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优秀工程硕士论文范文十篇

[ 作者:dede58.com   时间:2018-05-11 点击: ]

  优秀工程硕士论文范文十篇

  优秀工程硕士论文范文篇七

  第 1 章 绪 论

  1.1 课题背景及研究的目的和意义

  中国经济经过几十年的飞速发展,取得了许多令人骄傲的成绩,但经济发展带来的负面影响——环境污染问题,则使中国倍感压力。2012 年入冬以来,全国性的雾霾天气让人们不得不重新审视中国环境污染的现状,保护生态环境刻不容缓[1]。煤炭是雾霾产生的重要原因[2,3]。我国为煤炭大国,虽然煤炭脱硫、除尘、降噪等环保措施早已应用于煤炭发电系统中,但从能源的化学组成、获取和消耗来说,煤炭发电对环境的污染还是非常严重的。不可再生能源的储量越来越少,消耗量却越来越大,这就迫使研究人员越来越重视各种新能源的开发与应用。太阳能具有储能巨大、安装灵活性高等优点,这些优势促进了光伏发电技术的迅速发展。由于蓄电池成本高、回收难,废弃电池反而对环境污染更大,所以光伏电池发出的电应该并入大电网,而不是单纯存储在蓄电池里面。但在实际应用中,光伏并网发电技术也会遇到很多困难,比如光伏并网对电网运行稳定性的影响,如何快速准确地提取电网电压同步信号,以及如何对并网控制方式进行选择等。光伏并网应用过程中遇到的实际问题都将对配电网规划、配电网继电保护、电能质量、电网调度运行等产生影响。为了保证新能源并网时电网的正常运行,我国相继颁布了有关新能源并网的标准[4,5]。如何将新能源发出的电能进行广泛地应用、合理地分配以及有效地调度等,对各国研究人员都是任重而道远的。光伏电池发出的直流电很容易受到外界环境的影响。利用逆变技术,将直流电转变为交流电,可以降低外界环境对系统的影响,使用户能够体验更平稳的电压。光伏并网技术的核心之一是逆变,因此对逆变器拓扑的选择尤为重要。逆变器并网时,一般增加一级隔离变换装置,这样更有利于人身和设备的安全。最常用的隔离装置为变压器。传统变压器工作在工频状态,体积、噪声都比较大。本文研究的高频链矩阵式变换器使变压器工作在高频状态,克服了工频变压器的缺点,具有更好的发展前景。光伏发电并网时需要检测电网电压的相位、幅值和频率等信息以满足并网规范,减小对电网的污染。获得电网电压的动态信息,最常用的方法为锁相环技术[6]。锁相环(Phase Locked-Loop, PLL)的基本功能是跟踪、锁定电网电压相位,并同时提取其幅值和频率。

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  1.2 国内外高频链矩阵式变换器研究现状

  传统低频逆变技术是在非隔离型逆变器与输出负载之间加入一级变压器来实现电气隔离,并同时实现对输出侧电压的调节。因为变压器与输出负载电压都工作在工频状态,所以将这种隔离型逆变器称为低频或者工频逆变器,其结构图如图 1-1所示。由于变压器工作在工频状态,变压器的体积和重量都相对比较大,噪声污染也比较严重,并且负载滤波时需要的滤波器体积和重量也相对比较大,致使系统动态响应性能变差。高频链逆变器的概念最早是由美国辛辛那提大学学者 Mr.Espelage 于 1977 年提出的[7]。高频逆变技术中使用的变压器工作在高频状态,这就在很大程度上减小了逆变器体积和重量。由于开关管也工作在高频状态,对负载滤波也更方便省力。矩阵变换器(Matrix Converter, MC)的概念于 1976 年,由学者 L. Gyugyi 和 B. R.Pelly 提出,最早的拓扑结构为强迫循环变换器(FCC)拓扑结构[8]。1979 年,意大利学者 AlesinaA 和 Ventutini M,从理论上证实了矩阵变换器的存在,对矩阵变换器日后发展起到至关重要的作用[9]。20 世纪 90 年代起,我国也开始对矩阵变换器进行研究,对该拓扑的发展起到推动性作用[10-13]。高频链矩阵式变换器的基本结构框图如图 1-2 所示,该拓扑通过高频变压器实现能量变换。高频变压器传递的是交流信号,所以需要高频逆变器将直流电转换为交流电,再经过矩阵变换器将能量传递给负载。高频变压器不仅实现了电气隔离,还起到变压的作用。

