优秀工程硕士毕业论文范文十篇

本文是一篇工程硕士论文，工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面，与工学硕士学位有不同的特点。在职工程硕士只有学位证没有学历证，而工学硕士具有双证。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇工程硕士论文，供大家参考。

 

 

第一章 绪论

 

1.1 单相 PFC 发展趋势

由于大量电力电子设备作为电能变换环节接入电网，造成网侧电流的严重畸变，使得电网功率因数和电能利用率大大降低[1]。因此 PFC 技术得到了极大发展与广泛应用，有效提高了电网的功率因数。迄今为止，已经出现了多种电路拓扑、工作模式和控制策略，包括有源和无源 PFC、单级和多级交错 APFC、有桥和无桥 APFC 电路[2]、三种导通模式（连续 CCM、临界 CRM 和断续 DCM），出现了几种发展应用广泛的控制原理，如传统双闭环控制、跟随控制和单周期控制等。迄今为止，基于 AC-DC 变换器的功率因数校正器已发展的非常成熟，广泛应用于各个领域。使得输入功率因数显著提高，并且为后级电路提供输出平直稳定的直流输出电压。提高了电能利用率，减轻了网侧的谐波电流污染，同时作为后级电路稳定工作的基础环节，提高生产能力。其拓扑结构包括有源和无源 APFC、单级和多级 APFC、有桥和无桥 APFC 电路等等。无源 PFC 是指不适用晶闸管等有源器件组成的校正电路，一般由无源器件组成，是指不需要外加电源驱动，就可以发挥自身特性的电子元件，如二极管不控整流桥、电阻类、电容类和电感类器件等。如图 1-1 所示，为采用桥前电抗器构成的无源 PFC 电路拓扑。除此之外，还可采用 LC 滤波器等。其工作原理是由于整流桥后接电容，映射到整流桥前端显现出非线性负载的特性，形成容性谐波电流，因此在整流桥前增加电感，利用电感电流滞后于电感电压的特点，电感电流与电容电流相互补偿，改善网侧的功率因数。同时电感电流不能突变，抵消电容充电时形成的强电流脉冲冲击，减小网侧电流畸变[3]。

……….

 

1.2 变频空调 PFC 发展现状

变频空调为单相交流供电的重要应用场合，基本电路结构为单相 AC-DC 变换器－三相电压源逆变器－PMSM 压缩机变频调速系统。前级采用二极管整流桥作为 AC-DC 变换环节[8]，输出端接电解电容，映射到网侧会带来以下问题：（1）输入电流谐波含量大，造成严重的电网污染，电网利用率下降，被迫加大个别元器件的额定容量，结果造成最终输出电压的不足；（2）直流回路电压波动较大，影响后级逆变器的输出性能；（3）变频家电量大面广，而且市场前景可观，其影响将更加严重。为了通过“3C”认证或 CE 认证[9][10]，功率因数校正电路广泛应用于变频空调中。应用于变频空调中的功率因数校正器包括两种形式：无源 PFC 和有源 PFC。鉴于目前实际应用状况，无源 PFC 理论上输出功率范围不受限制。部分有源滤波由于控制效果不完善，输出功率范围很难做得很大，也很难完全调节。完全有源滤波技术已经成熟，控制效果完善，可以采用并联交错结构有源 PFC 或串联交错结构有源 PFC 提升输出功率。目前，单相有源 PFC 的应用已经很广泛，高档变频空调出口机一般都采用单相有源 PFC 电路。随着单相有源 PFC 技术的发展，许多新型单相有源 PFC 电路被学者提出[11][12]，它们具有新型的电路结构，并且可以直接应用传统单相 APFC的已经发展成熟的工作原理和控制策略。不但丰富了单相单相有源 PFC 电路拓扑，并且某些拓扑结构新颖实用，值得进一步研究和开发[13]。

………

 

第二章 单相 APFC 工作原理

 

2.1 传统双闭环控制 APFC

伴随着现代控制理论研究的不断深入和微电子技术的不断发展，APFC 的控制算法也越来越丰富，数字实现越来越便捷。本文以传统双闭环控制策略为基础[15][16]，提出采用陷波器外环，PR 调节器内环的改进型的双闭环控制策略，进而提出直接控制占空比函数的新型电流准内环控制策略。2.1 传统双闭环控制 APFC图 2-4 为采用传统双闭环控制算法[20][21]APFC 系统结构图。电压外环响应速度较慢，使得输出直流电压平直，并为电流内环提供参考信号。电流内环响应较快，提高系统的动态响应速度，使得输入电流更接近正弦波，获得较高功率因数[22]，并产生 PWM 的调制波信号。工作原理如下：APFC 的直流输出电压经分压后，缩小适当的倍数与参考电压进行比较，当输出电压波动时，会与参考值形成一个电压差，此差值经过误差放大环节和小滤波环节产生一个电压误差信号。然后将该信号与正弦半波参考信号相乘后即可得到电流内环控制给定信号。将实际检测到的电流信号与给定信号求差，差值进行 PID 调节，输出信号即为功率开关的调制波信号，调制波与三角载波比较后得到功率开关的脉冲控制信号[23]。

………..

 

2.2 新型 PR 内环控制APFC

新型控制电流内环采用了比例谐振调节器[25]，即 PR 调节器。采用 PR 内环，可以抑制网侧电流的低次谐波和开关频率附近的高次谐波，可实现系统的稳态零跟踪误差。图 2-12 给出了陷波器外环，PR 内环控制算法[26][27]的原理框图。陷波器外环目的是滤除直流侧二次谐波，直流输出功率中所含的二次谐波分量成分越高，则网侧输入功率的谐波扰动分量越高，严重的谐波干扰会给电网带来污染问题。同时使输出直流电压更加稳定平直，并计算电流内环参考值。电流内环采用 PR 调节器，可实现稳态零误差跟踪[28]，使输入电流更快的跟踪输入电压，波形更接近正弦波，计算开关器件的调制波信号，即调制波信号。工作原理如下：APFC 的直流输出电压经分压后，缩小适当的倍数与参考电压进行比较，当输出电压波动时，会与参考值形成一个电压差，此差值经过陷波器环节产生一个电压误差信号。然后将该信号与正弦半波参考信号相乘后得到比例谐振控制给定信号。检测到的实际电流信号值与给该定信号值求差，差值进行PR 调节，输出信号即为功率开关的调制波信号，调制波与三角载波比较后得到功率开关的脉冲控制信号。

……..

 

第三章 新型双闭环控制 APFC 的实现........36

3.1 设计思路 .......... 36

3.2 硬件设计 .......... 38

3.3 软件设计 .......... 46

3.4 实验结果与分析 ..... 48

第四章 新型 M 级交错 N 重开关并联 APFC........54

4.1 电路拓扑 .......... 54

4.1.1 M 级交错单开关 APFC........54

4.1.2 N 重功率器件并联........55

4.1.3 M 级交错 N 重功率器件并联........56

4.2 工作原理 .......... 57

4.2.1 MxN 级 APFC........57

4.2.2 电感电流纹波分析 ........60

4.3 控制策略 .......... 62

4.4 仿真分析 .......... 68

第五章 总结与展望 ........73

5.1 论文工作总结 ......... 73

5.2 展望 .... 74

 

第四章 新型 M 级交错 N 重开关并联 APFC

 

为了提高功率等级、便于功率器件和升压电感的选型和安装以及降低成本，在大功率变频空调中，逐渐采用多级交错 APFC 结构。本章提出一种新的电路拓扑结构，在多级交错 APFC 基础上，采用多重功率器件并联，对功率器件采取移相驱动技术，可以提高系统功率等级、改善升压电感和功率器件的选型和设计。采用无源性控制方法，可获得理想的控制效果。对于单级 APFC，如图 4-2 所示，采用 N 重功率器件并联时，如果采用同一驱动信号，相当于一个功率器件。假设载波频率为 fS，则功率器件的开关频率为fS，升压电感的纹波频率为 fS。单级 APFC 中输入与输出之间的电压变比同式 4.1，功率器件的最大占空比为接近于 1，实际可以使用上限占空比为 0.95 左右。由于 N 重功率器件并联，在功率器件特性完全一致情况下，每只功率器件承担传输功率 Po/N，因此功率器件的导通电流包络线为升压电感电流的 1/N，电流应力成 N 倍下降。

……….

总结

 

在功率半导体技术、微电子技术以及控制技术的推动下，电力电子变换技术得到了快速发展，为各种应用场合提供动力电源和功率调节，成为生产生活不可或缺的组成部分。在单相交流供电的 AC-DC 变换器领域，如果采用了二极管不控整流电路，由于后接电解电容滤波电路，该 AC-DC 变换器在网侧呈现非线性负载特性，位移因数和畸变因数均低于 1，使得网侧功率因数低下，而且对电网形成谐波电流污染，并会恶化 EMC 指标。变频空调为单相交流供电的重要应用场合，为了满足各项指标要求，单相AC-DC 变换器必需具有功率因数校正能能力，这就是单相有源功率因数校正器（APFC）。随着变频空调事业的发展，尤其变频柜机空调的发展，变频空调用单相有源功率因数校正器开始向大功率化，模块化，数字化发展。本课题就是基于变频空调单相 APFC 以上发展趋势制定研究内容和研究目标，推出了新颖控制策略、数字控制、5kW APFC 功率模块，并进行理论分析、仿真分析和实验研究，所做工作具有一定的理论意义和实际应用价值。主要研究工作如下：

（1）建立了单级 APFC 的小信号模型和功率电路的传递函数，并分析了单级APFC 传统双闭环控制理论；

（2）分析了一种陷波器外环、PR 调节器内环的单级 APFC 双闭环控制策略，具有网侧电流波形正弦度高的特征；

（3）提出了一种单级 APFC 占空比内环的控制策略，进行了理论和仿真分析，具有动态响应快的优点；

（4）基于 NEC 公司推出的 PD78F1213，采用上述两种控制策略实现了额定输出功率 5kW、开关频率为 35kHz、电感量为 350 H 的单级数字 APFC 功率模块，功率因数校正效果好，性价比，而且具有输出电压跟随输入电压和输出功率的特征（降低功率器件电气应力），还具有轻载下电流有效值滞环控制功能（提高轻载下效率），完全满足变频空调用单相 APFC 的发展特征。

…………

参考文献（略）

 

 

1 绪论

 

1.1 本课题研究目的及意义

以化石能源的不断消耗为代价，推动了世界各国经济的飞速发展。虽然近年来全世界所探明的石油、天然气、煤炭等化石能源的储量不断增加，但作为不可再生资源，随着人们的持续开采，化石能源迟早枯竭[1]。图 1.1 给出了世界以及中国已经探明的化石能源可供开采的年限[2]。另一方面，对化石能源的无限度开采，不仅造成了全球性的能源危机，还极大危害了全球的生态环境，引起一系列环境问题。温室效应是全世界所面临的一个环境问题，主要由于化石燃料的燃烧产生了大量的温室气体引起的[3]；除此之外，化石燃料的消耗也直接导致近年来雾霾天气在我国不断的出现[4]。全球能源危机的加剧及环境问题的日益严重，迫使世界各国投入人力、物力对新能源利用技术进行研究，希望可以用其替代化石能源的消耗[3,5]。太阳能因经济、清洁、环保、存储量大等优点被人们广泛的开发和利用，最主要的利用形式是光伏发电。对太阳能的开发利用将有效的缓解人们目前所面临的能源危机及气候问题，满足人类未来对能源的需求[6-8]。

………..

 

1.2 光伏发电国内外发展现状

为了有效的缓解全球能源危机和气候问题的加重，必须大力发展以光伏发电为代表的新能源发电技术。从目前来看，世界各国已经充分认识到光伏发电的优点。一方面，各国都在加大人力、物力来研究光伏发电系统，克服光伏发电中存在的问题，减小光伏发电的成本；另一方面，一些加快太阳能发电产业发展的政策被提出，用来引导光伏产业的健康、快速发展。因此，自十九世纪末以来，全世界的光伏发电产业得到迅猛发展，光伏发电的全球装机容量每年以 35%的速度快速增长。2000 年，全球光伏发电装机总容量是1200MW，2011这一数字达到70GW，预计2017年全球装机总容量将是230GW[7]。太阳能资源在我国大部分地区比较丰富，尤其在地广人稀的西部地区太阳能的辐射更加充足，这也就为促进我国太阳能发电的快速发展提供了强有力的基础。为了使我国光伏发电产业迈上一个新台阶，一些政策被制定出来，如《太阳能屋顶计划》、《“金太阳”示范工程》以及《关于做好“金太阳”示范工程实施工作的通知》等；另一方面，国家对于光伏发电系统还给予电价补贴和投资补贴等财政优惠政策，2012 年 10 月，国网公司出台《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，该意见对于免收太阳能发电的相关费用、提高利用分布式光伏发电项目进行并网的服务效率等做出 15 条承诺，这将极大促进我国太阳能发电行业的发展，增加我国以光伏发电为代表的新能源发电量在年发电总量中的比重[7,9]。

…………..

