一因素的连续变化对太阳能吸收膜光学性能的影响规律。发现随着减反射层AR厚度d1的增加,太阳能吸收膜反射光谱的截止波长右移,吸收比呈先增长后降低的变化趋势,而发射比则单调增加;随着低填充因子金属陶瓷复合吸收层LMVF厚度d2的增加,吸收膜的反射光谱变化非常剧烈,截止波长右移,吸收比呈先增加后减小的变化趋势,而发射比单调增大;随着LMVF层填充因子f2的增加,吸收膜的反射光谱的截止波长左移,吸收膜吸收比与发射比均呈先增加后减小的变化趋势;随着高填充因子金属陶瓷复合吸收层HMVF厚度d3的增加,吸收膜的反射光谱截止波长不发生明显迁移,吸收膜吸收比渐渐增加最后趋于不变,发射比则单调递增;随着HMVF层填充因子f3的增加,吸收膜的反射光谱的截止波长轻微左移,吸收膜吸收比与发射比均呈单调减少的变化趋势;随着红外反射层IR厚度d4的增加,发现反射光谱的变化非常弱,当d4超过一定值后,吸收膜的反射光谱不发生明显变化,薄膜的吸收比与发射比基本不再变化。
  为了验证上述模拟设计结果的有效性和可靠性,本文以模拟设计中的最优化膜系结构为目标,采用磁控溅射镀膜设备在321镜面不锈钢基片上制备出相应的W-Al2O3系太阳能吸收膜;采用扫描电镜、原子力显微镜和X射线衍射仪等仪器分析了制备态太阳能吸收膜的微观组织与结构,采用紫外-可见-近红外分光光度计和傅立叶变换红外光谱仪测定了制备态太阳能吸收膜的反射光谱,计算出其吸收比为0.926,823K发射比为0.116,吸收比与模拟设计结果基本吻合,发射比稍高于模拟设计,产生误差的可能原因是制备过程中将高、低填充因子吸收层中均匀分布在陶瓷基质中的金属粒子进行了次微层近似处理。为研究制备态W-Al2O3系太阳能吸收膜的耐热性能,将其置于580℃真空炉中退火处理120小时,测定其吸收比为0.92,823 K发射比为0.072,退火态太阳能吸收膜中W膜平均晶粒尺寸由13nm长大为21 nm应是太阳能吸收膜发射比降低的主要原因。
[硕士论文] 李欣阳
控制理论与控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会的发展,人类对能源的需求日益递增,为了满足社会生产和生活需求,寻找并开发清洁可再生能源成为世界范围内的共同话题。现阶段光伏发电技术已经基本成熟,但光伏发电的光电转换效率较低,相对来说太阳能热发电的能源利用率则较高,目前限制太阳能热发电发展的因素主要为建设成本太高,初期投资成本巨大,而基于光伏发电、太阳能热发电、超级电容储能和蓄热装置的多源互联发电系统在一定程度上可以解决这一问题。微电网是分布式发电的一种重要形式,并且由于储能系统的存在,微电网发电系统抗干扰能力强,大大提高了发电系统的供电可靠性。本文针对多源互联的微电网发电系统,利用大系统关联平衡法,对系统的建造成本、运行成本和系统容量进行了多级多目标优化研究,结果表明,利用关联平衡法对系统的优化结果相对传统的多目标优化方法能够进一步降低系统的成本。
  首先,针对多源互联的微电网发电系统,讨论了其系统构成,并对每部分的功能和特性进行了介绍;建立光伏发电系统、太阳能热发电系统和储能系统的容量模型,对多源互联的微电网发电系统发电能力进行计算;针对系统的建造成本、运行成本和发电容量,以供电可靠性作为系统的约束条件,构建多级多目标优化的目标函数。
  其次,介绍了大系统递阶理论,阐述了关联平衡法的原理,通过构建局部决策单元和协调器,建立了多源互联的微电网发电系统关联平衡模型,并且在应用关联平衡法时,对局部决策器和协调器的优化指标采用精英非支配解排序遗传算法(ElitistNon-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ)和粒子群算法(Particle SwarmOptimization,PSO)进行多目标优化,并对NSGA-Ⅱ算法和PSO算法进行了性能对比。
  最后,将应用关联平衡法对多源互联的微电网发电系统进行多级多目标优化的结果与运用传统多目标优化方法对系统进行多目标优化的结果相对比,选用目标函数为系统的建造成本、运行成本和发电容量,以供电可靠性为约束,分别得出了多源互联的微电网发电系统在发电容量为4MW,6MW,8MW和10MW时的优化结果。
