简介：储能既可作为发电单元又可作为负荷单元，对可再生能源发电消纳、电力“削峰填谷”、电动汽车以及微电网的建设等发挥举足轻重的作用，并构成未来智能电网的重要组成部分。本文以低压模块化PCS为研究对象，重点围绕多电平VSC的矢量调制与电压平衡、PCS并网模式电流环的控制以及PCS离网电压源输出系统控制展开研究，主要内容如下1介绍了全球可再生能源的发展现状，明确了我国新能源的现状以及对大规模储能的应用需求，分别从储能方式以及PCS拓扑两方面介绍了大规模储能的应用现状与发展趋势，并进一步总结了大容量PCS控制系统的难点与关键技术。2鉴于多电平VSC在大功率模块化并联PCS应用存在的巨大优势，针对多电平VSC的SVM电压平衡展开研究，首先从两电平入手介绍了SVM的基本原理与实现方法，并将该方法引入三电平VSC，介绍了冗余小矢量互补NTVSVM与VSVM两种均压算法的原理与实现。进一步，拓展到5LDCC并分析其SVM电压平衡，分别讨论了目标函数优化的NTVSVM、VDSVMH1、OVDSVMH1以及IVDSVM电压平衡算法，实现了5LDCC在全功率因数范围的电压平衡，并且在过调制情况下系统依然稳定运行。3针对电网电压平衡条件下PCS并网电流环的控制，首先分析了电流环PSSRF交叉耦合项的影响，介绍了两种解耦方法并探讨了滤波器参数对解耦效果的影响。其次，讨论了数字控制一拍延时对电流环解耦效果与系统稳定性的影响，分别针对状态反馈解耦PI与CPI控制器分析了其延时补偿策略。再次，讨论了控制器参数设计方法，明确了临界阻尼控制器增益在调节时间与超调量方面的优势。此外，分析了状态反馈解耦PI与CPI控制器的电网电压扰动抑制能力，分析了电网电压前馈以及有源阻尼对提高系统抗扰动能力的有效性。4针对电网不平衡与畸变条件下PCS并网电流环的控制，首先介绍了瞬时功率计算以及参考电流给定方法。其次，分析了基于状态反馈解耦PI与CPI控制器的DSRFC解耦有效性，以及两者对输出滤波器参数的敏感性。再次，讨论了RCS与PSSRFPICPI控制器的暂态响应，进一步明确了两者的内在联系与区别。此外，分析了RCS调节系统的最佳稳定判据，并分析了闭环奇异点产生的原因，讨论了基于RCS电流环的延时补偿策略及有效性。最后，介绍了离散域控制器的设计，分析了PSSRFDCPI、DVPI控制器的优势，并讨论了延时补偿与闭环死区补偿方法。5针对PCS工作于离网模式的输出电压源控制，首先建立了系统在离散域的矢量模型，并以输出电压有效值闭环控制方式入手，阐述了离网模式对PCS控制系统的要求。其次，详细讨论了电压瞬时值单闭环控制存在的局限性，明确了虚拟阻尼对抑制系统谐振的必要性。再次，探讨了双闭环控制结构电流内环最优增益设计准则，并以获得最大稳定性以及提高阻尼为目标，提出了内环最优增益设计方法。此外，以被控对象最优阻尼改造为考察对象，进一步明确了电流内环的本质及其与被控对象阻尼的内在联系。最后，详细讨论了离散域电压控制器的设计，以基波正序电压控制入手，介绍了PSSRF电压控制器的延时补偿与临界阻尼增益设计方法，并进一步得到静止坐标系DVPILC控制器，避免了坐标变换并通过将DVPILC推广都各次谐波分量，实现了对负序以及各频次电压的无静差调节。