 

2 光伏阵列输出特性分析及 DC/DC 变换电路研究

 

2.1 光伏电池概述

当光伏电池表面有太阳光照射时，一部分光照将被光伏电池反射到空间，一部分光照将被光伏电池吸收，剩下极少数的太阳光将穿过光伏电池。光伏电池所吸收的那部分光照中，如果光子携带能量大于半导体的禁带宽度，半导体中将激发出价电子，在半导体器件的 P 区、空间电荷区及 N 区产生大量光生电子-空穴对（光生载流子），这种现象被称为内光电效应（光子把电子打出金属的现象是外光电效应）。光伏电池就是利用内光电效应把空间存在的太阳辐射能转换成电能的一种器件。产生的电子-空穴对受内电场的作用，使光生电子聚集到半导体器件的 N 区，光生空穴聚集到半导体器件的 P 区，即内电场使产生的电子-空穴对发生分离。分别聚集到半导体器件两端的电子和空穴产生一个由 P 区指向 N 区的光生电场，由于该电场方向与内电场相反，因此，光生电场将被消耗一部分，剩下的光生电场使半导体材料的 N 区带负电，P 区带正电，在半导体器件上产生光生电动势，这被称为光生伏特效应。如果连接半导体器件的 P 区和 N 区，导线中将有电流流过。

………

 

2.2 局部遮荫下光伏阵列的输出特性分析

光伏阵列所处的外部环境条件相同时，输出 P-U 特性曲线存在一个极值点，该点对应的功率大小仅与环境的温度和光照强度有关。光伏阵列所受的外部环境条件不同时，由于组成阵列的各个电池组件的输出特性不一致，导致光伏阵列的 P-U 特性曲线出现多个峰值[40]。为了研究外部光照条件不均时光伏阵列的输出特性，本节以两块电池组件串联模型为基础分析光伏阵列的数学模型，其串联电路图如图 2.3 所示。光伏阵列由光伏电池组件经过一定的串并联得到，所以，在对光伏阵列建模之前，首先应建立光伏电池组件的模型。光伏电池组件主要有两种不同的建模方法：基于光伏电池的物理特性进行建模和基于光伏电池的外部输出特性进行建模。基于光伏电池的物理特性所建立的模型具有较高的仿真精度，这是由于该模型比较精准的体现了光伏电池自身的物理特性；但是也存在建模较为复杂，模型与标准测试条件下的输出参数之间没有明确的对应关系，模型的参数难求等缺点。而基于光伏电池的外特性对光伏电池进行建模具有模型较为简单，模型的参数与标准测试条件下的输出参数之间有明确的对应关系，参数的求解简单等优点，并且所建模型具有较强的通用性。本文基于光伏电池的外特性对光伏电池进行建模研究。

………..

 

3 传统 MPPT 算法及其在多峰值跟踪中的失效性分析......... 21

3.1 最大功率跟踪控制的工作原理 .... 21

3.2 传统 MPPT 算法 ......... 22

3.3 传统 MPPT 算法在多峰值跟踪中的失效性分析...... 26

3.3.1 恒定电压法的失效性分析 ....... 26

3.3.2 电导增量法的失效性分析 ....... 28

3.4 本章小结.......... 29

4 自适应粒子群算法及其在多峰值 MPPT 中的应用....... 31

4.1 基本粒子群算法（PSO）........ 31

4.2 自适应粒子群算法....... 33

4.3 自适应粒子群算法的设计流程和参数选取 ........ 36

4.4 自适应粒子群算法在多峰值 MPPT 中的应用.... 42

4.5 本章小结.......... 45

5 仿真与结果分析......... 46

5.1 自适应粒子群算法的仿真结果分析 ........ 46

5.2 自适应粒子群算法和基本粒子群算法的比较分析 ........ 48

5.3 本章小结.......... 50

 

5 仿真与结果分析

 

5.1 自适应粒子群算法的仿真结果分析

针对自适应粒子群算法在多峰值最大功率跟踪中的应用，通过图 4.9 的模型进行仿真，编写 S 函数实现自适应粒子群算法的寻优过程。S 函数的输入是光伏阵列中每块光伏电池组件所受到的光照强度，输出是实时环境条件下通过自适应粒子群算法搜索到的光伏阵列在最大功率点处的输出电压，将输出电压送给 PWM 控制器，通过 PWM 控制器实现自适应粒子群算法的多峰值最大功率的跟踪控制。图 5.1 是光伏阵列在不同光照强度下的输出功率。在 0.4 秒的仿真时间中，光伏阵列的外部光照强度变化了 4 次，但在每次光照强度变化后，自适应粒子群算法均可以很快跟踪到光伏阵列的全局最大输出功率；图 5.2 是光伏阵列的输出电压，光伏阵列的输出电压始终位于光伏阵列最大输出功率点对应的电压附近，存在极小的波动；图 5.3 是自适应粒子群算法应用于上述光伏阵列模型时，算法在不同的外部环境条件下跟踪到的参考电压。

……….

 

总结

 

光伏发电技术的发展有效的缓解了全球性的能源危机，减少了化石能源消耗对环境的污染。本文针对光伏发电技术中的重要一环——最大功率跟踪技术进行了深入的研究，对传统最大功率跟踪算法进行了介绍，分析了其在多峰值最大功率跟踪中应用时的失效性，比较了自适应粒子群算法和基本粒子群算法的仿真结果，通过仿真验证了自适应粒子群算法在多峰值最大功率跟踪中具备跟踪准确、输出稳定的优点。本文主要完成了以下工作：

（1）深入分析了光伏阵列的数学模型，完成了光伏阵列的 Matlab 仿真，对本文设定的遮阴情况进行了仿真，给出了不同遮荫情况下光伏阵列的输出特性曲线。

（2）介绍了恒定电压法、扰动观察法及电导增量法等传统最大功率跟踪算法的优缺点，以恒定电压法和电导增量法为例，深入分析了传统最大功率跟踪算法在光伏阵列多峰值跟踪中失效的根本原因：其一，失效性与遮荫情况变化前后全局最大功率点处占空比的相对位置有关，其二，传统 MPPT 缺乏对全局搜索能力。

（3）介绍了基本粒子群算法的原理，在此基础上对自适应粒子群算法进行介绍，引入了进化状态因子和聚集度因子对算法运行过程中参数的选取进行控制，通过经典测试函数的测试，证明自适应粒子群算法具有输出稳定、精度高的优点。

（4）将自适应粒子群算法应用于多峰值最大跟踪的过程中，编写了自适应粒子群算法和基本粒子群算法的 S 函数，对这两种粒子群算法进行了 Matlab 仿真，仿真结果验证了自适应粒子群算法在多峰值最大功率跟踪时的跟踪结果精度高，输出结果稳定。

…………

参考文献（略）

 

 

1 绪论

 

1.1 研究背景与意义

相对于传统加热，感应加热是一种新型先进的加热技术。它是采用耦合方式，在被加热物质上感生出涡流，产生热能进行加热。感应加热方式和传统直接加热方式相比较，具有高效、节能、环保（无废气排放）、安全（无明火、爆炸危险）、加热速度快、可控性强等优势。因而它被广泛应用到工业、商业和生活中的各个领域[1]。随着人们对环境保护和节能减排的意识的增长，有效地采用具有较高利用率和效率的新技术、研究感应加热电源新工艺，进一步地完善工业、民用及商用感应加热，提高感应加热的效率和自动精准控制，具有十分重要的现实意义。

………

 

1.2 感应加热电源理论基础

虽然感应加热所涉及的学科门类比较广泛，但是无论何种加热电源的基础理论知识确是相同的。综合起来可以总结为三大定律与三个效应[2]。三大定律是楞次定律、电磁感应定律、焦耳定律。三个效应是集肤效应[3]、邻近效应[4]、圆环效应[5]。由于这些知识都是基本常识，在这里不再赘述。感应加热电源结构的组成单元包含：整流调压单元、逆变单元、负载单元和控制驱动保护单元[6]。整流调压单元是把输入的电网三相交流电经过整流之后变成可以给逆变器需要的直流电压。除容量较小的感应加热设备外，中、大功率容量的加热设备都是采用三相 380V 交流电网电压供电。整流调压单元通常主要有三相整流电路与斩波电路两个基本单元构建。DC/DC 斩波单元并不是感应加热电源组成的必须功能单元，经常把它和三相不控整流电路用在一起来完成调压功能。逆变电路单元把经过整流调节单元之后的直流信号逆变成频率比较高的交流信号，实现 DC 到 AC 的逆变转换作用，达到感应加热性能指标和实现工艺条件。感应加热电源就是在负载电路发生谐振。流过感应加热线圈的高频电流产生的强大的磁场。加热的工件被放到这个磁场中，加热的工件上会产生出高频涡流形成热能而被加热。逆变式感应加热电源的中枢环节是控制驱动保护电路。驱动控制电路是影响和制约感应加热方式前进的最主要原因。为了实现加热设备高效率工作的目标，就要保证加热电源的损耗降到最低，被加热的工件吸收尽可能最多的能量。电源的损耗主要集中在开关损耗，所以要对整个电路有个精准的控制。特别是对电源工作频率的控制。如果保证电源的工作频率和负载的固有谐振频率相等。那么负载就工作在谐振状态，开关管就可以实现零开关或者零关断。开关损耗就会大大降低。当电力半导体功率器件老化，出现过电压或者过电流时，就会造成器件损坏。特别是感应加热电源的应用现场，工作情况复杂多变，因此设计准确、可靠的保护电路是至关重要的。

………

 

2 高频感应加热电源谐振逆变器功率调节的研究

 

2.1 逆变侧调功方法的研究

逆变侧调功是通过控制逆变侧功率器件的开通与关断，来改变逆变器的输出电压，从而使逆变器输出功率发生变化。较为常见的逆变侧调功方法有脉冲频率（PFM）调制法、脉冲密度（PDM）调制法、移相脉冲宽度（PS-PWM）调制法。脉冲频率调制的原理是通过改变单位时间内控制半导体器件驱动脉冲个数，也就改变了负载的工作频率，导致负载的等效输出阻抗的大小发生改变，负载功率此时发生变化，功率得到调节[12]。也就是驱动脉冲频率的大小决定电源提供给负载电压的频率的高低[6]。当 Q 值为 2时，我们可以看到工作频率降到 80KHz 或者升到 120KHz 时，电源的输出功率下降到最大功率的1/2。而当Q值为10时，我们也可以看到工作频率降到80KHz或者升到120KHz时，电源的输出功率就几乎快要降到最大功率的 1/16。这就说明：当 Q 值为 2 时，电源的输出功率在谐振频率附近工作时变化比较缓慢；当 Q 值为 10 时，电源的输出功率在谐振频率附近工作时变化比较迅速。由以上分析可以得出结论：在设计的负载电路的品质因数Q很高的情况下，改变很小的供电电源频率就可以实现很大范围的功率调节的目的。但是当需要调节功率范围比较小时，Q 值不宜取的太高。

……….

 

2.2 直流侧调功方法的研究

直流侧调功方法有两种：一种方法是采用晶闸管三相桥整流进行调压；另一种是采用三相不控整流桥加直流斩波电路进行调压[22]。三相桥式晶闸管全控整流电路，在大功率或者高电压的感应加热电源中应用较多，主要用于逆变器直流侧调压和调功。在使用晶闸管时，应注意过电流、过热及过压保护，避免因过电流、过热、过压造成损坏。过电流保护除了可以采用晶闸管整流电路中串接快速熔断器外，还应设计电流检测电路。过热保护可以在靠近晶闸管的散热器上安装热敏保护元件。过电压保护通常在晶闸管阳极和阴极间并联吸收回路。三相晶闸管桥式调压方法技术成熟，控制快捷。主要缺点是当移相角比较大时，网侧功率因数低，动态响应慢，换流过程中电流容易出现畸变[23]。直流斩波电路采用 PWM 控制方式时，PWM 是工作在硬开关方式，当电压值较高时，通过开关管的电流也会很大，开关管在关断时产生很大的开关损耗。而且开关损耗将随着开关频率的提高成正比增加，不仅降低了变换器的效率，而且也需要配置发散功率器件开关损耗积聚的热量所必要的散热器，如果散热器的散热面积不够，热能的积累会造成功率器件损坏，与此同时还会产生严重的电磁干扰噪声，会造成与其他敏感电子设备电磁不兼容[25]。

……..

