电力工程硕士论文范文10篇

来源: tmxfw.com 作者:lgg 发布时间:2018-11-16 论文字数:38591字
论文编号: sb2018111021484723683 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇电力工程论文,电力工程可承担单项合同额不超过企业注册资本金5倍的单机容量20万千瓦及以下的机组整体工程、220 千伏及以下送电线路及相同电压等级的变电站整体工程施工总承
本文是一篇电力工程论文,电力工程可承担单项合同额不超过企业注册资本金5倍的单机容量20万千瓦及以下的机组整体工程、220 千伏及以下送电线路及相同电压等级的变电站整体工程施工总承包。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力工程论文,供大家参考。
 

电力工程硕士论文范文篇一

 
第 1 章 绪论
 
1.1 课题研究的背景及意义
本课题来源于辽宁省“百千万人才”资助项目“高频响快速直线伺服刀具系统的控制策略研究”(项目批准号:2013921049)。近年来,随着控制理论和现代科学技术的不断发展,不断完善,实际生产中的技术也得到了突飞猛进的发展,数控机床和先进制造技术的发展也越来越受到人们的关注,人们对表面光滑的高精度加工越来越高的要求,在军事领域、民用领域和科研领域中的光学自由曲面的高速加工都有非常多的应用,传统的数控机床通常难以满足加工条件且达不到所需的精度,因此实现高速超精密加工具有非常重要的现实意义[1]。实现高速超精密加工的关键是开发出具有高速超精密能力的数控机床,而由直线电机直接驱动的高速超精密加工数控机床具有高响应、高精度且可以增加工件的切除效率在各类高速、精密加工设备上具有非常广阔的应用前景。数控系统技术的高速发展,特别是在二十世纪七、八十年代数控机床获得了大规模发展,推动了高速加工技术的实现。国家科技重点专项里面就有“高档数控机床与基础制造装备”[2]。然而随着社会的发展,为了满足人们对于产品的品种多样、制作精密、外形美观等要求,我们要了解高速加工制造技术的发展趋势,使我国可以制造出高精度的零部件。为了确保高速加工中加工零件外表面的高精度,机床务必有较高的进给加速度,如果没充足的进给加速度,在加工繁杂曲面时,它就不能按照曲率半径在短时间内调节进给速度,就无法在高速情况下完成复杂曲面的高精度加工,由于驱动系统采用直线电机,因此研究高频率进给情况下的直线控制策略以及控制精度就显得尤为重要。
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1.2 直线电机驱动 FTS 概况
FTS 的发展始于二十世纪八十年代,第一次出现在美国劳伦斯 Livermore 国家实验室(LLNL)[3],他们研制了大型光学金刚石车床(Large Optics Diamond TuningMachine,简称 LODTM),帕特森等人设计了一种新的微进给系统工具,利用压电陶瓷驱动器,实现微进给切削工具。取名微进给体系为 FTS,其最大反应频率达660Hz,行程为±1.27μm,重复定位精度静态下是 2.5nm。它在机床上主要应用于工件加工形状误差的补偿及刀具位置的补正[4]。图 1.1 所示为大型光学金刚石车床LODTM。到如今 FTS 已经历 30 多年的迅速发展,各种类型的 FTS 接踵而出。国内外的许多大学和研究机构有很多都对 FTS 技术和系统都具有一定的研究与开发方面的进展。继 LLNL 之后,英国、日本、德国也研制成功相应的 FTS 装置。FTS 装置主要包括驱动器、导向机构和位移传感器,划分 FTS 的种类的重要部分就在于驱动器部分的不同还有导向机构的不同。文中主要研究的部分是 FTS 的驱动器部分,而导向机构本文不做重点研究,而微位移驱动器部分通常用有这几种[5]:压电驱动器,音圈电机驱动或者是小型直线电机等。我国的主要高精密加工机床科研单位,现在已经能够生产出多种类型的超精金刚石机床。但是与美国欧洲相比,仍然有很大的差距,具体表现在:设备总体性能、综合精度指标和稳定性以及控制系统等多个方面。因此国产的高端超精密金刚石车床的发展过程还有很长的路要走。图 1.2 所示为中国研制立式大型光学金刚石超精密车床,图 a 为北京机床研究所研制,图 b 为哈尔滨工业大学研制。图 1.3 为北京航空精密研究所研制 Nanosys 1000 LODTM 数控光学加工机床。
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第 2 章 FTS 用永磁直线同步电机数学模型
 
2.1 FTS 结构
FTS 用直线电机在高频下驱动金刚石刀具做往复运动切削非回转对称曲面,可以重复加工具有复杂形状的元件,通过一次加工便可使表面粗糙度很低,同时可以获得很高的零件尺寸精度。FTS 之所以能够让工程人员如此的关注和备受青睐,主要是因为它的较好的高频加工能力以及它的未来发展潜力。如果考察 FTS 的构成以及它的使用功能,那么可以总结出性能特点主要就是首先最主要的是能够达到的响应频率较高(高频响),其次是系统的鲁棒性较好,最后系统能达到较高的精度。其中鲁棒性又包括:系统执行机构的鲁棒性、控制系统的鲁棒性;高精度包括:控制精度以及跟踪精度。在这些特点中高频响应特性是重要基础,较高的鲁棒性是 FTS 能够提供切削和完成切削加工的重要保证。总之,将这些性能综合在一起才能保证光学自由曲面的精准快速高精度加工,能够使 FTS 加工理论转化为生产力。为了能够实现上述 FTS 的性能、服务于生产实践,是要达到以下性能指标,主要有响应频率、输出力、刀具加速度、工作行程、跟踪与定位精度、执行机构的刚度(特别是动刚度)和疲劳强度等。围绕上述FTS 的具体性能指标参数的确定国内外的研究人员进行了大量尝试和试验。对于 FTS 的划分,主要可以按照响应频率和行程来划分,按响应频率可分为超高频响(大于 l000Hz)、高频响(100~1000Hz)和低频响(小于 100Hz)。按行程划分则可分为超长行程(大于 lmm)、长行程(100 μm ~1mm)和短行程(小于100μm)三种[34]。本文采用的 FTS 定位在高频响短行程类型的,这在仿真参数的选取方面会体现出来,图 2.1 所示为本文采用的 FTS 直线伺服系统的结构示意图。
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2.2 FTS 用永磁直线同步电机的基本结构及工作原理
在快速刀具直线伺服加工系统中,其中的关键部件之一就是驱动刀具进行高频往复进给的直线电机驱动装置,如果没有此装置没有较高的进给加速度、较高的频率和精确的重复跟踪定位精度就难以完成工件的加工,而传统的滚珠丝杠由于有较复杂的中间转换装置一般难以完成此类高频的往复运动,而我们在此所采用的直线电机是一种没有中间转换装置的,可以做直线运动的电机。它可以给予刀具直接的推力和直线运动形式,而且具有动子质量小,本身由于没有中间转换装置所以体积比较小而且存在的摩擦扰动也会比较小,下面重点介绍其结构和工作原理:直线电机可当作旋转电机在结构上的一种改变,是从旋转电机沿径向拉直铺平而来,直线电机的法向、垂直和水平方向一一对应于旋转电机中径向、周向和轴向。同时,旋转电机之定、转子与直线电机的不同级相对应,包括初级和次级[35]。在运行时如果直线电机的初级与次级之间正巧对齐,会导致初次级之间的耦合越来越少而不能正常运动。因此在制造时通常将初次级造成不同的长度,包括短初级长次级和长初级短次级。如图 2.2 所示为本文采用的 U 型无铁心永磁同步直线电机,此种电机由于没有铁心,所以它没有齿槽力,动子质量比较小,反应速度比较快,动子和定子之间没有磁性法向吸引力,而且次级没有限制,理论可以做到无限长。
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第 3 章 高频响直线电机驱动 FTS 免疫重复控制..........1
73.1 直线电机驱动 FTS 重复控制..........17
3.1.1 重复控制原理....17
3.1.2 直线电机驱动 FTS 重复控制器设计....19
3.2 直线电机驱动 FTS 免疫控制..........21
3.3 仿真结果及分析.........27
3.4 本章小结 ......34
第 4 章 高频响直线电机驱动 FTS 模糊自适应滑模控制......35
4.1 滑模控制基本原理.....35
4.2 直线电机驱动 FTS 模糊滑模控制器设计 ....36
4.3 直线电机驱动 FTS 模糊自适应滑模控制设计.......... 37
4.4 仿真结果及分析........ 39
4.5 本章小结...... 46
第 5 章 结论与展望........ 47
 
第 4 章 高频响直线电机驱动 FTS 模糊自适应滑模控制
 
本章针对第三章仿真中发现的高频响 FTS 直线伺服系统控制过程中,随着频响的增加控制效果逐渐变差的问题,采用这种方法控制快速刀具进给伺服系统,设计了滑模控制器解决了直线伺服系统在高频输入信号下的跟踪控制精度问题,利用了自适应模糊控制方法,对滑模控制器中的不连续量模糊逼近,同时为了降低抖振同时对实际运行中的系统的不确定性进行补偿而设计了相应的自适应算法,以补偿控制量模糊控制律的不足,达到期望的效果。经过放大观察可以看到跟踪曲线与给定曲线的相位滞后约为 0.016π,幅值衰减约为 0.1μm。从图 4.5 中的误差曲线中可以清楚的看出模糊自适应滑模具有较好的抗扰动效果,稳定之后的跟踪误差大约在 1μm以内。这说明控制器在跟踪高频、大幅值信号时具有较好的跟踪精度。对于频率 500Hz 幅值为 0.001mm 的参考输入信号,控制器仍能够准确跟踪,但是从图中已经可以看出跟给定信号的有较小的误差,并且幅值衰减约在 15μm左右,相位衰减较小。
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结论
 
文章通过对永磁同步直线电机驱动的快速刀具伺服系统的研究展开,把能够实现系统的高响应速度以及高跟踪精度作为目标,对于快速刀具伺服系统的控制策略进行了研究,结合了免疫控制方法、重复控制、滑模控制等理论,运用以免疫重复控制和模糊自适应滑模控制方法设计了相应的控制器,来实现快速刀具伺服系统的高频率响应跟踪控制要求和较好的鲁棒性要求,并通过仿真结果分别验证了控制方法的较好的控制性能。概括起来本文所做的研究工作以及获得的成果包括下面几个部分:
(1)通过查阅国内外相关文献,在此的基础上阐述了快速刀具伺服系统的发展背景、现状以及意义。讨论了永磁同步直线电机驱动的高频响快速刀具进给的控制策略问题,对不同控制策略下所达到的控制效果做了较详细说明。分析了用于驱动 FTS直线伺服的 U 型永磁同步直线电机的原理和结构,建立了驱动电机的 d-q 轴数学模型。
(2)采用了免疫控制和重复控制相结合的设计方法,主要针对两个问题,针对PMLSM 驱动的 FTS 直线伺服进给系统中由于电机本身或外部负载而存在的动子质量变化扰动、波纹推力扰动和其他不确定性扰动的问题,而选择具有鲁棒性的和自适应性的免疫控制方法;同时针对 FTS 伺服刀具要求的高频响短行程下周期信号的跟踪进度问题,引入了重复控制这一对周期信号能有效跟踪的算法。本文将二者结合,设计出了新型的免疫重复控制方法既结合了免疫系统在大干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的特点,使伺服系统具有快速响应、设计简单的优点,又结合了重复控制的对于周期信号的高频跟踪的性能。在 MATLAB 环境下对 FTS 直线伺服进给系统进行了仿真验证,仿真结果表明此控制方法下的直线电机驱动的 FTS 直线伺服在 300Hz 及 300Hz 以下时对高频周期正弦信号具有较好的跟踪控制精度较强的抗扰动特性,随着频率增加到 450Hz 时误差相对较大,对于周期性方波信号而言具有较快的响应速度。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇二