简介：微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，可以运行在并网和独立两种模式。微网作为一种新型能源网络化供应及管理技术，既方便了分布式能源的接入，又可实现需求侧管理及经济运行等目标。本文围绕微网的能量管理与优化设计、需求侧管理技术集成等问题展开研究，主要研究内容包括1建立了风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电机、冷热电联供系统、储能元件、电力电子转换元件、负荷元件的准稳态或慢动态仿真模型，为后文各种典型微网能量管理和优化设计的研究奠定了理论基础。2针对包含海水淡化负荷的风光柴储孤立微网系统，设计了一套实用化的协调运行控制策略，该策略以保证孤立系统的长期稳定运行，提高系统运行经济性为目标，同时计及了各种设备的运行约束条件。利用自主研发的长时间尺度的准稳态仿真工具，进行仿真计算，验证了本文所提方法的有效性。3提出了一种适用于并网型微型燃气轮机冷电联供系统的能量优化控制策略，该策略能够使联供系统工作在以电定冷、以冷定电、经济最优和效率最高四种运行模式，综合考虑是否允许发电上网、购电价格、燃气价格和燃机上网发电价格等因素的影响，实时调整联供系统的电出力和制冷量。4针对可再生能源波动对联络线功率的影响，采用家用电热泵设备作为用户侧负荷响应控制资源，基于状态队列（SQ）算法控制热泵负荷开关状态，以响应系统负荷平衡需求，提出一种使用需求侧负荷响应控制技术替代储能，平滑联络线的功率波动的方法。5采用典型的带海水淡化负荷的风光柴储互补独立微网做为研究对象，提出了考虑全寿命周期净费用、可再生能源利用率以及污染物排放水平的多目标优化设计模型，可用于对微网中分布式电源和储能系统的容量进行优化配置。

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简介：脉冲磁元件是脉冲功率系统的重要组成部分，磁芯式脉冲变压器体积小、成本低，是紧凑型脉冲发生器中常用的升压设备；磁开关稳定性高，是重复频率工作性能最优越开关器件之一。基于脉冲磁元件的重复频率纳秒脉冲源在长寿命、小型化、高重复频率运行条件下具有明显优势。本文采用基于磁开关和可饱和脉冲变压器的电路方案，详细研究了电源的脉冲成形过程，对磁芯式脉冲变压器谐振充电和脉冲源主回路分时拓扑电路进行理论分析。在理论分析的基础上，需依据磁芯的脉冲磁化特性设计脉冲磁元件。对环形磁芯脉冲磁化特性测量进行分析，采用单绕组测量电路获得磁开关用MNZN铁氧体磁芯的磁化特性。采用双绕组测量电路，测量了高、低剩磁铁基纳米晶磁芯在不同磁化速率下的初始脉冲磁化特性，随磁化速率增大，平均脉冲磁导率显著下降。测量了铁基纳米晶和MNZN铁氧体磁芯在25150℃的脉冲磁化特性，它们的饱和磁感应强度在150℃时分别下降了163％和555。进行了脉冲磁化条件下磁芯的损耗分析，分析认为脉冲初始磁化过程中的损耗与往复磁化下不同。定义了脉冲磁化条件下的初始磁化能量损耗，包括脉冲磁化过程中通过磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗的途径不可逆地转变的热能，也包括脉冲磁化暂时储存在磁芯中的磁场能。测量了对铁基纳米晶磁芯的初始磁化能量损耗和脉冲往复磁化的磁芯损耗，初始磁化能量损耗密度与磁化速率、磁感应增量幂函数的乘积成正比，而磁芯损耗密度在一定范围内与等值频率成线性关系。根据理论分析和脉冲磁化特性测量结果，综合运用理论计算、ATPEMTP仿真进行脉冲源主回路核心器件定量优化设计和样机研制工作，理论、仿真和实验波形对比验证了优化设计方法的正确性。分析了可饱和脉冲变压器重频运行时的损耗来源，指出脉冲变压器磁芯损耗主要来源于输出脉冲后的回路振荡激励，磁芯损耗功率与脉冲源重复频率成正比；重复频率为5000PPS时，脉冲变压器磁芯损耗功率约为175W。采用COMSOLMULTIPHYSICS软件进行磁芯重频运行温升特性仿真，设计制作油浸式脉冲源样机，最高连续工作重复频率为5000PPS，磁芯表面稳态温度80℃，输出脉冲幅值40KV，上升时间83NS，半高宽193NS。