 

3电压型感应加热电源负载槽路的研究 ......... 20

3.1 LC 串联负载特性研究及仿真分析 .... 20

3.2 LC 并联负载特性研究及仿真分析 .... 23

3.3 LLC 负载特性研究及仿真分析 ......... 26

3.4 LLC 参数设计方法的研究 ..... 35

3.5 本章小结.... 38

4 感应加热电源谐振逆变器频率跟踪的研究 ....... 39

4.1 锁相环的原理........ 39

4.2 锁相环的数学模型 ...... 40

4.3 传统锁相环...... 42

4.4 数字锁相环...... 43

4.5 搭建频率跟踪仿真模型 .... 49

4.6 本章小结.... 50

5 实验结果......... 51

5.1 BUCK 电路波形仿真........ 51

5.2 LLC 参数设计仿真验证 ......... 54

5.3 频率跟踪仿真........ 57

 

5 实验结果

 

5.1 BUCK 电路波形仿真

当占空比为 0.6 时，BUCK 斩波电路的输出为 308V，而软斩波电路的输出为 338V。这是因为谐振电容rC 在主开关管关断的时候在放电。这就是软斩波电路输出电压比BUCK 斩波电路输出电压高的原因。BUCK 斩波器和软开关斩波电路的参数设计方法不相同。经过反复调试 BUCK 软开关斩波电路两个开关管驱动信号占空比，当主开关驱动信号占空比为 0.83，辅助开关占空比为 0.15 时，输出电压为 450V。仿真输出波形如图 5.3所示，仿真输出电压波形为一条直线。从图中可以看出 BUCK 软开关斩波电路输出电压稳定可靠。谐振电感电流和电容电压工作波形如图 5.4 所示。谐振电感的电流从零开始上升，当上升到与负载电流大小相等时，此时电容电压开始上升，电感和电容发生谐振。当电感电流下降到与负载电流相等时，电容电压和电感电流不再发生变化。直到辅助开关导通，电容放电，电容电压下降，电感电流也下降。主开关在电感电流为零时关断，实现了零电流关断。谐振电感的电流和谐振电容的电压波形与理论分析波形图一致。验证了设计的正确性。主辅开关的电流波形如图 5.5 所示。

………

 

总结

 

功率调节、负载拓扑、频率跟踪是感应加热电源的三个核心内容。在查阅大量相关文献的基础上，提高了对感应加热的结构和工作方式的认识，对感应加热电源做以下研究：

（1）功率调节。功率调节方式大致分为直流调功和逆变调功。逆变调功与直流调功相比，逆变时既要实现功率调节又要频率跟踪，其控制相对困难，而且范围不是很宽。不控整流加斩波调功能够让整个电路系统的效率一直保持在较高的数值，工作效率提高，并且对电网产生的噪声干扰较小，这就不用再增加额外的谐波治理电路，而且这种调功方式结构简单、控制方便。

（2）负载拓扑。通过对比分析 LC 串联、LC 并联、LLC 串联电路的工作特性和仿真结果可知：LC 串联负载功率调节比 LC 并联负载灵活； LLC 谐振负载电流特性优于LC 串联谐振负载。Ls 在电路中起到电流变换的作用。在主电路流过相对较小电流的情况下，负载也能获得很大的输出电流，保护功率器件不会因为过流而被损坏，而且降低功率开关管损耗。分析三阶 LLC 串联电路特性的同时，提出了一种新的 LLC 串联电路参数设计方法。仿真结果说明此方法确定的参数能够实现负载谐振，达到最大功率输出。

（3）频率跟踪。频率跟踪是通过在电路中增加锁相环电路来完成的。对锁相环进行理论分析，得出锁相环的数学模型。针对传统锁相环跟踪速度和稳定性较差等问题，采用数字信号处理器 DSP 实现锁相功能。

…………

参考文献（略）

 

 

1绪 论

 

1.1 课题背景

在我国，6～35kV 的中压电网及煤矿供电系统均采用小电流接地方式即中性点不接地或中性点经高阻抗接地[1,2]。当系统发生单相接地时，系统对地的电容充放电电流不能直接形成短路回路，流过故障点的电流是系统的相对地电容电流，其值很小，特别是对接地点的接地载体是人的情况下，对人的生命不会造成严重的威胁，同时，接地点电弧自动熄灭，所以，开关不必立即跳闸，可带故障继续运行 1～2 小时，同时系统通过接地告警信号在这段时间内便于技术工作人员查找故障线路及相应的故障点。这也是煤矿供电系统采用中性点不接地的原因。同时，系统线电压依然对称，对对称的三相负荷来说，系统的单相接地，并不影响其负荷的正常工作。从而减少了停电事故，保证了供电的可靠性。但是，随着城市配电网的发展及煤矿发展的规模，在保证供电可靠性的前提下，采用环网供电，配网不断扩大、延伸，同时，城市和地区中心地带，配网中越来越多的使用电力电缆线路，导致配网系统对地电容电流剧增。当系统发生单相接地故障时，电流剧增甚至单相接地故障频繁发生，据统计，目前电网，单相接地故障占到整个电网故障的 80%以上。同时，单相接地故障电流过大，导致系统对地电容的充放电完全有可能形成间隙性电弧，由此形成系统过电压。如果不及时切断电源，故障点的电弧就不能熄灭，由此可能产生故障处绝缘降低，造成设备烧毁、同时引发两相或三相短路等严重事故，陕西某煤矿发生的 10KV 电压互感器爆炸事件，其缘由也是系统发生单相接地引发。所以，目前中压配网中越来越多的采用中性点经消弧线圈接地方式。

………

 

1.2 消弧线圈补偿系统的发展概况

上世纪 70 年代，国内外消弧线圈补偿调谐系统中一般采用离线分级调匝式消弧线圈，其显著特点就是不能在线自动测量系统电容电流，所以不能自动随系统运行方式变化而自动调谐，并且其调节范围小，从消弧线圈补偿效果来看，消弧线圈的补偿特性并没有得到充分的体现；从电网运行安全角度来看，电网电网的安全运行得不到充分保证，这是因为消弧补偿系统在补偿脱谐度大于 5%的时候，系统的过电压情况基本上得不到抑制。为克服传统消弧线圈补偿存在的缺陷，为实现消弧线圈补偿系统在线自动实时测量系统对地电容电流，实时跟踪系统运行方式，在系统发生单相接地故障时，自动调谐补偿成为专家追求的目标。到 80 年代后，前苏联及欧洲等国家，先后研制出直流偏磁式消弧线圈和气隙可调柱塞式两种新产品，并广泛应用于欧洲、亚洲等地。我国起步相对晚点，于1991 年研制出气隙可调铁芯式消弧线圈装置，紧接着产生的是直流偏磁式消弧线圈、在线分级调匝式消弧线圈开研制出、直流磁阀式消弧线圈、高短路阻抗变压器式消弧线圈等新型产品，具有自主知识产权，下面简要说明这些产品的优缺点：气隙可调铁芯式消弧线圈，采用预调节方式，通过电动机传动机构来驱动可移动铁芯来调节磁导率，由此改变线圈绕组的等值电感，同时，在消弧线圈与地之间加装阻尼电阻来限制谐振过电压。这种消弧线圈，由于存在机械传动环节，其系统惯性大，响应时间长，且噪声较大；它的机械传动结构和控制系统都相当复杂，导致生产成本高。所以该装置的应用受到严重的限制。

……….

 

2自动跟踪调容式消弧线圈的调谐原理

 

2.1 调容式消弧线圈工作原理

调容式消弧自动跟踪调节装置控制的消弧线圈，从本质上看，就是一个接入电力供电系统中性点与大地之间的一个可变电感，如下图 2.1 所示，消弧线圈的二次侧并列电容器，一次侧首端接入系统中性点，末端接入大地，通过对其二次侧并列电容器的投切来改变消弧线圈一次侧的等效电感量，从而实现消弧线圈自动跟踪系统运行方式，实时测量系统对地电容电流，来达到补偿、消弧的目的。调容式消弧线圈自动跟踪调节装置即简称控制柜，通过可控硅开关 T 及继电器 K 的状态来改变消弧线圈本体一次线圈的电感值，图中，C1、C2、C3、C4 为投切补偿电容器，T1-T4 及 K1-K4 分别并列运行作为本体的投切开关，T1-T4 控制电容器的投切时刻，系统采集开关两端的电压过零点为触发点，K1-K4控制电容器的运行，T5 及 K5 在系统正常情况下处于断开状态，即通过电阻的投入，增大系统阻尼率，当系统发生接地故障时刻，首先投入 T5，短接阻尼电阻进行补偿。消弧线圈是具有铁芯的消弧电抗器，具有一次侧及二次绕组，其一次绕组接于电网中变电站或发电厂的中性点与大地之间，二次绕组并接于双向可控硅投切的调节电容器组，通过二次侧电容器的投切来改变消弧线圈的等效电感量。因此调容式消弧线圈的运行方式等效为一台单相运行的变压器。其

……….

 

2.2 消弧线圈的控制策略

消弧线圈能否安装，在什么地方安装，应根据具体情况而定，不同的配电变压器及不同供电运行方式以及地区或城市的实际电网的具体情况来决定。但是，如果安装消弧线圈补偿装置，需要确定电网在最大运行方式还是最小运行方式下，必须满足过补偿运行的要求，当然，还要考兼顾电网的发展，所以，一般不将多台消弧线圈集中安装在电网的某一处，应分散安装在系统各个供配电中心，这样，不仅可以分区运行，当发生单相接地故障时，大部分网络不会失去消弧线圈的补偿。当然，在供电网络内，应尽量避免只安装一台消弧线圈运行。

1 配电变压器接线是 Y/△的，流过消弧线圈的电流也同时流过变压器线圈绕组，所以，当变压器有一个绕组接成三角形的情况时，无论磁路的结构如何，在这个线圈中，一定会出现抵消零序电流的环流。所以，当消弧线圈的容量，在不大于该变压器额客容量的50%时，变压器不会受到任何不利的影响。

2 对于三线圈变压器 Y/Y/△接线的，考虑到三线圈变压器的容量比，在满足变压器2h 过负荷 30%的规定，所以消弧线圈的容量，不得大于三线圈变压器的任一线圈的容量，一般情况下，选择消弧线圈的容量为不大于该变压器容量的 1/3。

3 对三相内铁型变压器 Y/Y 接线的，考虑到受零序电压降和铁壳损失的限制，一般消弧线圈的容量，小于变压器额定容量的 20%。

4 对于单相变压器组或外铁型三相变压器 Y/Y 接线的，由于其零序阻抗很大，所以，安装消弧线圈补偿意义不大，只会得不偿失，所以，一般情况下，在这类型的变压器中性点上不接消弧线圈补偿装置。

………

 

3 基于 matlab 的模型仿真与分析.........15

3.1 消弧线圈本体模型的搭建.......15

3.2 中性点不接地系统仿真模型的搭建....17

3.3 中性点经消弧线圈接地系统的仿真模型及计算....22

3.4 本章小结........28

4 调谐装置的硬件详细设计....29

4.1 硬件系统模块原理框图....29

4.2 CPU 板各单元详细说明..........31

4.3 ARM外围电路单元..........40

4.4 单元间配合设计.........42

4.5 本章小结........44

5 调谐装置的软件构架.....45

5.1 系统总体软件设计.....45

5.2 系统装置的保护控制字及定值设计....46

5.2.1 系统控制字设计.....46

5.2.2 系统定值设计.........48

5.3 上位机与下位机的通信协议..........49

5.4 上位机软件流程.........51

5.5 本章小结........53

 

5 调谐装置的软件构架

 

5.1 系统总体软件设计

本装置中，实际上存在两个编程对象：TMS320LF28335A DSP 和 LPC2148 ARM。整个系统的软件采用模块化设计，分为：数据采集软件设计、控制投切算法设计、触发控制软件设计及人机交互模块设计等。其中前三个属于 DSP，后一个模块属于 ARM。其基本构成如图 5.1 所示。DSP 的软件部分是基于 CCS3.3 运行调试环境汇编语言编程，直接面对硬件编程驱动，满足系统的实时性要求；而 ARM 部分是基于 Embedded Workbench 5.4 Evaluation 调试环境 C 语言编程，其仅完成系统的人机交互管理功能，实时性要求相对 DSP 松弛得多。此点的数据采集软件与数据采集电路并不完全对应，数据采集电路主要是完全通过硬件方式如前置滤波、7606 直接将模拟信号转换为数字信号。而数字采集软件则完成数据采样的指挥及控制，将转换过来的信号进行相应的计算处理。

……..