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题研究的背景和意义
世界经济在不断的发展,人类对能源的需求也在日益增多。纵观人类社会的能源利用历史,从薪柴到煤炭,再到油气,能源一直是社会发展的重要物质基础[1]。改革开放三十年来,特别是进入二十一世纪这十几年来,我国经济实现了跨越式的发展。2014 年全年我国的 GDP 总量已经突破了 60 万亿美元,位居世界第二位。与此同时,我国的电力工业也发展迅速。到 2014 年年底,我国发电装机已经达到达 13.3亿千瓦,已经超越美国成为世界上发电装机规模最大的国家。然而长期以来,我国的煤炭资源比较丰富,而石油和天然气资源却相对短缺,造成了我国电力工业以传统的火电为主的现状。我国目前总体能源利用率只有 33%左右,比世界平均水平还要低,单位 GDP 能耗是世界平均水平的 2.2 倍、发达国家的 3 倍至 4 倍。因此优化能源结构,提高能源效率是我国能源工业需要追求的目标。2013 年,国务院办公厅正式发布了《能源发展“十二五”规划》。规划提出,“十二五”期间将实施能源消费强度和消费总量双控制,能源消费总量 40 亿吨标煤,用电量 6.15 万亿千瓦时,单位国内生产总值能耗比 2010 年下降 16%。此外,非化石能源消费比重提高到 11.4%,非化石能源发电装机比重达到 30%。天然气占一次能源消费比重提高到 7.5%,煤炭消费比重降低到 65%左右,石油对外依存度控制在 61%以内[2]。随着社会的发展和人们生活水平的不断提高,对于能源的需求量还将不断增长,能源供给与需求之间的矛盾以及能源资源环境的制约将在很长一段时间内继续存在。随着经济社会的发展和城市化进程的加快,我国中东部大气污染的态势日益严峻,突出表现在京津冀、长三角和珠三角等城市群区域重度雾霾现象频发。人民健康遭到了极大的威胁。对此,党中央国务院高度重视,出台一系列政策措施,采取有效行动,着力改善环境空气质量,切实保障人民群众身体健康。2013 年国务院发布了《大气污染防治行动计划》。规划指出:到 2017 年底,全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比 2012 年下降 10%以上,优良天数逐年提高;京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降 25%、20%、15%左右,其中北京市细颗粒物年均浓度控制在 60 微克/立方米左右[3]。
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1.2 国内外发展现状
二十世纪七十年代的石油危机迫使全世界特别是发达国家加强了对其他能源系统的研究,以求摆脱对石油的过分依赖。而 DCCHP 系统以其不完全依赖石油、能源利用率高和低污染物排放等优势引起了世界各国的重视。能够广泛应用于建筑的天然气 DCCHP 系统也得到了突飞猛进的发展。在美国、欧洲、日本等发达国家,冷热电联供系统发展较早。自上世纪六十年代美国哈佛建立第一个冷热电联产系统以来,天然气冷热电联供系统得到了迅猛发展。1978 年,美国正式颁布了《公共事业管理改制法令》,提出了以冷热电联产系统为主要形式的分布式能源系统的概念,并积极倡导发展小型热电联产项目。1980 年到 1995 年这 15 年间,美国国内冷热电联产系统的总装机容量翻了两番,从 12GW猛增至 45GW。二十世纪末,美国能源部提出了“分布式能源系统计划”,力图把DCCHP 系统技术作为“跨世纪的技术”宣传和推广。进入二十一世纪以来,美国新增发电能力基本都涉及冷热电联产项目。2001 年,为了鼓励冷热电联产项目的发展,美国国家能源政策发展协会通过了免税等多项鼓励政策[6,7]。截止 2010 年底,美国已经有 20%左右的新建建筑和 5%左右的现有建筑采用 DCCHP 系统供能。此外,美国还计划到 2020 年,新建办公楼或商业建筑采用 DCCHP 系统的比例要达到 50%,现有建筑使用 DCCHP 系统的比例也要达到 15%以上。目前,美国已经拥有 6000 余座分布式能源电站,并有麻省理工学院热电厂、普林斯顿大学热电厂、马里兰大学热电厂等多个大学校园 CCHP 示范基地[8-10]。
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第 2 章 DCCHP 系统的建模
 
2.1 DCCHP 系统的结构
DCCHP 系统的结构如图 2-1 所示。系统有三条母线:电母线、热母线、冷母线,分别进行电、热、冷三种能量的交换。电母线上有三种电源:光伏发电设备(包括光伏电池和变流器)、微型燃气轮机(以下简称发电机)和电网。光伏电池将太阳能转换为电能,并通过变流器将光伏电池输出的直流电变为工频交流电向系统供电;发电机以天然气为燃料向系统提供电力,发电机的余热由补燃式余热锅炉回收,经补燃或电锅炉加热后向热母线供热。热母线和电母线分别向吸收式制冷机和电制冷机供能来制冷供给冷负荷。DCCHP 系统的电母线、热母线和冷母线需要满足的如下能量平衡关系:
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2.2 主要设备的数学模型
DCCHP 系统的最常用的发电机为微型燃气轮机。微型燃气轮机(Micro-turbine,MT)是一种以天然气为燃料的小型热力发电机,其单机功率在 25kW-500kW 左右。以微型燃气轮机为核心机组的冷热电联供系统的一次能源利用率可达 70 %-90%[39]。微型燃气轮机的工作原理如图 2-2 所示。微型燃气轮机以连续流动的气体为工质推动叶轮旋转,把天然气的化学能0Q 做功转化为叶轮的动能1Q ,并推动发电机发电2Q 。天然气和空气在微型燃气轮机的燃烧室混合并燃烧产生高温高压气体,气体进入透平膨胀做功推动涡轮旋转,之后由余热锅炉对气体进行回收产生蒸汽或热水3Q 。蒸汽和热水在夏季可以驱动吸收式制冷机制冷,在冬季可以用于生活热水或供暖,温度不够还可以由锅炉补燃。DCCHP 系统中的微型燃气轮机需要配备余热回收系统及众多辅助设备,如启动装置、润滑系统、空气滤清器和消声器等。其中余热锅炉是余热回收系统中最关键的设备。余热锅炉的主要负责回收微型燃机轮机排出的高温烟气,然后根据蒸汽的品味和用户负荷情况决定是否需要锅炉燃烧补燃,并最终将热量用于用户供暖或者经由吸收式制冷机制冷。余热锅炉的补燃方式有两种:内补燃和外补燃。外补燃式余热锅炉的燃烧室在锅炉前部,这种锅炉的优点是当微型燃气轮机停运时,锅炉仍然可以靠燃烧天然气运行,它的缺点是结构复杂。内补燃式余热锅炉的补燃装置在锅炉入口烟道内,由微型燃气轮机排放的气体负责提供氧气。这种结构的优点是简单可靠,投资较少。缺点是锅炉容量较小,且不能独立运行,微型燃气轮机尾气中的氧气也可能不足,这时还需要加装鼓风机。本研究采用外补燃式余热锅炉,它由省煤器、蒸发器、过热器、气包、补燃装置以及换热管和容器等组成。燃气轮机的高温排气先经过补燃装置,并在省煤器中锅炉的给水完成预热,使其温度接近饱和水平,在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽,在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽,过热蒸汽经汽水换热器转换成热水输出。补燃式余热锅炉的工作原理如图2-4 所示。
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第 3 章 DCCHP 系统的综合性能评价....23
3.1 经济性评价指标 .... 23
3.2 节能性评价指标 .... 25
3.3 排放性评价指标 .... 27
3.4 综合性能评价指标 ...... 28
3.5 本章小结 .... 28
第 4 章 DCCHP 系统的运行策略优化....29
4.1 DCCHP 系统的并网方式......... 29
4.2 传统联供系统的运行策略 ...... 30
4.3 DCCHP 系统的运行策略优化....... 31
4.4 算例分析 .... 35
4.5 本章小结 .... 45
第 5 章 DCCHP 系统的优化配置......47
5.1 DCCHP 系统的优化配置模型....... 47
5.2 算例分析 .... 49
5.3 影响因素分析 ........ 51
5.5 本章小结 .... 55
 
第 5 章 DCCHP 系统的优化配置
 
DCCHP 系统虽然在综合性能上具有一定的优势,但是要想真正发挥其优势,不仅需要制定合适的运行策略,还需在最初设计阶段确定合理的安装容量。对于设备安装容量已经确定的 DCCHP 系统,可以根据综合性能评价指标设计最优运行策略。对于规划或改造中的联供系统,根据实际的需求并选取恰当的优化方法来确定系统各设备的安装容量才是首要的任务。只有在容量配置合理并且运行在最优策略下,DCCHP 系统才能最大限度的发挥其经济性、节能性和排放性的优势。
 
5.1 DCCHP 系统的优化配置模型
DCCHP 系统的优化配置目的是找到在最优运行策略下的最优的设备安装容量,使系统的综合性能最佳。前面章节已经对各设备的数学模型、评价模型进行了深入的研究,并确定了基于模式搜索算法的最优运行策略。在此基础上,本章着重研究最优运行策略下的 DCCHP 系统容量配置。DCCHP 系统的优化配置影响因素包括以下几个方面:(1) 系统的设备配置形式及安装容量。包括发电机、光伏电池、余热锅炉、电锅炉、吸收式制冷机、电制冷机等设备的性能参数、初建成本以及运行维护费用等。(2) 用户负荷需求情况。包括电负荷、热负荷和冷负荷。(3) 当地的能源价格。包括当地峰谷电价和天然气价格。(4) 综合性能评价指标。包括经济性、节能性和排放性指标的权重。(5) 系统的运行策略。包括以电定热、以热定电、GPS 运行策略等。在 DCCHP 系统的系统结构、用户负荷、能源价格及评价指标确定的情况下,系统的容量配置就决定了系统的综合性能。
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结 论
 
本文根据 DCCHP 系统的特点对系统进行了仿真建模,并综合考虑了经济成本、能源效率、大气污染物排放等因素,提出了集经济性、节能性和排放性为一体的综合性能评价指标。基于 Microsoft Visual Basic 6.0 软件开发工具开发《DCCHP 系统优化软件》,并在此软件平台上完成了本研究的仿真分析。深入研究了 DCCHP 系统的运行策略,建立了以综合性能评价指标最优为目标的目标函数,结合了算例建筑冷热电负荷特征以及当地气候状况,基于模式搜索算法对目标函数进行了求解,并得到了最优运行策略性下各母线能量平衡关系。最后研究了 DCCHP 系统关键设备安装容量的优化配置,并分析了各项性能评价指标的权重系数、能源价格等的变化对优化配置结果的影响。根据本文的各项研究结果,得出以下结论:
(1) 根据所研究建筑的负荷特征和当地气候情况,在 DCCHP 系统结构与容量配置确定且用户负荷等其他因素相同的前提下,系统运行在本文提出的 GPS 策略下比在运行传统策略下全年的经济性、节能性和排放性上都具有优势,其综合性能也更优。其中,GPS 运行策略在冬季典型日和夏季典型日的优势非常明显,而在过渡季典型日中两种运行策略的综合性能指标几乎相同。
(2) 在 DCCHP 系统结构确定且用户负荷等其他因素相同的前提下,发电机安装容量过小或过大都不能很好的发挥 DCCHP 系统的优势。容量过小会导致能源梯级利用率减少,而容量过大则会导致发电机低负载率运行时间增加而大大降低其运行效率甚至停止运行,并且也会增加设备投资,降低 DCCHP 系统在综合性能方面的优势。
(3) 在 DCCHP 系统容量优化配置中,综合性能评价指标权重系数的变化会对最终的优化结果影响不大。在经济性权重为主的优化目标下的得到的发电机最优安装容量略高于节能性和排放性为主的目标下的配置结果。能源价格的变化却对优化配置结果有较大影响。其中,电价的提高会导致发电机最优安装容量的增加;而天然气价格的提高则会导致发电机最优安装容量的下降。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇三

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题的研究背景和意义
随着煤炭、石油等不可再生能源的日益匮乏,以及对环境的危害逐渐加重,从而对风能、太阳能等可再生能源的开发和利用迫在眉睫,也将使得对能源资源需求的分配发生改变,将使得社会的发展走上能源—经济—环境可持续发展的道路上来。就目前而言,随着风力发电技术的日趋走向成熟,也使得风能在在潮汐能等众多可再生能源中脱颖而出,而且其经济指标逐渐接近清洁煤发电。而且在能源结构调整、环境污染等具有一定的优势,甚至对于电网无法普及到的遥远的地区也可使其在平常的生活中得到所需的电能,这也使得各个国家对风力发电的重视程度逐渐加大,从而使得风力发电发展越来越快。所以,对于风能资源的开发和利用,不仅能改善对当今不可再生能源的需求形势,还对环境的保护起着积极作用[1]。从 19 世纪末开始,风力发电逐步进入学者的研究视野,而作为首先研制了风力发电机的国家—丹麦,于 1891 年,建成了世界上第一座风力发电站[2]。在这 100 多年的发展历程中,世界各国成功研制出类型各异的风力发电机组,而在如今经济和科学技术飞速发展的年代,以丹麦和西班牙等西方国家在风电技术的先进领域处于主导地位。美国,作为世界上经济高度发达的国家,其对风能资源的开发与利用在其可再生能源的计划中也是其重要组成部分。在当今时代,随着风电技术的蓬勃发展,印度已成为亚洲区域内在风能利用率方面占据着较高的地位,而中国在风电技术方面也呈现几何倍的增长,据统计 2012 年全世界就风电场的新增装机容量为44.7GW,累计装机容量已达到 282GW,2012 年全世界就海上风电场的新增装机容量约 1292.6MW,其中欧洲国家占新增容量 90%以上;而我国风力发电事业于 2010年底风电装机容量成功超越美国,位居世界第一,并在 2013 年上半年我国就累计装机容量达 8082 万千瓦。
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1.2 DFIG 风力发电系统
在如今的风力发电系统中,变速恒频风力发电和恒速恒频风力发电已经成为风力发电发展的主流,其主要原因是其能够保证在恒频状态下运行,与互联的电网频率保持一致,其中以对变速恒频风力发电系统的研究为主导,其结构主要包括由笼型异步发电机、双馈感应发电机、永磁发电机以及无刷爪极式发电机等构成[2]。其中,双馈感应发电机变速恒频风力发电系统的逐渐引起了学者们的重视,图 1-1 所示为DFIG 风力发电系统结构框图。如图 1-1 所示,变速恒频双馈风电机组的结构主要包括风力机、DFIG、变流器以及控制系统构成,而风力机又是由风轮、齿轮箱和传动轴等构成。风速带动风轮的转动,使风力机产生输出的机械功率,并输送到发电机的转子带动其旋转,并通过双 PWM 变流器及其控制系统进行并网发电,实现风能到动能到电能之间的转换。而 DFIG 的定子侧经导线与电网直接相连,转子侧的一侧接双 PWM 变换器连接到电网,从而实现了定、转子侧的双向馈电。而变速恒频运行的原理则为通过双 PWM 变流器控制励磁电流的频率的变化,对转子侧旋转磁场的频率产生影响,维持定子侧旋转磁场频率恒定,保证发电机的定子端可以输出达到工频的电能,使系统处于稳定运行的状态;同时使发电机有功功率和无功功率的解耦控制,以及对电网的无功补偿也可由对的交流励磁调节来实现。
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第 2 章 变速双馈风电机组的基本理论及数学模型
 