  通过对优化结果的分析,既证明了多源互联的微电网发电系统在经济性能上的优势,又证明了应用关联平衡法对系统进行多级多目标优化的结果要优于传统的多目标优化算法,并且整体上,应用NSGA-Ⅱ算法对系统进行优化的结果要优于应用PSO算法。
[硕士论文] 刘运华
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,风力发电系统的不稳定性和难以预测的特性给供电系统带来严重的功率波动,导致系统不稳定,并给国民生产带来极大挑战。配置适当的储能装置,可使功率因数低、振荡大、不稳定的可再生能源变成具有较高价值的电能产品,能源高效利用的同时提高电网消纳风电的能力、缓解新能源发电给电网带来的诸多不利影响。
  超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)能够对电力系统中的功率波动进行实时补偿,在靠近故障点处主动致稳,提高供电系统的可靠性。SMES与目前现有的储能技术相比,具有灵活的四象限功率输出、转换效率极高、毫秒单位的响应时间等多方面优势。但由于使用超导带材,且须工作在深冷设备的低温环境中,相比其他储能装置成本昂贵,限制了其在分布式能源中的应用。混合储能技术则为更低的成本与更好的性能带来了新的解决方案。
  混合储能(Hybrid Energy Storage System,HESS)是功率型储能技术与容量型储能技术优势的融合,通过协调控制不同的储能设备,使其实现响应迅速、功率大、容量充足、协调性好的电能管理。应用于分布式风力发电的混合储能系统,在拓扑结构和控制策略方面,相比传统单一储能系统的集中控制有很大差别。主要原因是储能设备自身具有非线性、多参数耦合、时变的固有属性,而混合储能则更加深了以上属性的复杂程度,鲜有文献考虑上述特征,尤其是存在内、外界不确定干扰的情况。
  基于以上问题,本文主要对超导磁-蓄电池构成的混合储能系统结构和对应的控制器设计展开理论分析和研究论证。在建立混合储能系统方面,首先,通过分析影响SMES性能的因素,计算出可靠的电磁参数,得到SMES数学模型。然后,研究混合储能系统用于平抑和吸收风电功率波动的作用机制,深入研究超导磁储能和蓄电池储能设备在功率与容量之间的互补关系,对风电系统中储能设备的运行模式进行详尽分析。最后,在保留SMES性能的前提下,分析讨论了储能结构的设计,用以降低SMES在整个系统中所占的比例,进而降低总储能费用,提出了一种两级级联式的超导磁-蓄电池混合储能系统的结构。对于与储能设备适配的控制器,则通过引入针对非线性、时变、耦合和不确定系统的自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control,ADRC),综合考虑了风力发电与混合储能的准确动态模型难以建立,且存在不确定内外扰动的特点,基于自抗扰控制具有较小的超调裕度、快速的收敛特性、以及控制精度高和很强的抗干扰能力,设计并提出一种不依赖于受控对象精确动态模型的充、放电综合控制策略。
  通过COMSOL Mulitphysics对混合储能系统进行多种物理场仿真,旨在说明该混合方式和级联结构在仿真物理环境下的充/放电、延长储能设备使用寿命等方面均有明显优势。最后,通过MATLAB Simulink研究所提出的混合储能装置在恒压、恒流充电、并网运行和指令计划输出功率的运行性能,并对提高其对风电功率波动的吸收、供电系统存在一定程度波动等情况下对扰动的抵抗能力。并对比分析了多种储能组合交叉组合不同控制策略下的储能系统动态性能,在定量的评价指标体系下给出了相关结论。验证了级联式的超导磁-蓄电池混合储能系统及应用自抗扰控制策略在“风-储-网”系统的应用中,能够改善发输变电和供电系统两大环节的稳定性,缓解各种原因导致的波动。因此,本论文研究内容面向风力发电系统的实际需要,具备良好的理论基础,也可扩展应用于“光伏发电与储能系统”、“风光互补与混合储能”等相关课题的研究。并将为后续研究关于如何提高风电系统的不间断运行能力等研究提供储能方式的理论支持。
[硕士论文] 白一秀