 

总结

 

论文分析自动跟踪消弧补偿接地系统及小电流选线的必要性，分析了目前自动跟踪的消弧补偿装置的优缺点，进而引出了调容式消弧线圈的概念。对中性点经消弧线圈接地电网进行了比较详细的分析。详细分析了以下五个问题：

（1）阐述了调容式消弧线圈的背景及发展状况；

（2）从整体上阐述调容式自动消弧补偿的理论概述、微机调谐原理及控制策略，电容电流测量方法等；

（3）基于 matlab 调容式自动消弧补偿装置的模块仿真与分析；

（4）调容式自动消弧补偿装置的硬件详细设计；

（5）调容式自动消弧补偿装置的软件构架；对调容式消弧线圈，接地变压器的等效电路进行了分析，给出了等效电路图及其相量图，并对其运行原理进行了分析。

此外，根据与合作企业签订的合同要求，对调容式式消弧线圈的样机进行了设计，电容器组的选择计算，双向可控硅开关及其附属装置的选择。最后，基于 DSP28335 的 CCS3.3 环境下进行了实验论证。确定了调容式消弧线圈的控制策略。根据规程确定了消弧线圈的整定原则，对于实现过程中的一些关键问题进行了讨论并确定控制方法，包括电容电流的计算方法和故障的判据，小电流选线方法的理论论证等。最后得出了控制装置的硬件框图和软件流程。对调容式消弧线圈的控制装置进行了设计，包括硬件设计和软件编程。在本论文中，按照功能和结构分块，对控制装置的电路设计以及对应的程序编写进行了说明，对其中的一些关键的环节（硬件和软件两方面）进行了详述，并给出部分实验的波形。最后，针对设计完成的装置进行了应用性的介绍。理论推导和实验结果表明，这种新型消弧线圈在提高配网供电安全性和可靠性方面有着非常好的前景，希望该装置经过运行一段时间之后，能尽快投入生产。

…………

参考文献（略）

 

 

1 绪论

 

1.1 课题的研究背景及意义

迄今为止，国民经济的快速发展推动着电网中电力负荷的增加，造成电力设备和非线性设备的广泛应用，进一步降低了电网的电能质量。是以，电能质量方面变为现今电力行业的重心[1]；与此同时，电能又是一种商品，自身具备质量标准。随着科技的发展，关于电能质量，人们提出的要求越来越高。除此之外，电力设备的安全可靠性受到电能质量的影响，且它也影响着供电市场的标准方面[2]。虽然电能给人们的生产生活带来了许多便利，但是电能具有不能存储的缺点，即电能始终处于运动状态。所以，当且仅当供用电双方的电能达到均衡时，电能才可以获得有效利用[3]；但实际情况并不能始终保持平衡状态，故须监测电能质量。而且，监测电能质量的重要部分具体呈现于下面几点：

（1）电力系统存在着大量的冲击性负荷及整流设备，这会使电能偏离初始状态运行，且系统发生的故障也会造成同一现象，从而造成电能的损失，所以应该监测电能质量。

（2）随着电力系统成为市场化的系统，电能的价格指标受到电能质量影响变得很大，所以极有必要监测电能。

（3）电能类产品只有满足国标才能出售，即电能产品在出厂前需要进行测试，因此，必须使用电能质量分析仪对其进行检测。

综上所述，监测电能质量显示出极为必要，本文经由这个状况下分析钻研，具体是分析钻研电能质量指标的检测方法和其系统两个方面。

………..

 

1.2 电能质量监测系统的国内外研究现状

迄今为止，电能质量因数检测系统的进展历程具体是模拟测试、数字测试、将计算机当作重点的智能测试和将软件当作重点的虚拟测试[4-6]。具体的内容如表1.1所示。至今，随着科技及网络技术的发展，国外各部门接踵研发了一系列的电能质量监测装置[7]。具体的装置如表1.2所示。各种典型的电能质量监测设备几乎都基于DSP技术，它们即可监测稳态指标，又可监测电压暂升、电压暂降等部分暂态指标。国外电能质量监测设备逐渐趋于互联化，其互联化的监测手段将迎刃而解。另一方面，国内对电能质量的探讨比较落伍，故现今监测电能质量依然以传统方法为主，且首要研究稳态电能质量指标。且国内的监测分析电能质量技术也相对落伍，电能类产品大都仍处在数字式层次，仅能实现简单的监测分析功能。国内装备详细包括以下三种[8]，显示在表1.3中。

………

 

2 电能质量指标及其检测方法

 

2.1 电能质量的标准

电能质量问题具体蕴含稳态问题和暂态问题，此中，稳态囊括的指标有三相不平衡度、电压偏差、电压波动与闪变、频率偏差以及电网谐波等[17]；而暂态包含电压暂降、电压暂升、电压中断、电压瞬变、脉冲暂态以及暂态振荡等[17]。我国颁布的电能质量标准[18-25]所提出的要求体现在发电、供电和用电方面，具体如表2.2所示。频率的测试算法具体包含取零值相减法、解析法、误差最小化理论法及傅利叶变换法等[17]。取零值相减法获得频率是采用信号毗邻零点的时间差完成，这个算法具有一些短处，如精度低，轻易被电网噪声、非周期部分所干扰。对其改善后的方法包括高次修正函数算法和最小二乘多项式拟合算法，不过加大了复杂度和计算量；解析法是首先对于信号建立数学模型，其次实行数学变换，即将待测频率值或是频率偏差值转换成样本函数来估测，其精度较高，但测试量较大；误差最小化理论方法具体有最小二乘方法、牛顿类方法以及离散卡尔曼滤波方法等[17]，该方法测试量小，但及时特性不好；傅利叶变换法通过计算相邻数据窗的傅里叶变换来计算频率，它具有较高计算精度，计算简单快速及稳定性好。本文检测频率是运用傅利叶变换方法。

……..

 

2.2 稳态电能质量

完全的三相系统简称三相均衡系统，具有以下特征：三个相序的电压大小相同、相位差的数值是120 。然而，实际系统不能达到真正意义的三相均衡，这首要原因是故障性方面的和正常性方面的不均衡[26]。三相不平衡问题一般探讨的是正常性方面的不均衡。对用户端设备的危害。电网的用电设施全部是在额定电压下筹划和制作的，故当且仅在额定电压下工作时，才能实现效率最高、损耗最小。但是如果其电压偏移额定电压，这将使得用电装置的寿命减短，甚至将导致用电装置的损坏。在电网稳定性方面造成的危害。电网交流输电，必须符合同步平稳运转的条件；同样地，有功稳定限值（Pst）束缚着输电线路的输送功率。尤其是电网的Pst与其电压是正比例的对应，即电压变小，Pst变小，越易出现不平稳局面。在电网经济性方面造成的危害。当线路和变压器的输出功率达到平衡时，它们两个的电流、电压均具有反比关系。当电网运行在偏低的电压状态下时，线路及变压器的电流增大，但其有功功率与电流的平方值具有正比例的关系，这将使得电网的功率损耗大为增加，进而增加了供电投入。

……….

 

3 暂态电能质量扰动的检测....... 20

3.1 数学形态学的检测原理 ....... 20

3.2 小波变换的检测原理 .... 31

3.3 基于形态学和小波变换的检测算法 ........ 35

3.4 暂态电能质量扰动的仿真分析 ......... 35

3.5 本章小结.......... 39

4 电能质量监测系统的设计........ 44

4.1 LabVIEW 概述 ....... 44

4.2 电能质量监测系统的硬件设计 ......... 44

4.3 电能质量监测系统的软件设计 ......... 47 

4.4 本章小结.......... 59

5 系统性能测试与实验结果分析 ...... 60

5.1 电能质量监测系统主界面 .......... 60

5.2 仿真验证与分析..... 64

5.3 误差分析.......... 69

5.4 本章小结.......... 70

 

5 系统性能测试与实验结果分析

 

5.1 电能质量监测系统主界面

在Lab VIEW软件编程中，前面板的排列布局尤为重要。为了使电能质量监测系统的界面整洁、美观，本文在前面板的研制过程中采用了选项卡控件将电能质量监测系统的性能界面分页展示。具体地，监测系统有信号参数设置界面、电能质量指标显示界面、谐波分析界面、报表生成界面、数据库存储界面、实时数据显示界面、实时数据曲线界面以及暂态电能质量信号显示界面。其详细的界面如图5.1-5.8所示。对于各个电压信号的峰值，具有不一样的标称电压。因此，本文对于有差异的电压峰值设立成不同的标称电压。从表 5.3 可得，所检测的结果在-0.4%到+0.05%区域内，所以与国家标准吻合；而且电压有效值的检测值相比与实际值，绝对误差的绝对值远远小于 0.02%。仿真结果证明了这个部分备有高精度的特性度。本文通过调整信号发生器形成各个频率的正弦信号，使频率在 45～55Hz 范围内变动，因此，所检测的频率随即变化。测量结果如表 5.4 所示。从表 5.4 可得，频率偏差在-0.01 到+0.01 区域内，与国家标准相吻合；并且，大多偏差的绝对值比 0.006 小，这远小于 0.01，进而显示这个模块的检测误差小。仿真结果证明了这个部分备有高精度的特性。

……….

 

结论

 

国民经济的迅猛进展让电能质量日趋变成电网探讨的热点。对于监测电能质量这个方面，同样变得特别重要。虚拟仪器顺应时代发展的需求，它具备很多传统仪器缺乏的长处，故本文设计的基于 Lab VIEW 的电能质量监测系统，具备一定的意义和价值；并经由仿真实验表明，在使用仿真信号的测试条件下，这个系统符合国家要求。通过一年多的研究，阅读大量的文献，本文主要完成了下面几个重要的研究工作：

（1）通过概述课题的实际问题和电能质量监测系统的国内外研究概况，提出虚拟仪器技术和电能质量监测系统相联合的发展方向；并指出研究它的重要性。

（2）归纳了电能质量的国内外标准，总结出电能质量各指标测试的依据；量度电能质量每个指标和各自的测试算法，找到每个指标合适的测试算法，为以后的研究奠定基础。

（3）对比分析了由形态学构造的三种滤波方法，提出基于LMS的多结构自适应权重复合滤波方法，并经由仿真实验表明，这个方法运算简单、精度高，可有效地滤掉噪声；最终，使用小波的奇异性测量理论对定位六种暂态类电能质量信号；仿真实验表明，此算法的精度高，操作快速。

（4）概述了基于Lab VIEW电能质量监测系统的架构。硬件方面，对各个部分进行选型；软件方面，在Lab VIEW 2011软件平台下，进行了五种稳态电能质量指标的检测部分的研制及五种暂态电能质量信号检测部分的研制，又进行了数据库存储、报表生成及远程监控部分的设计。

（5）对各个部分进行测试。仿真实验表明：在使用仿真信号的测试条件下，系统具备精度好及稳定性好，并且符合国家标准。最终，误差分析，这为其后的探讨提供了精神支持。

…………

参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪 论

 

1.1 课题背景及意义

本文所研究的级联多电平并网逆变器来源于辽宁省锦州市的地面光伏光伏项目，光伏电站选址在太阳能资源理论储量丰富的辽宁省。从资源量以及太阳能产品的发展趋势来看，在辽宁开发光伏发电项目，有利于增加可再生能源的比例，优化系统电源结构，且没有任何污染，减轻环保压力。近几年，国际光伏发电迅猛发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡，并在向并网发电的方向发展，我国也出台了一系列鼓励和支持太阳能光伏发电产业发展的政策措施，例如《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》、《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》、《可再生能源发展专项资金管理办法》、《关于开展大型并网光伏示范电站建设有关要求的通知》、《关于实施金太阳示范工程的通知》等等，在政策、投资、财税、电价方面给予支持，光伏组件和并网逆变器价格也不断下浮，目前我国已具备的规模化发展 MW 级光伏电站的条件，全国各地相继投运了一大批 MW 级光伏电站，积累了大量的制造、建设安装、运行和维护方面的经验，所以光伏发电是目前技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式之一。根据我国《可再生能源中长期发展规划》，提出了未来 15 年可再生能源发展的目标：“从 2010 年到 2020 年，我国可再生能源将有更大地发展。到 2020 年可再生能源在能源结构中的比例争取达到 16%，太阳能发电装机 180 万千瓦。”近期，国家发展和改革委员会编制的《“十二五”可再生能源发展规划》中指出：“十二五”光伏发电装机总量目标为 30 吉瓦”，远超出《可再生能源中长期发展规划》中预定目标，“十二五”期间将是我国光伏发电装机容量快速增长的时期。近年来，辽宁省不断加大电网建设投资，一大批服务辽宁“三大区域”发展战略的电力基础设施相继建成投运。通过加大电网投资建设，辽宁电网彻底打破电力输送瓶颈，解决了困扰辽宁经济发展多年的“拉闸限电”问题。

