簡介：儲能既可作為發電單元又可作為負荷單元，對可再生能源發電消納、電力“削峰填谷”、電動汽車以及微電網的建設等發揮舉足輕重的作用，并構成未來智能電網的重要組成部分。本文以低壓模塊化PCS為研究對象，重點圍繞多電平VSC的矢量調制與電壓平衡、PCS并網模式電流環的控制以及PCS離網電壓源輸出系統控制展開研究，主要內容如下1介紹了全球可再生能源的發展現狀，明確了我國新能源的現狀以及對大規模儲能的應用需求，分別從儲能方式以及PCS拓撲兩方面介紹了大規模儲能的應用現狀與發展趨勢，并進一步總結了大容量PCS控制系統的難點與關鍵技術。2鑒于多電平VSC在大功率模塊化并聯PCS應用存在的巨大優勢，針對多電平VSC的SVM電壓平衡展開研究，首先從兩電平入手介紹了SVM的基本原理與實現方法，并將該方法引入三電平VSC，介紹了冗余小矢量互補NTVSVM與VSVM兩種均壓算法的原理與實現。進一步，拓展到5LDCC并分析其SVM電壓平衡，分別討論了目標函數優化的NTVSVM、VDSVMH1、OVDSVMH1以及IVDSVM電壓平衡算法，實現了5LDCC在全功率因數范圍的電壓平衡，并且在過調制情況下系統依然穩定運行。3針對電網電壓平衡條件下PCS并網電流環的控制，首先分析了電流環PSSRF交叉耦合項的影響，介紹了兩種解耦方法并探討了濾波器參數對解耦效果的影響。其次，討論了數字控制一拍延時對電流環解耦效果與系統穩定性的影響，分別針對狀態反饋解耦PI與CPI控制器分析了其延時補償策略。再次，討論了控制器參數設計方法，明確了臨界阻尼控制器增益在調節時間與超調量方面的優勢。此外，分析了狀態反饋解耦PI與CPI控制器的電網電壓擾動抑制能力，分析了電網電壓前饋以及有源阻尼對提高系統抗擾動能力的有效性。4針對電網不平衡與畸變條件下PCS并網電流環的控制，首先介紹了瞬時功率計算以及參考電流給定方法。其次，分析了基于狀態反饋解耦PI與CPI控制器的DSRFC解耦有效性，以及兩者對輸出濾波器參數的敏感性。再次，討論了RCS與PSSRFPICPI控制器的暫態響應，進一步明確了兩者的內在聯系與區別。此外，分析了RCS調節系統的最佳穩定判據，并分析了閉環奇異點產生的原因，討論了基于RCS電流環的延時補償策略及有效性。最后，介紹了離散域控制器的設計，分析了PSSRFDCPI、DVPI控制器的優勢，并討論了延時補償與閉環死區補償方法。5針對PCS工作于離網模式的輸出電壓源控制，首先建立了系統在離散域的矢量模型，并以輸出電壓有效值閉環控制方式入手，闡述了離網模式對PCS控制系統的要求。其次，詳細討論了電壓瞬時值單閉環控制存在的局限性，明確了虛擬阻尼對抑制系統諧振的必要性。再次，探討了雙閉環控制結構電流內環最優增益設計準則，并以獲得最大穩定性以及提高阻尼為目標，提出了內環最優增益設計方法。此外，以被控對象最優阻尼改造為考察對象，進一步明確了電流內環的本質及其與被控對象阻尼的內在聯系。最后，詳細討論了離散域電壓控制器的設計，以基波正序電壓控制入手，介紹了PSSRF電壓控制器的延時補償與臨界阻尼增益設計方法，并進一步得到靜止坐標系DVPILC控制器，避免了坐標變換并通過將DVPILC推廣都各次諧波分量，實現了對負序以及各頻次電壓的無靜差調節。