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  第 2 章 三相高频链矩阵式变换器调制策略研究

  2.1 引言

  对高频链矩阵式变换器调制策略的研究是应用该电路拓扑的基础。本章介绍的解结耦 SPWM 调制技术解决了矩阵式变换器的调制问题。由于该调制策略在矩阵变换器换流时会产生电压尖峰,因此进一步优化了解结耦调制策略,即“一体化”调制策略。通过 Matlab 仿真,验证了这两种调制策略的正确性以及“一体化”调制策略对电压尖峰的抑制作用。矩阵变换器每个桥臂由两个双向开关管,共计四个 IGBT 功率管构成。为了更清楚地分析矩阵变换器的工作状态,将每个双向开关管处于上边位置的 IGBI 功率管称为正组开关管,用标号 p 表示。将六个开关管 Spji(j=u,d 分别表示上桥臂和下桥臂;i=a,b,c 分别表示 abc 三相)按照普通三相桥式逆变器的位置排列,组成的逆变器称为正组逆变器。同理,将每个双向开关管处于下边位置的 IGBI 功率管称为负组开关管,用标号 n 表示。由这六个开关管 Snji(j=u,d、i=a,b,c)组成的逆变器称为负组逆变器。两组逆变器通过双向开关管耦合在一起,现在又被分解开来,这就是矩阵变换器的解耦过程。通过解耦,矩阵变换器就可以等效成为两个普通三相桥式逆变器了。图2-1 的解耦图如图 2-4 所示。

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  2.2 解结耦 SPWM 调制策略

  2.2.1 三相高频链矩阵式变换器结构分析

  三相电压型高频链矩阵式变换器带负载拓扑如图 2-1 所示。此处将电网换成三相对称负载,是为了验证调制策略的可行性。该拓扑前级由单相全桥逆变器构成,其输出作为高频变压器一次侧输入;后级由三相电压型矩阵式变换器构成,其输入为高频变压器二次侧输出。高频变压器实现了系统的高频化,在减小变压器体积、重量的同时,还实现了能量的双向流动。图 2-2 为三相电压型桥式逆变电路。对比图 2-1 和图 2-2 可以发现,三相高频链矩阵式变换器和普通三相桥式逆变器在拓扑结构上有许多共同特点。若只看输入和输出,两者在能量变换类型上具有统一性:都是把直流电变换为三相交流电。不同的是前者在电路结构中增加了高频隔离变压器,矩阵变换器中的开关管也不再是单向全控开关管,而是双向可控开关管。注意,双向可控开关和单向全控开关在各自变换器中所处的位置也是相同的,如图 2-1 中的 Spua和 Snua对应图 2-2 中的 Sua的电路位置,其余的开关管依次类推。

  .......