………

 

1.2 光伏并网发电系统的结构

光伏并网系统是光伏系统的一种形式，并网系统可直接与电网相连接，可为电网提供有功电能，根据需要也可以产生无功，光伏并网主要是通过并网逆变器作为连接枢纽，连接太阳能电池(PV)产生电能，光伏电池产生的电能并入电力系统当中。光伏电池阵列，并网逆变器，电网组成了地面光伏并网系统[7-8]，该系统如图 1-1 所示。光伏(PV)阵列主要由光伏电池组成，主要作用为将太阳能转换为电能，其应用主要分为单个组件，组件串联，组件并联等。由于一般单个组件电压等级较低，不能满足并网等级的需要，通常通过多个组件串联以增大电压等级，通过组件并联增大系统容量。地面光伏系统的结构会影响其发电功率；同时并网逆变器的结构也会受到系统总功率的影响而形成了不同的拓扑结构共存的局面。因此，可以将该系统的体系结构分为六种：集中式、串联结构、交流模块式、直流模块式、主从结构、多支路结构。集中式结构最早于 20 世纪八十年代开始使用，该种结构主要适用于大功率等级，目前仍是市场主导产品，主从结构可通过协从开关实现最优并网，可以提高系统的效率，多支路结构可提高发电系统的功率，在单位功率成本和灵活性具有优势。在大功率等级方面主从结构和多支路结构因其各自的优点也得到了应用。随着小功率的家庭用户的增多，交流与直流模块式结构会凸显出其各自的优势，得到很好的发展。并网逆变器是并网的核心实现单位功率的 DC/AC 变换，输出与电网同频同相的电压，根据电网要求将 PV 输出的功率馈入电网，并网逆变器是地面光伏系统的能量转换与控制的核心，逆变器主要由开关器件组成，通过主控器实现逆变，并通过检测电路实现并网逆变器输出电压对电网电压的跟踪，以及最大功率点的跟踪(MPPT)，并网逆变器技术的应用对于光伏并网系统有着决定性的作用。

…………

 

第 2 章 光伏系统总体方案设计

 

2.1 太阳能资源分析

辽宁省位于东经118°50′~125°47′，北纬38°43′~43°29′。太阳辐射量全省平均年为5030MJ/m2，辽宁省各地为4513~5344MJ/m2，辽宁省各地由于经度及纬度的差别，各地年日照数不等，朝阳为2861h，为日照数最多的市，丹东地区最少，锦州市位于辽宁省中部，太阳能辐射量和日照量均为属于辽宁省中上水平[3]。根据辽宁省制定的太阳能资源区划图，可以看出本项目所在地锦州市属于辽宁省内太阳能资源较丰富地区，具备规模化发展太阳能光伏发电的资源条件，辽宁省太阳能资源区划图如图 2-1 所示。辽宁省目前共有三个国家级辐射观测站，分别为沈阳气象站(N 41.73°，E123.45°)、大连气象站(N 38.9°，E 121.63°)和朝阳气象站(N 41.55°，E 120.45°)。现阶段利用气象专业软件，并考虑地理纬度、海拔高差、两地距离以及气候条件拟合出锦州(北纬 41.1°，东经 121.1°)1986~2005 年的辐照数据见表 2-1。

……….

 

2.2 地面光伏电站总体方案设计

光伏逆变系统原理为：太阳光照射太阳能光伏电池组件，光伏电池组件产生不稳定的直流电，经过逆变变换成交流电。光伏逆变系统主要有以下几个部分：光伏电池组件、DC/AC 逆变器、控制电路、采样电路、同步检测电路等。光伏逆变系统框图如图 2-6 所示。其中，光伏并网发电系统中的逆变部分是本论文研究的重点。逆变器的逆变是通过电力电子器件的开通与关断完成的，而器件的通与关断通过加在器件上的脉冲实现的，通过改变脉冲信号就可以使逆变器实现并网。本项目总装机容量9.95MWp，全部采用单晶硅光伏组件。采用分块进行发电、同时实现集中并网。通过综合分析比较，选用250Wp规格单晶硅电池组件，组件数量共计39800块。通过对100kW~500kW之间的逆变器进行技术与经济综合比较，选用500kW逆变器，共计20台。对于并网型光伏电站，安装时需要将光伏组件安装在光伏组件发电量最多的倾角。该项目的光伏阵列采用固定运行方式，经计算光伏阵列倾角为35°时能满足要求。此时可满足灰尘滑落的要求，同时在该倾角固定时固定支架在稳定性能较好的范围之内。光伏阵列布置时根据场址地形高程变化适当调整阵列间距，项目由10个0.995MW光伏发电分系统组成。每个分系统由199路光伏组串并联而成，每个光伏组串由20个光伏组件串联而成。约1MW光伏子方阵由光伏组串、汇流设备、逆变设备及升压设备构成[12]。

……….

 

第 3 章 三相级联光伏并网逆变器..........20

3.1 单级非隔离型三相级联并网逆变器建模 ........ 20

3.2 控制策略 .... 22

3.2.1 级联并网逆变器的调制方法 .... 22

3.2.2 基于电网电压定向的矢量控制 ...... 25

3.2.3 光伏阵列最大功率点跟踪 ....... 27

3.3 控制策略的系统仿真 ..... 30

3.4 本章小结 ......... 32

第 4 章 三相级联光伏并网逆变器的应用.........33

4.1 三相级联并网逆变器主要参数 .......... 33

4.2 并网逆变器的项目应用 ........ 34

4.3 并网逆变器单元接线 ..... 36

4.4 光伏并网系统接入方式 ........ 38

4.5 经济及社会效益分析 ..... 40

4.6 本章小结 ..... 41

 

第 4 章 三相级联光伏并网逆变器的应用

 

4.1 三相级联并网逆变器主要参数

基于对上述单级非隔离型三相级联并网逆变器的设计，该并网逆变器设计容量为 500kW，本项目为 9.95 兆瓦地面光伏电站项目，为大型光伏发电系统，经升压变压器升压后并入高压电网，经过对不同类型逆变器的电网互适性研究，选用该单级式无隔离变压器的并网逆变器，以提高系统效率，降低成本。该 500kW 单级式非隔离型光伏并网逆变器的主要技术参数如表 4-1 所示。对于大中型并网光伏电站工程，一般选用大容量集中型并网逆变器。目前市场的大容量集中型逆变器额定输出功率在100kW~1MW之间，通常单台逆变器容量越大，单位造价相对越低，转换效率也越高。本工程系统容量为9.95MWp，从初期投资、工程运行及维护方面考虑，若选用单台容量小的逆变器，则逆变器数量较多，初期投资相对较高，系统损耗大，并且后期的维护工作量也大；在大中型并网光伏电站工程中，应尽量选用单台容量大的并网逆变器，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性；但单台逆变器容量过大，则故障时对发电系统出力影响较大。因此，在实际选型时，应全面综合考虑。

……..

 

结论

 

本文针对锦州市 10MW 的南山光伏电站项目进行设计研究，同时对适用于本项目的三相级联光伏并网逆变器进行了系统的研究，对光伏系统的方案进行了整体设计。本文所做的主要工作有：

(1)阐述了本文的研究背景和意义，对光伏并网发电系统的结构进行了介绍。

(2)对适用于本项目的太阳能光伏系统进行了设计，主要工作有对项目所在地辽宁省锦州市的太阳能资源进行分析，分析结果表明，该地适合建立大规模的地面光伏电站。

(3)对地面光伏电站总体方案进行了设计，主要包括光伏组件的选型、光伏阵列的运行方式、以及光伏阵列的倾斜角和方位角的设计。对适用于本项目的光伏逆变器的种类进行了阐述和选型。

(4)对光伏电站发电量进行了设计，设计容量满足项目要求，同时对并网光伏系统的效率进行了分析。对系统的电气系统进行设计，该设计主要包括主接线系统设计，以及控制系统设计。

(5)对适用于本项目的三相级联光伏并网逆变器进行了系统的分析，主要对并网逆变器的数学建模并进行了分析，对提出的基于电网电压定矢量的双闭环并网控制策略进行了仿真分析，验证了控制策略的可行性和有效性。

(6)对并网逆变器在地面光伏并网项目中的应用进行了研究，主要对三相级联光伏并网逆变器的技术参数，以及在本项目中应用的优点进行了总结；确定了并网逆变器单元接线方式，以及 10kV 等级公用电网的接入方式，同时对本光伏并网项目的经济及社会效益进行分析。

…………

参考文献（略）

 

 

第一章 绪论

 

1.1 课题研究背景及研究意义

传统的电阻率测量只能在裸眼井中进行，在套管井中，因为地层的电阻率比金属套管的电阻率大的多，（地层的电阻率在 1 m到1000m，而金属套管的电阻率的典型值为m 7210）[1]，故传统的地层电阻率测量方法不适用于套管井中。因此新型过套管地层电阻率测井方法的研究是非常有必要的。油气井进入到开发的中后期，主要是解决剩余油的评价和油气藏的动态监测。过套管电阻率测井作为油气资源信息采集的主要手段，有重要意义。目前，在套管井中评价剩余油、确定油气层主要依靠中子寿命测和碳氧比能谱两种核测井，但两种测井各有使用局限性。碳氧比能谱测井只适用于高孔隙度、高渗透地层；热中子衰减测井只适用地层水矿化度较高的情况；硼中子寿命测井受地层的渗透性和分层压力影响比较大, 并且两种测井方法探测深度比较浅，不能真实的反映地层信息[2]。而过套管电阻率测井是油井套管后获得地层电阻率信息的一种新的测井方法，通过测量泄露到地层中电流的信息，获取地层电阻率，因其较好的探测性和更广的动态测量范围等优势而受到人们的青睐。美国斯伦贝谢公司推出的 CHRF、俄罗斯公司研制的 ECOS-31-7 现场试验取得不错效果，并在我国油田服务，但我国并没有研制出有自主产权的过套管电阻率测井仪。过套管电阻率测井技术中的激励信号源的研究与设计又是该技术的关键难点之一。为了获得较为精确的测量数据，可以通过增大激励信号源的输出电流来获得较大的测量信号，而鉴于测井电缆上的损耗，电流又不能太大，综合考虑，要求激励信号源的电流在 0. 5~6A，电流稳定度在 0.5%内。过套管电阻率测井过程中信号源频率高时会出现集肤效应，无泄漏电流产生，频率低时，测量的速度较慢，影响测井效率，当为直流时，根据 Kaufman 研究表明，测量的噪声和有用信号比很大，无法测量，要求信号是在 10Hz左右的超低频正弦信号。本文基于 DDS 来合成超低频正弦信号，然后经过单相 H 桥逆变电路来获得高电压的方案设计该激励信号源。

……….