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,随着风电场规模的不断扩大,风电场内包含风电机组的数目不断增加,针对风电场建模问题,如果对场内的每台机组进行详细建模,可能会导致仿真计算时间较长、潮流计算难以收敛等诸多问题,因此,将风电场模型进行简化或等值对风电场建模的研究具有重要意义。
  本文在掌握前端调速式风电机组原理的基础上,分析了机组的整体结构及其运行原理,建立了机组的模型并对机组的输出特性进行了分析。针对常用的Jensen尾流模型对尾流直径变化趋势的假设不合理问题,采用了一种一维非线性尾流模型,该模型充分考虑了湍流强度、风剪切效应以及推力系数随风力机工作风速的变化关系,体现了尾流直径呈抛物线的变化趋势。通过与实测的风速曲线对比表明,利用一维非线性尾流模型可以较为准确的模拟风速的变化趋势。
  对于风电场建模的外特性法,本文通过数理统计的方法对风电场每台风电机组的实测风速及有功功率进行分析,得到风电机组的实测风速-功率特性曲线,并利用该曲线,求出叶尖速比与风能利用系数之间存在的映射关系,得到能够反映风电机组实际输出特性的风力机参数,从而建立了风电机组模型;其次,分析了风电场内每台风电机组的实测风速数据,并根据其大小,利用改进型最大树法实现风电机组的分群,进而建立了风电场的等值模型,并与详细模型的输出进行了对比分析。仿真结果表明,基于实测风功率曲线的等值模型与详细模型输出基本一致,且在风速波动和系统故障情况下,能够有效地描述风电场的输出特性,提高了风电场等值建模的准确性。
  针对风电场内分群结果随着运行场景的变化而引发等值模型的不确定性问题,在对风电场建模时采用了基于多机表征法的风电场聚合建模方法。该方法依据风速的马尔科夫性建立其概率转移矩阵,并以概率转移矩阵的扩散距离为分群指标,利用two-step聚类方法对风电机组进行聚合分群,并根据Fisher判据对分群结果进行概率分析。以每一季度取概率最高者为最终分群结果,从而得到风电场的聚合模型,并与风电场详细模型的输出进行了比较分析。仿真结果表明,应用该方法对含有前端调速式风力发电机组的风电场进行聚合建模是有效的,且该模型具有较高的精度。
[硕士论文] 王书金
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能作为可再生清洁能源正在逐渐取代传统一次能源,未来也必将成为全面解决能源短缺、环境污染两大问题的主要手段。MPPT(Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)作为改善光伏发电效率较为有效的方法之一,已成为现阶段研究热点,传统MPPT算法在跟踪过程中由于振荡和误判会产生较严重的功率损失,目前对功率损失缺乏深入分析和针对性的改进措施。本文在详细分析传统MPPT算法功率损失的基础上,采用LOGPSO(Logarithm Particle Swarm Optimization,惯性权重对数递减粒子群)算法应用于MPPT过程中,解决了传统MPPT算法功率损失问题,且在不同光照条件下均有良好的跟踪表现。
  首先,介绍了光伏发电系统结构和光伏电池工作原理,根据光伏电池数学物理修正模型,搭建了光伏电池MATLAB/Simulink仿真模型,通过仿真深入研究了光伏电池特性曲线在不同光照强度和温度下的输出结果,之后对局部阴影时光伏阵列热斑效应的防治措施、多峰现象的成因和突变光照时对光伏阵列的影响进行阐述。
  其次,详细分析了光伏发电系统MPPT过程,并选择Boost变换电路和电压型PI(Proportion Integration,比例积分)控制的PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)技术作为主电路结构以及调控策略。针对在跟踪过程中出现的振荡和误判现象,结合恒定电压法、扰动观察法和电导增量法的原理,具体分析了三种传统MPPT算法造成功率损失的原因,指出传统MPPT算法因基本原理的缺陷,而无法彻底消除功率损失,故需采用一种新的全局寻优智能MPPT算法。
