硕士电力工程毕业论文范文精选篇一
1绪论
1.1谐波来源及危害
常见的主要谐波源是工业系统和民用与商用建筑中的非线性负载：一是含有半导体非线性元件的电力电子装置，如整流设备、变频器、不间断电源（UPS)和空调等；二是含有电弧式和铁磁性非线性的一类设备，如变压器、旋转电机等。在20世纪70年代以前，电力电子设备还未广泛应用，谐波带来的危害未受到足够的重视。随着半导体器件的问世与发展以及大型可控娃、逆变器等非线性负载的普及，其造成电网电压和电流波形产生畸变，谐波对电网的污染日趋严重，引起了人们对谐波危害的高度关注。谐波的治理是保证电力设备安全可靠运行、提供电能质量的一个重要手段之一。一般来说，减小谐波含量的技术可从以下两个方案入手：1.主动预防治理方案——减少谐波的产生；目前，电力电子装置取代变压器成为最严重、最突出的谐波源，其中直流装置所占的比例最大。因此，从电力电子装置本身出发，减少谐波就是要使整流器不产生谐波。高功率因数整流器采用脉冲宽度调制（PWM: Pulse Width Modulation)整流技术，功率因数可以达到1。2.被动补偿治理方案——安装谐波滤波装置。不改变谐波源装置本身，而是另外安装能滤除谐波的滤波器装置来对谐波进行补偿，例如LC无源滤波器、有源电力滤波器（APF)等。其中，主动治理方案虽然能从根源上抑制谐波的产生，滤波效果好，但是其不适用于铁磁特性类谐波源，且效率低、成本高，甚至会导致设备失去原本的功能，因此目前广泛使用的是被动治理方案。无源滤波器和有源电力滤波器的谐波要求和工程造价关系如图1.1所示。从图中看出，当谐波要求越高时无源滤波器就要增加支路，其投资成本会以几乎指数函数的速率增长。而有源电力滤波器主要增加控制上的难度和复杂度，投资成本基本不受影响。因此，采用有源电力滤波器作为谐波消除装置的优点正在越来越突出。
1.2无源电力滤波器
有源电力滤波器成为近年来电力电子领域的热门话题，它由CMOC、IGBT等开关器件组成的逆变装置，采用脉冲宽度调制PWM方式控制产生幅值、相位和频率都可变的谐波补偿电流。控制该补偿电流的大小与负载谐波电流相等，且极性与负载谐波电流反向，从而使电网电流波形为正弦波，实现实时动态补偿谐波的功能。有源电力滤波器的实质是时域处理，能够同时补偿多次谐波，自动跟踪补偿变化的谐波，而且补偿特性不受系统参数影响。尽管APF有技术优势，但是相比较无源滤波器，容量较大时其成本非常高，这一点就限制了它的推广使用。为了解决无源滤波器应用中出现的问题，人们开始对新理论进行研究，最早于1969年出现了有源电力滤波器的思想。著名学者B.M.Brid和J.K.Marsh在论文中提出了向交流电源注入三次谐波Hi流来补偿电源中的谐波的新方法该方法标志着人们开始正式研究有源电力滤波器思想。之后，円本学者H.Sasaki和T.Machida于1971年完整地描述了有源电力滤波器(ActivePower Filter)的概念和基本原理。西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula于1976年开发出由大功率晶闹管组成主电路及其拓扑结构、并将脉冲宽度调制控制方法引入到有源电力滤波器，该理论为有源电力滤波器的研究奠定了基础。目前，在对APF研究技术比较成熟的日本、美国等工业发达国家，有源电力滤波器装置己经在工业和民用设备上投入运行[191，改善了电力系统的供电质量，其中日本学者对逆变器拓扑结构的研究更为深入。生成有源电力滤波器的厂家有很多，西门子公司、西屋电气公司以及ABB等，都是其主要生产厂家，其中有一些产品已经相当完善，进入工程化生产阶段。根据円本电气学会在对有源电力滤波器工业应用情况的调查报告，在补偿谐波的装置中，有源电力滤波器的使用数量占了 17%。然而与外国相比，直到80年代末才能查到关于有源电力滤波器方面的论文，国内的有源电力滤波技术的研究尚处在理论及实验室阶段。随着近几年来我国越来越重视谐波问题，越来越多的科研单位和公司对有源电力滤波器的技术开展了深入的研究，并且部分已经接近了国际先进技术水平。目前，国内经营有源电力滤波器的公司主要有：北京英博电气股份有限公司、上海钢安大电能质量有限公司、南通富士特屯力自动化有限公司、深圳盛宏电气有限公司等。当今研究工作的难点在于加快发展有源电力滤波器的实际应用技术，使其能真正在补偿谐波、中线电流和无功功率等方面得到广泛的应用。
2混合电力滤波器的拓扑结构和原理
2.1混合型电力滤波器的结构类型
针对上述电流型控制技术的问题，通过对有源电力滤波器的输出电压进行控制，可以使输出电流跟踪参考电压信号，这种方法称为电压跟踪控制法。电压控制方法包括无差拍控制法、重复控制法、模糊逻辑控制法、空间矢量控制法和神经网络控制法等。其中，空间电压矢量控制法（SVPWM)应用比较广泛，由起初的仅仅局限在电机控制应用场合到现在已经发展成一种能普遍应用的PWM技术。本论文釆用的SVPWM控制策略，其核心将三相变流器作为一个整体，通过控制与参考电压矢量最接近的三个开关矢量组合的作用时间，使得在一个周期内开关矢量输出的平均效果和参考电压矢量等效，实现控制变流器的功能。如图3.10所示为基于空间电压矢量有源电力滤波器的控制框图。尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的巨大技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，有源电力滤波器的成本高，这一点是限制有源电力滤波器推广使用的关键。为了克服有源电力滤波器易受系统电压等级和容量的限制，出现了由无源滤波器和有源电力滤波器相结合的装置混合电力滤波器HAPF (Hybrid Active Power Filter)<.其中无源滤波器滤除含量较多的低次谐波，有源电力滤波器滤除剩余次的谐波。这样的话，就巧妙地融合了有源电力滤波器和无源滤波器各自的优势。如有源电力滤波器的很强的自适应能力和较好的补偿性能，无源滤波器的简单结构、大容量和易维护。HAPF可以同时满足良好的滤波性能和经济成本小这两方面的要求，能够最有效的消除谐波，且降低了有源电力滤波器的容量。混合电力滤波器HAPF是APF的分支和发展，种类很多，一般以APF与PPF串联混合和并联混合方式为主。
3奋源电力滤波器的关键技术.......... 17
3.1 APF的谐波电流检测方法.......... 17
3.1.1谐波电流检测的研究现状.......... 17
3.1.2瞬时无功功率理论.......... 18
3.1.3数字低通滤波器的选择.......... 21
3.2 APF的补偿电流控制方法.......... 23
3.2.1电流型控制技术..........23
3.2.2电版型控制技术.......... 26
3.3 APF 1-.电路直流侧电容电压控制.......... 31
3.4本章小结..........33
4混合电力滤波器的仿真研究.......... 34
4.1三相有源电力滤波器系统仿真.......... 34
4.1.1谐波检测方法仿真模型.......... 35
4.1.2补偿电流控制方法仿真模型..........36
4.2单相混合电力滤波器系统仿真.......... 41
4.2.1单相混合电力滤波器仿真模型.......... 41
4.2.2单相混合电力滤波器仿真结果 ..........42
5基于TMS320F2812的电力滤波器硬软件设计.......... 44
5.1三相有源电力滤波器主电路的设计.......... 44
5.2三相有源电力滤波器控制系统的设计.......... 46
5.2.1硬件系统设计 ..........47
5.2.2软件系统设计.......... 49
5.3三相有源电力滤波器..........51
5.3.1实验平台简介.......... 51
5.3.2有源电力滤波器实验硬件平台.......... 52
5.3.3实验结果与分析.......... 53
5.4单相混合电力滤波器的实验研究.......... 54
结论
本文研究了用于谐波治理的混合电力滤波器，其由正交磁化可控电抗器为基础的无源滤波器与有源滤波器组成，兼具有无源滤波器和有源电力滤波器的优势，可以同时满足良好的滤波性能和投入经济成本最小两方面的要求。本论文重点研究了混合电力滤波器的拓扑结构；有源电力滤波器的关键技术——谐波检测方法、补偿控制策略、直流侧电压控制方法；有源电力滤波器主电路的参数设计。并且通过MATLAB建立系统仿真模型，验证了理论方法，同时为搭建实验平台提供了强有利的依据。最后，完成了三相有源电力滤波器和单相混合电力滤波器的实验研究。主要结论如下：
1.系统的研究了混合电力滤波器拓扑结构的类型和基本原理，设计了并联型混合电力滤波器的拓扑结构，分析了其补偿原理和工作特性；通过釆用广义积分器原理克服传统并联混合滤波器的谐波环流问题，得到该混合电力滤波器的有源部分容量明显降低的技术优势。
2.研究了新型正交磁化可控电抗器的特性，它具有谐波含量低，可调范围较大，动态响应速度快等优势，设计了该电抗器与电容、电阻组成的高性能单调谐无源电力滤波器。
3.研究了有源电力滤波器中的谐波检测方法，其中重点研究了数字低通滤波器的设计，采用的ip-iq算法能够准确可靠得检测谐波电流；分析比较了有源电力滤波器补偿电流的跟踪方法，重点阐述了空间电压矢量控制应用在APF中的具体步骤，直流侧电容电压控制方法以及主电路参数的设计。
参考文献
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇二
1.绪论
1.1交流电量采集在电力系统中的作用
随着我国国民经济的高速发展，电力事业也得到了飞速的发展，特别是电力走向市场，实行“厂网分开，竞价上网”的今天，各行各业对电力需求也越来越高。电力的发、输、配三个环节实现分幵后，对各个环节的自动化水平要求越来越高。电量采集系统为“厂网分开，竞价上网”提供了可行的解决方案，可实现关口电量的数据采集，分时段，分频率，数据上网，资源共享。电量采集系统可帮助企业实现内部各用电点，变压器用电量的考核和分析，为估算成本，辅助制定决策提供原始资料。对电力行业计量计费的现代化科学管理提供了重要手段和有利保障。同时电量采集系统为企业随时掌握内部各输电线路，各个用电点的具体情况，监测生产，控制用电量，降低成本与消耗，提供详实，可靠的数据基础。电力设备的监测是各类自动化设备的一项基本功能，而交流采样则是其中的一个关键技术。电力系统中使用的任何智能仪表中，总是会用采用这个环节，即把交流信号经过滤波、放大后，通过时间离散化得到离散序列，并将这个离散数列存放到计算机中的过程。数据采集的接口在这种仪器仪表中占据着极为重要的地位，它的性能决定了整台仪表的水平，在所有的部件中它的成本也往往最高。显然能否有一个合适的数据采集接口是智能仪表设计能否成功的关键。
1.2数据的采集与转换的应用问题
1.2.1系统的采集速
在数据采集系统中，采集系统的实吋性能用速度来表示。数据通道的个数、模拟信号带宽和每个周期的采样数决定了其采集速度。在一个理想的数据采集系统当中，根据奈奎斯特采样定理，要使数据输出信号实现对原输入信号无失真的复现，并且不会出现混迭误差，必须至少把采样频率提高到两倍于输入信号的最高有效频率。因此，为了使数据输出信号保真，要求在数据带宽的每个周期内至少采样两次[1]。
1.3交流电量采集的现状
