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《大连理工大学》 2002年
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配电网络电能扰动辨识与电能质量调节研究

孙辉  
【摘要】: 电能作为各行各业的基本动力能源,其质量问题受到广泛的重视。本文在深入研究电能质量问题本质的基础上,基于小波理论、自适应控制理论,采用数字信号处理技术,比较深入地进行了配电网络电能扰动辨识和电能质量综合调节系统的理论研究,通过实验样机和计算机仿真完成了与之相关的实验研究,为在10kV配电网络系统中实现电能质量综合调节做了一些有意义的工作。 传统电能质量调节系统最大的障碍是大功率电力电子器件的成本。为了解决这一问题,作者在研究电能扰动的调节中,首先提出了无源粗调/电力电子器件细调、改善电能质量与改善功率因数相结合的混合式电能质量综合调节器HUPQC(Hybrid Unified Power Quality Conditioner)设计方案。HUPQC由电能质量监测分析系统和电能质量调节系统构成,统一规划设计。电能质量监测分析系统采用双DSP实现系统的采样、信号处理,完成电能质量全程监测与分析;电能质量调节系统则采用有源与无源、改善电能质量与改善功率因数相结合的策略,有源部分以三电平PWM为主电路,由并联和串联APF(Active Power Filter)相结合、共用直流电源,构成其主体框架,并以无源调节配合有源调节来降低系统的综合造价,力图将电能质量调节技术在10kV配电系统中得到实用与推广。 为了对电能质量综合调节系统在理论上进行描述,作者应用空间坐标系变换和开关函数的概念,建立了系统的数学模型。电能质量调节系统的核心单元是PWM变流器,结合本文应用提出了三相ABC坐标系下电能质量综合调节系统的并联补偿单元和串联补偿单元的基本数学模型。为了实现三相系统的解耦控制,推导出dq坐标系下系统的数学模型,从数学意义上将三相时变非线性系统转化为两相系统。在此基础上作了进一步解耦,得到两相线性系统数学模型, 摘 要 为电能质量调节的分析和仿真研究奠定了理论基础。 补偿指令信号的检测是电能质量调节装置的控制环节之一,本文提出了基 于小波理论的预测检测策略,跟踪基波信号,以半周期为采样更新速度,应用 小波变换法对信号的基波分量进行递推式预报,并取其与实时信号之差做为参 考,然后产主与之大小相等、相位相反的信号作为 HUPQC的实时补偿指令信 号。硬件实现采用DSP技术,软件应用Mallat算法,速度快,抗噪声性能好。 仿真与实验结果表明,预测检测可有效地避免坐标变换或采样、计算过程引起 的时滞,改善 HwQC补偿的实时性,从而提高调节系统的补偿精度,为实现 对配电系统中电能“污染”的治理提供了一种较理想的信号检测方法。 对于电能质量调节器来讲,PWM跟随指令参考信号的控制性能在很大程度 上影响着装置的补偿效果,本文选择无差拍电压空间矢量控制为系统控制策略, 这种控制方法具有采样频率低,开关频率与采样频率的差距小,能有机地产主 零矢量、跟踪精确以及无抖振等优点,动态响应快。研究中针对无差拍控制性 能受系统参数变化的影响,提出了应用“在线限定记忆最小二乘”的参数辨识 方法,分期实时地修正其控制参数,使之对系统的参数变化具有自适应性。仿 真结果表明,本文提出的控制参数自适应的无差拍矢量控制方法,可以改善 PWM的跟随控制特性,进而有利于电能质量调节系统性能的改善。 电能质量的监测分析是改善电力系统电能质量的基础工作,本文应用快速 傅立叶变换(FFT)和小波变换技术,提出电能质量的混合分析方法,针对电能 扰动成分的特点,进行分别处理。对于反复出现的周期性的扰动信号,采用FFT 方法提取扰动信息,而对于瞬态扰动信号则应用小波变换小尺度分解对信号奇 异性敏感的特点,使用Mallat算法提取瞬态扰动信息,以此降低小波分解的尺 度:同时对信号的小波系数进行了的阀值压缩,有效地减少了电能质量全程监 测数据的存储量。 电能质量监测分析系统是 HUPQC的组成部分之一,作者设计并成功地研 制了一台电能质量监测分析实验样机。其主体设计采用DSP芯片为核心,系统 主要由下位机、上位机和数据通讯等构成,实现了就地采样、分析、液晶显示 和短时储存:远方计算机展示和数据库管理等功能。试验结果表明,该样机可 以进行电能质量全过程监测以及分析谐波和典型的瞬态干扰信息,捕捉信息的 速度可达一r级。它目前己通过现场试验,并在进行产品化设计。 ·见且- 大连理工大学博士论文 通过本文的工作,希望为研制新型实用的电能质量调节器打下基础,为改善 电能质量,消除电力污染,完成 10kV配电网络电能质量综合调节系统的实用化 做出贡献。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TM76

【引证文献】
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1 易吉良;基于S变换的电能质量扰动分析[D];湖南大学;2010年
2 张允;单相统一电能质量控制器的研究[D];华中科技大学;2009年
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1 刘立强;三相光伏并网逆变器的研究[D];广东工业大学;2008年
【参考文献】
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10 李庚银,陈志业,丁巧林;用于有源补偿器的广义瞬时无功电流实时检测方法[J];电力系统自动化;1997年10期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 刘磊;王仲初;胡洋;;三相电压型SVG的直接电流控制方法及仿真[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
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2 丁仁杰;曹政;樊淼;;平衡单相负荷的补偿容量优化控制的SVC控制系统研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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7 廖芳宇;喻川;龚应来;;电能质量综述[A];2010年云南电力技术论坛论文集(文摘部分)[C];2010年
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9 刘柱揆;;电网无功补偿技术应用[A];2011年云南电力技术论坛论文集(入选部分)[C];2011年
10 罗亚桥;石磊;;《电能质量 公用电网谐波》中几个问题的探讨[A];华东六省一市电机(电力)工程学会输配电技术研讨会2004年年会论文集[C];2004年