  最后,基于标准PSO(Particle Swarm Optimization,粒子群)算法的特性,引入惯性权重对数递减策略以改进其为定值的弊端,且添加对数调整因子提高复杂光照条件下算法的应变能力,详细说明LOGPSO算法在MPPT应用的具体流程。根据Boost变换电路及其调控技术的理论研究,搭建了光伏发电系统MATLAB/Simulink仿真模型,并在局部阴影和突变光照的条件下,对LOGPSO算法进行了仿真验证及对比分析。结果表明LOGPSO算法解决了传统MPPT算法存在振荡和误判的问题,并且在复杂光照条件下比其他改进PSO算法具有更快的跟踪速度和更高的跟踪精度,提高了光伏发电系统的转换效率,保障系统在发电过程中可靠、稳定的运行。
[硕士论文] 任瑞琪
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:风力发电在全球发电行业的发展中增长的最快。全球风电装机容量预计未来将持续增长,风力资源的不确定性与多变性使得风力发电场的输出功率难以控制。因此,电力系统中大量风电的整合,对电网的稳定性与电力供应的可靠性提出了一些重要的挑战。风电功率预测在风力发电集成与运行方面发挥着关键作用。另一方面,随着电力系统的发展以及新能源的渗透,电力系统的复杂性与不确定性明显增加,这使得电力负荷预测变得尤为重要。因此,在智能电网领域,风电功率与电力负荷的预测均需要达到更加精确的效果,从而应对智能电网运行的成本较高和电力系统可靠性较低的问题。极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)作为针对单隐层前馈神经网络(Single-hidden LayerFeedforward Neural Networks,SLFNs)的一种快速机器学习方法,与采用梯度下降迭代算法的神经网络不同,它随机确定输入层与隐含层间的网络权值,仅通过矩阵运算得到网络输出。与核学习方法结合,核极限学习机(Kernel Extreme Learning Machine,KELM)有效利用了ELM训练速度快且训练过程简单的优点,同样在分类与建模领域获得广泛应用。本文则以核极限学习机方法为主线,结合生物地理学优化算法(Biogeography-basedOptimization,BBO)等策略,研究其在智能电网中的应用,目的为进一步提高风电功率与电力负荷的预测精度。
  本文的主要研究内容如下:
  (1)在ELM理论的基础上,对KELM的基本学习算法及其RBF核函数和小波核函数进行了深入研究,并考虑在求解过程中引入正则化系数η即使用正则化最小二乘算法,以便提高KELM方法的稳定性与泛化能力。
  (2)将遗传算法(Genetic Algorithms,GA)、微分演化(Differential Evolution,DE)、模拟退火(Simulated Annealing,SA)三种算法用于优化核极限学习机的参数的选取,即RBF核函数和小波核函数的参数与正则化系数。将优化的两种不同核函数的核极限学习机方法应用于某地区的中期峰值电力负荷预测实验中,并在同等条件下与支持向量机(SupportVector Machine,SVM)、优化极限学习机(Optimization Extreme Learning Machine,O-ELM)等方法进行比较,实验结果表明,O-KELM方法相对于其他几种方法有较好的预测效果,其中,小波核的O-KELM方法取得了最优效果,小波核的DE-KELM算法建模精度最高。
  (3)将KELM方法与BBO优化算法相结合,形成了一种基于BBO方法优化的核极限学习机(Biogeography-based Optimized Kernel Extreme Learning Machine,BBO-KELM)的机器学习方法。将上述方法与现有的O-ELM等方法在同等条件下应用于优化选择KELM的输入结构,RBF核函数的参数以及Tikhonov正则化系数,以进一步提高KELM方法的学习性能。之后将BBO-KELM算法应用于不同地区风力发电场的风电功率预测实验中,同时,在同等条件下与其他几种方法进行比较,从而得出具有余弦迁移模型的BBO-KELM2算法的预测结果最优的结论。
[硕士论文] 吴梦娣