随着电力电子技术和微机控制技术的发展,世界各国成功研制出类型各异的风力发电机组,包括定桨距和变桨距型风力发电机组,恒速风力发电机和变速风力发电机,以及齿轮箱型风力发电机和直驱型风力发电机等,而双馈式齿轮箱型风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)以其宽广的旋转速度,可在最优的风速下实现最大风能追踪,成本小以及方便控制等优点,而得到越来越多的关注和应用。因此,在研究含 DFIG 系统的小干扰稳定性及阻尼特性之前,本文首先对稳态下 DFIG风电机组运行的理论基础和数学模型进行分析研究。
 
2.1 双馈风力发电机的基础理论
DFIG 风力发电机组简单系统原理结构框图如图 2-1 所示。在 DFIG 系统中,其定子侧直接连接到电网上;而转子侧则经过可实现四象限运行的双 PWM 变流器接入电网中,并向发电机提供交流励磁,且其所提供的励磁电流的频率(转差频率)、幅值、相位是可以适当控制的。 对于双 PWM 变流器,其网侧变流器的主要作用是维持直流环节的母线电压的恒定以及使电流和功率因数要求得到满足,而转子侧变流器的主要作用则是为转子回路提供励磁,调节定子无功功率以及调节有功功率来实现最大风能追踪[2]。
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2.2 双馈风力发电机的数学模型
由 2.1 节可知,DFIG 与普通绕线式异步电机的结构类似,其定子侧通过导线接入电网,而转子侧通过双 PWM 变流器与电网连接的,因此 DFIG 的是可以进行双向馈电的,其定子侧与转子侧均可接入交流电。双 PWM 变流器通过调节交流励磁的频率、幅值等实现 DFIG 的调节转速功能,而发电机和双 PWM 变流器的控制策略是通过控制系统决定的,因此,本节首先对 DFIG 的数学模型进行了详细的推导。双 PWM 变流器属于交—直—交变流器,转子侧变流器通交流,一侧与 DFIG 的转子相连,维持转子所需的交流励磁电压,实现有功功率的控制和无功功率的调节,另一侧通过直流电容与网侧变流器相连;中间为直流环节,保证网侧和转子侧实现独立控制,且其直流环节母线电压在稳定运行时保持不变;而网侧变流器通交流,经电抗器与电网相连,维持直流环节母线电压的恒定,从而实现 DFIG 的双向馈电。
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第 3 章 DFIG 系统的小干扰稳定性.....24
3.1 小干扰稳定性分析基础.......24
3.1.1 电力系统小干扰稳定性的定义 ...........24
3.1.2 特征值分析法 .......26
3.2 基于双馈感应发电机的简单系统分析.......30
3.3 简单系统仿真分析.......39
3.4 本章小结.......44
第 4 章 双馈风电机组系统的阻尼特性分析.......46
4.1 阻尼转矩分析.......46
4.2 简单系统的阻尼特性分析...........50
4.3 仿真算例分析.......53
4.4 本章小结.......55
第 5 章 基于超级电容的虚拟惯性控制.......57
5.1 虚拟惯性.......57
5.2 虚拟惯性控制对阻尼特性的影响.......58
5.3 基于超级电容的虚拟惯性的的仿真分析...........63
5.4 本章小结.......66
 
第 5 章 基于超级电容的虚拟惯性控制
 
近年来,DFIG 风电机组的控制的研究已经成为主要方向之一,而制约风电渗透率进一步提高的瓶颈的原因主要是由于风电场产生的功率存在固有的间歇性和波动性,且风电机组缺乏对系统的惯性支持和阻尼作用,潜在的威胁着含风电的区域电网的稳定性。本文通过引入超级电容的虚拟惯量控制方法,可使变速风电机组在系统在发生小扰动后,调节有功功率,从而释放出风电机组隐藏的动能,对系统提供惯性支持。然而,在分析变速风电机组惯性响应的同时,还应避免系统因功角衰减特性降低,产生负阻尼的影响。因此,本章提出采用超级电容虚拟惯性控制策略,来提高 DFIG 风力发电机组并网后的系统的稳定性和阻尼特性,分析变速风电机组釆用超级电容虚拟惯性控制后,对系统阻尼特性的影响。并通过 MATLAB/Simulink 仿真验证采用超级电容虚拟惯性控制策略对系统阻尼特性的影响。且构成 DG 资源的主要部分的基于变流器非惯性 DG 单元的仿真行为的想法,已有一些学者进行了研究。例如,文献[14]和[18]通过增加频率的变化量到下垂微分方程中来提高系统的动态行为来实现这种方法。该解决方案可以解决下垂因素的动态冲突,但只能在有可调度单元的 DG 实现。后来文献[30]和[31]采用虚拟惯性来明确的执行。
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结 论
 
随着电力电子技术的快速发展,风力发电容量在电力系统中所占比例的不断提高,基于双馈风机的变速风机对电力系统的影响也逐渐引起了关注。由于我国的风能资源在较为偏远的地区储存的较为丰富,因此通常经过较长的电气距离才能将风电机组产生的电能输送至电网,这样会使系统再受到扰动后出现低频振荡的现象。因而本文对双馈风电机组并网运行后对系统的小干扰稳定性和阻尼特性的影响进行了研究,其主要研究内容为:
(1)阐述了国内外风力发电的发展状况,在此基础上,研究 DFIG 风电系统的组成和工作原理,建立了双馈风电场接入电力系统的小干扰稳定性的数学模型,并对其所采用控制的策略进行了详细的推导,从而得到了用于小干扰稳定性分析的双馈风电机组的动态模型。
(2)根据推导出的双馈感应风电机组的数学模型,搭建了 DFIG 与无穷大系统组成的简单系统的在 Matlab/Simulink 仿真模型。本文对含 DFIG 风电机组的简单系统的小干扰稳定性及其阻尼特性通过特征值分析法分析,并计算其特征矩阵的特性值,分析系统的振荡模式及其参与因子,了解系统中产生振荡模式的原因。研究结果表明:在 DFIG 风电机组的简单系统中存在着振荡模式和衰减模式,其中系统的阻尼特性是随着振荡模式的阻尼比的变化而变化,阻尼比增大则阻尼特性变好。
(3)根据异步电机的转矩—转差特性分析双馈风电机组的阻尼转矩,进而借鉴同步电机的电气阻尼的分析方法,研究双馈风电机组接入电力系统的阻尼特性,并通过 Matlab/Simulink 仿真分析系统的阻尼特性。
(4)基于风力发电机组电磁转矩影响系统阻尼的原理,分析了变速风电机组增加超级电容,并通过 DC-DC 变换器接入到变流器的直流环节,采用虚拟惯性控制后,分析对系统阻尼特性的影响。最终并通过 Matlab/Simulink 仿真分析,验证基于超级电容的虚拟惯性控制对系统阻尼具有改善的效果。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇四

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题背景
能源是人类赖以生存和人类社会赖以发展的重要基石,人类的发展进步离不开能源。当前世界能源以化石原料为主,随着社会经济的不断发展,人口数量的不断增加,能源的消耗越来越大。传统化石能源加剧消耗的同时还对人类的生存坏境造成污染,加剧了气候的恶化和对生态的破坏,严重威胁到了人类社会文明的健康发展[1][2]。因此,清洁、安全、可再生能源的开发和利用成为新能源技术领域的研究热点[3~5]。太阳能作为一种天然无污染,储量的丰富程度可以认为取之不尽用之不竭,作为一种新能源可成为传统化石能源的理想替代品。因此,研究太阳能发电技术成为了全球范围内的热潮[6]。随着太阳能发电技术在全球范围内不断取得突破,全球光伏产业也随之迅猛发展。图 1-1 所示,为我国和全球近几年光伏电池产量。早在 20 世纪 50 年代,第一块太阳能电池问世到 90 年代前期,太阳能发电技术只在某几种领域得到了应用,光伏发电技术也一直没有什么关键性突破。直到 90 年代中后期,随着全球气候的恶化和坏境问题的凸显,世界各国加强了新能源技术的研究,太阳能技术领域的研究变得日趋活跃,促使光伏产业进入了一个快速的发展时期。进入 21 世纪之后,能源缺乏和人类发展之间的矛盾加剧,进一步刺激了太阳能发电技术的研究,使得太阳能光伏产业的发展得到了一个巨大的提高,达到了一个崭新的高度。在近十多年的时间里,光伏产业甚至超过了 IT 行业,成为了世界范围内发展最快的产业之一。更值得期待的是,根据研究报告预测未来的光伏产业在一百年内光伏发电量将超过世界总能源需求的百分之五十[7][8]。本课题研究的背景是具有储能环节的小功率分布式光伏发电系统[9],如图 1-2 所示。以太阳能照明领域为例,早在七十年代就已经被运用到航标上。在我国的西部地区,人口密度低,居住地距离骨干电网较远,一些移动通讯基站、小型火车站、乡镇和牧场等照明基本全部采用太阳能照明。随着太阳能在照明领域的不断发展,在经济发达,现代化水平高的城市中,建筑、道路、公园、车站等公共场所也逐渐推广使用了光伏电源。因此,因地制宜的把小功率独立光伏发电系统推广应用与人类社会生活的各个方面,不但能缓解电力能源的紧张局面,缓解社会矛盾,并且还能有效的减少传统能源所带来的污染,具有良好的社会效益和经济效益。对于促进社会协调可持续发展和构建国家能源的安全战略具有长远意义。
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1.2 双向 DC/DC 变换器
通常情况下,我们所熟悉的 DC/DC 变换器多数是单向工作的,这是由于在传统的单向 DC/DC 变换器中,主功率传输通道上一般都存在二极管这个环节,故能量在变换器中流动的方向只能是单方向的,即在图 1-5 所示中,能量只能从 U1流向 U2,而不能反向流动。然而,在某些需要能量双向流动的场合中若仍然使用单向的 DC/DC 变换器,则需要将两台单向 DC/DC 变换器反并联使用,如图 1-6 所示。一台单向 DC/DC 变换器被用来控制能量从 U1流向 U2,而另一台反并联的单向 DC/DC 变换器则被用来控制能量从 U2到 U1的反向流动。这样一来,由于是两台独立的单向 DC/DC 变换器反向并联结构,整体电路变得复杂化,整个变换器装置体积较大,而且在整个变换器正常工作的任意时刻,只有一台单向 DC/DC 变换器在工作,这不仅浪费资源还降低了效率,性价比也较低。为此,可以通过合理的调整拓扑结构和控制方法使用一个变换器来实现这两台独立单向 DC/DC 变换器的功能,即双向 DC/DC 变换器。
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第 2 章 双向 Cuk DC/DC 变换器及其软开关技术
 
2.1 引言
由于 Cuk 变换器的输入和输出侧电感的存在,可以使其输入和输出侧的电流连续、脉动小,滤波器的设计较为简单。又 Cuk 变换器输入和输出电压变比范围宽且变换效率较高,所以近年来此拓扑结构受到越来越多的关注,因此,研究软开关在此拓扑中的应用就变的更有价值。
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2.2 隔离型双向 Cuk 变换器
 
2.2.1 Cuk 变换器简介
Cuk 变换器最先是由 Slobodan Cuk 一位美国的研究人员提出来的。他对基本的斩波电路比如 Boost 和 Buck 电路等进行了深入的研究与分析,保留优点去除缺点的基础上在 Boost 电路后串接 Buck 电路,然后再通过化简变形就得到了以他名字命名的变换器。下面将详细分析说明 Cuk 变换器的具体演变过程[40]。如图 2-1 所示,其电路结构是由前级 Boost 电路和后级 Buck 电路串联而成。以中间过渡电容 C1为界,其前半部分拓扑结构为 Boost 电路拓扑结构,后半部分拓扑结构为 Buck 电路拓扑结构。在整个电路稳定工作中,S1和 S2是同时处于开通或者是关断状态,而 D1和 D2也是同时处于开通或者关断状态并且与 S1和 S2互补导通或者关断。当 S1和 S2同时开通时 D1和 D2处于截止状态,其等效电路图如图 2-2(a)所示,输入电源 U1给 L1充电,与此同时中间电容 C1放电给 L2充电并且维持输出电流;当 S1和 S2同时关断时,D1和 D2处于导通状态,其等效电路图如图 2-2(b)所示,输入电源 U1和 L1同时对中间电容 C1充电,与此同时 L2放电维持输出电流。如果将图 2-1 中 S1、D1、S2、D2的开关效果用一个双刀双掷开关 K 代替的话,那么就可以将图 3-1 化简为图 3-3 所示的电路图。当双刀双掷开关同时掷向 1 和 3 端口时,其等效电路图如图 2-2(a)所示,输入电源 U1给 L1充电,与此同时中间电容C1放电给 L2充电并且维持输出电流;当双刀双掷开关同时掷向 2 和 4 端口时,其等效电路图如图 2-2(b)所示,输入电源 U1和 L1同时对中间电容 C1充电,与此同时 L2放电维持输出电流。
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第 3 章 改进的隔离型双向 Cuk 软开关变换器 ........26
3.1 引言 ........26
3.2 隔离型双向 Cuk 变换器软开关实现.......26
3.3 系统开环仿真与分析 ......32
3.4 系统的控制策略与闭环仿真 ........38
3.5 本章小结 .....40
第 4 章 系统的软硬件设计与实现....41
4.1 引言 ........41
4.2 系统的硬件设计 ........41
4.3 系统的软件设计 ....51
4.4 本章小结 ......53
第 5 章 系统的实验结果与分析........55
5.1 引言 ........55
5.2 搭建实验平台 .......55
5.3 降压工作模式下的实验分析 ........56
5.4 升压工作模式下的实验分析 ........58
5.5 本章小结 ......62
 