在微型机刚刚在电力参数采样中应用时，一般釆用直流采样对电力参数进行采样，即对整流后的直流量进行采样。此方法只需对采样值进行一次比例变换，计算简便，软件设计简单。但是这种直流采样方法存在诸如测量参数经整流后产生了精度损失；整流电路参数调整困难等问题。因此，人们又提出了直接对交流信号釆样的方法，直接从定义出发计算各种参数。实践证明：釆用交流釆样方法进行数据采集，通过算法运算后获得的电压、电流、功率、功率因数等电力参数有着较好的精确度和稳定度。测量的精度和速度决定了在进行电量信号采集时能否采用交流采样。在微型机应用的初始阶段，之所以采用直流采样方法进行釆样，是因为其A/D转换芯片速度低，成本高，另外，主频过低，指令功能不强也是采用直流采样方法的一个原因。如今，微型机、单片机处理速度大大提高，伴随着电力技术的提高，性价比较好的高速A/D转换器也层出不穷，实现了在一个交流工频周期采样几百甚至几千个点的突破，为交流采样提供了强有力的技术保障。
2.单片机及外围扩展电路设计
MCS-51卑片机访问外部程序存储器时，所使用的控制信号主要有两种：一种是ALE，即低8位地址锁存控制；另一种是PSEN,即外部程序存储器“读取”控制。由于在单片机屮程序存储器与数据存储器严格分幵。因此，程序存储器的操作时序中分为两种情况：即不执行MOVX指令和执行MOVX指令。在不执行MOVX指令时，P0 口作为地址线，专门用于输出指向程序存储器的低8位地址PCL。P2 口专门用于输出程序存储器的高8位地址PCH。P2具有输出锁存功能而P0 口除输出地址数据外，还要输入指令，故要用ALE来锁存P0 口输出的地址数据PCL，在每个机器周期中允许地址锁存器两次有效，用于选通外部程序存储器，使指令读入片内。在执行MOVX指令时，将ALE用作定时脉冲输出时，执行一次MOVX指令会丢失两个脉冲；只有执行MOVX指令时的第二个机器周期期间，地址总线由数据存储器使用。
2.1地址译码器
在单片机的硬件设计中，考虑到外围芯片与数据存储器统一编址，数据存储器与外围芯片的地址译码相对来说会有一定的难度。因此，在地址选择上可采用线选法和全地址译码方法。线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的优点就是硬件电路结构简单，但由于所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于RAM和I/O容量大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时,需采用全地址译码法。它将低位地址线作为芯片的片内地址，用译码器对高位地址线进行译码，译出的信号为片选线。一般采用74LS138作为地址译码器。输入端占用3根最高位地址线。剩余的13根低位地址线可作为片内地址线。因此，译码器的8根输出线分别对应8个8K字节地址空问。
3.交流电量采集器前向通道的设计......... 17
3. 1前向通道的内容和....... 17
3. 1. 1前向通道的定义....... 17
3. 1.2前向通道的特点....... 18
3. 1. 3前向通道的结构类型....... 19
3.1.4前向通道设计中应考虑....... 21
3.2 A/D转换器....... 23
3. 3传感器....... 28
3.5带通滤波器的设计.......30
3. 6采样保持器的选样.......31
3.7校拟倍巧的多路输入.......32
4.软件设计....... 33
4. 1系统定义....... 33
4.2软件结构设计....... 35
4.3系统的调试....... 37
结论
如果程序执行出现紊乱并进入一个临时构成的死循环时，采用冗余指令和软件陷阱的方法都是无效的，系统将陷入崩溃状态。此时如果人工操作，按下人工复位按钮，强制系统复位，摆脱死循环。然而，往往是在发生故障之后才进行人工复位，此时人工复位效果己不明显。为了能够及时发现程序执行的状态，监视其运行状态，就需要采用“程序运行监视系统”，国外称其为“WATCHDOG”（看门狗）。(1)基本上不依赖CPU,能够进行独立工作(2)CPU在一个固定的时间间隔中和该系统打一次交道，以表明系统“目前尚正党“币 。(3)当程序进入死循环时，能够及时发现并使其复位。“看门狗”的硬件部分为一独立于CPU之外的单稳部件，可用单稳电路构成，也可用自带脉冲源的计数器构成。看门狗的硬件部分是一个单稳部件，此部件独立于CPU之外，可单稳电路构成，也可由自带脉冲源的计数器构成。CPU在正常工作状态时，每隔一定时间就输出一个脉冲，此脉冲将单稳系统触发到暂稳态，若暂稳态的持续时间大于设计的CPU的触发周期长，则单稳态将一直持续下去系统将无法回到稳态。当CPU陷入死循环时，将不再触发单稳态系统，单稳系统便可从暂稳态以顺利返回稳态，此时利用它返回稳态时输出的信号作为复位信号，便可使CPU退出死循环[21]。
参考文献
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10苏凯,刘庆国，陈国平.MCS-51系列单片机系统原理与设计.北京：冶金工业出版社，2003
硕士电力工程毕业论文范文精选篇三
1绪论
1.1研究背景及意义
当前我国电气化铁路正经历着高速发展的阶段，大量新线路的建设，众多非制式铁路的改造，使得电气化铁路在社会生产中扮演着越来越重要的角色。在全球能源日趋紧张的今天，电气化铁路牵引供电系统所具有的节能降耗潜力越来越受到关注。如何适应电气化铁路高效、重载运行，从根本上解决传统电气化铁路牵引供电系统存在的问题，避免电网的不平衡运行、消除谐波，且提供高功率因数能量回馈通道，是电气化铁路供电系统发展的方向[1.8]。同时，级联型多电平拓扑所具有的特点，非常适合于电压等级高、输出功率大的电力机车牵引供电系统因此在2012年，由北京先行电气有限公司、中铁电气化局（集团）保定铁道变压器有限公司、西安西电电力系统（集团）有限公司等多家企业，对《牵引供电数控节能装置》进行立项研究。该项目被国家工信部、财政部列为2012年国家重大科技成果转化项目，并1400万元拨款。项目完成后，预计将牵引供电系统功率因数由90%提高至98%以上，节能降耗8%,并将电气化铁路运力提尚5%。同时该项目也是本课题所研究理论内容的应用对象。本课题基于无牵引变压器新型同相供电系统拓扑[12]，对该拓扑的特点及控制策略进行研究，着力于解决该拓扑在电气化铁路牵引供电系统应用中的控制问题。课题的研究对于解决电气化铁路的同相供电问题、多台同相供电装置的并联问题、实现牵引负荷的单位功率因数能量回馈、综合提高公共电网用电质量、保证机车的高速重载运行，具有重要的理论意义及应用价值。本课题的研究，将为无牵引变压器新型同相供电系统的工业应用建立完整的理论体系。
1.2同相供电系统国内外研究现状
1.2.1我国现有牵引供电系统
我国电气化铁路采用单相工频交流牵引供电系统，为使电力系统三相平衡，牵引变电所采用三相进线、相序轮换的供电方式供电系统拓扑示意图如图1.1所示。但在实际应用中，由于机车负载的不确定性，使该供电方式无法保证电力系统三相平衡，难以从根本上解决负序问题，从而降低变压器额定输出功率以及电网输电能力。由于相邻变电所对的输出电压相位不同，使得接触网必须引入电分相环节，而该环节的存在造成了列车速度和牵引力的无谓损失，并为机车安全运行带来隐患[15_16]。目前国内外的研究大多集中在减小电分相的影响或使机车自动通过分相绝缘器而对从根本上取消电分相并未获得研究成果。在图1.2中，由于平衡补偿装置较好地解决了负序电流问题，该方案不再采取"相序轮换”的接线方式，使相邻牵引变压器的二次侧输出电压实现同相。但是，若将变压器二次侧直接贯通式并联，将产生接触网环流。因此，该方案将分相绝缘器取消的同时使用了分段绝缘器。使用分段绝缘器的好处是列车断电时间短，不需降弓通过，提高了机车效率及安全性[39]。这一阶段所提出的同相供电方案均是基于电力电子补偿装置与牵引变压器相结合，可以实现对牵引供电网存在的负序、无功和谐波问题的综合治理；同时保留原有的牵引变压器，一方面降低了改造成本，另一方面在平衡装置发生故障时，牵引变压器能继续供电。但这些方法均基于被动补偿的原理，通过检测线路负荷状态来调整补偿量，其控制系统复杂，动态补偿效果差，因而仍然对公共电网的电能质量存在影响，并且不能彻底解决电分相问题。在图1.3中，基于三相-单相变流器的同相供电装置通过全电力电子变换的方式产生输出电压，再经过升压变压器为接触网提供支撑电压。由于输入侧采用PWM整流器，使电力系统仅与接触网交换有功功率，解决无功、负序、谐波问题。同时，电力电子变换器的输出电压幅值相位可控，因此可取消电分相及电分段，使相邻变电所通过接触网并联，实现真正意义上的贯通式同相供电。但缺点是，整流器与逆变器容量大，对功率幵关器件的耐压、过流能力要求较高；直流支撑环节的容量大，对储能设备要求较高；大容量、高变比的升压变压器产生的损耗不容忽视，使系统的效率降低，因此该方案实现同相供电难度较大。虽然该方案存在一定的缺陷，但在理论上可完全解决负序、无功、谐波及电分相问题，提出由电力电子变换器完全取代牵引变压器的研究思路，为进一步研究奠定了基础。文献[41]提出了一种基于电力电子变换的理想牵引供电装置，虽没有给出具体的电路形式且仍结合平衡变压器，但指出了理想的电力电子牵引供电装置需具备的特点。在上述3个发展阶段中，对电气化铁路牵引供电系统所存在的问题进行了不断的改善。从第一阶段的无源补偿方案，到第三阶段的全电力电子变换方案，电力电子变换装置在电气化铁路牵引供电领域所占比重将越来越大，而牵引变压器由于其自身局限性将逐渐被淘汰。因此，如何将电力电子设备高效地运用到牵引供电领域，将成为下一阶段的研究重点。
2无牵引变压器新型同相供电拓扑研究
本章首先对无牵引变压器同相供电给出了明确的定义，并说明了这类同相供电拓扑结构、系统性能等方面所具有的共性特点。基于本课题所采用的单元级联型无牵引变压器同相供电拓扑，对该拓扑的应用优势及可行性进行了分析。然后给出了单元级联型拓扑中的单相H-H功率单元瞬时功率失衡现象的理论分析，并对输入电流及直流母线电压的谐波分布规律进行了总结。进一步地，对逆变侧级联输出电压谐波以及公共电网侧输入电流谐波进行了推导，提出了这些谐波的抑制方法以及对控制策略的要求。在本课题所选用单元级联型拓扑以外，还有种类繁多的电力电子变换器拓扑能够应用于无牵引变压器同相供电系统。因此，本文对此类拓扑结构的发展做出了一定的扩展研究，提出其他两种具有不同特点的无牵引变压器新型同相供电拓扑，并对这两种拓扑各自的特点及应用前景进行了分析，为这一类拓扑结构的发展奠定了理论基础。
2.1无牵引变压器新型同相供电拓展
2.1.1无牵引变压器同相供电定义
本课题提出无牵引变压器同相供电概念，旨在强调这一类同相供电系统的特征，即采用全电力电子变换的结构取代各种传统的牵引变压器。相应地，对于多种多样的电力电子变流器拓扑，需满足下列通用性要求，才能应用于同相供电系统：①三相输入单相输出，拓扑结构三相完全对称，从根本上消除负序电流；②AC-DC-AC结构，利用直流母线隔离接触网谐波及无功电流；③输入侧采用具有能量回馈能力的可控整流结构，保证公共电网用电质量；④能够应用于大功率场合，易扩展、容错性强；⑤输出侧采用多电平结构，直接输出接触网高压，同时解决开关器件耐压和高变比的升压变压器损耗大的问题。基于具备以上特点的拓扑结构，无牵引变压器同相供电系统具备下列特点：①釆用数字控制系统以及电力电子变换技术，使得系统可控性大大增强；②对牵引供电系统的无功、负序、谐波问题，由被动补偿转为主动消除。