簡介：微網是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，可以運行在并網和獨立兩種模式。微網作為一種新型能源網絡化供應及管理技術，既方便了分布式能源的接入，又可實現需求側管理及經濟運行等目標。本文圍繞微網的能量管理與優化設計、需求側管理技術集成等問題展開研究，主要研究內容包括1建立了風力發電系統、光伏發電系統、柴油發電機、冷熱電聯供系統、儲能元件、電力電子轉換元件、負荷元件的準穩態或慢動態仿真模型，為后文各種典型微網能量管理和優化設計的研究奠定了理論基礎。2針對包含海水淡化負荷的風光柴儲孤立微網系統，設計了一套實用化的協調運行控制策略，該策略以保證孤立系統的長期穩定運行，提高系統運行經濟性為目標，同時計及了各種設備的運行約束條件。利用自主研發的長時間尺度的準穩態仿真工具，進行仿真計算，驗證了本文所提方法的有效性。3提出了一種適用于并網型微型燃氣輪機冷電聯供系統的能量優化控制策略，該策略能夠使聯供系統工作在以電定冷、以冷定電、經濟最優和效率最高四種運行模式，綜合考慮是否允許發電上網、購電價格、燃氣價格和燃機上網發電價格等因素的影響，實時調整聯供系統的電出力和制冷量。4針對可再生能源波動對聯絡線功率的影響，采用家用電熱泵設備作為用戶側負荷響應控制資源，基于狀態隊列（SQ）算法控制熱泵負荷開關狀態，以響應系統負荷平衡需求，提出一種使用需求側負荷響應控制技術替代儲能，平滑聯絡線的功率波動的方法。5采用典型的帶海水淡化負荷的風光柴儲互補獨立微網做為研究對象，提出了考慮全壽命周期凈費用、可再生能源利用率以及污染物排放水平的多目標優化設計模型，可用于對微網中分布式電源和儲能系統的容量進行優化配置。

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簡介：脈沖磁元件是脈沖功率系統的重要組成部分，磁芯式脈沖變壓器體積小、成本低，是緊湊型脈沖發生器中常用的升壓設備；磁開關穩定性高，是重復頻率工作性能最優越開關器件之一?；诿}沖磁元件的重復頻率納秒脈沖源在長壽命、小型化、高重復頻率運行條件下具有明顯優勢。本文采用基于磁開關和可飽和脈沖變壓器的電路方案，詳細研究了電源的脈沖成形過程，對磁芯式脈沖變壓器諧振充電和脈沖源主回路分時拓撲電路進行理論分析。在理論分析的基礎上，需依據磁芯的脈沖磁化特性設計脈沖磁元件。對環形磁芯脈沖磁化特性測量進行分析，采用單繞組測量電路獲得磁開關用MNZN鐵氧體磁芯的磁化特性。采用雙繞組測量電路，測量了高、低剩磁鐵基納米晶磁芯在不同磁化速率下的初始脈沖磁化特性，隨磁化速率增大，平均脈沖磁導率顯著下降。測量了鐵基納米晶和MNZN鐵氧體磁芯在25150℃的脈沖磁化特性，它們的飽和磁感應強度在150℃時分別下降了163％和555。進行了脈沖磁化條件下磁芯的損耗分析，分析認為脈沖初始磁化過程中的損耗與往復磁化下不同。定義了脈沖磁化條件下的初始磁化能量損耗，包括脈沖磁化過程中通過磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗的途徑不可逆地轉變的熱能，也包括脈沖磁化暫時儲存在磁芯中的磁場能。測量了對鐵基納米晶磁芯的初始磁化能量損耗和脈沖往復磁化的磁芯損耗，初始磁化能量損耗密度與磁化速率、磁感應增量冪函數的乘積成正比，而磁芯損耗密度在一定范圍內與等值頻率成線性關系。根據理論分析和脈沖磁化特性測量結果，綜合運用理論計算、ATPEMTP仿真進行脈沖源主回路核心器件定量優化設計和樣機研制工作，理論、仿真和實驗波形對比驗證了優化設計方法的正確性。分析了可飽和脈沖變壓器重頻運行時的損耗來源，指出脈沖變壓器磁芯損耗主要來源于輸出脈沖后的回路振蕩激勵，磁芯損耗功率與脈沖源重復頻率成正比；重復頻率為5000PPS時，脈沖變壓器磁芯損耗功率約為175W。采用COMSOLMULTIPHYSICS軟件進行磁芯重頻運行溫升特性仿真，設計制作油浸式脈沖源樣機，最高連續工作重復頻率為5000PPS，磁芯表面穩態溫度80℃，輸出脈沖幅值40KV，上升時間83NS，半高寬193NS。