第 5 章 系统的实验结果与分析
 
5.1 引言
第三章已经对引入软开关网络的隔离型双向 Cuk 变换器进行了详细的分析讲解和仿真分析,第四章已经对硬件参数和软件作了分析设计。本章在前面两章所叙述的理论分析、仿真分析和软硬件设计基础上,焊制搭建了隔离型的双向 Cuk 变换器的实验平台,实验是检验真理的唯一标准,把实验和理论结合起来的论据更具说服力。通过实验样机测出的实验数据充分验证了本课题提出的软开关网络在隔离型双向 Cuk 变换器上应用的合理性和可行性,下面将主要对两种不同工作模式下的实验波形进行分析说明。在理论工作分析的基础上,在仿真电路的参考下,通过 AD 软件绘制了主功率电路、采样电路、隔离驱动电路板。再通过数字控制处理器 F2812 平台搭建了整个系统的实验平台,如下图所示。主电路板上包括了主电路和采样反馈电路,主电路板右上角旁边的这个板子是隔离驱动电路板,再往右就是数字控制处理器的板子。当变换器工作在降压模式下的时,主电路中的能量是由高压侧向低压侧流动,为了与前文理论分析相一致,则高压侧电感中流过的电流方向为正向,低压侧电感中流过的电流方向为反向,此时主电路板上的采样电路把所采两侧电感中流过电流的正负值传输给 DSP 逻辑控制中心,经过 DSP 逻辑运算中心给出的判定结果来确定此时变换器所处的工作模式为降压模式,则通过运算采样过来的电信号控制输出高压侧开关管的 PWM 驱动波形,此时高压侧主开关管的 PWM 驱动波形占空比大约在0.3 左右,而辅助开关管的驱动 PWM 波形占空比为一恒值,如图 5-2 为实验所测降压模式下开关管驱动波形。
......
 
结 论
 
本课题是在具有储能环节的小功率分布式光伏发电系统背景下,采用了满足蓄电池充放电实际需求的输入和输出侧都带有滤波电感,具有低纹波输入输出的带隔离变压器的双向 Cuk DC/DC 变换器作为研究对象。基于该拓扑,本文经过研究分析,提出了一种适合此拓扑结构的软开关网络,并进行了理论分析、软件仿真和对焊制的实验样机进行实验,通过以上三方面的对比验证得出了以下结论:
(1) 本文所提出的隔离型双向 Cuk 软开关变换器不论是在哪种模式下工作,都能实现所有开关管的软开关或近似软开关,降低了开关管的损耗,提高了变换器的工作效率。
(2) 最小的 ZVT 时间,由于此拓扑结构的 Tr原边绕组放电回路不经过主开关管,所以它不影响主开关管的占空比范围,不影响变换器输入和输出侧电压变比范围。
(3) 本来就较宽的输入和输出侧电压变比范围,再加上高频隔离变压器变比,使得此拓扑结构的输入和输出侧电压变比范围变宽。
(4) 得出了此拓扑结构中元件参数分析设计的一般性原则。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇五

 
第 1 章 绪论
 
1.1 课题研究背景
人类社会的不断进步和发展很大程度上是依赖于能源技术发展的。人类对能源的利用形式及内容也经历了不同时代的发展与演变。从遥远的薪火时代到近现代的以煤炭技术为基础的工业革命时代,再到现在以油气电为动力的电气化时代,都伴随着生产力的飞速发展和人类生活水平的显著提高[1]。特别是近两三百年三次工业革命的发展,人类社会对能源的依赖,特别是对化石能源的依赖日趋强烈。然而在这样经济飞速发展、能源消耗迅速的现代,能源结构过于集中于油气、煤炭等化石资源,这使得不可再生能源日趋枯竭的同时,还对人类所处的生存环境造成了极大的污染与破坏。在巨大的能源需求和自然环境被严重破坏的共同压力下,极需要人类改变能源结构并发展能源利用技术。近些年来,世界很多国家都开始着手于该问题,投入大量的人力、物力和财力用于能源架构的调整和新能源渠道的开发。这不仅有利于能源的可持续利用和发展,也有利于国家能源安全。目前人类可以利用的新能源有很多,主要包括太阳能、势能、风能、生物质能及核能等。限于现代科技水平的发展还不能完全有效的避免核电设施对周围环境的影响,因此目前应用广泛的新能源主要为太阳能、水势能及风能等能源。在这些能源中风能的分布非常广泛,在世界各地域,各地形均有丰富的分布。根据世界气象组织的评估,地球上约有风能总量 2.74×109MW ,可以为人类所利用的就有2×107MW,远远高于其它类型可利用的新能源。风能不仅在分布上拥有极大的优势,而且其能量密度很高,易于开发利用,现在单机容量数个兆瓦的风机已经得到广泛的应用[2]。风能利用清洁无污染,而且风能的捕获受天气影响较传统光伏电站小的多,无论是昼间还是夜间均可以并网发电,因此风力发电整体成本适中,这些有利条件都促使了风能利用的发展。但是风力发电也有其限制,在我国风能丰富的地区远离用电高峰地区。
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1.2 国内外风力发电研究现状
对于风力发电的研究其实可以追溯到 19 世纪末,由丹麦气象学家 Poul La Cour制造了世界上第一台风力发电机,之后风力发电技术广泛流传于世界各国。功率更大、技术更先进的风力发电系统从此层出不穷[4]。直到上世纪五十年代,化石能源开发投入的强力增加致使化石能源价格一路走低,风力发电技术的发展暂时被搁置。但是很快中东战争导致的石油危机的到来使得风力发电技术又一次走到了人们的视线当中,并一直被多数国家所重视,因此得以持续快速的发展。风力发电技术最早始于丹麦、德国等欧洲国家。但是由于世界各国对其非常重视,使得风力发电技术在发展了几十年后,分布格局由原来的欧洲国家向亚洲和美国等区域扩大。尤其是在中国,几十年能源粗放的发展形式使中国承受着巨大的环境压力。这些都使得中国对风力发电技术的需求集中爆发出来,使得风电装机量爆炸式的增长,于 2009 年超过美国成为世界最大的风电市场[5]。风力发电机组的单机容量是风力发电技术水平的一个重要标准。从这方面来看风力发电技术的发展,其经历了一个稳定而日趋成熟的过程。上世纪八十年代风电机组还只是几十千瓦,但是到九十年代的时候已经发展到了几百千瓦的容量水平。本世纪初到现在更是风电产业的迅猛发展时期,多学科、多技术的引入和研发使得风电机组在 3~5MW 装机容量的制造技术已经成熟。装机容量更大,性能更好的风电技术仍在快速的研发和调试过程中[6]。在风力发电技术发展的过程中,机组也经历了不断更新与改进,发电系统的结构不断得到优化。作为机电能量转换的关键设备,发电机经历了不同时代的更迭。由原始的笼型异步电机到转子绕线式异步电机,再到电励磁同步发电机,最后到现在广泛应用的永磁同步发电机和双馈异步发电机。不同机组拓扑形式也需要相应机械制造水平的保障,同时也都代表着相应控制技术的发展与成熟[7]。
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第 2 章 网侧变换器建模及控制
 
2.1 引言
双馈型风力发电机(DFIG)之所以称之为双馈型,是由于其在转子侧的控制回路也能参与能量的馈送,能量既可以从定子侧流出,也可以从转子侧流出。该部分主电路是由一组电压源型变流器背靠背连接构成的。两个变流器通过直流母线的能量缓冲电容连接。电压源型变流器通过合理的参数设计和控制可以实现交流侧输出电流谐波主要集中在开关频率及以上频率,这使得滤波器设计相对容易。同时两电平电压源型变换器功率是可以双向传输的,且可以根据实际需要调节其功率因数。根据两个变换器在电路中的位置可以定义机侧变换器和网侧变换器。首先在本章对网侧变换器进行分析。由于网侧变换器所在的特殊位置,其与电网直接连接,同时和机侧变换器通过能量缓冲电容连接,故其一般有几种性能要求:首先在不与机侧变换器构成协同控制时,网侧变换器的并网性能应能满足并网规范,即电流的畸变需要满足要求;其次考虑到整体系统为发电系统,需要对功率或功率因数具有一定的调节作用;最后在一般的控制中网侧变换器需要满足使直流侧能量缓冲电容电压恒定的要求,这是为了保证机侧变换器的控制性能可靠实现。以上性能要求并不是在所有的工况下都需要得到满足,可以根据整体系统性能和安全运行进行必要的取舍或调整。本章对网侧变换器在不同的工况下的建模与控制进行了深入的分析。结合以上几种控制要求和网侧变换器在不同工况下的数学模型分析得出了所用的控制结构。本章还详细分析了基于滑模变结构的直接功率控制(SMC-DPC)方法。得到了该方法不同工况下的给定算法,并通过仿真进行了验证。
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2.2 网侧变换器建模与分析
在双馈风力发电系统中,网侧变换器上的能量流动可以是双向的。这取决于发电机的运行转速,当发电机转速在同步转速以下时,需要向转子侧输入功率,这时网侧变换器工作于整流状态,相反如果发电机运行于同步转速以上时,转子侧会输出功率,这时需要网侧变换器工作于有源逆变状态。在这里以整流为例进行模型建立,在逆变工况下只需将功率给定按算法给负即可。在电网电压平衡的条件下,若要达到并网功率恒定则并网电流必然是正弦的,同时电流正弦低谐波也是发电系统的一个重要指标。因此式(2-9)中的电流环的控制项必然是正弦的。根据内模原理可知,在线性分析的控制中,控制器须有与给定量不稳定极点结构相同的控制结构,这样才能实现对该给定信号的无稳态误差跟踪。正如对于阶跃给定,控制器中须有积分环节才能消除阶跃给定带来的稳态误差。这里我们知道,由于两相静止坐标系下的给定为正弦量,故控制器须有谐振环节才能达到良好的控制效果。于是可以得到变换器电流环的控制模型如式(2-10)[28,29]。
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第 3 章 双馈电机及机侧变换器的建模与控制.........30
3.1 引言......30
3.2 双馈发电机的数学模型建立与分析..........31
3.3 对称电网情况下机侧变换器的控制..........36
3.4 机侧变换器在电网电压不对称情况.........41
3.5 机侧的故障暂态分析与控制........46
3.6 仿真研究.....52
3.7 本章小结.....57
第 4 章 系统软硬件设计..........59
4.1 引言......59
4.2 系统硬件电路的设计......59
4.3 系统软件的设计.......64
4.4 实验框图.....65
4.5 本章小结.....66
第 5 章 实验结果与分析..........67
5.1 引言......67
5.2 网侧变换器的实验..........67
5.3 机侧变换器的实验..........68
5.4 本章小结.....72
 
第 5 章 实验结果与分析
 
5.1 引言
前述几章详细分析了网侧变换器和机侧变换器在不同电网条件下的控制策略的控制方法并给出了设计过程。为了验证以上各章理论分析和仿真分析的正确性,本章搭建了实验样机,用实验的方式对以上部分控制方法的有效性及可行性进行了实验验证。电网电压不平衡工况下对于数学模型的改进可以更好的实现直流电压稳定的控制目标。此时并网电流仍然正弦但是不平衡。以上各实验的实验波形证明了本文关于网侧变换器的理论和仿真分析是正确的,所介绍的改进方法是可行的。由上图可以看出电网电压不平衡工况时,由于要实现电机并网功率的恒定定子电流出现了较大的畸变。与此同时由于电机的电枢反应转子电流也出现了畸变,与以上各章节中的理论分析相符。实验中发电机定子并网有功功率出现了小的波动,这是由于电网电压出现不平衡时控制器的控制能力有所降低的原因。同时电机转子的位置角没有进行闭环的校正,也会在电网电压不平衡时产生一定的影响。但是总体来说基于滑模变结构的直接功率控制方法达到了良好的并网功率控制性能。在以后的研究工作过程中还应对其进行进一步完善。
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结 论
 