 

1.2 过套管电阻率测井发展概况

20 世纪 30 年代开始，国外有人开始研究过套管地层电阻率测井技术。1939 年，前苏联的 Alpin[3]发表“在套管井中进行电测的方法”的研究成果并获得苏联专利。Alpin提出在金属套管内用三个电极的方法来估算地层漏电流来达到测量地层电阻率的目的。由于当时测井技术和科学技术有限，并且套管的电阻率很低和套管的不完整性影响电压信号一到两个数量级，这种方法最终未能实现，但是人们仍然继续的研究着这项技术。1947 年 Ennis 等人的“在套管井中划分地层的方法和仪器”和 1948 年 Stewart 提出“电测方法和仪器”都获得美国专利，之后又公布了几项关于过套管测井的美国专利，由于当时技术和条件的限制，每一个专利方案都有缺陷，最终都未能实现。到上世纪八九十年代低噪声放大器的发明促进了过套管电阻率测井技术的重大进展。1984 年美国 PML（Para Magnetic Logging）测井公司开始对过套管测井技术的方法进行研究。1986 年左右 PML 开始研制过套管地层电阻率测井仪。1988 年 PML 公司研制的第一台测井样机问世，1989 年 2 月开始在油田现场进行测试并获得成功。1990 年来自美国科罗拉多州采矿学校地球物理系 Kaufman[4]发表了基于传输线方程的套管井电阻率测井理论模型和测量原理，之后国外共有 27 项专利在此基础上发展起来。1990 年在美国地球物理学报（Geophysics）发表题为“套管井眼中的电场”以及 1991 年 Vail[5]申请的美国专利 “在套管中电子测量仪器的移动以及电阻不同套管的补偿”成为这项技术发展的转折点，奠定了过套管电阻率测井的基础。

…………

 

第二章信号源的特性及总体设计方案

 

2.1 激励信号源的特性

在过套管测井中激励信号源的频率对测量的准确度和精确度有很重要的影响。Kaufman 曾经提出在过套管测井中运用直流电，虽然直流不产生肌肤效应现象，但是会出现极化和偏移现象，产生的噪声很大，信噪比降低，测量的精度不好。当采用交流电时，会要求激励信号的频率比较高，这是因为频率越高，测量相同的周期数，所需要的时间就越短，测量的效率就越高；但是考虑到套管为金属良导体，激励信号的频率很高的话，就会出现肌肤效应即电流趋于金属套管的内表面，这样穿过套管泄露到地层中的电流就非常少，进而增加测量的难度，故只有激励信号的频率足够低时，才能使泄露到地层中的电流得到较好的测算，以便达到估算地层电阻率的目的。由图表 2-1 可以看出随着激励信号频率的增加，趋肤深度的值就会减小，激励电流趋于金属套管的内表面，趋肤深度越小，泄露电流就越小，就越难以测量。一般情况下金属套管厚度在 7.52~11.51mm 之间，当激励信号的频率为 20Hz 时，趋肤深度c  为 7.11mm，小于套管的厚度，电流无法穿透套管泄露到地层中去，当频率为 10Hz 时c  为 10.06mm，泄露电流可以穿透部分套管达到地层，因此测井激励信号源的频率应尽量低，当趋肤深度大于 2 倍的套管厚度，测量准确度较高。一般我们选择频率小于 10Hz，通常保持在1Hz。

……….

 

2.2 系统总体设计方案

本文设计的超低频大功率信号源系统适用于过套管电阻率测井，过套管电阻率测井信号源要求具有高稳定度、高分辨率、超低频、大功率等特点。通过趋肤效应等相关实验的研究证实对大多数的套管来说，激励信号的频率低于 15Hz 为最佳，而整个过套管电阻率微弱信号检测系统要求的频率稳定度高、分辨率高、精度高。根据以上对信号源频率的要求，利用其它信号产生的方法很难实现。针对该信号源的特点提出应用直接数字频率合成技术产生所需超低频高分辨率的正弦信号。该激励信号源的设计分为两个部分，即超低频正弦信号的产生部分和大功率电压源设计部分。利用单片机 MSP430F169控制 DDS 芯片来产生超低频正弦信号，然后将合成的信号经过中间级调理模块后，和经过放大模块处理后的三角波进行调制生成 SPWM 波，SPWM 波用来控制单相 H 桥逆变电路中功率管的关断以达到对信号幅值进行放大的目的，然后经低通滤波器滤除掉高频成分，输出测井所需要的超低频大功率信号。

………..

 

第三章 DDS 技术的基本理论.....13 

3.1 直接数字频率合成 ........13

3.2 DDS 的输出频谱特性 ........16 

3.2.1 DDS 的理想输出频谱 ....16 

3.2.2 DDS 的实际输出频谱分析 ..........17 

3.3 本章小结 ..........18 

第四章 硬件系统的设计....20 

4.1 超低频正弦信号源硬件设计 ......20 

4.1.1 单片机主控电路的硬件设计 .........20 

4.1.2 DDS 电路的设计 .....23 

4.2 大功率电压源的硬件设计 ..........29

4.3 本章小结.......... 47 

第五章 系统软件设计........ 48 

5.1 系统总体流程设计........ 48 

5.2 单片机控制程序设计.... 49

5.3 DDS 程序设计...... 54

 

第六章 系统调试

 

6.1 超低频正弦信号的产生

在 MSP430F169 单片机中，有两个 USART 串行口 USART0 和 USART1，USART0 和 USART1可以实现两种通信方式：UART 异步通信和 SPI 同步通信；另外，USART0 还可以实现 I2C通信。在此选用 USART0 模块，通过设置 U0CTL 控制寄存器中的 SYNC 位选择 UART 异步通信还是 SPI 同步通信；在此选择 UART 异步通信方式，异步通信字符格式由四部分组成：1 位起始位、8 个数据位、1 个奇偶校验位和 1 位停止位。UART 程序是将 AD 采集和处理后得到的电压值传送至 PC 机显示，并能接收从 PC 机发送的频率值。UART 的程序设计首先是为了能与计算机串口正常通信将 UART 进行初始化，UART 串行口将 AD 采集和处理后得到的电压值发送至 PC 机显示，PC 机可通过 RS-232 串行端口发送频率值至单片机，当单片机的 UART 串行口接收完一个数据时会引发接收中断，并执行中断服务子程序，中断服务子程序的功能是将收到的数据经过单片机处理后通过 P4端口输出，由 P4 端口所接的 LED 显示电路显示，所显示的数值即为频率值，单片机扫描P4 端口，将 P4 端口的值转换为频率控制字通过 SPI 发送至 AD9834，以改变输出频率。

……….

 

结 论

 

过套管电阻率测井模型机的主要组成部件之一就是大功率超低频激励信号源。本篇论文通过对过套管电阻率测井技术的国内外发展历史及现状的概述、过套管电阻率测井技术基本原理的讲解来说明过套管电阻率测井激励信号源的频率特性和幅值特性。根据激励信号源的超低频频率特性采用直接数字频率合成(DDS)技术实现超低频正弦信号的合成，然后将合成的低频信号调制成 SPWM 波形来控制单相 H 桥逆变电路以达到一定条件下测井模型机的测井实验要求。本研究主要有以下成果：

（1）研究了过套管电阻率测井的发展历程、过套管测井的原理和过套管电阻率测井激励信号源的频率特性和幅值特性。

（2）研究了直接数字频率合成技术的特点及原理结构，并对 DDS 的理想输出频谱和实际输出频谱进行了分析。

（3）设计制作了基于 DDS 技术的超低频信号源合成器。性能指标达到 3000 米电缆测井实验条件下的模拟实验要求。性能指标为：频率范围为 1-10Hz；频率稳定度在 0.01%内；电流稳定度在 0.01%内；输出信号的频率可通过手动调节或 PC 机输入控制，输出信号的幅度可通过手动调节。

(4)设计制作了大功率电压源，利用 SPWM 来控制单相 H 桥逆变电路来实现对超低频信号调制的 SPWM 波形进行的幅值放大。性能指标达到了测井所需要的电压幅值 300V的要求。

…………

参考文献（略）

 

 

第一章 绪论

 

1.1 论文工作的背景与意义

电力工业规模庞大、结构复杂、资金和技术密集，具有自然垄断性[1,2]，因此在其一百多年发展历史中，长期实行发电、输电、配电与售电垂直一体化垄断经营模式，并且这一模式在规模经济时期发挥了极其重要的作用。随着全球能源经济形势变化、电力新技术快速发展、用电需求多样化等一系列变化的发生，垂直一体化垄断经营模式固有缺陷逐渐显现[2,3]：一方面，垂直一体化垄断经营在内部缺乏降低成本和改进技术、机制及服务的激励，在外部则阻碍外部竞争性业务与服务供应商进入；另一方面，垂直一体化垄断经营成本隐蔽性高，加之资金和技术密集程度高，监管实施难度极大。在上述背景下，以破除垂直一体化垄断结构、引入竞争为目的[3–9]，上世纪八十年代始，世界各国和地区陆续迈出了电力市场化改革步伐。智利率先拉开序幕[5,10–12]，标志事件是1978年国家能源委员会CNE（National Energy Commission）成立和1982年“电力法案（Electricity Act）”颁布，主要措施有：①1981年始对发、输和配电业务进行纵向和横向拆分，实行100%私有化，拆分后格局为26家发电公司（包括4家大型发电公司，装机容量比重77.3%）、8家输电公司（包括1家大型输电公司）和25家配电公司（包括4家大型配电公司）；②鼓励外部资本投资电力工业。英国是欧洲最早进行电力市场改革的国家[5,7,13,14]，标志事件是1989年“电力法案（Electricity Act）”颁布，主要措施包括：①对英格兰和威尔士地区发、输和配电业务私有化拆分为约七十家发电公司、1家输电公司（国家电网公司National Grid Company plc.）和12家配电公司（包括国家电网公司）；②成立强制型电力库（POOL）日前市场，几乎所有电力交易须通过POOL进行。

………..

 

1.2 电力市场研究方法综述

市场是由制度、机构、流程、社会关系和基础设施构成的参与人交换关系的总和。电力市场是市场的一个特殊类别，在交易规模、交易时间和地点、交易参与人、交易商品和服务等方面区别于其他市场。严格地说，只要存在电力买卖就构成了电力市场，因此，垂直一体化垄断经营的电力工业模式也被划为垄断型电力市场的范畴。而近年来广泛讨论的电力市场，主要指破除垄断、开放竞争诉求下的竞争型电力市场，我国学者于尔铿等人在著作《电力市场》中给出了定义：“采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中各成员组织协调运行的管理机构和执行系统的总和”[5]。市场化改革使电力工业格局发生了两大显著变化，一是新实体成员出现，原自然垄断实体由发电商、交易中心、系统运行员、电网运营商、零售商、电力经纪人[51,52]、可响应用户[53,54]等多实体成员取代；二是决策方式改变，原政府集中决策转变为各实体成员追求自身利益最大化的分散决策。在这些变化下，传统模型方法已难以适用——各交易实体迫切需要新的决策支持方法来规避市场风险并获取最大效益，监管机构需要新的分析支持方法监测和监督市场行为。在各国政府、市场机构和学者共同努力下，一系列模型方法引入和提出，电力市场这一全新研究领域迅速发展。依据研究角度来划分，电力市场研究方法主要有3类：①基于经济学、管理学等学科的基础理论和工具的研究方法，②基于实际电力市场资料的实证研究，③基于实验方法和技术的研究方法。本节将详细综述3类研究方法的国内外研究情况。

………..

 

第二章 电力市场博弈实验综合模拟系统架构设计

 

2.1 引言

电力市场模拟实验是近年来由国外学者提出的一种研究方法和技术手段，获得广泛关注，其理论和实用价值在于，让研究者脱离实际市场复杂性，在尽可能小耗费人力、物力和时间的条件下，通过可控环境，对尚在建设中的电力市场进行谨慎系统地验证，发掘尽可能多的潜在问题；对各市场参与者提供贴近电力市场实际的培训，指导实际运营系统建设；对已建成的电力市场的实际数据进行评价分析。模拟实验平台是集合实验方法、计算机网络技术等内容的虚拟实验室环境和系统。近年来国内外学者、科研机构、电力企业和政府部门等开始关注电力市场模拟实验平台的研究工作，并开发出了许多各具特色的平台，如美国Cornell大学基于实验经济学方法和广域网技术的PowerWeb[148–151]、Argonne国家实验室基于多代理技术的EMCAS[177–179]、Iowa大学基于多代理技术的AMES[184–187]等平台，对电力市场相关问题进行了系统地模拟实验并取得了许多有价值的结论；国内学者也初步成功开发了一些电力市场模拟平台[152,204,206,208,209]，但是在实验方法和平台技术的系统应用上仍与国外同类平台存在差距。综合国内外代表性的实验方法的共性和差异，以及模拟实验平台的方法和技术特征基础上，本文提出并开发了融合实验经济学和ACE方法、可软切换市场模型、可用于广域网的电力市场综合模拟系统。本章对该系统的可行性、软件架构设计作详细讨论。

……….

 

2.2 可行性分析

 

2.2.1 趋势分析

从实验方法和技术手段2个角度来看，近年来国内外提出的电力市场模拟实验平台呈现出以下共性特征：

1）采用单一的实验方法：国外PowerWeb、EMCAS、MASCEM、AMES等代表性平台以及国内模拟实验平台均只采用了单一基于实验经济学或ACE的实验方法；美国Iowa大学Leigh Tesfatsion教授关注了检验ACE实验结论的平行实验（Parallel Experiments）[166]，但是没有在其设计的AMES平台中进行讨论；还有一些平台如COSMEE、NEM模拟平台等没有建立明确的实验方法，但是实验方式仍然单一。

2）适用固定的实验场景：国内模拟实验平台大多仅适用于采用发电商和单一购电商的主体模型、单一的单边拍卖日前市场模型的场景；国外大多数模拟实验平台如PowerWeb、EMCAS等虽然在适用场景上更加丰富，但是可研场景在平台开发时就已设定，增减或变更的难度和工作量大；英国Derek W. Bunn教授设计的模拟平台和葡萄牙学者设计的MASCEM可新增市场主体模型和复杂因素的考量，在适用场景上更为开放。

3 ）到广域网技术/数据库技术/网格技术等技术手段，国内外学者对于模拟实验平台的技术实现手段方面做了大量工作。从这些技术手段分析来看，拥有高性能的数学建模分析能力、标准化的代理建模、可用于广域网以及高效的数据库是国内外学者主要关注的特性。

……….