3同相供电装置中功率单元的控制......... 26
3.1低幵关频率下的调制策略研究......... 26
3.2数字滤波器的研究......... 33
3.3单相PWM整流器的数学模型......... 38
3.4单相PWM整流器全前馈控制策略......... 43
3.5单相PWM整流器仿真......... 50
3.6 一种优化的数字过零锁相方法......... 59
3.7死区补偿策略研究 .........62
3.8整机输入电流谐波消除方法......... 64
3.9本章小结......... 66
4多台同相供电装置并联控制策略研究......... 67
4.1同相供电装置并联的特殊性问题.........67
4.2无牵引变压器同相供电并联系统建模......... 72
4.3同相供电装置逆变侧并联控制策略......... 74
4.4同相供电系统容错性设计 .........82
4.5同相供电装置逆变侧并联仿真......... 85
4.6本章小结......... 111
5无牵引变压器同相供电系统......... 113
5.1工业样机系统参数设计......... 113
5.2控制系统硬件设计......... 120
5.3控制系统软件设计......... 125
5.4系统故障分类及保护策略研究......... 129
5.5本章小结......... 135
结论
至此，本文已完成课题所设计的研究内容，提出了完整的无牵引变压器新型同相供电系统的定义、特点、控制策略等理论，并对这些理论分别进行了仿真及实验验证。面对诸多实际应用中遇到的问题，本文均给出了完整的解决方案。无牵引变压器新型同相供电系统的研究，是从理论上对该类同相供电系统的肯定，为下一代同相供电系统的理论研究及实际应用奠定了基础。在本文所述的研究工作中，尚存在诸多未完成的实验内容，包括24台功率单元的级联实验以及多台同相供电系统的并联实验等。在该项目未来的研究工作中，作者及其所在研究团队将一如既往地坚持下去。
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇四
第一章 绪论
1.1 选题背景和研究意义
世界经济和电力行业高速发展，能源供需矛盾突出，使得常规能源供应日趋紧张。特别是近年来，世界能源供应的可持续性受到越来越广泛的关注，发展可再生能源成为全世界可持续发展的必然选择[1][2]。传统能源是指在当前科技发展水平下，技术成熟且在人类社会生产消费过程中广泛应用的能源类型。大部分的常规能源虽然存在环境污染和不可再生等缺点，但对于电力系统来说几乎不存在随机性、间歇性等不确定性问题。联合国开发计划署把新能源分为以下三大类：大中型水电，新可再生能源和传统生物质能，其中新可再生能源包括小水电（Small-hydro）、太阳能（Solar）、风能（Wind）、现代生物质能（Modern biomass）、地热能（Geothermal）、海洋能（Ocean）。这些新能源的大力发展对缓解能源供应压力、落实我国能源发展战略和调整电源结构具有非常重要的作用[3][4]。在我国，可用于风力发电的风资源总量巨大，据国家发改委拟定的风电发展规划，2020 年左右我国的风电装机累计容量将达到 30GW，到 2050 年我国电源结构中风电所占的比例将为 10%左右，成为重要的发电能源[5][6]。虽然新能源有着上述很多优点，但是新能源的接入使得电力系统在发输变配用等各个环节面临的间歇性、随机性和不可控性等不确定因素日益增加，成为影响电力系统安全稳定、经济高效运行的重要制约因素，所以本文将具有上述特点的电源称为“不确定性电源”。
本文提出的电力系统生产模拟的概念不仅仅包含常规随机生产模拟，还涉及计划检修和机组组合，以及电网的调峰、调频问题研究等，这些工作在电力工业发展中至关重要且无法替代，能够对电力系统的电源规划、运行模拟以及安全可靠性等进行评估[7][8]。当大量的不确定性电源接入电力系统后，常规的电力系统随机生产模拟已经无法全面衡量其对于电力系统带来的影响。不确定性电源自身具有随机性、间歇性和波动性，会影响电力系统的机组计划检修，机组组合的制定以及系统的发电经济性、可靠性等。不确定性电源加入系统往往需要增加系统的备用容量，其反调峰特性使得系统等效负荷峰谷差增大，给电网调频、调峰带来不利影响，在极端情况下电网需要电网采取弃能手段来维持系统安全运行。正是在这样的背景下，研究适合不确性电源接入的电力系统生产模拟，也就是本文所提出的“柔性生产模拟”具有重要理论意义和现实意义。
1.2 电力系统不确定性研究现状
电力系统是由数量庞大的各类电气元件组成，包含数量众多的发电机、不同电压等级的变压器和输配电网络以及各种电力负荷。如此大规模、高复杂度的非线性系统中不可避免的存在大量的主观或客观的不确定性。其中较为常见的不确定性有负荷的随机变化、机组出力的随机波动、机组的随机停运、线路的随机故障等。电力系统不确定性来源主要包括[10]：（1） 内因。电力系统中各种元件、装备、设备等自身的不确定性是电力系统不确定的主要来源。（2） 外因。电力系统规模日益庞大，时间和空间复杂性越来越明显，整个电力系统运行极其容易受到外部不确定性因素的影响。（3） 数据量测不确定。在电力系统中存在大量的测量仪表的量测值存在不确定性，体现在测量数据中的随机误差并表现出一定的统计规律性，相互之间具有“抵偿性”这是随机误差统计特性的集中表现[11]。（4） 预测不确定性。任何的预测模型像电力系统中常见电力负荷预测和电源出力预测等，都有其局限性，只能近似反映出被预测对象的大致规律性。特别是在电力系统中存在大量不确定性因素情况下，常规的确定性方法即使考虑到不确定性因素，却仍然不能充分反应本质规律[12]。目前国内外在电力系统不确定性研究方面主要集中在电力系统供需预测、电力系统运行、电力系统规划、以及电力市场等方面。在电力系统供需预测方面，通过将供需预测的误差看成具有某种分布的随机变量，并建立供需预测误差分布特性的统计模型，将其与确定性的供需预测结果进行叠加实现概率性供需预测。文献[13]提出了一种基于负荷预测误差特性的统计分析的概率性预测方法，从时段与负荷水平 2 个联合维度上建立了对预测误差分布规律进行统计分析的模型。文献[14]提出了一种基于信息向量机的概率性负荷预测方法，文献[15]考虑到大规模电网预测误差估计的困难性，提出将大规模电网有效分割成若干个子网，并以子网累加方式预测大规模电网的负荷，而通过各个子网的预测误差分布得到整个大电网的偏差分布规律。
第二章 电力系统不确定性分析与“柔性生产模拟”
2.1 引言
随着大规模风电等随机性、波动性、间歇性电源的接入，电力系统电源的不确定性大大增加。这些不确定性电源的输出功率不能像常规电源那样恒定和可控，进而引发一系列问题，诸如电压频率的波动、电压的闪变、谐波谐振、电网的短路故障、网损以及低电压穿越等等。目前我国的风电、光伏的装机容量和接入比例都不是很大，这些不确定性电源的接入对于电网造成的影响不甚明显。特别是当电网发生故障时，可以直接将上述不确定性电源从电网中切除，待电网故障消除恢复稳定之后再重新接入。在电网中存在足够的备用容量时，切除小容量不确定性电源的操作并不会对电网产生太大冲击，一般电网的稳定性也不会受到太大影响。但是随着新电源接入容量的不断提高，这些随机性电源输出功率的波动或者电网故障时候的切除都会对电网的正常运行产生严重危害，特别区域电网互联，使得这种影响的深度和广度更大。本章首先对电力系统中的不确定性因素从形成范围和原因、影响对象以及时间尺度等方面进行了分类，并探讨了电力系统中不确定性因素的特点。然后着重对于电力系统的负荷和不确定性电源进行建模，考虑到目前新能源接入往往需要采用适当的储能与之配合，选取了抽水蓄能储能系统进行建模。在研究电力系统不确定性因素的基础上，从负荷不确定性、发电出力不确定性、线路潮流不确定性、投资和回报不确定性等方面总结了其对电力系统规划、运行控制和决策等各环节带来的不利影响，说明了研究电力系统不确定性的重要意义，并提出了电力系统“柔性生产模拟”的概念和体系。
第三章 含不确定性电源的随机生产模拟 ...........18
3.1 引言 ..........18
3.2 不确定性电源出力预测 ..........19
3.3 基于序列运算频率法的随机生产..........26
3.4 序列运算频率法流程 ..........32
3.5 算例 ..........35
3.6 本章小结 ..........43
第四章 含不确定性电源的电力系统检修..........45
4.1 引言 ..........45
4.2 多目标优化理论 ..........46
4.3 含不确定性电源的机组检修计划 ..........49
4.4 机组检修计划的非支配排序改进..........56
4.5 含不确定性电源的机组组合问题 ..........61
4.6 算例 ..........67
4.7 本章小结 ..........73
第五章 基于改进遗传 K-MEANS 聚类算法..........74
5.1 引言 ..........74
5.2 风电场风速模型建立 ..........75
5.3 单机表征与多机表征思想 ..........77
5.4 改进遗传 K-means 聚类算法 ..........78
5.5 基于改进 GKA 的风电场多机聚合建模..........83
5.6 算例 ..........83
5.7 本章小结 ..........88
结论
本文对于含不确定性电源的电力系统电源规划做了进一步研究，将传统的电源规划评估理论加以拓展和延伸，提出了含不确定性电源的电力系统“柔性生产模拟”方法和流程。电力系统“柔性生产模拟”从长、中、短三个时间尺度对电源规划方案进行全面评估：长期方面，对电源规划方案进行基于序列运算频率法的随机生产模拟，计算其经济性、可靠性指标，并评估不确定性电源接入电力系统带来的影响；中期方面，考虑电源规划和电网运行之间的交互影响，对电源规划方案进行检修安排和机组组合的制定；短期方面，为评估电源规划方案对于不确定性电源的接纳能力以减少弃能电量，通过基于调峰调频分析的电力系统弃能评估方法进行研究。通过本文的研究完善了电源规划评估理论，对相关工作总结如下：
(1) 提出了含不确定性电源的电力系统“柔性生产模拟”方法及流程，该方法能够从长、中、短三个时间尺度对电源规划方案进行全面评估。
(2) 提出了序列运算频率法来研究含不确定性电源的电力系统随机生产模拟，该方法保留了电源和负荷的时序特性，能够最大程度对资源供-需过程进行最优化，并有效评估新能源大规模接入带来的影响。考虑到电网中的负荷和发电机组的地理因素和多样性，所提方法基于时序负荷曲线，突出了发电机出力和负荷曲线的时序特性以更加全面评估系统的经济性和可靠性。此外，所提方法还利用等效负荷频率曲线来评估大规模不确定性电源接入对于系统常规机组造成的影响。研究表明不确定性电源加入电网能够在一定程度上降低系统的燃料费用、环境成本和总费用等，但是其所具有的随机性、间歇性和波动性等特点增加了常规机组的启停次数和整个系统的启停成本。另外，不确定性电源具有一定的容量可信度，可以替代部分容量的常规机组，但是其对于系统的可靠性贡献偏低，因此对于不确定性电源的替代性渗透率提出了一定的要求。
参考文献
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇五