本文对双馈风力发电系统网侧变换器和机侧变换器在电网电压平衡和不平衡工况下的模型和控制算法进行了大量的研究。对应用于以上两个变换器的矢量控制和基于滑模变结构的直接功率控制方式进行了对比,并在 MATLAB/Simulink 中进行了仿真验证。本文还对以上两个控制方法进行了实验验证,并由此可以总结全文如下:
(1)对双馈风力发电系统进行了传统矢量控制和直接功率控制的分析研究和设计。在电网理想的情况下,两者均达到了很好的稳态控制效果。电网出现故障时,基于滑模变结构控制的直接功率控制可以达到良好的功率控制目标,其对并网功率控制能力强、动态响应速度快,可以提高系统对电网的适应能力。
(2)改进了不平衡情况下网侧变换器的数学模型。用变换器直接输出功率的基频分量替换直接计算的功率。改进后的数学模型可以更精准的控制变换器传输功率,更好地稳定了直流母线的电压。
(3)给出了在电网电压不平衡条件下并网电流对称正弦、有功功率恒定等目标的实现方法。通过这些方法可以方便、准确的实现电网故障条件下的稳定运行。增强了风力发电系统适应不同电网运行要求的能力。
(4)针对电网电压故障突变给电机带来的并网功率和电磁转矩长时间振荡的问题,本文将直接功率控制与电机电磁暂态控制相结合,有效的抑制了该振荡。滑模变结构控制的引入使得对于电网故障出现的影响时间更快,系统的鲁棒性更强,可以在较大范围内实现良好的控制效果。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇六

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题背景
能源是人类生存和社会发展的物质基础,按生成的方式可将能源分为一次能源和二次能源。一次能源指自然界原有的未经加工的能量资源,如:化石燃料(煤、石油、天然气)、核能、风能、水能、太阳能、地热能等;二次能源指通过对一次能源加工转化后得到的能源,如:电力、热能等,其中电能由于其具有使用便捷、存储方便、易于传输等特点得到了大力的发展与应用。按照能源储量又可将一次能源分为不可再生能源和可再生能源。不可再生能源指存储量有限,短期内不可能在产生的能源,如煤、石油、天然气等化石燃料;可再生能源指那些取之不尽用之不竭的能源,如太阳能、风能、核能等。由于化石燃料应用技术成熟、易于开采,所以现阶段全世界一次能源结构仍然以化石燃料为主。随着科技的进步、人类社会的飞速发展,能源的消耗量也在飞速递增,而化石燃料的大量开采使用使其储量日趋枯竭,同时也对环境造成巨大破坏,人类社会面临着能源不足和环境恶化两大危机。为了解决能源危机和环境危机,人们开始将目光转向可再生能源,如太阳能、风能、潮汐能等 。其中太阳能由于其分布广泛、储量巨大、对环境无污染,受到全球的普遍关注,成为替代化石能源的主要能源[1,2]。太阳能的主要利用形式为光伏发电,光伏发电系统从结构上可分为两种基本类型:独立光伏发电系统和并网光伏发电系统[3,4]。独立光伏发电系统主要用于无电网的边远地区和人口分散地区,因其系统造价高所以应用较少。与独立光伏发电系统相比,并网太阳能光伏发电系统省掉了蓄电池储能和释放的过程,这使它的能量消耗、占地空间和配置成本显著减小,具有更高的发电效率和更好的环保性能。目前光伏发电系统中接近 99%的安装容量为并网所用,全世界并网式光伏系统年增长率为 25%-30%[5]。综上所述,并网光伏发电是具有潜力的能源利用技术,也是光伏发电未来的发展方向。
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1.2 逆变器拓扑的发展
为了提高光伏发电效率,保证光伏发电系统的最大功率输出,需实现输入侧的最大功率跟踪控制[6]。而光伏发电系统由于受光照、温度等外界环境因素的影响,其输入侧功率波动较大,因此光伏发电系统的工作点变化较快,导致直流输入侧电压变化范围比较大。而不论并网还是独立运行都要求光伏发电系统有一个稳定的电压输出,因此逆变器需要具有升降压能力和较宽的工作范围,以保证光伏系统在输入一侧电压不断变化的情况下,通过逆变器的升降压功能进行调节来实现稳定输出。根据电源性质的不同,常用的光伏并网逆变器可分为电压型逆变器和电流型逆变器,如图 1-1 所示。传统的电压型逆变器呈降压特性,电流型逆变器呈升压特性,它们都只能运行在单一的降压或升压模式,不能实现升降压功能。因此构造一个具有升降压功能的逆变器是目前光伏发电系统的首要任务。构造一个升降压逆变器通常有三种方法,一是采用多级电路模式,二是通过加入升压变压器的方式实现升降压,三是直接构造一个能够实现升降压的单级逆变器。多级电路现已被应用在光伏并网逆变器中,传统的电压型逆变器即采用此种方法,前级直流变换电路采用 Boost 电路,经过电容与后级逆变桥连接到一起。该结构将前级的直流输出通过逆变桥转换为交流,由于具有前级 Boost 电路的升压功能和后级电压型逆变器的降压功能,所以可实现升降压逆变。此外它的前级输出端通过电容接到后级输入端,可将光伏系统的最大功率跟踪以及并网通过阻容解耦方式实现。由于电容具有隔直流的作用,因此阻容耦合放大电路各级之间的直流通路互不相通,在输入信号频率足够高,耦合电容容量足够大的情况下,前级的输出信号传递到后级的输入端时几乎没有衰减。但是多级电路具有开关器件数目多,采用多级能量转换导致系统效率低,多级电路导致的并网系统不稳定等显著缺点。因此单级逆变器因其器件数目少、效率高、系统稳定性好的优势在光伏发电系统中得到广泛关注,成为当今的研究重点。
......
 
第 2 章 Buck-Boost 逆变器工作原理
 
综合考虑传统并网逆变器的局限性,本文在 Buck-Boost 变换器的基础上,结合逆变器拓扑的构造策略,提出一个单相非隔离型 Buck-Boost 逆变器拓扑。该拓扑为极性反转式升降压逆变器,它具有结构简单、实现方便等优点,还有升降压输出的能力。本章首先分析了 Buck-Boost 逆变器在传统恒流源模式下的工作原理,在此基础上提出了一种脉动电流源工作模式,并详细分析了该工作模式下逆变器工作原理。然后分别对两种工作模式下 Buck-Boost 逆变器进行了数学模型的建立,并对两种工作方式下 Buck-Boost 逆变器进行了仿真研究
 
2.1 Buck-Boost 逆变器的工作方式
由图2-1可知,输入侧DC-DC变换电路由储能电感L1、开关S1和二极管D1组成;输出侧全桥逆变电路由开关S2~S5、二极管D2~D5、CL滤波器和负载R组成,实现对输入侧的极性反转及逆变输出。DC-DC变换电路可看作Buck-Boost直流变换器,其中储能电感L1起到了能量传递的作用。本文提出的 Buck-Boost 逆变器有两种工作方式,一种是采用一个大的储能电感来减小电感电流的二倍频脉动,使电感电流近似为恒定值。此时该拓扑的 DC/DC 电路可等效为一个恒流源,全桥电路则可以采用典型的 SPWM 调制策略,保证输出电流为等幅不等宽的 PWM 波,再经过 CL 滤波器滤波后得到正弦输出电流,本文将其称之为恒流源工作方式。为了保证电感电流近似恒定,要求储能电感值较大,但电感值太大会导致逆变器的成本和体积增加,效率降低,与电压型逆变器相比在中小功率场合应用价值较小。但是它可以按照传统的桥式调制方式控制,因此控制方式多样、灵活;该拓扑若采用桥式 SPWM 调制策略,它还可扩展成三相逆变器和多电平逆变器,增加了该拓扑的应用前景。三相逆变器和多电平逆变器由于其工作特性也可使储能电感减少,缓解了储能电感引起的效率问题。同时随着超导的不断发展,储能元件电感引起的储能效率问题也将得到有效解决,因此恒流源型工作方式同样具有广泛的应用前景和研究意义。
....
 
2.2 恒流源工作模式分析
Buck-Boost 逆变器工作在恒流源模式时,它的储能电感 L1很大,稳态时储能电感电流波动很小,具有电流源的特性,属于电流型逆变器。如表 2-1 所示的开关组合,开关 S3、S5同时工作,交流侧输出正高电平;开关S2、S4同时工作,交流侧输出负高电平;开关 S1导通和同一桥壁上下开关同时导通这三种组合方式互为冗余状态,都输出零电平。由表 2-1 知道,该拓扑有三种开关组合方式使输出为零电平。一种是储能开关S1开通,桥壁开关关断,使电感处于储能状态。此时忽略了零状态的冗余矢量,这时逆变器的升降压能力不均衡。另外一种是通过引入桥壁直通方式使电感处于放电状态,由于考虑了冗余矢量,在电感充、放电状态下都可以使输出为零电平,保证了逆变器升降压能力均衡。由于桥壁直通状态下,电感放电只是单纯的耗能,并没有对负载输出功率,因此降低了逆变器工作效率。本文综合考虑上述因素,为了提高逆变器工作效率,选择忽略桥壁直通冗余 0 状态的工作方式。工作原理为当开关S1导通,电感储能,输出为零;当开关 S1关断,桥壁开关互补导通,输出为高电平。具体工作模式如下:
......
 
第 3 章 Buck-Boost 逆变器控制策略研究.......29
3.1 恒流源工作模式 PI 控制研究......29
3.2 恒流源工作模式 PR 调节器设计 ......35
3.3 伪旋转坐标系控制研究 .........41
3.4 脉动电流源工作模式闭环控制结构设计 .....45
3.5 本章小结 .........50
第 4 章 系统硬件和软件设计.........51
4.1 主电路参数设计.........51
4.2 控制电路硬件设计.....54
4.3 控制电路软件设计.....56
4.4 本章小结.........60
第 5 章 实验结果分析.........61
5.1 开环实验结果分析.....61
5.2 无源负载闭环实验结果分析.......64
5.3 并网实验波形.......67
5.4 本章小结.........69
 
第 5 章 实验结果分析
 
5.1 开环实验结果分析
当没有缓冲电路时,开关的 VDS 会有很大的尖峰,因此当功率较大时,开关 VDS 尖峰值将超过开关承受的耐压值,会损坏开关。当加入 RCD 缓冲电路后,可以通过调节电容值使开关 VDS 尖峰消除,从而避免因 VDS 尖峰而造成的开关损坏。综合实验波形得知,该拓扑采用 SPWM 调制和 SVPWM 调制方式均可实现逆变功能,同时通过调节调制比可使该拓扑实现升降压逆变。此外由于 SVPWM 调制采用了五段式,与 SPWM 调制方式相比输出电压谐波含量更少。当拓扑工作于脉动电流源模式时,开环实验参数如下:电感 L1=2mH,滤波器参数 L=2mH,C=5μF。由工作原理分析得知,当拓扑工作在脉动电流源方式时,系统的升降压能力平衡,当 m=0.5 时,输入电压等于输出电压;当 m>0.5 时,输出电压大于输入电压;当 m<0.5 时,输出电压小于输入电压。实验波形如下图所示:
........
 
结 论
 
由于传统的逆变器不能适应光照、温度引起的直流侧输入电压大范围变化,因此本文提出单相单级非隔离型 Buck-Boost 逆变器,它只需单级电路就可实现升降压,可适用于输入电压大范围的变化。通过对单相非隔离型 Buck-Boost 逆变器工作性能的研究,本文得出以下面结论:
1. 本文综合传统逆变器的显著缺点以及逆变器的构造策略,提出了用极性反转法构造成的单相非隔离型 Buck-Boost 逆变器,该逆变器可实现升降压逆变;
2. 该拓扑保留了桥式结构,当单相非隔离型 Buck-Boost 逆变器按照传统的恒流源模式工作时,可采用 SPWM 和 SVM 调制等传统的控制方案实现升降压逆变功能,因此控制方式灵活。此时逆变器工作功率越大,输入侧恒流特性越好,输出电流谐波含量越少,因此恒流源工作模式适合应用于中大功率场合;
3. 为解决恒流源模式时储能电感大引起的效率和成本问题,本文提出了脉动电流源工作方案,该模式下 Buck-Boost 逆变器升降压能力平衡,且电感电流变为正弦半波,逆变器不再需要大电感滤波,因此有效的减小了储能电感,使系统的成本降低、效率增加,输出电流谐波含量少,交流侧滤波器参数小,设计简单,与同功率的双级电路相比,该拓扑具有更大的实用性;
4. 恒流源工作模式下 PI 控制、PR 控制和伪旋转坐标系控制都可使 Buck-Boost逆变器实现稳定输出,其中 PR 控制和伪旋转坐标系控制具有相似的控制性能,与PI 控制相比,这两种控制方式下逆变器工作性能更加优越。脉动电流源模式下Buck-Boost 逆变器只需要单闭环 PR 控制即可获得良好的工作性能。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇七

 
第一章 绪论
 
1.1 课题的研究背景及意义
随着经济社会的发展,电力需求的增大,能源短缺问题和环境污染问题越来越突出严重[1]。在能源需求和保护环境的巨大矛盾中,可再生能源成为了解决能源与环境问题的重要途径,在可再生能源中,光伏发电技术发展较早,配套设施相对完善、齐全,普及的过程中没有地域限制,且具有不产生污染的优势,因此光伏发电成为一个主要发展方向[2]。早期光伏发电的发展开始于1839年,贝克勒尔在做伏打电池的导电实验时,发现了当有光照照射在导电溶液时会有电流产生的光电效应[3]。之后出现了光伏器件,即可以产生光电效应这一现象的器件,在所有的光伏器件中,太阳电池输出的能量最高。1946年,一个研究学者发现了硅制太阳能电池。不久后,贝尔实验室的科学家发现在硅中掺杂一些其他物质做出的单晶硅太阳电池的光电转换效率为6%,这一发现开启了光伏发电的新篇章。于是在1958年,美国宇航局把108个太阳电池安装在先锋1号卫星上,作为卫星的电源,这是太阳电池首次应用在地球外层空间上[4]。近年来,光伏发电技术得到了国内外更为广阔的应用。目前,中国已在大型光伏电站、集中光伏供电系统和后备电源等系统中应用了光伏发电技术。在国外,特别是德国,光伏发电已处于领先水平,光伏发电的装机容量居世界第一。光伏发电技术无污染,能耗低,因而广泛开发和利用光伏发电,对于节能减排具有非常最要的意义,对于经济发展也有积极作用。近年来,光伏电池在生产生活中的作用逐步提升。考虑到一块太阳能光伏组件的容量基本维持在200 Wp 左右,为了满足目前对功率和能量增长的需求,实际生产中一般采用串并联若干个光伏电池形成光伏阵列后投入使用。串联后形成的光伏阵列已经成为当前光伏发电系统中规模最大的系统之一,其具体结构见图1-1。光伏阵列的出现,完美解决了单个光伏电池由于电流较小而不能满足住宅使用需求这一问题。此外,光伏阵列还能够并网为生产生活直接提供能源[5]。
......
 