簡介：由于采用直驅結構，永磁同步風力發電系統實現了風力發電機與電網的完全解耦，與雙饋風力發電系統相比其運行可靠性和發電效率得以提高。但是由于并網逆變器與電網直接相連，當電網電壓發生不平衡故障時，負序分量的產生會導致逆變器輸出電流波形畸變以及功率波動。本文以電網電壓不平衡故障時的并網逆變器為研究對象，在兩相靜止坐標系下提出了基于自適應觀測器的相序分離方案、設計了相應的逆變器控制器、針對不同的控制目標計算了不同的電流指令值、并提出了協調控制策略以實現不同控制目標之間的靈活控制。在電網電壓不平衡故障時，如何快速、準確的分離出其正、負序分量是逆變器控制的基礎。本文首先基于對稱分量理論對不平衡故障時的電網電壓進行了分析；然后利用傳統自適應觀測器的數學模型，提出了改進的基于自適應觀測器的相序分離方案；最后證明了觀測器的收斂性。通過在PLECS中搭建模型并仿真，驗證了所提相序分離方案能夠快速、準確的對不平衡電網電壓進行相序分離，而且在電網電壓頻率畸變以及相位突變故障時仍舊能夠正常工作。在兩相靜止坐標系下，并網逆變器數學模型的兩相之間沒有耦合并嚴格對稱，針對這一特性設計了電流內環全階滑?？刂破?，對電流進行無差跟蹤，并達到了非奇異、去抖振的目的。由于不需要旋轉坐標變換、同步鎖相以及前饋解耦等環節，簡化了控制器設計。根據機側與網側變換器的功率關系，設計了基于機側功率前饋的電壓外環PI控制器，實現了機側與網側的協調控制，從而使電壓外環動態響應速度變快。仿真結果表明控制策略能達到預期目的。不平衡電網電壓的負序分量會導致并網逆變器輸出電能質量變差。為了解決上述問題，設計了以瞬時功率平衡、電流諧波抑制、有功功率平衡以及無功功率平衡為控制目標的電流指令值，達到了4種不同的控制效果。針對上述控制目標的特點，提出功率電流協調控制以及有功無功協調控制策略。仿真結果表明不同的電流指令值均能達到預定的控制目標，而協調控制能夠實現不同控制目標的協調、靈活控制，提高了逆變器輸出電能的質量。為了驗證所提控制策略的可行性以及有效性，在一臺3KW永磁同步風力發電系統實驗平臺上進行了相關的實驗研究。介紹了系統的硬件組成，并設計了基于TMS320F2812的DSP軟件程序。在實驗平臺上完成了相序分離、并網逆變器控制、不同控制目標以及各目標之間協調控制的相關實驗。實驗結果與分析進一步驗證了本文所提各項控制策略的正確性。