电气工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:风力发电技术因具备不排放废物、环保等优势,在众多新能源中脱颖而出,由此成为发展速度较快,且相对成熟的一种技术。但具体运行经验表明,大量的风电机组接入电力系统,导致系统电源结构因此而改变,进而使得低频振荡模式出现变化,并造成了系统稳定性的破坏。因此,研究大容量风电机组并网对电力系统低频振荡特性的影响,已成为时下热门课题之一。本文以应用最为广泛的DFIG(Doubly Fed Induction Generator,双馈风力发电机)风电机组作为研究对象,分析在不同工作情况下DFIG风电机组并网对系统低频振荡的影响。
  本文首先研究了Prony算法的基本原理和特性,该算法能够准确辨识出不含噪信号的模式参数,但对于含噪信号,则存在很大误差;接着分析了EEMD(Ensemble EmpiricalMode Decomposition,总体经验模态分解)的基本原理以及去噪原理,该算法虽然能将含噪信号分解成一系列IMF(Intrinsic Mode Function,本征模态函数),但传统的EEMD去噪法存在去噪不彻底以及有用信号被误滤除的缺陷;继而在此基础上提出了EEMD和RobustICA(Robust Independent Component Analysis,鲁棒性独立分量分析)算法相融合,并与Prony算法相结合的分析方法,通过该方法进行低频振荡信号的模式参数辨识,不仅克服了Prony算法对噪声敏感的缺点,同时也解决了传统EEMD去噪法去噪效果不好的问题;最后在建立风力机仿真模型、轴系仿真模型、发电机仿真模型的基础上,通过Matlab/Simulink仿真软件构建风电并网的8机24节点电力系统模型,并用EEMD-RobustICA去噪法与Prony算法相结合的方法研究DFIG风电机组在传输距离和风机出力不同的工作情况下实现并网对系统低频振荡的影响。
  研究结果表明,本文提出的EEMD-RobustICA去噪法与Prony算法结合的方法能够更好地去除噪声且更加准确地辨识出低频振荡信号中的振荡模式参数。同时,风电机组并网对电力系统低频振荡特性的影响随着传输距离与出力大小的变化而不同。通过分析可知风电机组并网传输距离的增加会恶化系统的稳定性;在一定范围内风机出力增加可以改善系统的稳定性,但超过某一出力后,阻尼比呈减小趋势,系统的稳定性降低。
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源,因此,太阳能发电具有良好的经济性以及环境友好性。尽管在光伏发电发展的过程中,对光伏电池的改进已经取得了很大进展,但光伏电池组件的整体效率仍然较低。在光伏电池组件的伏安特性(VAC)曲线上,有一个特殊坐标(UMPP,IMPP),是光伏电池输出功率的最大值。因此,为了在光伏系统中达到光伏电池组件效率最优,有必要使用最大功率点跟踪算法来监测该点的最大功率,以便在这些条件下将光伏电池组件的最大功率传输到负荷。
  论文研究目标如下:
  (1)分析目前光伏系统常见的研究方法,研究了不同天气情况对系统的影响,如太阳辐射的变化程度(部分阴影条件);
  (2)分析现有的基于传统和人工逻辑的最大功率点跟踪法,例如:干扰观测法,增量电导法,模糊逻辑和基于人工神经网络的最大功率点跟踪法;
  (3)研究和开发了光伏板的等效电路模型和升降压变换器;
  (4)基于最大功率点跟踪法在Matlab/Simulink平台设计在四种不同辐射水平(部分阴影条件)下研究光伏系统的方案;
  (5)对四种最大功率点跟踪法进行动态分析和对比。
  针对上述的目标,应用I-V和P-V特性理论建立了光伏系统数学模型,在Matlab/Simulink中进行了仿真验证。研究成果如下所示:
  (1)在建立光伏系统等效电路模型中应用了I-V和P-V特性理论;
  (2)在光伏系统模型中描述并实现了最大功率点跟踪法;
  (3)在Matlab/Simulink中建立了基于四种不同辐射水平(部分阴影条件)的最大功率点跟踪法的光伏系统的模型;
  (4)对四中不同辐射水平下的最大功率点跟踪法进行了比较。
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