1.2 蓄电池充电系统的研究现状及发展趋势
目前,蓄电池的实际充电依据的是经典的马斯曲线。严格的来说,蓄电池马斯曲线实际上并不存在,因为实际中不可能既保证充电时间最短又保证蓄电池的析气率最低,因此,实际上蓄电池在充电过程中,其充电电流都是在马斯曲线的附近进行微小变化。怎样把这个变化范围缩小至最小,甚至使曲线变化只出现在有限点附近是目前蓄电池充电曲线技术研究的重点。在研究蓄电池充电方法模拟或者接近最佳充电电流曲线过程中,出现了一些常规的蓄电池充电技术,如恒压、恒压限流、阶段充电等充电方法,这些充电方法的充电电源是可以控制的且可以保持恒定的,而本文研究的给蓄电池充电的光伏电池的输出是变化的,这样的充电方法就有失准确性,容易产生过充、过放以及过长的充电时间等现象,将导致蓄电池的状态和寿命受到很大影响,造成现代生产生活的需要难以满足[12-15]。近年来,随着科学技术的发展,铅酸蓄电池有了不断完善的性能,与此同时,其充电技术也得到不断地更新。在国内外,一些智能新型充电方法被推出了,有多阶段恒流充电法[16]、脉冲充电法[17]、变电流间歇快速充电法[18]以及配备了蓄电池监测装置的充电方法。这些充电方法对常规充电方法进行改进,提高了蓄电池的使用寿命和使用状态,使得蓄电池的充电电流曲线是可接受的。进而,这些充电方法得到了大规模地应用。
......
 
第二章 蓄电池阵列式充电原理概述
 
2.1 光伏电池与蓄电池阵列式特性分析
近年来,光伏电池的应用越来越广泛,总体上呈现从大容量大尺寸到大容量小尺寸的方向发展,目前已知的最小尺寸为4 cm2。由于单个太阳能电池的正常额定电压和正常额定电流远低于实际要求,且单个太阳能光伏组件的容量一般维持在175~250 Wp 之间,因此单个光伏电池的容量很小,其输出的电压、电流以及功率也很小,不满足系统负载要求的电量。因而在追求大功率、高能量时,就需要将若干特性相同的光伏电池串并联起来,并采用连接和组合技术将它们封装成一个整体,这一整体就是光伏电池组件,特定数目上述组件就形成了特定的光伏阵列。为了保证太阳能电池组件运行的可靠性,要求各个组件的封装应对腐蚀环境、雷雨冰雹及大风等恶劣环境具有一定的适应能力。其中,边缘的封装及组件背面的接线盒的正确安装是整个组件封装的关键。组件主要由玻璃板组成的前面及具有防潮防污的合金薄片组成的背面组成。由于太阳能电池被安放在一层特定的物质中,因此,可以直接用导线将接线盒与太阳能电池连接起来[37]。理论上,光伏阵列是由特定数目的光伏电池组件组合而成,因而光伏阵列的发电量应该也是单个光伏电池发电量的组合,即当有 K 个光伏电池串联,Q 个光伏电池并联时,由此得到的光伏阵列的电压比原来大了 K 倍,电流比原来大了 Q 倍。图2-1表示了单个光伏电池的 I-U 特性与光伏阵列的 I-U 特性之间的关系。根据所需要的电压、电流和功率,可以计算出相应的光伏电池串并联数量,组成所需的光伏阵列[38]。
.....
 
2.2 光伏电池的工作原理及其特性
光伏电池是一种通过光生伏特效应将太阳光能转化成直流电能的器件。对于硅型太阳能电池而言,其工作原理如图 2-3 所示。其工作过程为:当光伏电池接触到光照时,由于光的反射作用,只有一部分光被光伏电池吸收,而这部分光又有一部分以热量的形式散发出去,只有剩下的被吸收的光与原子的价电子发生撞击,即在太阳光子和光伏电池的价电子运动的过程中,当运动方向不一致或相互靠近等相应情况时,会发生碰撞,当光子能量超过了电池的禁带宽度时,电池中的价电子得以激发,此时电池中的 PN 结就会产生电子-空穴对,即光生载流子。在 PN 结内电场的影响下,空穴向 P 区运动,电子向 N 区运动。过剩的空穴和电子由于在不同电极,因而会产生光生电场,与 PN 结本身的内电场方向相反,对内电场有抵消作用,并使得 P 区表示出正极性,N 区表示出负极性,此时就在光伏电池的两极间形成了电势差,外电路接入后就有了负载电流,这就是光伏效应[41]。太阳光照射强度和环境温度都可以影响光伏电池的性能。当光照强度不变时,具体的光伏电池 P-V 及 I-V 特性曲线如图2-5所示,由光伏电池的 I-V 特性可知,当光照不变时,环境温度大小与光电转换效率呈反比关系。当温度不变时,具体的光伏电池 P-V 及I-V 特性曲线如图2-6所示。由光伏电池的 I-V 特性可知,当温度不变时,光伏电池的最大功率点处对应的电压近似不变。由光伏电池的 P-V 特性曲线可知,当光照和温度不变时,可以在适当的电压时达到最大功率,计算出此时对应的电压,经过适当设计可以提高光伏电池给蓄电池充电的效率。
......
 
第三章 蓄电池阵列式充电技术........19
3.1 脉冲电荷转储充电技术....... 19
3.2 MPPT 控制的研究 .... 20
3.3 蓄电池均衡控制的研究....... 25
3.4 蓄电池阵列式充电技术....... 29
3.5 蓄电池阵列式充电控制器的设计......... 31
3.6 本章小结....... 34
第四章 蓄电池组监测系统的设计....36
4.1 电量监测技术..... 36
4.2 蓄电池组监测系统的硬件设计....... 38
4.3 蓄电池组监测系统的软件设计....... 42
4.4 本章小结....... 52
第五章 实验与结果分析........53
5.1 蓄电池阵列式充电系统....... 53
5.2 蓄电池充电控制器实验....... 53
5.3 电量监测模块实验......... 56
5.4 蓄电池组监测系统及充电实验....... 57
5.5 本章小结....... 62
 
第五章 实验与结果分析
 
5.1 蓄电池阵列式充电系统
蓄电池阵列式充电系统的实物如图 5-1 所示。系统包括了蓄电池充电控制器模块、阵列式模块和蓄电池组监测装置。实验主要完成的是三个光伏电池分别给对应的蓄电池进行充电,对每个蓄电池的工作状态、电压、电流以及电量信息进行监测并显示在界面上,当某个蓄电池充满后,给此蓄电池充电的光伏电池并接到蓄电池电压较小的充电模块中,完成光伏电池阵列式的给蓄电池充电,达到高效充电和大容量输出的成效,为以后广泛应用大容量链式充电系统提供了一种方式。蓄电池阵列式充电系统中的蓄电池充电控制器的实物如图 5-2 所示,实验中运用到的光伏电池规格为 20 V/5 A(常温强光照射),蓄电池规格为 12 V/7.2 Ah。三组蓄电池充电控制器采用的是型号相同的实物。光伏电池给蓄电池充电时,随着温度和光照的变化,光伏电池的输出也是变化的。当温度几乎没有变化时,光照强度成了影响光伏电池输出的主要因素,因而本实验分别在光照充足和光照不足的情况下进行,对比得出光照在17 V 左右的情况下,蓄电池充电的效果更好。
....
 
总结
 
近年来,针对大容量链式系统的广泛需求,本文提出了一种蓄电池阵列式充电的方式,并对充电过程中蓄电池和光伏电池的状态进行监测,保证蓄电池组整体充电速度加快,保持蓄电池组良好的工作状态,实现大容量链式充电系统的广泛应用。针对蓄电池在充电过程中可能被光伏电池钳位,测不到实时的蓄电池的数据信息以及蓄电池在充电过程中可能存在的极化现象,本文采用对蓄电池充一定的时间,再停充一定的时间的策略。这是因为蓄电池自身具有去极化的能力,在停充期间里,蓄电池可以消除充电过程中产生的极化现象,减少蓄电池的发热,对于蓄电池寿命的延长有一定的积极意义。同时停充期间蓄电池的电压回到本身的电压信息,有利于对蓄电池工作信息的实时监测。针对电量情况的监测,本文提出了一种新颖的电量监测法,通过脉冲数与电量的结合完成。本文主要完成的工作详细介绍如下:
(1)总结了光伏电池和蓄电池充电的发展现状以及蓄电池监测系统的研究情况及发展趋势,得出了本课题的研究意义。
(2)分析了阵列式特性,蓄电池、光伏电池的充电原理,在此基础上推出了阵列式蓄电池充电的原理。并提出了相应的去极化措施和蓄电池被钳位的措施,并介绍了一种数字式的蓄电池充电控制器。
(3)单个光伏电池给蓄电池充电采用 CTPCT 的充电方式,在此基础上提出了多个光伏电池给蓄电池组充电的方式,即采用 CTPCT 与阵列式相结合的充电方式。且对充电过程采取 MPPT 控制和均衡控制进行仿真分析,并对蓄电池阵列式充电方法设计了相应充电控制器,介绍了此充电控制器的软硬件设计。
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参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇八

 
1绪论
 
1.1课题的选题背景
潜水电泵是水利工程中灌概及排错、矿山排水、田水利、城市污水排放、污水处理等的主要设备⑴。潜水电栗是由栗部件和驱水动力源潜水电动机组装成机组浸在水中工作,用于采集地下水作为人们的生活、生产用水,也可用于工矿企业给排水等多种场合,具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点,而且启动之前不需要引水、不受吸水量程的限制、不用额外设置菜房、安装方便、便于移动,加上价格低、易操作,受到了越来越多的关注和应用,已广泛地应用于我国机井灌区。随着人们对国家环保法规和环保意识的不断提高,潜水电粟用于污水处理的需求也随之增加,主要是用于污水处理的潜水排污菜,其作用是运输城市生活污水和工业废水以及污水处理池的污水清除及输送,广泛应用于市政污水处理厂、防洪排滞等。潜水电粟长时间在各种水质中运转,工作环境差,使得维护菜和潜水电动机很不方便。因此,研究检测精确、使用方便的潜水电动机故障在线监控系统具有广阔的市场前景。随着潜水屯动机尤其是大型潜水电动机的广泛应用,用户对故障监控的需求越来越大。但是,由于专门研究潜水电动机的故障问题并不是很多,本论文正是基于此而选题的。
……….
 