  第 3 章 电网电压不平衡时软件锁相技术研究....24

  3.1 引言 ........24

  3.2 同步旋转坐标系锁相环 ......24

  3.3 电网不平衡条件下的锁相技术 ....28

  3.4 新型 2 倍频锁相环设计 ......33

  3.5 锁相环方法的对比仿真研究 ........39

  3.6 本章小结 .....45

  第 4 章 三相高频链矩阵式变换器建模及并网控制......46

  4.1 引言 ........46

  4.2 三相高频链矩阵式变换器建模 ....46

  4.3 电网电压平衡条件下并网变换器的控制策略 .....50

  4.4 电网电压不平衡条件下并网变换器的控制策略 ......53

  4.5 本章小结 .....58

  第 5 章 系统实验研究....59

  5.1 引言 ........59

  5.2 系统硬件构成 .......59

  5.3 系统软件设计 .......63

  5.4 系统实验分析 .......65

  5.5 本章小结 .....73

  第 5 章 系统实验研究

  5.1 引言

  前几章介绍了高频链矩阵式变换器的调制策略,并对电网电压不平衡条件下的锁相环节和并网控制方法进行研究。现搭建一套三相高频链矩阵式变换器实验平台,在理论和仿真验证的基础上,对上述部分进行实验验证,证明解结耦调制策略和一体化调制策略的可行性和正确性,以及“一体化”调制策略对波形的改善;验证了DFF-PLL 和 DSOGI-PLL 锁相方法的有效性和可行性,以及前者较后者的快速性;对高频链矩阵式变换器进行带负载电压、电流闭环和电流环并网实验,并对实验结果进行分析。高频链矩阵式变换器的实验平台如图 5-1 所示,主要由主电路、控制电路和驱动电路等组成。其中,主电路由直流电源、高频逆变电路、高频变压器、矩阵变换器、LC 滤波器和负载(并网实验时,负载变为三相调压器)构成。控制电路则是通过DSP 和 CPLD 两个芯片配合工作完成对主电路的控制,其中 DSP 用于发生开关管的控制信号,CPLD 用于将这些控制信号进行逻辑组合,最终输出实际的控制信号。采样电路用于采集电路中的电压、电流信号。由于控制电路输出的驱动信号功率很小,所以在驱动主电路开关管时,需要使用驱动电路对其进行驱动。

  ......

  结 论

  三相高频链矩阵式变换器利用高频变压器实现系统的高频化,同时实现电源与负载之间的电气隔离和变压功能。逆变器工作频率变大,其体积和重量就相对变小,噪声也有所降低。矩阵变换器实现了能量的双向流动,既可工作于整流状态,也可工作于逆变状态。因此,该拓扑具有很大的发展空间,在新能源并网、不间断电源供电以及电机拖动等领域具有很广阔的应用前景。本文研究三相高频链矩阵式变换器的调制策略,目的是将其应用于光伏并网逆变系统中。光伏并网时电网电压通常是不平衡甚至畸变的,本文又针对并网同步锁相问题进行研究,并实现该情况下电流平衡并网的控制目标。本文的主要工作和创新点如下:

  (1) 根据高频链矩阵式变换器结构的特殊性,研究了解结耦 SPWM 调制策略。该策略在矩阵变换器换流时会产生瞬时电压尖峰,针对这一问题,本文对解结耦策略进行优化,进而研究了“一体化”SPWM 调制策略。该策略对瞬时电压尖峰起到了很好的抑制作用,将开关管的电压应力降低到实验可以接受的范围内,同时降低了开关管的通断损耗。

  (2) 针对电网电压同步锁相问题进行研究。首先对电网平衡时的 SRF-PLL 锁相方法进行研究,并对电网电压不平衡时的工作状态进行分析。然后介绍了两种电网电压不平衡条件下的锁相方法,分别为 DSOGI-PLL 和 T/4 延时法。在此基础之上,提出了一种新的锁相方法,2 倍频锁相(DFF-PLL)。为抑制电网电压中含有的谐波分量,本文又提出一种基于双带通滤波器结构的 DFF-PLL 锁相方法,使之对电网具有较好的适应性。将上述方法进行仿真验证,综合考虑,基于双带通滤波器 DFF-PLL具有较好的应用空间。

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  参考文献(略)

  优秀工程硕士论文范文篇八

  第一章绪论

  1.1研究背景与意义

  我国电力行业发展迅速,电网规模已达到世界第一⑴。随着大规模电网互联技术的快速发展,特别是智能电网建设的全面展开,分布式电源广泛接入,影响电力系统的不确定因素日益增多,电网的结构和运行方式也曰益复杂,为满足对各类用户提供优质可靠的电能,同时考虑最大的经济性,迫切需要开展精确的电力负荷预测,以使系统发电出力随时紧跟系统负荷的变化情况。电力负荷预测是根据负荷、经济、社会、气象等因素的历史数据,使用一查系统地处理过去与未来负荷的数学方法,寻求电力负荷与各种相关因素之间的内在联系,确定未来特定时刻的负荷数值,使其满足一定的精度要求。电力负荷预测是电力系统设计、规划、运行、调度的基础,是保证系统安全运行,适应互联电网实现科学管理和统一调度,以及电网逐步实现商业化运营所需的重要内容[2]。电力负荷预测按预测期限的长短分为超、短期、短期、中长期和长期。长期预测一般指10年以上为单位的预测,中长期预测一般指5-10年为单位的预测,两者的意义是帮助决定新的发电机组的安装与电网的规划、增容和改造。短期负荷预测是指预报未来几小时、1天至几天的电力负荷,是制定曰前发电计划的基础,帮助确定燃料供应计划、预告运行中电厂的出力要求、合理安排网内机组的启停与检修计划[3]。超短期预测一般以小时或分钟为单位,可对电网进行计算机在线控制,实现发电容量的合理调度。