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 电力系统电压稳定问题
为了更灵活、合理、高效地利用能源、资源并保护环境，过去几十年间，国内外电力系统日益向大机组、大电网、超高压和远距离输电方向发展而逐步发展成为典型的第二代电力系统[1]。随着电力系统的结构和运行日渐复杂，设备之间的联系日渐紧密、广泛，安全稳定问题日渐突出，成为国际电力工业界和电工学界所共同面临的主要挑战之一。自二十世纪七十年代以来，世界上一些大电网相继发生多起由电压失稳引起，或发展伴随电压失稳乃至电压崩溃的电网瓦解性事故[2-10]。这些事故每次均带来巨大的经济损失，甚至引起了社会的紊乱。此外，电压持续偏低的异常事件也时有发生。这些事件虽未能最终造成系统电压崩溃，但也在国际电工学界也引起了震动。大量资料和运行经验表明，在现代电力系统中，电压稳定性问题主导的事故与功角稳定性、频率稳定性主导的事故相比，更具“突发性”和“隐蔽性”[11, 12]，给电压稳定的监测、分析和控制造成了困难。近四十年来的电压崩溃性事故，以及电压稳定性问题本身的复杂性，使得电压稳定这个长期被忽视的问题，日渐成为国际电工学界关注的焦点。1990 年的国际大电网会议上，电力系统运行与控制小组将电压稳定性问题列为头号重点研究课题。IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气电子工程师协会）也成立了工作小组，专门调查和研究电压稳定性问题。目前，对电压稳定性问题的研究虽已取得了很大的进展[13]，但与其它稳定性问题相比，不仅电压崩溃问题的理论体系尚未完全建立，甚至对其机理的认识也未完全统一，安全指标的建立和离线、在线计算，规划及运行过程中的优化问题仍有待更深入地研究。进入 21 世纪以来，国内外电力行业、研究机构和企业开展了一系列研究与实践，对未来电网的发展模式进行了积极的思考与探索。智能电网的理念逐步萌发形成，成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。在世界智能电网的建设实践中，我国电网企业提出了建设坚强智能电网的战略目标[14]。以特大功率、特长距离为特征的交流特高压骨干网，特别在其建设初期，在一定程度上打破了我国区域交流系统分区运行的传统格局，潮流大范围转移、波动的可能性增加，给电力系统稳定运行带来了新的挑战。另一方面，建设经济高效的坚强智能电网，要求提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用。这就对电网规划和运行控制的经济性也提出了更高的要求。综上所述，无论从理论体系的构建及其自身发展，还是实际电力系统发展趋势的技术需求来看，对电压稳定性问题的机理、分析方法、指标及其应用的研究如今仍具有重要意义。
1.1.2 电力系统无功规划问题
电力系统无功规划和运行管理是实际电力系统维持、改善供电电压及电压稳定性，提高电网运行效率和经济性的重要手段。自 20 世纪 60 年代起，最优潮流被引入电力系统，并逐渐发展成为改善电网规划、运行的有力决策工具。半个多世纪以来，随着计算机技术、优化理论和算法科学的长足进步以及电力系统自身焦点问题的变迁，无功规划和运行的优化问题在内容和方法上都获得了极大的丰富，并将继续跟随新一代电力系统的发展获得更为广泛的应用前景。目前关于无功优化的研究存在两种趋势，一是走向“综合仿真”，即尽可能全面真实地反映规划、运行中需要统筹兼顾的各种目标，以及无功设备乃至系统的实际运行特性；二是走向“简化实用”，即通过合理地选择、改进和简化优化算法并加强同电力工业界生产运行实际的结合，使无功优化能够真正应用于大系统实践。以上两个方向有时是相互冲突的，不同的取舍和融合思路即催生出各种各样的优化模型和算法。就目前成果来看，统筹考虑经济性和电压稳定性的无功优化已取得了一定的成果[15, 16]，但对于两者相互关系的数学抽象一定程度上仍存在意义不明确、不合理的情况，对暂态或动态的电压稳定性尚缺乏充分地考虑，负荷增长和相应的发电安排的不确定性也未得到足够合理的处理，这些都有待进一步研究。
第二章 静态电压稳定性的支路阻抗裕度指标
2.1 引言
1.2.1.4 节指出，在一些常规的近似之下，基于潮流方程得到的静态稳定极限点，同时也是考虑动态特性的代数微分系统的分岔点。分岔点揭示了整个状态空间中流的拓扑“跳变”，从而可以预示系统的运动稳定性改变。因此，通过计算潮流约束下的静稳极限点，可以有效估计电力系统在参数变化后的小干扰稳定性。1.2.1.5 节指出，负荷裕度指标随参数扰动（负荷增长）线性变化，有利于稳定性预测，是应用最为广泛的静态电压稳定性指标。近四十年来，人们对负荷裕度指标的模型和求解算法提出了丰富的改进。图 1-2 定义的负荷裕度指标，反映了实际电力系统负荷增长的有限不确定性，使用有功负荷总增量作为裕度指标，具有非常直观的物理意义（即“负荷增长多少系统会发生静失稳”），便于在工业界推广应用。连续潮流算法具有较好的鲁棒性和适用范围，是目前占据主导地位的负荷裕度求解算法。然而，从 1.2.1.5 节的介绍中可以看到，对有功调度方式的模拟，是负荷裕度求解过程中一个无法回避的问题。从这一困难出发，本章提出了支路阻抗裕度指标作为对负荷裕度的有益补充，并由此将静态电压稳定分析拓展到网络参数空间[127]。
2.2 在网络参数
空间中引入裕度指标的动机为了说明引入新的稳定裕度指标的必要性和预期收益，本节从两个方面阐述在网络参数空间中引入裕度指标的动机：1）负荷裕度指标（下文也简记为LM ）的缺陷；2）网络参数空间的重要性。
第三章 考虑静态电压稳定的无功......42
3.1 引言 ..... 42
3.2 三个基本考虑 .... 42
3.2.1 稳定性指标的位置.... 43
3.2.2 极限场景与基态场景的差异........ 44
3.2.3 支路阻抗裕度指标的应用....... 44
3.3 考虑静态电压稳定的两阶段无功..... 47
3.4 优化模型 ....... 49
3.4.1 第一步优化模型........ 49
3.4.2 第二步优化模型........ 50
3.5 优化模型的求解算法 ....... 51
3.6 两阶段规划方法的总体流程 ..... 52
3.7 小结 ..... 54
第四章 基于等价问题转化的规划模型.......55
4.1 引言 ..... 554.2 等价问题转化 .... 55
4.2.1 静稳裕度和补偿投入量的关系.... 55
4.2.2 第二步优化问题最优解的性质.... 58
4.2.3 第二步优化问题的等价形式........ 60
4.3 等价问题的解法 ..... 61
4.3.1 外层优化..... 61
4.3.2 子问题的解法....... 62
4.4 两阶段优化方法的详细流程 ..... 70
4.5 小结 ..... 72
第五章 算例验证与评价 ........73
5.1 引言 ..... 73
5.2 支路阻抗裕度指标计算 ........ 73
5.2.1 算例验证..... 73
5.2.2 两种裕度指标的比较..... 77
5.3 两阶段规划问题的求解 ........ 79
5.4 小结 ..... 84
结论
电压稳定研究是与电压崩溃事故相伴而生的。四十多年来，国际电工学界对电压稳定问题投入了长期的关注，在概念、理论、方法和应用等方面都取得了丰富的成果。本文在梳理前人研究的基础上，从工业应用需求和理论研究的自然延展出发，对静态电压稳定性指标和电压稳定无功规划方法进行了研究，主要结论如下：
（1）电压稳定的负荷裕度指标具有随扰动参数线性变化的良好性质，多年来，一直是应用最为广泛的静态电压稳定性指标之一，而连续潮流算法，逐渐成为了计算负荷裕度指标的主流方法。然而，当负荷大幅增长时，由于计算模型难以对包括发电调度过程在内的系统复杂响应进行准确建模，目前常用的负荷裕度指标难以真正准确预测“负荷增长多少，系统会发生静失稳”。
（2）在很多情况下，尤其在我国，负荷大幅增长往往并非导致系统电压失稳的主要诱因。相比运行点在负荷空间中大幅外移导致失稳，网络参数的变化导致负荷空间中静稳极限曲面收缩是更为常见的电压失稳诱因。因此，即便准确知道“负荷增长多少，系统会发生静失稳”，也未必能有效预测“系统可能因何种变化走向静失稳”。
（3）静态电压失稳是系统供给能力不能满足负荷需求的结果。将负荷增长作为稳定性试探场景，负荷裕度指标只是借由负荷参数从“系统可承受的需求变化”的角度对稳定性进行度量，而忽视了供给能力变化对稳定性的影响。利用网络参数直接度量“系统可承受的供给能力变化”从而度量稳定性，也应是描述系统静态电压稳定性的重要视角。
（4）网络参数空间对于分析静态电压稳定性具有重要的意义。它与负荷空间的互补和对称性，它在度量系统供给能力变化方面的优越性，启发我们在网络参数空间中分析静态电压稳定性。
（5）支路阻抗空间相对于负荷空间具有独立的意义，一般无法避开支路阻抗空间而在负荷空间中找到等效的路径来间接描述系统在支路阻抗空间中的变化及其影响。然而，支路阻抗空间中确实存在与负荷空间中类似的静稳极限，许多基于负荷空间的概念、方法都可以移植到支路阻抗空间中，支路阻抗参数的小扰动也可由负荷参数的扰动来等效，这都给在支路阻抗空间中分析静态电压稳定提供了便利。
（6）本文提出的支路阻抗裕度指标从度量系统供给能力变化的角度，能有效评估系统的静态电压稳定性。求解过程中得到的最危险阻抗增长方式，能有效指示静态电压稳定关键支路。
（7）提高静态电压稳定性的投资通常满足边际利润递减规律，因此对稳定性的要求本质上就更接近“达标即可”的约束，而非“越大越好”的目标，稳定性指标作为优化问题的约束条件更为恰当。
（8）通常系统正常运行时的场景和约束，与计算静稳定裕度时稳定极限点处的场景和约束有很多不同。因此，在建立电压稳定无功规划模型时，应该区分基态运行场景和极限运行场景，并相应区分补偿设备投入量和配置量。
（9）当网络普遍采用双（多）回线时，支路阻抗裕度指标可用于估计 N-1 故障后系统支路阻抗裕度指标的下界，这一特性具有广泛的应用价值。
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇六
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
电力产业作为国家基础产业，在信息高速发展的今天面临着前所未有的机遇和挑战。近年来，我国经济发展迅猛，并且随着经济的不断发展，用户对优质、可靠、低成本电量的需求日趋加剧。然而，需求过旺势必会引起能源问题的紧张。面临严峻的资源压力，电网不仅需要在大范围内实现资源的优化配置，还需要对电力体制进行必要的变革，显然传统的电网已无力满足这些需求。在信息技术，通讯技术以及计算机技术等高新技术迅速发展的今天，为了应对能源挑战，智能电网应运而生。所谓智能电网即实现企业输配设施与先进的信息技术、计算机技术等深度融合的新型电网。智能电网的优势在于其可观测、可控制、可进行实时分析，这些优势的存在使得智能电网对于提高用电效率、保障用电质量和安全性以及节能节电方面具有很大的可发挥空间。我国国家电网公司于 2009 年 5 月，在特高压输电国际会议上首次提出了建设“坚强智能电网”的战略目标和发展思路。另外，为了保障未来可靠、高效、优质的电量供给，国家电网将智能电网的推进划分为三个阶段，即规划试点阶段、全面建设阶段和引领提升阶段。目前我国电网的发展尚处于全面建设阶段，全国各地纷纷出台智能电网实施计划，将智能电网的构建提上工作日程。