简介：由于采用直驱结构，永磁同步风力发电系统实现了风力发电机与电网的完全解耦，与双馈风力发电系统相比其运行可靠性和发电效率得以提高。但是由于并网逆变器与电网直接相连，当电网电压发生不平衡故障时，负序分量的产生会导致逆变器输出电流波形畸变以及功率波动。本文以电网电压不平衡故障时的并网逆变器为研究对象，在两相静止坐标系下提出了基于自适应观测器的相序分离方案、设计了相应的逆变器控制器、针对不同的控制目标计算了不同的电流指令值、并提出了协调控制策略以实现不同控制目标之间的灵活控制。在电网电压不平衡故障时，如何快速、准确的分离出其正、负序分量是逆变器控制的基础。本文首先基于对称分量理论对不平衡故障时的电网电压进行了分析；然后利用传统自适应观测器的数学模型，提出了改进的基于自适应观测器的相序分离方案；最后证明了观测器的收敛性。通过在PLECS中搭建模型并仿真，验证了所提相序分离方案能够快速、准确的对不平衡电网电压进行相序分离，而且在电网电压频率畸变以及相位突变故障时仍旧能够正常工作。在两相静止坐标系下，并网逆变器数学模型的两相之间没有耦合并严格对称，针对这一特性设计了电流内环全阶滑模控制器，对电流进行无差跟踪，并达到了非奇异、去抖振的目的。由于不需要旋转坐标变换、同步锁相以及前馈解耦等环节，简化了控制器设计。根据机侧与网侧变换器的功率关系，设计了基于机侧功率前馈的电压外环PI控制器，实现了机侧与网侧的协调控制，从而使电压外环动态响应速度变快。仿真结果表明控制策略能达到预期目的。不平衡电网电压的负序分量会导致并网逆变器输出电能质量变差。为了解决上述问题，设计了以瞬时功率平衡、电流谐波抑制、有功功率平衡以及无功功率平衡为控制目标的电流指令值，达到了4种不同的控制效果。针对上述控制目标的特点，提出功率电流协调控制以及有功无功协调控制策略。仿真结果表明不同的电流指令值均能达到预定的控制目标，而协调控制能够实现不同控制目标的协调、灵活控制，提高了逆变器输出电能的质量。为了验证所提控制策略的可行性以及有效性，在一台3KW永磁同步风力发电系统实验平台上进行了相关的实验研究。介绍了系统的硬件组成，并设计了基于TMS320F2812的DSP软件程序。在实验平台上完成了相序分离、并网逆变器控制、不同控制目标以及各目标之间协调控制的相关实验。实验结果与分析进一步验证了本文所提各项控制策略的正确性。