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  1.2国内外研究综述

  母线负荷预测存在信息不完备、不精确的问题[7],其不精确的历史数据和相对较多的坏数据会对绝大部分已有方法产生破坏性的影响。由于某一系统负荷中包含了非常多个母线负荷,且各母线情况各异,影响因子多变[8],负荷信息不完整,所以目前关于母线负荷的预测仍然缺乏成熟的解决方法和理论指导。国外最早关于短期母线负荷预测的研究是Pyne R.A于1974年提出的短期母线负荷预测方法,并将其应用在检修计划分析中[9]。文献[10]提出一种采用聚合预测模型的短期母线负荷预测方法,根据相似日的母线负荷对母线分组,调整每组的母线模型进行预测;该方法基于每条母线的历史负荷数据,类似于单个母线的预测算法,但是总的计算量较小,在巴西东北部电网得到了应用。文献[11]针对受天气影响较大地区的母线负荷提出一种基于模糊和神经网络的混合模型,将母线负荷分解为与天气无关的基本负荷和受天气变化影响的敏感负荷两个分量,然后分别釆用BP神经网络模型和三个模糊逻辑子系统建立的模型预测两个负荷分量,再合成为该地区的总负荷;实际的历史负荷数据测试表明这种预测方法可以得到与系统负荷预测精度相当的结果。文献[12]釆用自适应状态估计(FASE)和多层反馈神经网络(MLP)混合的方法对母线负荷进行预测,其处理方法是先用FASE初步预测母线负荷,然后用MLP研究FASE的输入、输出量之间的映射关系,对初步预测结果进行修正,结果表明预测精度得到了提高。2

  ……..

  第二章母线负荷预测问题概述

  2.1母线负荷预测相关概念

  母线负荷定义为由变电站的主变压器供给一个相对较小供电区域的终端负荷的总和。在实际生产中,有应用价值的是变电站母线下网负荷的预测值,因此母线负荷预测以下网负荷为预测对象。变压器高压侧下网负荷,等于变压器供给中、低压侧的负荷加上变压器自身的损耗,是供电区域内系统负荷的主要来源[3"]。因为母线负荷的供电范围相对很小,所以通常母线负荷的组成比较单一,只包括一、两种用户类型。一般可按母线负荷性质将其分为工业负荷、商业负荷、城市民用负荷、办公负荷、农村负荷等。(1).工业负荷:指工厂、企业用于工业生产的用电负荷,所占比重在我国国民经济用电构成中居于首位。它不仅取决于工业用户的工作方式,而且与各工业的行业特点、季节变化都有紧密的联系.此外,虽然工业负荷也受到温度、阴雨、光照等气象条件的影响,但由于本身基数很大,气象因素对此影响的负荷波动较小,因此工业负荷一般视作受气象因素影响较小的基础负荷。(2).商业负荷:指商业部门里的照明、空调、动力等用电负荷,覆盖面积较大,且用电增长平稳,同样具有季节性变动的特点。商业负荷中照明类负荷占用电系统的高峰时段,特别是在节假日里对电力负荷影响很大。(3).城市民用负荷:指城市居民的生活照明用电、家用电器等家用负荷,与人们的日常生活、工作的规律紧密相关,具有明显的季节性波动,对系统峰值负荷有直接影响。不同地区间呈现不同特点,同一天内负荷也极不平衡。

  ……….

  2.2母线负荷预测与系统负荷预测的关系

  在实际中,系统负荷一般是指某一供电单位如供电局或供电所,在其供电区域内的用电负荷值。通常由多种负荷累加,包括该供电单位下属各变电站的网供负荷、当地小电源出力、购买区外电网负荷。而母线负荷仅是其中的一部分,当然这部分负荷占据了系统负荷的绝大部分。文献[34]中对湖南省某市24条220kV母线负荷进行了单独预测,并将各母线预测结果之和与系统负荷预测值进行比较,发现母线负荷预测值之和的精度较低,即母线负荷预测值之和产生的误差大于系统负荷预测值的误差。造成这种现象的主要原因有:

  (1).母线负荷作为系统负荷的细化,基数小,规律难以把握,故而对每条母线负荷进行单独预测的准确率低;