黑龙江省化石能源以及风能资源丰富，支撑着东北地区的经济发展，是国家重要的能源基地。为了积极响应国家电网大力推进“三集五大”体系建设，实现“两个转变”的号召，黑龙江省加大对电网的投资力度，大力推进智能电网的构建。A 市地处黑龙江省东北部，曾以“煤城”著称。然而资源的不断开采使其被国家列入资源型城市转型的试点城市。A 市政府通过对该市煤炭、林木、电力等优势资源的整合，提出了“758”跨越发展的战略，使得 A 市经济发展模式由单一型向着多元化转变。当然，经济发展的多元化需要 HG 电业局提供更多的电力支撑。另外，近几年 A 市为了适应国家“十二五”发展规划、地方经济建设总体规划及振兴东北老工业基地总体部署，大批的重点产业项目陆续立项、开工和建设。HG 电业局亦需要为这些项目的开展提供能源保障。然而，在 HG 电业局跟踪服务大项目建设过程中，发现大项目信息更新频繁且数量繁多，信息获取渠道、招商渠道、投资额度、负责单位以及建设地点等信息存在很大差异，项目建设地域和跟踪服务人员不同。信息的集成性很差，并且统计比较困难，存在信息传递更新缓慢、缺乏连续性的实际情况。HG 电业局急需开发一套以项目储备为中心，并能够拓展项目规划，进行负荷预测的集成系统软件，从而可以填补项目规划、储备及负荷预测管理的空白，进一步规范项目管理，更好地服务项目建设。该系统可以通过地理图形与数据的有机结合进行科学研究，以历史数据和实时数据为基础，以地理信息系统为平台，制定出科学、合理的项目规划方案，使储备库项目信息更新、查看实时化，便于查询、统计、筛选和录入。同时该系统的构建使得 HG 电业局对各个项目的跟踪服务更加便捷、连续，可实现多人同时录入多渠道收集的信息，保证了信息数据的完整性和准确性。另外，还可以通过储备库项目的信息数据，准确地统计、分析、预测负荷，为领导、决策层及相关职能部门科学规划、超前服务、开拓市场提供可靠依据。
1.2 研究意义
1.2.1 理论意义
作为国家基础产业，电力行业承担着能源资源优化配置的重要职责。而实现能源的合理配置，减少不必要的能源浪费需要依托一定的数据进行科学决策，对电网结构实施优化。但是现实生活中送电、配电、变电等的大量数据以及信息的差异化使得科学决策面临一定的障碍，所以构建一个基于 GIS 平台搜集数据、储备数据、分析数据并与营销控制系统、负荷控制系统集成的管理系统，即电力需求侧储备容量管理系统势在必行。电力需求侧储备容量管理系统通过对实时数据的分析，自动生成电网规划方案，并通过人工干预进一步完善规划方案，提高工作效率、实现资源共享。智能电网技术的实现使得电力的承载能力得到明显提升。我国能源负荷的逆向分布使得远程输电成为输电系统的主导，集成的管理系统在对不同区域、不同用户的数据信息进行分析形成规划方案之后，各地区可根据自身经济的发展情况以及能源资源的分布情况对方案加以完善，实现传统的煤电与可再生能源如风能、太阳能等发电相结合的供电方式。HG 电业局电力需求侧储备容量分类管理系统的开发与建设，在现有国家电网资源和技术的基础上，实现灵活的输电结构，实现了资源的优化配置，同时资源的优化配置根据未来市场需求做出灵活调整，这样又充分发挥了市场配置资源的能力。
第 2 章 HG 电业局电力需求侧储备容量管理现状
2.1 HG 电业局概况介绍
A 市下辖萝北、绥滨两个边境县和 6 个行政区，地区总面积 1.5 万平方公里，人口110 万，市区人口 70 万。1945 年建市,是一座以煤炭为主的矿产资源型城市，煤炭储量 26 亿吨，年产原煤 2200 万吨。HG 电业局于 1989 年 1 月 1 日正式成立，主要担负着 A 市部分市区及萝北、绥滨两县和伊春市金山屯区等地区供电任务。供电区人口近 115 万人，供电面积约 1.56 万平方公里，营业户数 8.98 万户。供电区内有龙煤集团鹤岗分公司、西林钢铁公司、乌拉嘎金矿等大客户。截至 2012 年末，企业固定资产原值 14 亿元,职工总数 746 人。鹤岗电网有 35 千伏及以上变电所 19 座，主变 29 台，主变容量 185.6 万千伏安，其中：220 千伏变电所 6 座，主变 10 台，容量 135 万千伏安；110 千伏变电所 13 座，主变 19 台，容量 50.6 万千伏安。有 35 千伏及以上输电线路 46 条，共计 1055 公里；城市配电网有 10 千伏配电线路 35 条，共计 286 公里；有配电变压器 468 台，总容量15.7 万千伏安。2012 年，完成售电量 28.03 亿千瓦时。HG 电业局下设十二个部室，分别为人力资源部、财务资产部、发展策划部、基建部(项目管理中心)、电力调度控制中心、办公室、安全监察质量部、监察审计部、党群工作部(工会办公室)、电力经济技术研究所、营销部(客户服务中心)、运维检修部(检修公司) 。如果大项目规划储备系统实施后，有很多涉及到发展策划部、运维检修部(检修公司)、基建部(项目管理中心)包括各县局的一些服务大项目的情况，他们都可以使用系统进行录入，实现多节点数据录入。近年来，HG 电业局先后荣获黑龙江省创建劳动关系和谐企业达标单位、黑龙江省文明单位标兵、黑龙江省先进基层党组织、黑龙江省八大经济区、十大工程建设劳动竞赛优胜单位、全国“模范职工之家”、全国“五一”劳动奖、全国创建文明行业先进单位、全国文明单位、全国实施用户满意工程先进单位、国家电网公司文明单位标兵等多项荣誉称号。
第 3 章 HG 电业局电力需求侧储备容量分类管理系统总体框架 .....16
3.1 相关概念界定........16
3.2 系统需求分析........17
3.3 系统设计目标与设计原则 ........18
3.3.1 系统设计目标......18
3.3.2 系统设计原则......18
3.4 系统的总体架构设计 .........19
3.5 系统的技术构架与要求 .....21
3.6 系统开发环境........23
第 4 章 HG 电业局电力需求侧储备容量....26
4.1 系统设计思路........26
4.2 系统业务操作平台总体功能模块设计 .........28
4.3 系统业务操作平台子功能模块设计 ......30
4.4 系统管理平台和自主平台设计........35
4.4.1 系统管理平台设计.....35
4.4.2 系统自主平台设计.....37
4.5 系统开发设计流程.......38
第 5 章 HG 电业局电力需求侧储备容量.....40
5.1 项目的组织.....40
5.1.1 项目的组织方式.........40
5.1.2 项目人员的配置及其职责.......40
5.2 项目的实施.....41
结论
作为国家基础产业，电力行业承担着能源资源优化配置的重要职责。而实现能源的合理配置，减少不必要的能源浪费需要依托一定的数据进行科学决策，对电网结构实施优化。电力需求侧储备容量分类管理系统通过构建一个基于 GIS 平台搜集数据、储备数据、分析数据并与营销控制系统、负荷控制系统集成的管理系统，实现了对实时数据的分析，自动生成电网规划方案，并通过人工干预进一步完善规划方案，提高工作效率、实现资源共享，简化了用户的办电流程，提高了对用电用户的服务质量。本文从 HG 电业局电力需求侧管理现状及未来发展需求出发，设计“电力需求侧储备容量分类管理系统”。在设计电力需求侧储备容量分类管理系统的过程中以解决 HG电业局电力需求侧管理存在的问题为第一要务，以符合其未来发展需要为前提条件，同时将先进的管理理念和技术手段融入系统中，从而保证系统的可行性与先进性。本文通过对 HG 电业局电力需求侧管理现状的分析，找到目前管理中存在的问题，提出电力需求侧储备容量分类管理系统建设的必要性，并根据调查问题列出电业局对于所构建系统的功能需求。然后依据系统的功能需求对所构建的系统进行设计开发，系统的设计包括总体框架设计和功能模块设计两部分。最后对项目的组织实施情况进行概述。在电力需求侧储备容量分类管理系统构建的过程中需要HG电业局注意以下几点：一、考虑 HG 电业局自身的技术力量：在电力需求侧储备容量分类管理系统开发的过程中企业的技术人员是连接业务员与专业软件开发商的桥梁，系统运行后诸如系统运行维护，系统修改维护等工作需要电业局自身的技术力量解决，所以电业局需要引进技术人才，解决技术力量不足的问题；二、系统开发过程中处理好系统开发人员与电业局人员的关系：系统的开发是一个长期的过程，其间需要电业局人员与系统开发人员的通力合作，如果两者关系僵化将直接影响系统的开发过程；三、电业局各级领导对系统开发的重视程度：建立电力需求侧储备容量分类管理系统，涉及电业局的多个部门，如果其高层领导不对其加以重视，不认真配合，系统的开发工作将难以进行，所以需要各级领导的配合来保障系统的开发。
参考文献
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇七
第1章绪论
1. 1研究背景
1. 1.1引言
随着石油资源的日益匮乏和石油价格的不断上涨，能源问题已经成为每一个国家的战略问题，受到全世界的持续关注。在这样一个国际大环境下，世界各国都在不断优化本国的能源消费结构，努力实现多元化及多源化。与此同时，全球气候持续变暖和生态环境不断恶化，人类的环保意识也在逐步地增强，对清洁能源的渴求也越来越强烈。天然气作为一种清洁能源，越来越受到政府和企业的重视。相比于其他的能源，天然气具有热效率高、经济效益高、有害气体和C02排放低、运输便捷、储存安全等优势。同时，天然气资源丰富，目前己得知全世界的天然气总储量约为400万亿m3，其中目前可开采的天然气约为170万亿m3，这一储量可满足今后70年的需要。作为本世纪消费量增长最快的能源，预计在2040年天然气供应量在能源消费中的比重将达到51%，超过石油及煤炭，从而成为世界上的“第一能源”⑴。但是天然气往往远离最终的消费用户，其运输过程中的管线不仅造价十分昂贵，而且在施工过程和后续的运输管理上需要耗费巨大的人力和财力，海上运输天然气就成为一种便捷、高效的运输方式。天然气的海上运输就是将天然气在-163°C下液化，以液态的方式通过LNG (Liquefied Natural Gas)船运输。目前，随着全球LNG交易量的迅猛发展，LNG船舶正以年均新船需求近40艘的速度快速增长[2]。因此，对LNG双燃料电力推进系统进行安全评估具有科学价值。
1.1.2双燃料电力推进系统LNG船的优势
自1964年世界上第一艘LNG船开始建造以来，LNG船一直采用蒸汽轮机作为动力推进装置。因为LNG船对交货时效性有很高的要求，蒸汽轮机不但可以输出较大的功率，而且具有较高的可靠性，从而满足了 LNG船对高航速的要求。同时蒸汽轮机的锅炉既可燃烧重油或LNG的蒸发气，也可采用一定比例混合燃烧，这就使得LNG蒸发气的问题得以解决，并且整个系统的维修保养量很低，在航运业其他类型船舶早已采用经济性更好的柴油机作为推进系统装置时，蒸汽轮机依然在LNG船舶中被广泛的釆用。但是，与柴油机相比，蒸汽轮机最主要的缺点就是热效率低、燃料消耗大、经济性差。此外，蒸汽轮机系统的机动性差，在机舱的布置方面占用的空间大，由于蒸汽轮机员円渐稀缺导致了人力成本也随之增加。随着科技水平的提高，航运业也在不断探索用经济性好、可靠性高的推进装置替代蒸汽轮机装置。2002年2月，法国大西洋船厂幵始为法国天然气公司建造世界上第一条使用双燃料电力推进系统的LNG船，船舶命名为“Gaz de FranceEnergy"，如下图1.1所示。该船由四台6紅的瓦锡兰50DF发动机提供动力，可以在仅有三台发动机供电的情况下使船舶以16节的速度航行，四台发电机的总功率达22. 5賣。2003年法国天然气公司又订购了一条153000 m3的LNG船，该轮船总输出为39.9MW，采用四台双燃料发动机作为动力系统，其中包括三台12虹瓦锡兰50DF发动机和一台6社的50DF发动机。.这两条LNG船创新性地应用了燃气柴油机电力推进（D.G.E)系统及全新CS1薄膜货物维护系统，这两项重大突破已经对LNG造船行业产生了深远影响[3]。因为双燃料电力推进系统发电机组的原动机采用瓦锡兰50DF双燃料发动机，正常工作时通过燃烧99%的天然气和1%的燃油混合气，从而推动双燃料发电机组产生电能，推动螺旋桨转动，为船舶提供动力。这种双燃料发电机的气体燃烧模式比单一的使用燃油作为燃料更为经济，符合国家的可持续发展战略；并且在防止温室效应，保护海洋环境方面也具有积极意义。不仅如此，当天然气系统出现故障时，可以切换到燃油状态，具有极大的可靠性以及安全性。截止2012年6月，全球已经有100艘LNG船采用了瓦锡兰50DF发动机的双燃料电力推进系统，大约占全球同类船队总数的25%。