简介：随着电力电子装置和非线性负载广泛应用，电网中出现的电能质量问题也日益增多。例如谐波污染、无功问题、三相不平衡、电压波动、电压骡降等。因此，对解决电网电能质量问题的研究已经被人们越来越重视。统一电能质量控制器UNIFIEDPOWERQUALITYCONTROLLERUPQC，它能够补偿负载无功电流和谐波电流，同时抑制电网电压波动、电压闪变和各相电压的不平衡等，用于提高电能质量的统一电能质量控制器将为解决以上的问题提供有效途径。本文通过对改善供电电能质量实际出发，深入研究UPQC的理论、UPQC的拓扑结构、补偿分量的实时检测和控制策略。本文在详细分析有源电力滤波器APF的基础上，介绍了统一电能质量控制器UPQC的拓扑结构和工作原理，并对混合型UPQCUPQC与无源滤波器结合的控制策略进行了详细的分析，最后选取三相三线制UPQC做为本文的研究对象。检测方法和控制策略是影响UPQC补偿效果的两个重要环节，因此进行了较为详细的研究。在有源电力滤波器APF现有补偿分量检测方法的基础上，并结合UPQC的补偿思想，理论推导了基于瞬时无功理论的PQ法和IPIQ法。由于PQ法和IPIQ法在补偿信号的检测过程中各有限制，本文提出了一种有效的检测方法改进的PQ法。在UPQC控制策略上，侧重于对逆变器控制的研究。在分析空间电压矢量控制方法和电流滞环控制方法的基础上，对UPQC的串联和并联部分分别采用了空间电压矢量的控制策略和基于空间电压矢量的电流双滞环控制策略。通过对检测和控制策略的MATLAB仿真，仿真结果验证了文中提出的检测方法与控制策略具有正确性和可行性。

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简介：随着高新技术、尤其是信息技术的发展，众多基于计算机、微处理器、电力电子装置控制或管理的现代化工业与民用用电设备，对电能质量更加敏感，受电能质量影响所造成的经济和社会损失问题日趋突出，因而人们对电能质量提出了新的更高的要求。为提高电能质量，首先就必须准确、快速地分析电网中电力参数，而电力参数中引入的野值信号使电力参数分析的可靠性产生了巨大的影响，国内外大量的实践经验表明观测值中即使只包含少量的野值，也可能导致分析结果明显地偏离真实状态。所以，野值的修正是保证后续分析的前提，也是电力参数分析中的重要课题之一。本论文就是在总结当前常用的野值修正算法的基础上，针对本项目所处理信号强相关性特点，提出了一种基于统计学野值修正基本思想的野值修正算法基于信号强相关性野值修正算法。同时为了能够客观地衡量算法的优劣，本论文建立了一套算法评价体系，在此评价体系上，本论文对所讨论的三种算法作了比较具体和客观的评价。仿真计算和工程实际应用表明，该算法性能可靠、运行速度很快、简单易行，可以有效地消除野值对后续分析的影响，提高后续分析的准确度。虽然本论文对算法的讨论主要是基于电力参数信号，但是文中所提出的算法也可以应用于具有强相关性特点的多频段、时变信号系统中。希望本论文所提出的算法及算法评价体系能对类似的研发工作有所帮助和启发。

简介：母线是电力系统的重要组成元件之一。目前母线保护主要采用电流差动保护原理，但其性能一直以来都受到母线区外故障TA饱和的困扰。随着系统容量的日益增大，系统的时间常数很大，导致故障时暂态过程的延长。因此对母线差动保护抗TA饱和的能力提出了更高的要求。论文围绕抗TA饱和的方法进行研究首先对TA饱和的机理进行深入分析，总结了目前常用的抗TA饱和的方法，其次讨论了微机型母线差动保护中的各个组成元件，提出了基于对TA传变的二次电压进行小波变换，确定饱和入出时刻的微机型母线保护抗TA饱和的新方案；最后在MATLAB中建立母线差动保护的SIMULINK仿真模型，检验了各种故障情况下此保护方案的性能。

简介：同步电动机与异步电动机相比，具有功率因数和效率高，功率密度大等优点，因而广泛的用于驱动风机和泵类负载的场合。但是同步电动机最大的缺点在于起动困难。针对这个问题本文研究了基于自控式同步电动机原理的同步电动机软起动器的设计，而这项技术代表了同步电机起动技术的发展方向。本文详细分析了自控式同步电动机的工作原理和运行性能，讨论了系统的数学模型和控制系统的设计问题，并给出了系统仿真以指导实际系统的设计。在理论分析基础上设计出同步电动机软起动器的试验平台，采用TI公司的TMS320F2812型DSP作为控制器组建控制系统，同时在硬件设计中还采取了大量抗干扰和提高控制精度的措施，主回路设计也考虑到了实际应用中一拖多的需求。针对高压同步电动机场合的应用，本文还研究了高压换流阀的设计，并通过了试验检验。高压换流阀通过晶闸管的串联提高耐压能力，同时导致晶闸管的串联设计成为一个难点。此外，保证串联晶闸管的触发同步是另一个设计重点。为了能够实时监测阀组的运行状态，还设计了一套智能监测系统来保证阀组正常运行。