  (2).母线负荷的供电范围较小,意外随机事件对负荷的影响较大,在收集进行预测的各项资料时必然产生误差;另外,一般难以掌握当地的精确气象预报,而是以更大区域的气象预报为准;

  (3).系统负荷预测只需进行一次预测,而母线负荷的领测次数与母线条数相等,每条母线预测中都可能产生误差,故而存在误差积累的问题。

  ………

  第三章基于改进FCM算法的母线聚类分析........ 16

  3.1 聚类负荷概念 ........16

  3.2 基于减法聚类改进的FCM算法........ 18

  3.3 算例分析........ 25

  3.4 小结 ........28

  第四章面向聚类负荷的母线负荷预测........ 29

  4.1 本文建模思路........ 29

  4.2 数据处理策略........ 29

  4.3 最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型........ 36

  4.4配比模型........ 40

  4.5算例分析........ 41

  4.5.1母线负荷的预测分析 ........41

  4.5.2地区总负荷的预测分析........ 45

  第五章 总结与展望........ 48

  5.1本文总结........ 48

  5.2研究展望........ 49

  第四章面向聚类负荷的母线负荷预测

  4.1本文建模思路

  在电力系统负荷预测中,由于测量或人为的因素会造成采集数据的偏差,特殊事件的发生也会引起负荷的异常变化,这些都会严重地影响预测的准确度。在实际数据系统中,不良数据的产生往往是随机的,且以多种类型同时存在,大体上可分为坏数据和畸变数据两大类。坏数据通常是由于SCADA系统运行故障或错误引起的,常表现为无规律性、离散型和连续型同时存在,是属于无任何物理意义的错误数据;畸变数据常是由于特殊事件的发生(如负荷转移、停电检修、小电源出力、天气突变等),引起负荷曲线形状变化,略变数据表现为正常数据叠加随机事件引起的负荷波动,往往显著偏离正常负荷曲线,较易辨识,这些数据是现实的下网负荷值,是各种影响因素在负荷数据中的体现。相比系统负荷,电网中的各类母线负荷均存在波动大、毛刺多、非线性的特点,对母线负荷样本数据的质量有很大影响;另外,由于自动化系统等问题使得实际的母线负荷样本数据中不可避免地包含有数据缺失、数据突变引起的异常数据,这些不完备的数据将对大部分预测方法产生破坏性的影响,使得据此得的预测结果偏离正常的母线负荷变化轨迹。因此,需要对母线负荷数据进行预处理,填补数据缺失,修正数据异常。

  ……….

  总结

  母线负荷预测对电力系统实现调度的精益化管理有重要意义,但由于母线负荷数量多、基数小、规律性差、易受影响因素影响等特点,其预测问题一直是一个难点。特别是近年来随着电网的发展,母线负荷预测问题越来越受到重视,围绕着如何提高其预测精度和预测速度作了很多研究,但目前大多数研究针对母线负荷历史数据预处理和预测方法的改进。基于此,本文通过对母线负荷预测与系统负荷预测的关系的思考,提出了一种基于聚类分析的母线负荷预测新方法,对此进行了一定研究,并运用算例进行了验证,总结来说,本文取得了以下一些研究成果:

  1.母线负荷预测和系统负荷预测同为电力系统负荷预测的两个分支,联系紧密,二者最大的区别是预测对象的不同,巳有相当多文献对系统负荷预测展开过研究。本文通过分析二者在误差组成和负荷基数方面的区别,发现目前常用的母线负荷预测方法存在误差的积累问题,从而使得母线负荷预测值之和不等于系统负荷预测值,且前者与系统实际负荷误差较大;另外,通过对母线负荷与系统负荷的波动性分析,发现负荷的规律性强弱与其基数大小呈正比,而提高预测对象的规律性可提高预测精度。基于此,提出了构造一种介于系统负荷与母线负荷之间的中间层,本文将此局域母线负荷称之为聚类负荷;

  2.阐述了聚类负荷的思想和意义,选取日负荷曲线相似作为聚类的特征量,并提出了一种基于减法聚类改进的模糊C均值聚类算法(SUB-FCM)对母线负荷进行聚类。SUB-FCM算法通过减法聚类的密度指标来选取聚类中心,解决了传统FCM算法对初值敏感的问题,并可自动得出聚类个数;有效性验证证明了该算法在全局搜索能力、搜索速度和聚类效果上均有提高。

  …………

  参考文献(略)


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