第2章安全评价研究综述
2. 1安全评价理论概述
安全评价是通过分析系统或工程中潜在的或固有的危险，预测造成危害和发生事故的可能性和严重程度，从而为科学管理、安全生产提供理论依据。其目的包括：系统的对工程、设计、建设、运行等过程进行科学的分析，找出安全隐患；针对可能发生的安全隐患，预测可能导致的事故，了解系统的现实危险性；对于这些事故隐患，制定相应的管理措施，降低事故发生率；促进企业安全管理的科学化，实现安全管理的系统化等几个方面不仅如此，安全评价对于提高公司员工的安全责任意识，帮助监督管理部门消除安全隐患实现生产过程的本质化安全，为公司管理层制定更好的安全管理计划有重要的意义，同时也有助于政府部门对生产经营单位的安全生产进行宏观调控[9]。安全评价的种类包括安全预评价，安全验收评价，安全现状评价，定性安全评价，定量安全评价以及定性安全评价和定量安全评价的结合六个方面。综合安全评价方法是从整体出发，全面分析可能对被评价对象造成影响的各个方面，预测可能发生的事故和概率，并能对事故发生后的严重性进行系统的分析。这给相关人员提供了阻止危险事故发生的机会，使事故造成的损失降到最低。综合安全评价方法摒弃了传统被动的事故之后的总结分析，实现了预见性风险控制。这种方法可以有效降低风险发生后造成的巨额损失，且其评价结果真实可靠，可以在较长时间内加以使用。不仅如此，由于该方法可以同时使用定性分析和定量分析方法，也可对他们进行单独应用，因此该方法比其他方法的评价结果更加准确科学，也更加系统化。
第3章LNG船双燃料电力推进系统安全..........10
3.1危险源的识别........ 10
3.2 LNG船双燃料电力推进系统综合........11
3.3人员因素........11
3.3.1公司管理人员........ 12
3.3.2机舱管理级船员........ 12
3.3.3机舱操作级船员........ 13
3.3.4机舱支持级船员........14
3.4设备因素........ 15
3.4.1燃气供给系统........ 15
3.4.2燃油供给系统........ 16
3.4.3船舶电站系统........ 17
3.4.4电力转换与传动系统 ........18
3.5环境因素........ 19
3.6管理因素........ 21
第4章LNG船双燃料电力推进系统安全........ 24
4.1因素集和评价集的建立........ 24
4.2权重的确定........ 25
4.3因素隶属度的确定........ 28
4.4模糊算子的确定........ 29
4.5安全评价模型的建立........ 29
4.6最终评价向量的清晰化........ 29
第5章LNG船双燃料电力推进系统安全........ 31
5.1各层级因素权重的计算........31
5.2各影响因素隶属度的计算........ 36
5.3 LNG船双燃料电力推进系统综合安全........ 38
结论
本文主要研究结论如下：
1、研究了 LNG船双燃料电力推进系统安全影响因素，并运用系统工程的原理，在FSA的框架下，根据“醒EM”理论从“人员一设备一环境一管理”四个方面，分层次建立了安全评价指标体系。
2、在安全评价过程中，运用层次分析法对推进系统进行研究，发现机船支持级船员、燃气供给系统、自然环境、安全作业规定是系统中的薄弱环节；然后运用模糊综合评判方法进行定量计算，发现LNG船双燃料电力推进系统的整体安全状况良好。
3、通过系统分析各评价因素的权重和隶属度，得到各因素的综合评价值，并提供了相应的控制方案和决策建议，最终为减少LNG船双燃料电力推进系统事故的发生率提供了科学依据。
参考文献
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇八
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 本文的研究背景
作为一个深度基于计算和通信系统、结合物理过程，从而赋予物理系统新型能力[2]的系统。CPS的构成包括：计算系统、大规模通信网络、大规模传感器网络、控制系统和物理网络。CPS可应用的物理系统覆盖范围小到心脏起搏器，大到国家级别的电网系统。承担着提高物理系统灵活性、自治性、高效率、高可靠性和安全性等高要求，CPS应对日趋复杂的物理系统具备感知、仿真、分析和控制的功能和能力。尽管与物联网都是强调物理实体的互联，物联网侧重对物理世界感知，而CPS是在感知物理世界的基础上进一步实现对各种物理实体的整体综合化的最优控制[3]。根据NSF提出的CPS以及[1,2,4-7]，其特点可以概括为以下几点：每一个物理实体都具备传感设备，能够对信息进行采集和对行为进行感知，且具备网络传输以及接收能力。多层面联网。丰富的网络互联，以实现信息在系统内的流动和共享。利用物理实体内嵌入的控制设备和大规模分布式计算技术，控制所有系统组件，进而控制系统的整体行为。在时间和空间层面上此网络结构是复杂的。系统可以充分的展现动态过程，软件可以实现在线更新。高度的自动化，控制系统在每个层面上都应是闭环的。操作的可靠性、灵活性、适应性、安全性的高要求在已有的物理信息结合系统的基础上，CPS作为一种针对系统的建模、分析、控制手段，通过加强网络连接(包括传感器网络、通讯网络)进而对系统内的信息进行了再次抽象。通过物理系统和信息系统的深度融合，从而实现更整体、更全面的优化建模、分析和控制。另一方面，发展电力系统智能化是必然需求。可持续发展已经成为社会、科学发展的基本出发点。
以可再生能源逐步代替化石能源，更好的利用信息技术改造现有能源利用体系，更高效地利用能源开发电网体系自然成为电力发展关注的焦点。其一，响应可持续发展、节能减排、环保等方面的要求，越来越多的分布式电源(Distributed Energy Resources, DER：包含分布式发电、分布式储能和需求侧的管理)参与到配电系统中，集成数以万计的分布式电源并网运行。配电系统面临着从传统的单向潮流向双向运行的挑战。更好的开发利用新能源，是当今电力系统发展面临的挑战之一。其二，是提高已有设备的利用率。 当今的电网利用率还有待提高，大量的固定资产投入并没有得到充分利用。因此，一个更高级的配电市场以优化资产的利用，加强电力公司和终端用户的互动，实现更有弹性的负荷需求，成为了当今发展电力系统的另一个要求。其三，是提高电能质量和供电可靠性。随着通讯和信息技术的长足发展，数字化技术的应用日益普及一方面对配电网的供电可靠性和电能质量提出了更高的要求，一方面它的引入对电力系统的发展将是更长远的提升。因此，适应以上这三点新发展的目标需求，智能电网(Smart Grid, SG)这个基于数字化信息网络、将节能减排、提高能源利用效率、提高安全水平，以及让用户成本和投资效益获得双赢的新型技术应运而生。针对智能电网技术，美国、欧洲建立了强大的研究群体，开展了IntelliGrid/SHG(Self Healing Grid)/ModernGird/Smart Grid[3,8-12]的研究，内容覆盖发电、输电、配电和售电等环节。根据[13-15]，国家电网提出的智能电网的内涵包括坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动，其基本特征是技术上实现信息化、自动化、互动化。根据美国电气与电子工程师协会(IEEE)对智能电网的概括，它是一个系统的系统。可以归纳合并智能电网这一概念于三个功能层面：(a)电力能量层，(b)通讯层，(c)IT/信息层。(b)和(c)的建设将(a)变得更加智能。
围绕着解决、实现智能电网的三个主要目标，仅仅引入前沿信息技术是不够的，需要全方面、立体地进一步发展电力系统现有的计算、通信和传感技术，并实现信息系统和电力系统更紧密的融合协作是实现电力系统智能化的关键。与现有电网相比，智能电网的基本要求如下[16]：综合考虑多种配电终端的控制和总体配电系统控制，包括：分布式电源，电力调节设备，无功补偿设备和用户能量管理系统等。支持大量的分布式电源接入，以提高系统的整体性、效率和灵活性。针对智能电网发展技术至今为止的发展来看，国家电网公司针对我国智能电网发展提出了由综合与规划、智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电、智能调度、通信信息8个专业分支、26个技术领域、92个标准系列的智能电网技术标准体系[17]。国际上, 最具代表性的是国际电工委员会(IEC)、美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国电气与电子工程师协会(IEEE)。 其中IEC提出的核心标准包括开放性架构、互操作、网络安全性等方面的标准，作为对电网信息模型的描述对智能电网应用和解决方案具有重大的影响。
第二章 物理信息融合模型建模方法
要在现有的电力系统上赋予CPS概念进行上一层次的物理、信息系统的融合，以适应于智能电网的发展，首先需要实现的是模型上的融合。获取有规律可循的CP建模方法是我们进行CPES研究的基石。以往的建模方法，可归结为：（1）面向对象的建模；（2）基于公式的建模；（3）基于连接关系的建模；（4）混合建模。其中（1）-（3）通常都是针对统一领域（物理或者信息）量的建模。
（1） 面向对象的建模方法
将问题都是由客观实体和相互之间的联系构成的。对象实体都具有自己的运动状态和运动规律，不同对象之间的联系包括相互作用和相互通信，这两方面一起构成完整的体系。因为划分对象，广泛地采用了数据抽象和封装技术以降低了各模块之间的关联程度，在程序设计上只需在所建立起的模块系统的上层建立高层次的通讯环境完成实体间的相互联系，使得问题的解决可以逐步深入，省去了过程中必需重新对之前已完成的设计工作的修改。面向对象建模的方法大大地简化了模型建立的复杂度和增加了模型实现的有效性。因此该方法广泛地运用在了适应信息模型了建立中。
（2） 基于公式的建模方法
基于公式的建模方法是将系统中的各个组成部分利用公式的方法展示出来。其中各个环节的连接关系，通过公式的等号将左右两边的环节相连。常见的电路模型多是利用这样的方法搭建起来的。对数学模型非常明确的物理模型建模，用公式来建模的方法是最易想到，也是最易实现的。
第三章 光伏、储能的物理信息融合模型............32
3.1 光伏电池模块的物理信息融合模型..........32