1.2国内外研究现状
潜水电动机长时间在高速运转的工作状态之下,运行环境条件特殊,而且拥有许多不同种类型号的潜水电动机,电磁关系相对复杂,不同的故障预兆特征分散、模糊或相似,给故障分析带来了很大的困难。一直以来,国内外很多专家与学者都在探索精确、便捷、可信度高的故障监控方法。国外研究故障监控技术早于我们国家,到现在已经有40多年的历史,最早的故障监控只停留在设备运行发生故障之后进行故障分析和维护,也就是二事后维修。然而随着现代化科技的飞速发展,生产所用的设备都趋向于智能大型化,传统的故障监控技术已经远远不能够满足现代化工业生产的需求,如来因为故障停机,可能会导致严筑的损失。在线监控故障并及吋采取补救描施,不仅能够产生巨大的经济效益,而且能有效地降低社会环境染和人员伤亡。国外研制开发了一些高水平的状态监控专家系统,用来在线监控潜水电动机故障,如美国的本特利•内华达公司开发的工程师帮助软件(EA),它可以对潜水电动机进行诊断,包括制造安装误差造成的转子不对称以及运行中产生的摩擦、轴裂纹或某些部件松动等故障。瑞士的SUDIS系统的研发已经被用来监测和诊断潜水电动机,该系统包括监测参数、数据的长期保存、维修计划、故障诊断和数据通信等模块。美国研制的自动式振动咨询系统EOPLORE-EX,这种系统根据三级推理的理论,可以检测潜水电动机的不平衡以及运行摩擦等故障。这些专家系统都是通过振动信号分析的,只对潜水电动机及其辅机一些带共性的问题进行诊断,但是还需要针对潜水电动机区别于辅机特有的故障进行进一步的研究,尤其是专门针对潜水电动机的故障在线监控系统的开发。 
………
 
2潜水电动机工作原理及故障特征机理分析
 
2.1潜水电动机基本结构、工作原理和工作特性
干式潜水电动机内部充满空气,上下端部安装了密封装置,是为了防止外界环境中的水或杂质进入电机内部。有的干式潜水电动机在底座下面安装了气室,当其潜入水中工作时,就会自动形成一个空气密封装置,双重保护防止水进入电机,使其安全性进一步提高。充油式潜水电动机内部充满绝缘油,每一个接口处都安装了耐油橡胶圈,上下端部也安装了密封装置,是为了防止外界环境中的水或杂质进入电机内部,同时也为了防止机内的绝缘油往外泄漏。有的充油式潜水电动机底座下而安装了保护装置,保持屯动机机内油伍大于外部水压。充水式潜水电动机内部充满清水,上下端部安装了密封装置,是为了防止外界环境中的污水或泥砂杂质进入屯机内部。充水式潜水电动机底座下面安装了橡胶囊,保持电动机内外水伍相等,防止伍力不平衡造成内外水互流。
…………
 
2.2潜水电动机故障特征机理分析
要对潜水电动机故障进行有效的监控,必须深入了解潜水电动机故障形成的机理,导-找电动机故障的特有征兆,研究电动机故障的规律。潜水电动机故障一般都是按照某些特定的机理发生并进一步恶化的,有其自身的客观规律。检测潜水电动机故障的原理就是根据这些规律,寻找出潜水电动机故障模式与故障特征之间的对应关系,使用先进的故障数据获取手段和信号分析与信息处理方法来找出故障特征,进而判断故障原因并给出符合实际的维修方案。因此,潜水电动机故障监控应建立在对故障特征进行充分分析的基础之上。本文从潜水电动机定子绕组距间短路故障和转子断条故障的基本电磁关系出发,对不同故障情况下定子电流中的各种故障特征产生机理进行了深入分析,为在线故障监控提供了理论基础。连潜水电动机定子绕组中某相出现胆间短路故障时,三相绕组的对称性也会随之改变,但是转子与其存在磁稱合关系,所以当定子绕组产生故障时,转子绕组电流中会感应出与定子绕组相对应的故障特征信号,该信号也会通过定、转子叫的耦合关系在定子电流中反映出来,虽然这种定、转子叫的反复映射很可能减弱故障特征信息,但是如果能分析出定子电流信号中的绕组故障特征量就能以此特征来判断定子故障的程度。当定子绕组不再对称时,即便是在定子三相中接入互差120°的平衡电源,由于定子绕组阻抗的变化,定子三相磁势在空间的分布及随时间的变化上将不再互差120°,所以此时三相合成磁势中3次及3次倍数的合成磁势将不再为零,反映到电动机转子中产生电流,该电流也会产生旋转磁场,定子绕组会在这个旋转磁场中感应出3次及3次倍数的谐波分量电流,并且定子绕组故障越严重,定子电流中3次及3次倍数的谐波电流分量与潜水屯动机正常时相比变化越大。
……….
 
3潜水屯动机故障监控方法的研究及仿真分析......... 17
3.1定子绕组匝叫短路故障检测方法......... 19
3.2转子断条故障检测方法......... 30
3.3本章小结......... 36
4报于DSP的潜水电动机在线故障监控系统......... 37
4.1潜水电动机在线故障监控的总体设计......... 37
4.2硬件电路设计......... 39
5潜水电动机在线故障监控系统的软件实现......... 50
5.1主程序流程图......... 51
5.2采集处理程序设计......... 52
5.3串口通信程序设计......... 54
5.4上位机分析控制程序设计......... 55
 
5潜水电动机在线故障监控系统的软件实现
 
硬件需要软件来实现,没有软件,系统的功能也无法完成。软件包括数据库、应用程序以及各语言及工具组成。该濟水电动机故障监控系统主要的工作过程如下:先将采集到的潜水电动机状态参数信号放入下位机缓存中,为减小缓存,DSP将输入的信号转换后要进行判断该采集的数掘是有用的还是空信号,将有用的数据存储到外扩RAM中。然后下位机对信号打,设置数据格式。输入信号调理模块对采集后输入的信号进行调理,达到系统所需的要求。通信模块通过握手协议传送数据到上位机,接着利用数字滤波器和相关信号时频处理算法,对各种被测参量进行运行状态检测和调用故障监控数掘库进行数掘分析和处理、故障诊断,并进一步采取识别、定位、隔离、报警等措施,最后将数据保存到上位机数据库中。在故障监控系统中,合理、可靠的硬件系统固然十分重要,但故障监控系统中监控任务的实现,对故障进行的诊断,最终还是要靠程序的执行来实现。程序质量如何直接影响到系统的性能。木系统釆用模块化软件结构形式。
………..
 
总结
 
潜水电动机故障监控在现代化的工业生产应用中具有重要的实际意义,这方面的故障监控方法也有很多种。本文通过采集潜水电动机定子电流、电压和振动等信号的方法来检测电机是否正常运行,运用小波包分析和处理电机故障信号,并提取出有效的电机故障特征向量,将小波包分析算法复制到DSP程序中,实现了基于DSP的故障综合诊断,从而设计了潜水电动机在线故障监控系统。总结起来,本文以潜水电动机定子绕组匝间短路故障和转子断条故障为主要研究对象,本文主要包括以下几点:
1)总结了潜水电动机常见的故障类型和诊断方法,从理论上分析和推导了潜水电动机定子绕组匝间短路和转子断条故障机理,同时也对定子和转子产生故障的原因进行了分析,并且分析了各种故障诊断方法,比较了它们的优缺点。
2)本文介绍了应用频谱分析和自适应滤波技术检测定子绕组匝问短路故障,小波包分析和神经网络检测转子断条故障的方法和原理,并采用MATLAB在潜水电动机正常状态和匝间短路故障、转子断条故障下进行仿真分析,通过仿真结果来总结该故障下的规律特征以及证明理论分析的正确性,为潜水电动机定子绕组匝问短路故障诊断方法研究提供理论依据。
3)通过对潜水电动机定子和转子故障的理论分析和检测方法的研究,提出基于DSP的潜水电动机故障在线监控系统方案,完成系统下位机硬件和软件的设计工作,来实现对定子电流、电压的连续状态采样,并完成上位机的软件设计,将采集的数据进行接收并储存到数据库中,并可根据采样数据对潜水电动机定子匝间短路故障和转子故障进行诊断。
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参考文献(略)

 

电力工程硕士论文范文篇九

 
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景及意义
分类是一种数据分析形式,是指识别出样本所属的类别。按识别前是否需要进行训练,可分为有监督分类和无监督分类。有监督分类是指根据已知训练集提供的样本,通过计算选择特征参数,建立判别函数以对样本进行的分类。无监督分类是指人们事先对分类过程不施加任何的先验知识,而仅凭数据,即自然聚类的特性,进行“盲目”的分类,其分类的结果只是对不同类别达到了区分,但并不能确定类别的属性。本文关注的是有监督分类问题,即根据一定的先验知识,构建描述并区分数据对象类别的分类函数,并预测未来数据所属的类别。分类问题在生物医学、信息学、地理学、气候学、金融学等领域应用非常广泛,因此其成为生物信息学、多元分析、数据挖掘等领域的研究热点。例如,从高流量数据如基因芯片中识别出致病基因,然后对疾病进行分类;在机器学习和图像识别方面,如何根据人脸图像对人身份进行有效的识别;电子邮箱网站对到达的邮件识别“垃圾邮件”或“非垃圾邮件”;医生诊断患者为“高血压”或“非高血压”等等。进入21世纪以来,随着信息技术的迅猛发展,大量的高维数据通过传感器和其它的信息采集设备源源不断地被收集,人类社会进入到大数据时代。人们很快由信息匮乏变成被包围在信息的汪洋大海之中。在大数据背景下,高维数据广泛存在于社会各领域,尤其是基因组学、遥感图像处理、地理信息数据处理等领域。数据维数的增加,使得空间数据点变得更加孤立,参数空间的全局优化越来越困难,原始数据结构更复杂、隐蔽性更强,给统计推断带来维数灾祸。维数灾祸已广泛影响到各个领域,如图像处理、基因微矩阵研究、文本数据分析等。典型的高维数据包括文档数据、股票交易数据、地理空间数据、多媒体数据、基因表达数据、时间序列数据、卫星影像数据等。
………….
 
1.2 文献综述
对分类问题的研究可从统计分析与机器学习两个领域分别进行分析。在统计分析领域,常用的分类方法包括线性判别分析(Linear Discriminant Analysis)、Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis)等;在机器学习领域,常用的分类方法包括 K 最近邻分类(K-th-nearest-neighbor Classifier)、神经网络(Neural Network) 、支持向量机(Support Vector Machines)方法等。本节对分类问题的研究成果进行系统的梳理。对于传统数据,在统计分析领域,常用的分类方法有线性判别分析、Fisher判别分析等;在机器学习领域,经典的分类方法有 K 最近邻分类、神经网络以及支持向量机方法等。上述方法有个共性,即都使用贝叶斯准则下的判别函数,只是损失函数不同而已。然而,这些经典分类方法大多是针对低维数据设计的,当数据的维数很高时,原有的分类方法将面临严峻的挑战。当数据维数增多,尤其是变量数目远远大于观测值数目时,在很多情况下,往往仅有一小部分特征是分类中需要用到的重要变量。高维情形下分类方法的表现结果与维数确定时的表现结果非常不同,这是由于在估计噪声变量时产生了大量的累积误差,Fan & Fan(2008)详细地介绍了高维数据情形下分类分析遇到的问题,最大的困难在于许多内在噪音变量的存在会影响判断结果。
………
 
第 2 章 高维分类问题的 Logistic 回归惩罚经验似然方法
 
2.1 模型建立
高维数据中已有的分类方法大多是基于距离的分类方法,所得到的结果是识别出样本的类别,并预测未来数据所属的类别。而与之相比,基于模型的线性判别分类方法不仅能够识别出样本的类别,还能给出具体的模型,可以对响应变量进行解释,因而线性判别分析方法广泛应用于分类问题中。Logistic 回归模型是基于广义线性模型的一种分类方法,在解决分类问题上非常有效。与其它线性模型分类方法相比,Logistic 回归模型不需要任何有关样本的先验信息和分布假设,响应变量是分类变量,且模型对解释变量也不做要求,自变量类型可以是连续的,也可以是离散的,其结果易于解释。Logistic 回归模型用于高维数据的分类问题时,需要对模型进行变量选择和参数估计,已有的变量选择方法主要是惩罚似然方法,但当模型的分布假定错误或未知时,得到的估计值不稳健,进而会影响分类效果。本章针对高维分类问题建立 Logistic 回归模型,对 Logistic 回归模型应用惩罚经验似然的估计方法,构造 Logistic 回归模型的惩罚经验似然函数,在假设条件下,说明了 Logistic 回归模型的惩罚经验似然估计具有相合性和 Oracle 性质。
……….
 
2.2 模型估计的算法
Logistic 回归模型惩罚经验似然估计方法可以在选择变量的同时得到参数的估计,但是处理带有惩罚项的函数是比较复杂的,因为具有选择功能的惩罚函数在零点处是不可导的,所以求解惩罚目标函数是有一定难度的。统计学家提出了许多的算法来解决惩罚估计的求解问题。Fan & Li (2001) 提出了局部二次近似(Local Quadratic Approximate, LQA) 算法,这个算法利用二次函数来近似目标函数,进而优化非凹惩罚似然函数。Hunter & Li (2005) 研究了 LQA 算法的收敛性,通过采用 MM (Minorie-Maximize) 算法来优化一个差分函数以得到惩罚似然函数的最大值,该方法被称为修正的局部二次近似算法。Zou & Li (2008) 提出了局部线性近似算法,这种算法可以使用 LARS (LeastAngle Regression) 算法来求解,被称作 LLA-LQA 算法。
………
 
第 3 章 模拟计算........ 28
3.1 分布假定正确的情形 ......... 28
3.2 分布假定错误的情形 ......... 31
第 4 章 实例分析........ 33
4.1 冠心病实例.......... 33
4.2 乳腺肿瘤实例 .............. 36
第 5 章 总结和展望........... 39
 
第 4 章 实例分析
 
4.1 冠心病实例
冠心病全称为冠状动脉粥样硬化性心脏病,它是一种最常见的心脏病,是由于一些危险因素的作用,使得供应心脏的血管即冠状动脉发生狭窄或堵塞而引起心肌缺血的的一种疾病,引起冠状动脉狭窄或堵塞的常见原因是冠状动脉粥样硬化。早期仅在剧烈运动时出现,在某个阶段可表现为不活动也出现症状,更严重时可发展为心肌梗死。冠心病的发病率和死亡率越来越高,甚至在许多国家冠心病的死亡率排在死亡原因的第一位,因此研究影响冠心病的危险因素具有十分重要的意义。本节分析的数据是南非心脏病数据 (数据堂网站),分析此数据的目的是为了获得在心脏病高发区域 Western Cape,South Africa 的三个农村中缺血性心脏病(ischemic heart)的危险因子。南非心脏病数据有 462 行,共 10 个变量,其中一个变量是响应变量,为是否患心脏病,另外 9 个变量分别为心脏收缩压、吸烟量、胆固醇量、肥胖性指数、心脏病家族史、A 型行为、脂肪指数、酒精摄入量以及病发年龄。该数据主要是研究上述 9 个变量中哪些变量是影响心脏病病发的主要危险因素,得到主要的危险因素后尽力去控制这些危险因素,这与治疗心脏病同等重要。
……..
 