简介：本文首先介绍目前电力系统中谐波电流所带来的危害和谐波治理的必要性，对国内外的谐波治理现状、发展趋势及有源电力滤波器在谐波抑制中的应用前景进行分析。在回顾有源电力滤波器发展历程的基础上，采用以DSPDIGITALSIGNALPROCESS为核心的有源电力滤波器全数字化控制方案，提出了方案实现的框图和系统仿真模型，并对实时谐波电流检测和波形发生进行实验研究，用实验研究的结果证实理论分析和仿真模型的正确性。从电网谐波补偿的工程实际问题出发，结合国内外有源补偿技术的最新发展，并考虑成本、可靠性、滤波效果等几个方面，确立以有源滤波器结合无源滤波器的混合滤波方案。着重研究混合型滤波器的结构和工作原理，通过对其数学模型的分析说明采用有源滤波器与无源滤波器并联的混合滤波器结构最为经济、合理、可实现性最强。通过对检测负载电流，检测电源电流和复合控制三种控制方法的数学模型分析选出了适合本文的检测负载电流控制方法。同时，对基于DQ变换的实时谐波检测算法和主电路设计进行研究。研究结果表明，检测算法中数字低通滤波器的选择对检测速度和精度有很大影响。本文通过数学分析和仿真确定所采用的低通滤波器传递函数和谐波检测算法的结构，给出主电路参数选择的计算公式。在所设计出来的结构模型和计算的各个参数基础上，进行在MATLAB环境下整个有源电力滤波器的系统仿真，在不同谐波含量的系统中考察本文所设计的有源电力滤波器的滤波效果和动态响应性能，仿真的结果说明了理论分析的正确性，同时针对实际的仿真运行环境确定主电路参数的具体取值，仿真系统为实验研究提供了依据。最后针对实时谐波检测和波形发生两个环节在FREESCALE公司的DSP56F807上进行了实验研究，实验的结果证明了仿真的正确性和可行性。

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简介：随着信息技术的飞速发展，各种电子产品的尺寸在不断地减小，工作频率也不断地提高。这使得产品中的电子元器件不断地小型化、片式化。作为三大无源元件之一的电感器，由于受到自身螺旋绕线的限制，其物理尺寸已缩小到物理极限，其小型化、片式化率远远落后于电阻器和电容器。怎样进一步减片式电感器的尺寸，或者在较小的面积上制备出更大电感量的电感器，成为电子产品小型化、轻型化的瓶颈，也引起了国内外众多电感器厂商的高度重视。本文从片式电感器的起源出发，介绍了片式电感器的国内外研究和发展概况以及应用领域；阐述了其分类和特点，并以方形平面螺旋电感器为例，研究并分析其物理模型、电路模型和高频效应。实验中采用丝网印刷方法在AL2O3陶瓷基片上制备出尺寸为5MM5MM的片式电感器；采用普通陶瓷工艺制备了低温烧结NICUZN铁氧体和MGCUZN铁氧体粉料，将该粉料采用丝网印刷方法制备了NICUZN和MGCUZN铁氧体膜，以期能应用于制备出的片式电感器，提高片式电感器电感量并优化其性能。研究发现，刷制的低温烧结NICUZN铁氧体膜对制备出的片式电感器电感量提升很大，双层铁氧体膜将空心片式电感器的电感量从4854NH增加到6588NH，提高了3572，在150MHZ以下品质因数仍能保持在4到487之间。

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