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1 易吉良;基于S变换的电能质量扰动分析[D];湖南大学;2010年
2 全惠敏;电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究[D];湖南大学;2010年
3 田军;多绕组变压器式可调电抗的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
4 陈国志;电力谐波和间谐波参数估计算法研究[D];浙江大学;2010年
5 刘慧芳;非并网风电直供系统方案设计及控制策略研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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7 谢维;在线圈中心测量磁场垂直分量的频率域电磁测深方法研究[D];中南大学;2011年
8 蒋奇云;广域电磁测深仪关键技术研究[D];中南大学;2010年
9 赵静;电能质量扰动信号检测与识别算法研究[D];西南交通大学;2011年
10 张军伟;异步电动机高频斩波串级调速系统模型及特性的研究[D];华北电力大学;2011年
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1 张云波;基于DSP的三相四线制有源电力滤波器的研究[D];山东科技大学;2010年
2 徐坤山;三相四线制并联型有源电力滤波器的研究[D];山东科技大学;2010年
3 李宜娟;基于ATMEGA64的磁阀式可控电抗器的控制研究[D];长春理工大学;2010年
4 付邦胜;动态电压恢复器控制研究[D];郑州大学;2010年
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6 李建军;基于电力系统的电能质量检测与分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
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9 李太峰;6KV煤矿供电网混合有源滤波器的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 冯凯辉;风电场动态无功补偿方案设计[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
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3 苏胜新,何金良,咸日常,孙为民;线路用避雷器应用中的几个关键问题[J];电瓷避雷器;2000年04期
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9 丁屹峰,程浩忠,吕干云,占勇,孙毅斌,陆融;基于Prony算法的谐波和间谐波频谱估计[J];电工技术学报;2005年10期
10 刘守亮;肖先勇;;Daubechies复小波的生成及其在短时电能质量扰动检测中的应用[J];电工技术学报;2005年11期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 吴殿兴;;对RBN—DGPS燕尾港站防雷措施的分析[A];中国航海学会航标专业委员会沿海航标学组2002年航标学术研讨论文集[C];2002年
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2 刘飞;中高压系统并联型混合有源电力滤波器研究[D];华中科技大学;2005年
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【二级引证文献】
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1 李芬;单相背靠背绿色节能试验系统关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
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1 李富国;基于交流母线的光伏逆变器研究[D];东华大学;2011年
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3 吕茵;小型光伏发电系统逆变并网装置的研制[D];华南理工大学;2011年
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5 宋代春;光伏发电并网控制及其暂态过程研究[D];天津理工大学;2011年
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10 梁芳;基于自抗扰控制技术的并网光伏系统研究[D];天津理工大学;2012年
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7 何益宏;刘进军;叶英华;李红雨;卓放;王兆安;;一种基于双变流器结构的通用电能质量控制器[A];第11届全国电气自动化电控系统学术年会论文集[C];2002年
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7 记者 吴国瑛;电网“污染”岂容小觑[N];上海科技报;2006年
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7 冯小明;动态电压恢复器理论及仿真研究[D];中国农业大学;2005年
8 刘颖英;串联型电能质量复合调节装置的补偿策略研究[D];华北电力大学(北京);2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 何东;基于DSP的高性能电能质量分析仪数据接口的研制[D];华北电力大学(北京);2005年
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5 俞峰;电能质量监测软件的研究和开发[D];西南交通大学;2003年
6 李豪举;电力推进船舶电能质量分析[D];江苏科技大学;2010年
7 周俭节;基于DSP的电能质量在线监测装置的设计与实现[D];合肥工业大学;2010年
8 周世平;电压质量监测与分析系统的开发[D];西安理工大学;2004年
9 秦东;地区电能质量监测与管理系统的设计与实现[D];四川大学;2003年
10 浣威;配电网高压电能质量综合补偿装置的研究[D];湖南大学;2010年
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