 

第三章 电力市场交易的博弈实验设计 .......38

3.1 引言........38

3.2 模拟实验市场模型......38

3.3 博弈实验设计 ......44

3.4 模拟实验算例 ......49

3.5 本章小结.......60

第四章 多风电场接入条件下的日前机组组合出清模型 ........62

4.1 引言........62

4.2 多风电接入的机组组合模型 ....63

4.3 多风电场功率预测偏差的极限场景.......66

4.4 算例与分析 ..........68

4.5 本章小结.......77

第五章 多风电场接入的平衡市场滚动调度模型与策略 ........79

5.1 引言........79

5.2 滚动调度策略 ......79

5.3 多风电场接入的滚动调度模型 .......80

5.4 算例与分析 ..........85

5.5 本章小结.......92

 

第五章 多风电场接入的平衡市场滚动调度模型与策略

 

5.1 引言

风电出力的随机波动特性，给电力市场安全经济运行带来了负面影响，尤其当风电大规模接入时，现行的市场交易机制、调度运行策略都不再适用。传统平衡市场调度采用日前计划直接与自动发电控制 AGC 两个时间尺度相结合，由于日前计划基于精度较低的短期功率预测计算次日机组出力，加上日前计划与 AGC 时间跨度太大，导致在平衡市场产生大量功率缺额需要 AGC 机组承担，该调度方法已无法满足工程上多风电场高渗透率接入的需求。鉴于时间尺度减小可以提高风电预测精度，文献[236]提出了一种消纳大规模风电的多时间尺度调度方法，在日前计划与 AGC 间加入滚动计划和实时计划两个时间尺度的考量，文献[237]进一步探讨了滚动计划模型的设计和计算效率的提高，文献[238]提出一种考虑风电的含热电联产机组的滚动调度策略，文献[239]提出了区域电网内含大规模风电的火电机组协调滚动调度策略，但是上述文献均没有给出有效处理多风电场接入的策略。尽管滚动计划可以有效减小平衡市场可能出现的功率缺额，但是在多风电场接入条件下缺额问题仍然存在，如何确保现有系统常规机组具备有效消纳多风电场的能力是一个关键问题。文献[237,240]采用常规机组留出足够旋转备用的方式来消纳风电波动，但是足以确保系统安全的备用容量不易精确获取；文献[239]采用从提前 3-7 天风电预测开始逐级逼近的方式进行计算，缺点是计算成本高；文献[241,242]采用随机优化方法处理风电不确定性，但是该方法需获取风电出力概率分布。近年来，可适应系统随机扰动的鲁棒调度技术受到广泛关注，文献[243,244]建立了不同的鲁棒调度模型，并验证了各自模型在应对风电波动问题下的可行性，但是当风电场数增多时，模型复杂度急剧上升，难以适用于实际应用。

…………

 

结 论

 

本文工作总结电力市场化改革是一项世界性的课题。国外成功与失败的经验表明，电力市场建设是一个研究、实践、评估与改进反复交替不断发展的过程，电力市场方案应与国家或地区的电力工业特征和社会特征相匹配。我国电力市场改革当前正处在深入推进阶段，机遇与挑战并存，机遇是国外改革提供了丰富的方法、数据和经验作为参考，挑战是复杂的电力工业情况决定了我国电力市场改革的时间长、任务重、问题影响大，因此在当前阶段，如何高效率、低风险、贴近电力工业实情地进行电力市场综合研究与设计具有重要意义。如何建立符合我国实情、先进思想的电力市场模拟系统是巨大的挑战，本文在吸收了大量国内外先进研究成果基础上，设计并开发了一套基于博弈实验的电力市场综合模拟系统，对当中的问题和重要理论模型进行了探讨。主要成果及结论归纳如下：综合分析了实验经济学和 ACE 方法的共性和差异，以及国内外模拟实验平台的方法和技术特征，提出了模型实验平台的市场模型、实验环境、分析评价三个方面的功能模型需求以及七个方面的软硬件系统需求，并给出了可行性分析；详细讨论了电力市场博弈实验综合模拟系统的逻辑模型、角色设计、数据库和功能模块的架构设计。本文构建的模拟系统以可用于实际交易为重要目标，在可模拟行为博弈和机器博弈、多市场模式、跨网络交易上有重要创新成果。

…………

参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪论

 

1.1 引言

智能电力电网的安全性成为当代电力电网研究的主要课题之一，为了确保电力传输的安全，电力参数成为主要的研究对象，以确保电子产品的可靠性。随着电力工业的发展，电力参数的多样性对检测装置提出了更高的要求[1]，现存的各种各样的电子参数保护器和电力参数检测装置，很多电子式的保护器都处在研发阶段，不同的厂家的不同的保护器的测试参数要求存在着差异。本文主要的研究对象是国外某公司系列的电子脱扣器，Emax 系列的断路器提供 PR121/P、PR122/P 以及 PR123/P 三种电子脱扣器，它们主要适用于交流系统： PR121/P 是该系列功能完善型的脱扣器，具有强大的保护功能，门限电流以及脱扣时间可以自由设定，适合电网系统中交流电气装置的保护；此外，保护装置单元还提供了多功能 LED 指示，而且 PR121/P 还可以实现与外部设备之间的连接，如远程信号和监控或遥控管理显示；PR122/P 和 PR123/P 采用了模块化结构概念，根据电力网络中的不同要求，实现信号检测、故障信号指示和线路故障保护等多种功能。图1.1所示的是基本型的PR121系列电子过流保护器的结构图，电子过流保护器中的各个参数具有不同的作用，通过该系列脱扣器的结构来说明几代脱扣器的在电网中主要的保护功能。其他系列如PR23X系列以及PR33X系列的电子脱扣器，这构成了多代电子保护器，为电力电网的安全提供重要的保证。在三代、四代的脱扣器中，电力参数主要有电压、电流以及频率的检测，这类过流保护器用在智能电网中需要极其高的可靠性，由它们构成的断路器对电路起保护作用。断路器是电力电网系统中主要的开关保护设备之一，用于供电网络和配电系统之间的接通、断开和对线路中的故障保护等。脱扣器主要用于线路中电参数的检测，根据实时监测的结果使断路器动作。作为断路器的核心部件，它的性能很大程度上决定了断路器的性能，对电网的安全、稳定以及经济运行起重要作用。随着单片机等智能控制技术的发展和应用，保护器经历了电子式和电磁式，并向智能式发展。智能式脱扣器采用智能化控制器设计，其精度更为准确、动作及时，取代了旧的保护器，已广泛地应用在电力系统，因此对各类脱扣器的电力参数测量的精确度和准确性至关重要[2]。

………

 

1.2 课题研究背景及研究意义

近年来，随着电力电网的不断发展和电力工业参数的要求不断提高，在自动化领域和半导体电子产品领域，取代以往智能化程度较低产品成为主要的方向。在电力电网中，电子产品的参数测量关系着电力电网的安全，因此电子产品的可靠性和安全性成为当今电子产品研究的主流方向。由于电器设备短路或者漏电等原因使电网的安全性和人身财产的安全受到威胁，电子产品的电参数的准确测量在电力电网中保护电路安全的起到重要的作用。电力电流保护问题的多样化和复杂化导致电路保护元件的高速发展, 如今的保护器件已发展成为一个品类繁多的新兴电子元件领域[3]。断路器是配电系统中主要的电气设备，形成具有短路、过载、接地故障、失压及欠电压保护等功能完善的保护设备。脱扣器作为其中最主要的部分，通过与断路器操作机构相连的欠电压脱扣器、分励脱器来控制断路器，用来完成电网的保护功能。

………..

 

第 2 章 测试系统的总体方案设计

 

2.1 系统的总体结构

根据现有系统存在的缺点和不足，本文研制的测试系统在测试速度以及信号精度上进行研究分析，测试系统的总体框架图如图 2.1 所示：测试系统软件是利用 VisualBasic 编写的上位机界面，主要包括对产品种类的选择，测试模式的选择，测试步骤的选取以及信号数据校正等部分。数据通讯模块包括上位机与单片机通讯，实现数据采集信号通道的切换以及接收上位机确认信息等；上位机与数字万用表通讯，实现对数据信号的校正功能和实时控制信号发生器的电压电流的幅值以及频率等；以及通过 RS485 和 TTL 接口传送报文等；信号发生器模块提供产品测试的不同种类的电压电流等信号，通过与上位机通讯利用数字万用表及时校正信号源信号；多继电器控制模块和数据信号反馈模块主要是利用信号源的信号切换测试产品数据采集的通道以及数据反馈的通道，实现数据的正确传输。

…………

 

2.2 系统的性能需求分析

作为工业电网中的保护装置，电路电压电流过大都会对整个网络构成危害，智能型电子脱扣器作为整个智能电网的保护电器，但是可靠性比较低是主要的问题之一，导致这样原因的因素很多，实质性的特点就是工业电网中的电压、电流等计算出现偏差与智能型断路器保护装置实际值大于计算值，使电网中断路保护器的动作出现异常[19]：其中电网电压电流的波动性、检测电压电流的可靠性较低和断路器动作误差成为几个主要的因素。本文研究的全智能型电力过流保护器参数测试系统主要是克服以往系统中存在的精度和速度等问题，完成产品参数准确性测试的功能。在测试系统中，给定的电压电流信号失真成为影响系统准确性的主要因素，信号精度低、误差大会导致过流保护器不能及时做出判断。由于电子脱扣器构成的断路保护器装置在实现第一次及二次配电中具有重要的作用，其选择性保护是在出现过电流、过电压时，将支路线路和工业供电系统中的故障分离，确保只有最靠近故障点供电侧的断路器立即分闸，而不影响其他区域的供电，确保其它部分供电的连续性[21]。根据负载线路和电源线路中不同的额定脱扣电流而实现自动选择保护功能，也可以通过设置短路电流脱扣值的不同实现选择性保护，这种保护功能要求电子脱扣器对电压、电流值的判断比较敏感，要求测试系统的输入信号具有较高的精度。

……….

 

第 3 章 过流保护器参数测试系统的硬件开发........ 17

3.1 智能型断路器的工作原理 .... 17

3.2 系统的硬件结构 ........ 17

3.3 功能模块的硬件电路设计 .... 18

3.4 多通道数据采集模块的设计 ........ 30

3.5 电源模块的设计 ........ 32

3.6 本章小结 ........ 34

第 4 章 过流保护器参数测试系统的软件开发........ 35

4.1 参数测试软件总体设计 ........ 35

4.2 测试系统的软件介绍 ...... 36

4.3 参数测试的软件模块的设计 ........ 39

4.4 本章小结 .... 57

第 5 章 时间序列模型在数据采集中的应用......... 59

5.1 时间序列分析方法 .... 59

5.2 神经网络的预测分析 ...... 58

5.3 时间序列模型分析 .... 62

5.4 神经网络的时间序列预测实例分析 ...... 63

5.5 本章小结 .... 70

 

第 6 章 测试系统试验结果与分析

 

6.1 过流保护参数测试系统的测试流程

参数测试系统测试流程图如图 6.1 所示。本文中研究设计的全智能型电力过流保护器参数测试系统是由上位机软件测试系统和下位机信号提供电路、数据转换电路、数据采集系统以及通信模块、数据校正模块和装置温度控制系统组成。该测试系统不仅包括对同种类型一系列产品的测试，而且还可以实现对不同种产品的过电压、过电流等参数的测试，实现了产品测试通用型系统的设计。在测试模式中，产品的测试模式不仅包含原有系统的手动模式，而且设计多继电器控制系统实现数据信号切换和数据通道切换，实现从手动模式向自动模式方向的转换，使系统具有高度集成化、模块化和自动化水平。全智能型电力过流保护器参数测试系统的现场测试图如图 6.2 所示，由于测试系统的数据精度要求较高，电子元器件的发热等会对系统产生一定的影响，而且 PA90 功率运算放大器组成的电信号放大模块容易受到温度、湿度等外界环境的影响，因此测试前的数据信号的误差校正是测试系统准确性的关键。因此在测试系统工作前，当天的温度以及测试室的温度和湿度成为主要的考虑因素，将系统维持在恒温的环境中可以保证数据的高精度。

……….