结论
 
高维数据是统计学研究的热点课题之一,研究高维数据的分类问题具有非常广泛的理论意义和实用价值。Logistic 回归模型分析作为一种有效的数据处理方法广泛应用于高维数据的分类问题中,研究高维情形下的 Logistic 回归模型的统计推断问题,可以提高在高维数据下的分类效果。Logistic 回归模型在解决分类问题上非常有效,它与其它分类方法相比有很多优点,与支持向量机,神经网络等机器学习分类方法相比,Logistic 回归模型有深厚的统计基础,在适当的情况下,可以对分类结果进行一个深入地分析。Logistic 回归模型作为一种广义的线性分类方法与一般的线性模型分类方法相比,它不需要任何关于样本的先验知识和分布假设,对自变量也不做要求,自变量可以是连续的,也可以是离散的,其结果易于解释。本文将Logistic 回归模型的惩罚经验似然方法应用到高维数据的分类问题中,构造了 Logistic 回归模型的惩罚经验似然函数,给出了 Logistic 回归模型的惩罚经验似然估计值的大样本性质,说明了 Logistic 回归模型的惩罚经验似然估计在模型选择上具有相合性和非零参数估计的稀疏性。论文还通过数值模拟来证明Logistic 回归模型的惩罚经验似然估计方法在选择模型和分类方面的有效性,并与其它的估计方法及分类方法进行了比较。最后,将 Logistic 回归模型的惩罚经验似然方法应用到两个具体的实例中,应用该模型可以选择出重要的影响变量并较好地改进分类的效果。
…………
参考文献(略)
 

电力工程硕士论文范文篇十

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 选题的背景和意义
电力调度是电网运行至关重要的业务环节,任何调度环节操作的失误都会给电网运行带来巨大损失。调度交换系统的业务性质,决定了它必须具备高可靠、高效、即时、安全和唯一等有别于其它通信系统的重要特征。随着智能电网的建设,变电站无人值守化,调控一体化的建立,电力调度正在向扁平化管理转变,使电网调度中心的重要性不言而喻。随着大运行体系的建设,传统调度交换系统功能简单,无法满足新业务发展需求。较低带宽的限制,使现有调度交换机难以提供除语音调度功能以外的综合业务,而这些业务需求恰好是未来电力调度的发展方向。传统调度交换系统局限性主要体现在以下方面:传统的调度系统对海量信息的处理能力有限。由于电网结构日趋复杂,接入设备的数量和类型均明显增加,如何科学高效的利用这些数据,为电力调度中心提供可靠的决策依据,保障电网的安全稳定运行,迅速正确的处理各类电网故障,成为调度中心亟待解决的问题。
1.“三公调度”标准不断提高,要求调度中心对各类生产信息处理的及时性增强。
2.传统调度系统功能简单,无法满足新业务发展需求。辽宁电力现有调度交换网基于 TDM 的电路交换方式,只能提供 64Kbit/s 的语音调度业务,业务和控制由现有的调度机完成,这种工作原理,使现有调度机难以提供除语音调度功能以外的综合业务,而这些业务需求恰好是未来电力调度的发展方向。
3.传统调度系统与其它系统兼容性差,操作繁琐。现在的调度中心主控室内安放了很多类型的监控和操作设备,如语音调度台、视频监控终端、调度管理系统、SCADA、EMS 系统等,调度员工作时,需要在多台设备之间进行切换,操作繁琐。
……
 
1.2 国内外研究现状
在国外,北美地区的运营商较早开始了软交换网络建设部署,包括 Verizon、Qwest、SBC、Sprint、Century、Frontier/Citizens 等。另外,香港新电信、韩国电信、葡萄牙电信、伊朗电信、墨西哥电信、英国电信、埃及及巴西电信等均对软交换项目进行了实施。据 Ovum 公司预测,全球最终用户在电信和信息服务方面的开支将从 1999年占 GDP 的 3%增长到 2010 年的 7%。按市场价值计,10 年内将从每年 1 万亿美元增长到每年 3 万亿美元。在这一总体市场下,由最终用户带给下一代网运营商的收入在 2010 年将增加到 9000 亿美元,是固定网总收入的一半。从 2004年开始,下一代网络的收入趋势开始逐渐明朗。国外多家运营商已经进行了 NGN试运营,国内运营商也正在积极进行 NGN 实验。随着产品、技术、标准和网络运营的不断成熟,相信在不久的将来,NGN 必然会成为网络建设的主流。软交换技术是目前解决在统一平台上,提供多业务应用的一个重要发展方向,是下一代网络的控制功能实体,软交换为下一代网络具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能,是下一代网络呼叫与控制的核心。欧洲运营商网络强调建立综合的业务平台,采用多协议标记交换(MPLS)技术,使 IP 网具备服务质量保证和业务融合的能力,网络演进中并逐步增加业务能力并采用软交换实现长途分流和本地网电路交换机的替换。在网络演进的过程中,有两类话音业务,一类是没有管理能力的 VOIP 业务,即 PSTN 的话音终端通过网关与 IP 网络的 PC 或其他语音终端互通;另一类是具有管理能力的软交换提供的话音业务,并将逐渐实现对传统交换机的替换。英国电信在 2005 年开始 PSTN 的演进工作,在网络的边缘层面开始进行多业务接入设备(MSAN)的引入和实施。。在电路交换层面,英国电信从现场试验入手,并于 2005 年开始进行电路交换的替代工作,在 2007 年采用软交换实现 50%的本地电路交换机替换,多业务接入设备具有支持多业务接入的能力,能够支持窄代话音和数据业务,德国电信执行副总裁 Paul Reynolds 明确认为具有支持宽带传输和数据接入的能力,话音网络演进的思路是采用软交换替代和新建重叠软交换网并举的策略,应强调交换机替代的经济可行因素。
……….
 
第 2 章 软交换技术
 
2.1 软交换技术概念
软交换技术的提出有着深厚的历史背景和技术背景,它是一种应用于电话交换控制的新技术通用名称,是 PSTN 逐步向 IP 网络演进过程中出现的概念,具有解决传统电路交换机缺陷的潜力,顺应了基于电路交换的语音网和基于分组交换的数据网融合的趋势。软交换技术能有效降低语音交换的成本,提供了开发差异化电话服务的手段,而且随着多媒体业务的快速发展,软交换将进一步承担起分组交换网语音、数据、视频等各种媒体交换的实时控制任务,还提供计费、认证、路由、协议处理、资源管理及分配等其他功能。
…….
 
2.2 软交换网络体系结构
软交换网络可以向用户提供呼叫处理、媒体接入、网络资源管理、互联互通、策略支持等功能,支持业务编程;它的结构为分层式,组网非常方便和灵巧。软交换网络包括四部分,如下图所示,依次为:接入层、控制层和业务层以及传送层。软交换将是下一代话音网络交换的核心。传统的电信网是基于程控交换机的网络,交换机完成呼叫连接,而智能网完成业务提供,这种方法大大提高了增强业务的能力,那么下一代分组话音网则是基于软交换的网络,缩短了新业务提供的时间。为满足用户对新业务的需求,网络中出现了公共的业务平台-智能网(IN)。智能网的设计思想就是把呼叫连接和业务提供分开。软交换是新、旧网络融合的枢纽。它独立于传送网络,而这种分离仅仅是第一步,随着承载的多样化,主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能,同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务,必须将呼叫控制和承载连接进一步分离,并向第三方提供可编程能力。软交换在未来网络中的位置将被分成接入传送层、媒体层、控制层和业务层,即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来。在传统的基于 TDM 的 PSTN 网络中,人们在 PSTN 的基础上提出了软交换网络的概念。提供给用户的各项功能都直接与交换机有关,业务和控制都是由交换机完成的。交换机的功能与其提供的业务都需要在每个接点完成,并且采用依靠交换机和信令来提供业务,所以必须在交换机的技术标准和信令标准中对开放的每项业务进行详细规范。交换机只完成基本的呼叫控制和接续功能,如要增加新业务,首先需要修订标准,再对交换机进行改造,每一项业务都与交换机直接有关,业务应用和呼叫控制都由交换机来完成。
………
 
第 3 章 辽宁电力软交换调度系统应用研究...........13 
3.1 软交换调度系统建设方案 .....13 
3.2 应用模式.........14 
3.3 各节点之间的协议及带宽需求 .....15 
3.4 网元管理.........17
3.5 同步方式.........18 
3.6 安全机制.........18
3.7 设备配置情况.........21 
3.8 IP 承载网 .......23 
3.9 互联互通.........25
第 4 章 辽宁省电力软交换调度系统组网研究与设计....27 
4.1 软交换调度系统.....27 
4.2 电力调度通信系统发展趋势及需求......27 
4.3 辽宁电力调度交换网现状调研 .....28 
4.4 辽宁电力软交换调度系统建设目标及原则..........30
4.5 辽宁省电力软交换调度系统组网设计方案..........31 
4.7 软交换移动多媒体应急调度终端通信方案 .........40 
4.8 软交换调度系统展望.....40 
第 5 章 结论.....42
 
第 4 章 辽宁省电力软交换调度系统组网研究与设计
 
4.1 软交换调度系统
软交换调度系统是基于软交换调度服务器作为分布式调度平台,满足调度系统高可靠性的要求,具有音频调度、可视调度、应急调度、协同调度、集中录音录像和集中网管功能,满足调度用户多样化业务需求调度系统。软交换调度系统建设要求层次非常清晰,软交换网以实现视频、语音、大容量数据、多媒体调度为主,各部分都相应的设置有软交换调度终端和调度交换机,使各系统之间的互联互通变得更加容易、简单。软交换调度台的功能需要既兼容目前传统的调度交换机接口又具备软交换调度台性能特点,将传统电路交换技术与软交换有机的结合在一起,最有利的补充了软交换技术的 IP 安全问题得到,调度终端可到两个服务器实现双归属,双上联,并能够采用跨网双机同组网,使电路交换与软交换更加紧密的融合在一起,提高了网络运行的安全性和可靠性。使迂回路由保护上的优势在软交换技术上充分发挥,作为原有 2M 路由更好的的保护和补充。电力调度通信系统是调度自动化和管理现代化的基础,这个系统是电力企业管理和运行过程中不可或缺的重要系统,同时也在各种紧急事件处理和抗灾救灾、应急指挥过程中发挥着核心作用,是电力企业智能化和信息化的重要支撑部分,具有安全性强、覆盖范围广、可靠性高等特点。随着社会和科学技术的发展,尤其是智能电网技术的发展,电力系统从独立、封闭的“发、输、配、用”的树形结构演变为社会化的网络结构,电能流与信息流的交换、共享、互动构成了未来电力系统的整体结构。为此,在电力通信网络的越来越紧迫的需求数据业务、多媒体业务和应用,传统窄带的电路交换系统从带宽、数据、可视调度实现上已经不能满足这些需求。
……
 
结论
 
通信技术的发展使电力系统信息类的业务要求不断增加,电力调度通信网的结构日趋复杂。随着电力公司智能电网建设的不断推进,电力调度业务从原来单一的以语音业务为主的需求逐渐向语音、数据、视频融合的多媒体需求方向发展,传统交换存在的局限性和弊端严重制约了电力新业务的发展和调度运行、维护管理等需求的快速提升,需要进行网络的升级改造。在电力调度通信网中引入软交换技术,可以实现电力通信网中各网络的互通,融合电力调度通信网和管理信息网,实现实时智能化的网络管理,从而满足电力调度对智能调度的需求。
(1)软交换网络辅助于电力调度通信网,实现一个平面两张网络并存,即不打破原有网络资源,又可以很好的整合网络结构,巩固原有的电路交换网络,并为原有的电路交换网络提供更安全的保障,使现有电力调度通信网与软交换调度通信网实现渐进、共存和互补。电路交换技术和软交换技术的完美融合,为电力调度通信专网用户提供了更便捷的服务,符合当今智能电网的发展趋势。
(2)视频化的多媒体业务和数据化的智能业务,丰富了电力调度通信网的功能应用。基于软交换架构的智能调度交换系统,完整继承现有调度程控交换网的全部功能,保持原有的传统调度习惯,并实现了与现有调度程控交换网系统双网异机同组、视频通信、移动 IP 调度终端、集中录音录像等多媒体调度功能。移动调度终端的研发和应用,通过全面合理的技术方案建立了行之有效的应急通信机制,在应对突发紧急事件时能够快速、准确、科学地进行决策、协调、调度和指挥工作,确保在发生特大灾害(如防洪抢险、抗震救灾、恐怖袭击等)的情况下指挥调度层面的通信畅通。
…………
参考文献(略)

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