3.2 储能电池模块物理信息融合模型..........43
3.3 光伏与储能协调控制的物理信息融合模型..........48
3.4 本章小结 ..........49
第四章 物理信息融合模型的仿真研究..........51
4.1 物理信息融合模型的仿真方法..........51
4.2 光伏电池的物理信息融合模块仿真..........54
4.3 光伏储能电池协调控制..........56
4.4 仿真结果讨论 ..........59
4.5 本章小结 ..........63
第五章 结论与展望..........64
5.1 总结 ..........64
5.2 展望 ..........66
结论
本文对电力物理信息融合系统的建模方法进行了详细地讨论，将其用在光伏、储能电池以及光伏储能协调控制的物理信息融合模型的建模上，并实现了融合模型的仿真。本文的主要研究成果：
（1） 应CPS建模的要求和挑战，研究了物理信息融合（CP）模型的建模方法。在明确信息（C）模型和物理（P）模型的基础上，通过完善各自模型实现一一对应，保证C模型和P模型的可融合。从物理、信息量的明确区分；内部物理动特性的连接与划分；信息量参与物理过程的监测与调控这三个方面详细讨论了单个CP模块建模方法。其次，对于多个CP模块，本文也提出了如何实现CP模块的集成和整合，建立上层的CP集成模块的研究方法和建立框架。CPS建模看似一个宏观的概念，通过具体分析，CPS的建模从对局部的细微分析开始，逐渐向上整合抽象，最终形成的适应大系统多目标优化控制的模型。因此，在CPS模型建立完成后，逐渐向下细化展开CPS模型，这个CPS建模的逆过程也是可实现的。
（2） 立足于微网中光伏、储能协调配合的场景，分别按照CP建模所提出的方法，研究了光伏、储能，以及光伏储能协调控制的物理模型、信息模型、以及物理信息融合（CP）模型的建立以及进行了仿真。在融合物理、信息模型建立CP模型的过程中，分别以两个模型为参照物，验证两个模型之间是否一一对应关系，适当地扩展物理量或者信息量以保证两个模型之间充分的一致性。使得CP模型建立的过程既是对已有物理、信息模型融合联立，也是对已有两个模型的校验和补充。CP建模，不仅使得相互割裂的物理模型和信息模型实现了融合，又使得物理、信息模型更加的完备。
（3） 在仿真工具层面实现了物理、信息模型的融合仿真。物理系统动态过程的仿真和信息模型静态状态的刻画分别在两个实验平台上完成。本文通过物理、信息模型各自的工作平台对动态链接库的兼容，通过利用动态链接库这一桥梁，沟通了物理过程仿真平台以及信息模型控制平台，在方法上实现了物理信息仿真平台的融合。根据所阐述的具体实现方法，在光伏最大功率输出以及光伏储能协调控制的场景上进行了仿真。仿真结果验证了CP建模的有效性，以及证实了所提出的仿真工具融合方法的可行性。最后，伴随仿真的性能报告，明确了采取动态链接库沟通物理、信息建模仿真平台的性能特性。
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇九
第一章 绪论
1.1 课题背景和意义
随着国家经济社会迅速发展对电力能源的需求，输电技术要求采用高效率、远距离、大容量、低损耗的特高压、超高压传输方式，然而电力变压器是电网传输过程中的关键设备，因此电力变压器就必须趋向于电压高、容量大的方向发展。在高电压、大容量电力变压器中，低压绕组的额定电流越来越大，使得低压绕组大电流产生的漏磁场越来越强，从而造成这些漏磁通在拉板、夹件、压板、油箱等金属结构件中所产生的杂散损耗也随之增大[1]。另外当低压绕组采用多根并联导线绕制时，由于漏磁场在绕组中分布的特殊性，这样会在绕组中产生环流损耗，特别是当采用不合理的换位方式时，产生的环流损耗最大可达到直流电阻损耗的 20%以上，这样就容易造成变压器绕组的局部过热现象，使得绕组绝缘老化，大大降低变压器的使用寿命，从而破坏了特高压、超高压输电的安全可靠性，甚至会威胁国民经济的发展[2]。电力变压器的绕组构成了变压器电路部分的主要部件，是变压器的核心部件之一，电力变压器在运行过程中不但要长期经受带电运行，而且要承受过电压、超强短路电流以及巨大的电磁力冲击。如表 1.1 所示为五年中 110kV~550kV 电压等级的变压器年台次事故发生率的发展趋势，虽然事故率在逐年降低，但是发生的事故大多集中在绕组部位[3]，如表 1.2 所示。
根据最近几年变压器事故数据统计可以看出，变压器的故障最主要出现在绕组部件上，约占整个变压器总事故次数的 60%以上，变压器绕组的故障主要出现在绕组的本体及绕组的绝缘上。绕组的故障大多情况下是绕组绝缘老化造成的各相之间的相间短路，单相绕组中由于匝间绝缘老化造成匝间短路以及绕组受强大的电磁力冲击等故障。在所有的绕组故障中，绕组绝缘老化造成的相间短路、单相绕组的匝间短路最为严重，防止变压器绝缘老化应给与重视[3]。因此，防止电力变压器绕组局部过热造成的绝缘老化，必须深入的研究变压器漏磁场问题和并绕导线换位不均匀造成的环流损耗以及限制环流损耗过大的问题，对于电力变压器的可靠运行以及产品的优化设计都有很长远的意义。
1.2 课题的国内外研究现状
1.2.1 关于场路耦合问题的研究与现状
计算和分析电磁设备时常常将系统中的电磁方程和设备中的电路方程联立求解，即所谓场路耦合问题。文献[4]中研究电磁场问题时常将外电路作为约束，文献[5]中konrad 提出一种积分—微分方法，用总电流的测量值和矢量磁位表示源电流密度，将其代入涡流方程，于是电流密度值就隐含在磁场方程中，从而可以求解含有电路未知数与磁场未知数构成的方程组。目前直接场路耦合法常常用在电机、变压器、电磁铁等电磁元件与电路系统的结合问题中。文献[6]中王建民、周文涛利用有限元方法对变压器的绕组漏磁场、绕组涡流损耗以及结构件杂散损耗进行计算，提出了改变安匝的方案，并将计算结果进行对比分析，得出了一种漏磁场分布合理且附加损耗最小的方案。文献[7]中王胜辉推导出通过给定的电压源约束条件二维场路耦合及基于AVA法的瞬态涡流场非线性场路耦合数学模型，可计算变压器各种瞬态场。文献[8]-[10]中梁振光建立了基于0TT的三维瞬态涡流场的场路耦合模型，考虑变压器不对称负载及不同联接组的影响，分析了大型变压器突发短路过程。文献[11]-[17]在二维磁场中采用矢量磁位作为方程的未知数，矢量磁位和标量磁位的组合作为三维磁场方程的未知数。文献[18]中孙宇光在多回路方法的基础上，将该法与有限元法相结合，建立了电机定子内部故障场路耦合的数学模型，考虑各种影响因素，对同步发电机的三相突发短路和定子内部各种故障进行了暂态分析。文献[19]中王秀莲等利用场路耦合的方法分析了螺旋式绕组轴向电流对变压器磁场的影响。文献[20]中，王世山根据场路耦合的方法建立了电力变压器二维轴对称有限元模型，可直观的得到输入与输出的关系，提高了短路阻抗的计算精度。文献[21]中，许加柱建立了大型发电机用的电流互感器的三维有限元场路耦合数学模型，在此基础上建立了屏蔽绕组的电流，并与降流回路法和等效磁势法的仿真结果作比较。文献[22]中夏正泽在忽略定转子端部对电磁场分布的影响，采用场路耦合的方法，利用 Ansys 软件对电机不同运行状态下磁力线分布和定子电流进行了分析计算。文献[23]中欧小波建立了绕组正常情况下和匝间存在短路故障时的有限元模型，利用场路耦合的方法计算了变压器漏磁场和漏感参数，并分析了绕组内部发生匝间短路故障时，漏磁场对绕组变形位置的影响。文献[24]中，华中科技大学的冯垚径博士利用场路耦合的方法分析了永磁同步电动机的空载、负载磁场等关键性技术。
第二章 环流损耗计算方法及软件的开发
由于漏磁场的存在，电力变压器在运行过程中会在绕组、夹件、拉板、油箱等部件上产生涡流损耗。在绕组线圈的绕制过程中，为了抑制绕组的涡流损耗值的大小，通常绕组线圈采用数根或数十根的导线进行并联绕制，并联导线需要换位。随着电力变压器单台容量的增大，电力变压器低压绕组的额定电流也不断升高。当换位不合理时，会在绕组上产生很大的环流损耗，严重时会达到绕组直流电阻损耗的 20%以上，这就会造成变压器绕组出现局部过热现象，加快变压器绝缘老化程度，严重影响变压器的使用年限。因此准确计算绕组的环流损耗并减小损耗值对工程实践具有深远的意义。本章针对大型电力变压器的漏磁场和环流损耗问题，根据场路耦合有限元计算方法，开发了大型电力变压器环流损耗计算与分析软件，该软件可计算连续式、单螺旋式、以及多螺旋式绕组的环流损耗。
2.1 计算软件的程序设计
该计算软件的核心方法是采用场路耦合的方法计算变压器在短路情况下的磁场分布，由于并联绕组的环流问题是变压器在负载运行下的漏磁场造成的，而该漏磁场又是一次侧和二次侧绕组的平衡安匝引起的，因此可以通过将二次侧短路，一次侧施加额定电流进行等效。如图2.1为变压器的二维场分析模型，变压器的主磁通在铁心和铁轭中形成回路，保证了一次侧和二次侧的漏电抗远远小于励磁电抗，当二次侧绕组短路时，一次侧通额定电流，这时候的求解区域集中在漏磁场。二维轴对称模型还是与实际三维模型的漏磁场存在差距，由于三维磁场的计算规模过于冗繁，本程序采用计算多个二维截面的磁场，通过将多个二维截面磁场的方程联立求解来逐次逼近真实情况下的三维磁场，此方法计算速度快，精度高,已经广泛用于电磁场计算中[60]。
第三章 不同绕组型式的环流损耗计算与验证......... 19
3.1 螺旋式绕组的环流损耗计算...... 20
3.1.1 螺旋式绕组绕制与换位方式分析.... 20
3.1.2 采用经验公式对螺旋式绕组进行计算........ 22
3.1.3 计算模型的建立与简化........ 23
3.1.4 变压器漏磁场分析与环流损耗计算...... 25
3.2 连续式绕组环流损耗计算.... 29
3.2.1 连续式绕组的绕制与换位分析........ 29
3.2.2 240MVA/220kV 变压器的模型的建立..... 31
3.2.3 240MVA/220kV 变压器的磁场分析..... 32
3.3 验证分析方法的合理性........ 36
3.4 小结.... 36
第四章 降低绕组环流损耗措施的研究......... 37
4.1 单螺旋绕组采用三种换位方式...... 37
4.1.1 采用三种换位方式时绕组的漏磁场分析.... 37
4.1.2 采用三种换位方式时绕组的环流损耗计算...... 38
4.2 改进换位方式降低连续式绕组环流损耗......... 4
4.2.1 改进的换位方式的研究........ 42
4.2.2 改进换位后的各支路电流的计算.... 43
4.3 小结......... 45
结论
本文主要通过场路耦合的有限元方法分别对电力变压器连续式、螺旋式绕组的漏磁场以及各并联支路电流进行了计算和分析，进而计算出了环流损耗值。根据螺旋式绕组和连续式绕组换位方式的特殊性，针对螺旋式绕组分析了单螺旋绕组分别采用三种换位方式时各并联支路的环流情况，针对连续式绕组提出了一种改进换位的方式降低环流损耗，本文的研究成果主要包括以下几点结论：
（1）利用VB和Fortran语言联合开发了计算大型电力变压器的环流损耗软件，该软件可以计算连续式、螺旋式绕组多种换位方式下的环流损耗，以一台实际产品为例，分别计算了该产品在高中、高低运行状态下的中压绕组和低压绕组的环流损耗，并与某变压器厂的计算值进行对比，相对误差分别在10%和5%之内，满足工程的实际需要，证明了该软件的计算值具有可参考性。