簡介：隨著電力電子裝置和非線性負載廣泛應用，電網中出現的電能質量問題也日益增多。例如諧波污染、無功問題、三相不平衡、電壓波動、電壓騾降等。因此，對解決電網電能質量問題的研究已經被人們越來越重視。統一電能質量控制器UNIFIEDPOWERQUALITYCONTROLLERUPQC，它能夠補償負載無功電流和諧波電流，同時抑制電網電壓波動、電壓閃變和各相電壓的不平衡等，用于提高電能質量的統一電能質量控制器將為解決以上的問題提供有效途徑。本文通過對改善供電電能質量實際出發，深入研究UPQC的理論、UPQC的拓撲結構、補償分量的實時檢測和控制策略。本文在詳細分析有源電力濾波器APF的基礎上，介紹了統一電能質量控制器UPQC的拓撲結構和工作原理，并對混合型UPQCUPQC與無源濾波器結合的控制策略進行了詳細的分析，最后選取三相三線制UPQC做為本文的研究對象。檢測方法和控制策略是影響UPQC補償效果的兩個重要環節，因此進行了較為詳細的研究。在有源電力濾波器APF現有補償分量檢測方法的基礎上，并結合UPQC的補償思想，理論推導了基于瞬時無功理論的PQ法和IPIQ法。由于PQ法和IPIQ法在補償信號的檢測過程中各有限制，本文提出了一種有效的檢測方法改進的PQ法。在UPQC控制策略上，側重于對逆變器控制的研究。在分析空間電壓矢量控制方法和電流滯環控制方法的基礎上，對UPQC的串聯和并聯部分分別采用了空間電壓矢量的控制策略和基于空間電壓矢量的電流雙滯環控制策略。通過對檢測和控制策略的MATLAB仿真，仿真結果驗證了文中提出的檢測方法與控制策略具有正確性和可行性。

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簡介：隨著高新技術、尤其是信息技術的發展，眾多基于計算機、微處理器、電力電子裝置控制或管理的現代化工業與民用用電設備，對電能質量更加敏感，受電能質量影響所造成的經濟和社會損失問題日趨突出，因而人們對電能質量提出了新的更高的要求。為提高電能質量，首先就必須準確、快速地分析電網中電力參數，而電力參數中引入的野值信號使電力參數分析的可靠性產生了巨大的影響，國內外大量的實踐經驗表明觀測值中即使只包含少量的野值，也可能導致分析結果明顯地偏離真實狀態。所以，野值的修正是保證后續分析的前提，也是電力參數分析中的重要課題之一。本論文就是在總結當前常用的野值修正算法的基礎上，針對本項目所處理信號強相關性特點，提出了一種基于統計學野值修正基本思想的野值修正算法基于信號強相關性野值修正算法。同時為了能夠客觀地衡量算法的優劣，本論文建立了一套算法評價體系，在此評價體系上，本論文對所討論的三種算法作了比較具體和客觀的評價。仿真計算和工程實際應用表明，該算法性能可靠、運行速度很快、簡單易行，可以有效地消除野值對后續分析的影響，提高后續分析的準確度。雖然本論文對算法的討論主要是基于電力參數信號，但是文中所提出的算法也可以應用于具有強相關性特點的多頻段、時變信號系統中。希望本論文所提出的算法及算法評價體系能對類似的研發工作有所幫助和啟發。

簡介：母線是電力系統的重要組成元件之一。目前母線保護主要采用電流差動保護原理，但其性能一直以來都受到母線區外故障TA飽和的困擾。隨著系統容量的日益增大，系統的時間常數很大，導致故障時暫態過程的延長。因此對母線差動保護抗TA飽和的能力提出了更高的要求。論文圍繞抗TA飽和的方法進行研究首先對TA飽和的機理進行深入分析，總結了目前常用的抗TA飽和的方法，其次討論了微機型母線差動保護中的各個組成元件，提出了基于對TA傳變的二次電壓進行小波變換，確定飽和入出時刻的微機型母線保護抗TA飽和的新方案；最后在MATLAB中建立母線差動保護的SIMULINK仿真模型，檢驗了各種故障情況下此保護方案的性能。

簡介：同步電動機與異步電動機相比，具有功率因數和效率高，功率密度大等優點，因而廣泛的用于驅動風機和泵類負載的場合。但是同步電動機最大的缺點在于起動困難。針對這個問題本文研究了基于自控式同步電動機原理的同步電動機軟起動器的設計，而這項技術代表了同步電機起動技術的發展方向。本文詳細分析了自控式同步電動機的工作原理和運行性能，討論了系統的數學模型和控制系統的設計問題，并給出了系統仿真以指導實際系統的設計。在理論分析基礎上設計出同步電動機軟起動器的試驗平臺，采用TI公司的TMS320F2812型DSP作為控制器組建控制系統，同時在硬件設計中還采取了大量抗干擾和提高控制精度的措施，主回路設計也考慮到了實際應用中一拖多的需求。針對高壓同步電動機場合的應用，本文還研究了高壓換流閥的設計，并通過了試驗檢驗。高壓換流閥通過晶閘管的串聯提高耐壓能力，同時導致晶閘管的串聯設計成為一個難點。此外，保證串聯晶閘管的觸發同步是另一個設計重點。為了能夠實時監測閥組的運行狀態，還設計了一套智能監測系統來保證閥組正常運行。