 

总结

 

随着电力行业的不断发展，电力网络中的过电压、过电流和短路等严重影响着人身财产的安全，电子产品的参数测量准确性成为研究的主要目标。本文通过对国外某大型公司的电流保护器的参数的功能分析，研发出一套针对该公司的全智能型电力过流保护器的参数测试系统，从自动化、模块化和集成化程度进行考虑，结合当前电力网络的智能化、网络化等优点，结合电力参数测量的快速性和准确性，采用单片机控制技术和 VisualBasic 软件设计能够实时在线检测产品，确保产品的出厂质量。本文在以下几个方面进行研究：

(1) 根据项目的需求以及国外某公司一系列的过流保护器的参数功能分析，查阅国内外关于其他类型的过流保护器的参数测试系统以及该系列过流保护的文件资料，在了解国内外研究技术的基础上，分析设计出针对该系列过流保护器的参数测试系统，克服原有系统的单一型，集成化程度低等缺点。

(2) 根据该系列过流保护器的测试参数的功能分析，确定了以 VisualBasic语言为主要的上位机测试系统。系统以模块化为原则，设计出数据通信模块、电源模块(信号源模块)、多继电器控制模块、数据采集模块、功率放大模块和数据校正模块等。

(3) 针对该系列过流保护器的信号误差要在 3‰范围内，电信号以及数据采集的精度和速度要求较高，设计数据校正模块和高保真低纹波的信号功率放大电路，使输出信号不失真、不漂移，提高信号源的驱动能力以及精度和稳定性。

(4) 为了保证过流保护器参数测试的快速性和准确性，设计多个通讯模块来实现上位机与下位机之间利用不同协议的通信，针对软件测试系统中的数据采集精度和速度进行分析研究，设计出 Timer 控件、多媒体计时器以及高精度计时器三种方法对信号源的输出信号进行监测分析，通过实验分析寻找最优的方法进行数据采集，提出运用神经网络和预测控制理论对三种定时器在预测数据以及数据采集的稳定性，以保证数据采集的准确性，并将建立的 ARMA 模型运用到软件测试系统中，使产品的故障提前预报，达到高效的目的。

…………

参考文献（略）

 

 

第 1 章 绪 论

 

1.1 课题背景及意义

21 世纪以来，经济建设与社会可持续发展的矛盾逐渐凸显，人口众多且走在强国复兴道路上的中国，已经成为世界能源消耗量排名第二的国家。石油、煤炭等能源的全球储量有限，这些常规能源紧缺的状况直接影响着我国经济的发展，电力行业是受能源影响较为严重的领域之一。此外，由化石燃料消耗所引起的环境污染问题也亟待解决，尤其是近两年来我国北方地区雾霾天气频发，严重影响到人们的日常生活与健康状况。在这种背景下，开发利用新能源，改变传统依赖于煤炭的电力结构成为实现我国可持续发展的重要途径之一。新型电力产业发展的重点是解决目前能源问题与环境问题的相互制约，并同时兼顾我国的经济发展，这就要求我们优化电力结构需从优化能源结构入手，利用新能源发电是顺应时代发展的产物，新能源的开发与利用将开辟我国能源研究领域的新局面。本文所提到的新能源指的是风能、太阳能、地热能、海洋能以及生物质能等非化石能源[1]，相应地，新能源发电的种类由其所利用的一次能源进行区分，主要有风力发电、光伏发电、地热发电、海洋能发电以及生物质能发电等。目前，世界范围内发展速度较快的为风电与光伏。2008 年起，美国和中国的风电发展势头强劲，美国超过德国成为世界风电装机总量第一的国家，与此同时，中国也第一次超过印度，风电装机总量位居亚洲第一。2012 年，中国风电发展迎来了前所未有的高峰，第一次超过美国，位居世界第一。中国风能协会理事长贺德馨预测中国风电装机总容量2015 年将达到 1 万兆瓦，2020 年将达到 3 万兆瓦。同风力发电一样，光伏发电也逐渐受到世界范围内的重视与青睐。我国地处北温带与亚热带，全年日照时间在 2 300小时以上的地域占我国总领土面积的 2/3，太阳能资源十分丰富[2,3]，对其进行开发和利用将起到缓解能源紧缺的作用，有利于实现我国社会的可持续发展，有利于提高人民的生活水平[4,5]。

………..

 

1.2 电力系统可靠性评估概述

开展电力系统可靠性评估的目的是保证电力系统在出现不确定因素的情况下可以正常运行。电力系统本质上是一个大系统，所以需要用系统工程的原理来分析，电力系统可靠性分析的实质是以电力系统可靠运行为前提，通过系统分析、系统建模、系统评估的方法改善系统性能，以达到最优设计、最优管理或最优控制等目标。大规模电力系统中的故障发生具有随机性，往往一些不可预见的故障模式更容易造成严重的后果。为了尽可能的减少系统组件故障对系统供电能力的影响，在电力系统规划及运行时都需要进行可靠性评估，这也是许多供电企业关注的重点内容之一。关于电力系统可靠性分析的研究可以追溯到 1969 年，第一篇关于电力系统可靠性分析的文章诞生了，其作者为国际知名学者 R.Billinton[13]。此后，越来越多的专家和学者开始对该领域进行深入研究。电力系统可靠性分析在可靠性建模、分析方法以及工程实际应用等诸多方面都取得了巨大的进步[14-17]。电力系统为一个复杂的大系统，很难将其作为一个整体来进行可靠性评估。通常采用的是系统结构分层的模式分别对发电系统、发输电组合系统以及配电系统进行可靠性评估[18-20]。图 1-1 所示为可靠性评估的层级图，第一层为发电系统可靠性研究，主要包括发电厂有效度、发电容量裕度以及互联发电系统可靠性等研究内容；第二层为发输电系统可靠性研究，近年来的一个研究热点是高压直流输电系统的可靠性分析；第三层为配电系统可靠性研究，主要研究含变电站、保护系统的配电网可靠性分析，关于此方面的研究内容已较为成熟。

……….

 

第 2 章 新能源发电可靠性建模

 

2.1 引言

各种新能源发电的出力特点不同，随机性、波动性较大，当大规模新能源发电并网后，电网的供电可靠性将受到影响。因此，需要对新能源发电的出力值进行较准确预测，建立合理的预测模型至关重要。以风力发电为例，其一次能源不可控，所以风力发电为间歇式发电，不能以常规电源的角度进行分析，开展对风速的准确预测对电力系统可靠性分析有着重要的意义。目前，关于风电场风速预测模型的研究还没有达到令人满意的程度，常用的风速预测方法主要有时间序列法、人工神经网络法、灰色预测法、卡尔曼滤波法等[40]。同样，对于光伏发电系统来说，其出力的不确定性主要来自于该地区的光照强度。现有研究中，常用 Beta 函数、正态分布、混合高斯函数等作为光照强度的概率分布函数，以实现对光伏发电系统出力值的模拟[41,42]。二十世纪末期，Vapnik 和 Corinna Cortes 首次提出了支持向量机的概念，它是一种基于数学方法和优化技术的学习型机制。随着统计学习理论的逐渐成熟以及神经网络、遗传算法等机器学习方法的发展遇到了瓶颈，近年来，支持向量机的研究得到了迅速发展。目前，支持向量机算法在模式识别、概率密度函数估计、回归估计等方面都表现出优良的性能。考虑到支持向量机算法的泛化能力较好，在处理小样本、非线性等问题时表现出的特有优势，本课题研究中以支持向量机回归模型为基础，建立了一个适用于不同新能源发电的数据预测模型，在保证预测精度的前提下简化了新能源发电可靠性建模的步骤，奠定了可靠性分析的基础。

…….

 

2.2 基于 SVM 的时序数据滚动预测模型

核函数理论的研究要早于 SVM，但直到 Vapnik 将其应用在 SVM 的非线性问题后，才引起学者们的广泛重视。由式(2-9)可知，引入映射函数 φ (x)可将原始非线性可分样本集转换到高维特征空间后再进行处理，这种思想来源于模式识别原理。然而，在低维空间维数较大的情况下，映射后的高维空间维数可能会非常大，严重时会出现“维数灾”。核函数通过内积的形式出现，可直接忽略确定 φ (x)的步骤，因而可以有效的缓解“维数灾”， ( x,x)ik 即为所谓的核函数。支持向量机模型当中的主要元素为核函数，它将直接影响支持向量机的性能，起到度量数据间依赖关系、携带先验知识的作用。Vapnik 等最早提出的 SVM 求解算法是以解决一个线性约束的二次规划问题为最终目标，其算法编程比较复杂且收敛速度较慢，难以推广使用。进一步的研究中考虑到 SVM 最优化问题为典型的凸二次规划问题且该优化问题的解具有稀疏性，于是研究人员利用这些优良性能构造出了求解 SVM 的快速算法。

………

 

第 3 章 基于混合抽样的系统状态选择.....19

3.1 可靠性评估的基本方法.........19

3.2 改进的状态抽样法.....20

3.2.1 蒙特卡罗模拟法的基本原理 .....20

3.2.2 混合抽样的基本思想 .....23

3.3 算例分析.........25

3.4 本章小结.........27

第 4 章 计及新能源发电影响的系统状态分析.....29

4.1 基于邻接矩阵的系统结构判断.........29

4.1.1 节点邻接矩阵 .....29

4.1.2 图的连通性判据 .......30

4.2 基于潮流跟踪的新能源发电影响因子.........30

4.3 考虑新能源发电影响的最优切负荷模型.....34

4.4 算例分析.........37

4.5 本章小结.........39

第 5 章 考虑含大规模新能源发电的系统可靠性评估.....40

5.1 可靠性评估指标体系.......40

5.2 可靠性评估流程.........44

5.3 算例分析.........45

5.4 本章小结.........53

 

第 5 章 考虑含大规模新能源发电的系统可靠性评估

 

5.1 可靠性评估指标体系

按照适用对象的不同，可靠性指标可分为系统指标与节点指标；按照属性的不同，可将其分为概率性指标与确定性指标；按照计算过程的不同，也可将其分为基本指标与导出指标。目前关于电力系统可靠性指标的研究已取得了较为成熟的研究结果[67-69]，通常在制定可靠性评估的指标体系时，要综合考虑研究对象与研究目的，尽量选择涵盖系统不同性能且指标之间交叉性较小的一组指标，关于可靠性指标的计算并非越复杂越好，简洁明了能反映系统性能者为优，旨在获得较为准确恰当的可靠性评估结果。下面给出本研究中制定的一组可靠性指标体系。对各子系统进行分析，对于支路容量越限的情况，若通过机组开停调节后仍出现传输容量越限，则采用基于新能源发电影响的最优切负荷模型进行负荷削减量的求解。统计负荷削减量、负荷削减时间等参数，计算可靠性指标体系，并判定指标结果是否满足精度要求，不满足则重新选择系统状态，满足要求则输出最终可靠性指标体系。

………

 

结 论

 

本文主要以含大规模新能源发电的电力系统为研究对象，在建立合理的可靠性模型以及改进传统可靠性分析方法的基础上对电力系统可靠性问题进行了研究。论文完成的主要工作如下：

(1) 建立了基于支持向量机的时序数据滚动预测模型，用于预测新能源电源的一次能源转换参数，如风速、太阳辐照度等。该模型将较为先进的支持向量机回归方法应用到数据预测模型中，由样本训练和滚动预测两部分组成，在保证预测精度的前提下能够实现对不同新能源转换参数的滚动预测，为计算实时的新能源输出功率提供了数据支持。

(2) 建立了基于混合抽样的系统状态选择方法，将故障重数截止法与蒙特卡罗模拟法相结合，可起到扬长避短的效果。对状态空间进行划分，在各部分空间内有针对性的进行抽样，可减少重复抽样的次数，达到提高状态抽样效率的目的。在 MATLAB 环境下编程，实现了对 RBTS 可靠性标准测试系统的状态抽样，仿真结果表明混合抽样法较传统的蒙特卡罗模拟法更有优越性，在满足可靠性指标精度的前提下，能够显著降低可靠性评估的时间。

(3) 改进了系统状态分析中的最优切负荷模型，在潮流跟踪算法的基础上，定义了新能源发电影响因子，可定量展现出新能源发电对系统节点可靠性的影响。从新能源发电影响因子的角度考虑节点负荷削减的优先级，并同时兼顾了常规机组爬坡速率、新能源渗透率的约束。将改进后的最优切负荷模型应用到含风电场的 RBTS 可靠性测试系统中，以传统切负荷模型作对比算例，仿真结果表明新的最优切负荷模型更符合实际情况且具有可靠性优化的效果。

…………

参考文献（略）