（2）针对一台31500kVA/66kV的螺旋式绕组变压器和一台240MVA/220kV的大容量大电流的连续式绕组的变压器，利用MagNet软件，采用场路耦合的有限元方法分别计算了两台变压器的二次侧绕组各并联支路的实际电流值和环流损耗，并将计算结果与经验公式、自编程软件进行对比，对比结果表明三种方法计算的环流损耗值吻合的比较好，相对误差均在5%以内，证明本文所采用的场路耦合的有限元方法计算变压器环流损耗问题的分析方法是合理的。
（3）通过对螺旋式绕组换位方式和漏磁场的分析，对31500kVA/66kV的螺旋式绕组变压器的二次侧绕组分别采用2.1.2换位、4.2.4换位、2.4.2换位三种换位方式，分别计算三种换位方式下的各并联支路的实际电流和环流损耗值，并通过商业软件、自编程软件、经验公式三种方法计算的结果对比，结果表明在螺旋式绕组中，并联导线在8根以上时，4.2.4换位的环流损耗将为2.4.2换位的环流损耗2倍以上，甚至更大。而2.1.2换位将是4.2.4换位的8倍以上，相比之下单螺旋式绕组采用2.4.2换位最佳，并绕导线在8根以下时，最好采用2.1.2换位。
（4）通过对一台240MVA/220kVA的大容量大电流连续绕组的变压器进行计算，分析了该台产品二次侧绕组的漏磁场和换位方式，针对该台产品环流损耗过大的原因进行研究，提出了一种改进的换位方法来降低环流损耗，并通过MagNet软件和自编程软件对比分析了该产品采用改进换位前后的环流损耗大小，采用改进换位后的绕组环流损耗较改进前的环流损耗值降低了90%以上。
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硕士电力工程毕业论文范文精选篇十
第1章绪论
1.1研究背景及意义
电力是现代社会生产力发展的重要动力，也是国民经济增长的重要保证。自从1949年新中国成立以来，我国的电力工业就一直伴随着我国的国民经济增长生产力的发展飞速前进，60多年以来，我国电力工业的年平均增长速度超过了 10%。改革开放以后，特别是2000年以来，我国的电力工业也都一直保持着高速增长。2010年，我国全社会用电量己经达到了4.2万亿千瓦时，到了2011年，我国发电装机总容量也突破了 10亿千瓦[i],预计到了2020年，我国的发电装机总容量将会突破12亿千瓦[2]，届时，全国的用电总量也将达到6万亿千瓦时。我国目前己初步形成了全国联网，但我国能源资源和能源消耗在地理分布存在的严重不均衡，决定了我国电网在未来一段时间内将继续朝着区域联网的方向继续发展，未来我国电网将形成大规模的“西电东送，南北互联，全国联网”格局。我国有着丰富的煤炭资源和水力资源，其中煤炭产量占到了全世界的三分之一[3],水力资源的蕴藏量也占世界首位[4，5]。
我国的发电也主要以煤电和水电为主：到2010年，我国火力发电的装机容量达到了全国总装机容量的73.4%，火力发电的发电量也达到了全国总发电量的70%以上，其中绝大部分为煤电；同年，我国水力发电的装机容量也达到了全国的22.4%,发电量超过了6867亿千瓦时⑴。另一方面，我国的煤炭资源和水利资源的分布却存在严重的地域性：煤炭资源主要集中在西北和华北地区，其中西北地区的煤炭资源占全国的66.7%，华北地区的煤炭资源占了全国的37.7%，2009年，山西，陕西，内蒙古和河南四省的煤炭产量总共占了全国煤炭总产量的58.3%;我国水能资源较丰富的地区主要为四川，云南，西藏等省和自治，这些地区的水能资源总共占了全国水能资源的66.7o/O[6],我国的能源消耗较大的区域，主要集中在我国经济较为发达的地区，大多距离能源资源分布集中的地区较远，并且自身能源资源比较匮乏。广东，福建，浙江，上海，江苏，山东，天津，北京，河北和辽宁等10个省和直辖市的GDP总量占到了全国的57%，人口也占到了41%，用电量也达到了全国的54%，然而这些地区的煤炭资源所占的比例只有全国的8%左右，水能资源分布也不到全国的8%[1]。我国的能源资源分布和经济发展在地理上的不均衡[7]，决定了我国能源必然由能源生产大省，向能源消耗大省运输。由于水能资源不可运输，只能通过水力发电，将其转化为电能进行传输，因此我国四川，云南等水能资源较丰富的区域，都建有大量的水力发电厂，并通过区域联络线将电能输送到华东，广东等用电量较多的地区[8]。煤炭方面，由于我国目前跨区域输电能力严重不足，更多的煤炭资源仍然通过铁路，公路以及水路的交通运输方式进行运输，而不以电能的形式传输。
相比铁路，公路以及水路直接运输煤炭的输送方式，用跨区域输电的方式进行能源输送有以下几个优点：
1.可以统筹利用全国的环境资源：由于经济发达地区火电厂发电量较大，长三角地区的二氧化硫排放量己经达到了45吨每平方公里，东部地区单位面积的二氧化硫排放量为西部地区的5.2倍，环境受破坏时间较长，这些地区的环境污染相比西部地区要严重的多，因此在东部地区新修火力发电厂进行火力发电所造成环境污染代价要高于西部地区。
2.可以提高能源运输的经济性，并且更加有利于抑制能源运输价格的波动：跨区域输电比起直接输煤具有更低的成本，并且受不可控因素影响较少，更能稳定能源输送价格
3.有利于我国区域经济的协调发展[9]:比起输煤，在西部地区建设火电厂并向东部地区输电对于西部地区的经济拉动作用会更加明显，并且能使我国的区域分工更加合理，此外跨区域输电还能够有利于控制经济发达地区的电力供给成本。
4.能够提高我国土地资源的整体利用效率：釆取跨区域输电所占用的土地资源要小于交通运输的输煤方式，可以实现全国范围内的土地资源的优化利用。
5.可以缓解铁路运输煤炭的压力并且缓解经济发达地区煤炭价格的较快上涨：目前公路等交通输煤方式的输送量已接近饱和，而发达地区对于能源的需求正在不断增加，进行跨区域输电能够有效缓解这一能源供需不平衡的状况。
第2章柔性交流输电系统
柔性交流输电系统(FACTS),的理论最早由美国电力专家Hingorani与1986年首先创建[35],首次将电力电子技术应用到电力系统当中来，实现了在不改变电力系统拓扑结构的前提下，灵活地改变电力系统中的三个重要的电气参数：线路阻抗，发电机功角以及节点电压，从而灵活地控制电力系统的潮流分布，通过改变系统最优潮流以及各发电机最优发电量，来降低电力系统中的发电损耗。此外，利用FACTS在紧急情况下转移潮流，可以避免电力系统在发生故障并切除部分故障线路后，由于某些线路负荷过重而导致连锁跳阐引起的系统暂态失稳。利用FACTS，还能有效抑制电力系统中的低频振荡现象，增加电力系统稳定性并且提高互联系统的区间传输功率极限。
2.1 FACTS的定义
FACTS的创始人Hingorani博士最早给出的FACTS的定义是：FACTS就是基于晶闹管组件的控制器：其中包括移相器、新型静止无功补偿器、电气制动器、串联电容调节器、带负荷抽头调节器、故障电流限制器以及其他一些尚未发明的控制器[361。然而由于这一定义仅仅将FACTS定义限定在“基于晶闹管”这一范围内，存在很大的局限性。在1994年CIGRE会议上，Hingorani博士又给出了FACTS的新定义：将除了直流输电技术之外的所有电力电子技术用于电力传输的世纪应用技术。然而这一定义将直流输电技术排除在FACTS技术之外，引起了一定的争议。1997年，IEEE的FACTS工作组给出了 FACTS的最新定义：柔性交流输电，就是安装有电力电子类型或者是其他静止性控制器，以加强电力系统可控性以及提高电力传输能力的交流输电系统[37’38]。
第3章FACTS电压调制及功率调制........... 20
3.1低频振荡的特征分析法........... 20
3.1.1电力系统标准状态方程........... 20
3.1.2特征值的物理意义........... 24
3.2 SVC和STATCOM的电压调制原理........... 25
3.3 TCSC的功率调制原理........... 26
3.4基于状态解耦的动态反馈系统设计........... 27
3.4.1系统状态变量解親........... 27
3.4.2动态反馈系统结构设计........... 29
3.4.3动态反馈系统参数计算........... 30
3.5算例 343.6本章小结........... 38
第4章基于Prony分析的FACTS的参数优化........... 39
4.1 Prony分析简介........... 39
4.2基于PROISY分析的FACTS参数优化模型........... 40
4.3改进粒子群算........... 42
4.4 算例 ...........44
4.5本章小结........... 47
第5章总结和展望........... 48
结论
随着“西电东送，南北互联，全国联网”战略的实施，电力系统在我国能源战略当中扮演的角色将会越来越重要。互联电力系统的出现，使得低频振荡逐渐成为了影响电力系统稳定运行以及制约区间传输功率极限的重要因素。本文的工作可以总结为以下四个方面：
1. 对低频振荡的研究现状
进行了总结首先介绍了电力系统低频振荡发生的机制，包括负阻尼机制，强迫振荡机制，参数谐振机制，分歧理论和混沌理论；随后介绍了目前较为常用的低频振荡的分析方法，包括特征值分析法，频域法，时域仿真法和Prony分析法；此外，还介绍了一些电力系统中常用的抑制低频振荡的措施，包括增强网架结构，在发电机加装PSS以及在电力系统中加装FACTS装置等，并对这些方法抑制低频振荡的原理进行了简要介绍。
2.对FACTS进行了介绍
描述了 FACTS的定义，对三种常见的FACTS装置：SVC、STATCOM以及TCSC的工作原理以及研宄和应用现状进行了介绍。
3.对FACTS的电压调制和功率调制进行了研究
对电力系统低频振荡的特征值分析法进行了介绍，并从特征值配置的角度详细分析了利用SVC和STATCOM电压调制以及TCSC功率调制抑制低频振荡的原理；提出了一种基于状态解耦动态反馈系统设计方法，来进行特征值配置：该方法首先将原系统各状态变量进行解耦，并将解耦后的系统等效为若干小系统的并联；随后设计动态反馈系统具有和解耦后的原系统对称的结构，并提出了该动态反馈系统的阶数选择以及参数计算方法。单机无穷大系统算例表明，该方法能够有效进行特征值配置。
4.提出了基于Prony分析的FACTS参数优化方法
提出了一种基于Prony分析的实际FACTS参数优化方法，引入了基于Prony分析的联络线传输功率振荡主导模式阻尼比作为优化模型的目标函数，并且引入了模式幅值比约束条件，建立了优化模型；为了求解该非线性优化模型，提出了改进粒子群算法，其中为了避免算法陷入局部收敛，引入了混沌运算来提高粒子群的多样性。采用IEEE 4机11节点系统进行了仿真实验，结果表明，通过方法进行参数优化的FACTS装置，能够有效地抑制电力系统低频振荡。
由于研究生阶段的研宄时间有限，本文所做的研宄工作仍然还有很多不足：首先，第3章中所提出的状态解耦法，虽然能够实现特征值的有效配置，但仅仅针对单输入单输出系统。随着电力系统广域控制的出现，将远方信号应用电力系统中设备的参数调试也逐渐成为可能，因此，在今后的研宄中，笔者将会考虑如何在多输入多输出系统中，利用状态解耦法进行特征值配置。其次，第4章中提出的FACTS参数优化方法，仅仅考虑了 FACTS装置参数的优化，而没有考虑如何对FACTS的安装位置进行选择，因此，在今后的研宄中，笔者将着重研宄如何同时考虑FACTS装置的安装地点选择和参数优化，以更好地抑制电力系统中存在的低频振荡问题。
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