簡介：本文首先介紹目前電力系統中諧波電流所帶來的危害和諧波治理的必要性，對國內外的諧波治理現狀、發展趨勢及有源電力濾波器在諧波抑制中的應用前景進行分析。在回顧有源電力濾波器發展歷程的基礎上，采用以DSPDIGITALSIGNALPROCESS為核心的有源電力濾波器全數字化控制方案，提出了方案實現的框圖和系統仿真模型，并對實時諧波電流檢測和波形發生進行實驗研究，用實驗研究的結果證實理論分析和仿真模型的正確性。從電網諧波補償的工程實際問題出發，結合國內外有源補償技術的最新發展，并考慮成本、可靠性、濾波效果等幾個方面，確立以有源濾波器結合無源濾波器的混合濾波方案。著重研究混合型濾波器的結構和工作原理，通過對其數學模型的分析說明采用有源濾波器與無源濾波器并聯的混合濾波器結構最為經濟、合理、可實現性最強。通過對檢測負載電流，檢測電源電流和復合控制三種控制方法的數學模型分析選出了適合本文的檢測負載電流控制方法。同時，對基于DQ變換的實時諧波檢測算法和主電路設計進行研究。研究結果表明，檢測算法中數字低通濾波器的選擇對檢測速度和精度有很大影響。本文通過數學分析和仿真確定所采用的低通濾波器傳遞函數和諧波檢測算法的結構，給出主電路參數選擇的計算公式。在所設計出來的結構模型和計算的各個參數基礎上，進行在MATLAB環境下整個有源電力濾波器的系統仿真，在不同諧波含量的系統中考察本文所設計的有源電力濾波器的濾波效果和動態響應性能，仿真的結果說明了理論分析的正確性，同時針對實際的仿真運行環境確定主電路參數的具體取值，仿真系統為實驗研究提供了依據。最后針對實時諧波檢測和波形發生兩個環節在FREESCALE公司的DSP56F807上進行了實驗研究，實驗的結果證明了仿真的正確性和可行性。

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簡介：隨著信息技術的飛速發展，各種電子產品的尺寸在不斷地減小，工作頻率也不斷地提高。這使得產品中的電子元器件不斷地小型化、片式化。作為三大無源元件之一的電感器，由于受到自身螺旋繞線的限制，其物理尺寸已縮小到物理極限，其小型化、片式化率遠遠落后于電阻器和電容器。怎樣進一步減片式電感器的尺寸，或者在較小的面積上制備出更大電感量的電感器，成為電子產品小型化、輕型化的瓶頸，也引起了國內外眾多電感器廠商的高度重視。本文從片式電感器的起源出發，介紹了片式電感器的國內外研究和發展概況以及應用領域；闡述了其分類和特點，并以方形平面螺旋電感器為例，研究并分析其物理模型、電路模型和高頻效應。實驗中采用絲網印刷方法在AL2O3陶瓷基片上制備出尺寸為5MM5MM的片式電感器；采用普通陶瓷工藝制備了低溫燒結NICUZN鐵氧體和MGCUZN鐵氧體粉料，將該粉料采用絲網印刷方法制備了NICUZN和MGCUZN鐵氧體膜，以期能應用于制備出的片式電感器，提高片式電感器電感量并優化其性能。研究發現，刷制的低溫燒結NICUZN鐵氧體膜對制備出的片式電感器電感量提升很大，雙層鐵氧體膜將空心片式電感器的電感量從4854NH增加到6588NH，提高了3572，在150MHZ以下品質因數仍能保持在4到487之間。

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