2021年专业工程硕士论文

这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。工程硕士专业学位侧重于工程应用，主要是为工矿企业和工程建设部门，特别是国有大中型企业培养应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。（以上内容来自百度百科）今天为大家强烈推荐一篇工程硕士论文，供大家参考。2021年专业工程硕士论文第一篇第1章绪论1.1课题研究背景与意义电力系统次同步振荡（Subsynchroiious Oscillation, SSO)是电力系统中的机械部分与电气部分发生的动态相互稱合作用和能量互换过程,其主要危害外送火电机组轴系安全，持续的轴系扭振能造成发电机轴系的疲劳累计，降低发电机轴系的使用寿命，短时间的暂态力矩放大也可直接导致发电机轴系的断裂。早在1970-1971年，在美国Mohave电厂发生了两起由于汽轮发电机组与串联电容补偿输电线路之间的相互作用而引发的发电机组轴系次同步扭振事故，均导致机组大轴损毁。1977年在美国Square Butte电厂的轴系扭振事故是世界上第一例由HVDC引起的汽轮发电机组次同步振荡问题。从上世纪八十年代开始，我国电力系统中由轴系扭振导致事故的报道不断发生。1984年3月神头电厂3号机组在进行试验时，发生轴系扭振，高中压虹螺栓遭到不同程度的破坏。1988年12月，陕西秦岭电厂5号机组的轴系在运行中发生强烈的次同步振荡，引起轴系断裂事故。2008年伊敏电厂二期机组由于频繁出现的轴系扭振，导致发电机大轴出现严重裂纹。托克托电厂、上都发电厂等大容量机组都存在不同程度的次同步振荡问题，严重威胁电力系统的稳定运行。1.2交直流系统引起的次同步振荡问题研究现状1.2.1电力系统次同步振荡分析方法对于次同步振荡问题的重视起源于上世纪七十年代发生在美国Mohave电厂的轴系扭振事故，时至今日较成熟稳重的电力系统次同步振荡问题分析方法主要有：机组作用系数法复转矩系数法特征值分析法、时域仿真法。其中机组互相作用系数法是粗选方法，细选方法包括特征值分析法、时域仿真法、复转矩系数法。时域仿真方法即通过电磁暂态仿真程序建立包括串补、线路、系统网络、发电机定子、转子、轴系模型在内的仿真系统，通过时域求解的方法模拟系统故障或扰动过程，从而求得发电机转子轴系相邻质量块之间的扭矩，通过扭矩变化波形判别发电机轴系是否存在SSR问题，这是目前研究SSR比较精确的方法。与频率扫描、复转矩系数等方法不同，它可以精确模拟线路开关操作、各种类型的故障等，既可以研究机电扭振互作用、感应发电机效应引起的SSR,并且是迄今为止研究暂态力矩放大现象的唯一方法。时域仿真法的优点是可以得到各变量随时间变化的曲线，可适用于电力系统在各种大扰动下的暂态分析，是分析暂态力矩放大作用引起的SSR的主要工具。该方法的缺点是难以鉴别各个扭振模式及阻尼特性，需要与数据处理配合分析模态信息；难以鉴别各个扭振模式和阻尼特性，难以从物理概念上解释次同步振荡产生的机理、影响因素及预防对策，对于阶数较高的系统计算效率比较低。此外，由于仿真中机组轴系使用的是弹簧一质量块模型，需要输入质量块的机械阻尼系数和弹簧块的弹性系数，而目前机械阻尼测得的是模态下的阻尼，将它转化为弹簧一质量块模型下的阻尼是有困难的，这就为时域仿真法的实现增加了难度。第2章交直流系统次同步振荡建模与影响因素研究次同步振荡建模是研究电力系统次同步振荡的基础。本章详细论述了HVDC系统引起次同步振荡机理，在此基础上基于灵敏度分析方法研究了发电机组轴系多质量块建模问题，同时采用特征值分析法分析了直流系统控制参数对机组次同步振荡的影响特性，为进一步分析次同步振荡抑制方案打下基础。2.1 HVDC引起次同步振荡机理研究表明HVDC系统与邻近发电机组发生扭振相互作用是由HVDC系统的快速闭环控制引起的图2-1为单机经双端直流系统向无穷大系统供电示意图，其中，，r为定电流控制的放大倍数和时间常数；cos#为整流侧功率因数；P = |为微分算子；^/'2和/'2。均为相应的空间向量(瞬时值)在同步at坐标中的幅值和幅角；n和n分别为整流侧和逆变侧换流变压器的变比；X'和X;分别表示整流侧和逆变侧内电抗；《。为整流侧控制器的输出；《为整流侧实际触发角；直流线路只计及电阻HVDC引起的SSO的公式推导如下[16]。第3章 网侧SSDC解耦控制研究............................... 36-50 3.1网侧SSDC解耦控制的提出.............................. 36 3.2 SEDC与SSDC解耦控制.............................. 36-38 3.3 SEDC与SSDC抑制作用.............................. 38-45 3.4 算例分析 ..............................45-49 3.4.1 频域分析.............................. 45-48 3.4.2 时域仿真验证.............................. 48-49 3.5 本章小结.............................. 49-50第4章 直流附加次同步振荡阻尼控制器.............................. 50-56 4.1 引言 ..............................50 4.2 宽频附加次同步振荡阻尼控制器设计.............................. 50-52 4.2.1 SSDC抑制次同步振荡原理.............................. 50-51 4.2.2 宽频SSDC设计.............................. 51-52 4.3 SSDC抑制效果分析.............................. 52-55 4.4 本章小结.............................. 55-56第5章 结论与展望 ..............................56-57 5.1 全文总结 ..............................565.2 研究工作展望 ..............................56-57结论我国能源与负荷严重不均衡，西电东送;和南北互供;是满足中东部电力需求的必然要求。为实现电力的大容量远距离输送，HVDC技术和串联电容补偿技术得到了广泛应用，具有全国联网特点的交直流混合电力输电网络正在形成。本论文重点研究了交直流系统次同步振荡的抑制原理，成果总结如下：(1)在求解次同步振荡自然扭振频率的基础上，分别基于特征向量法和特征多项式法计算自然扭振频率对轴系参数的灵敏度，进一步分析了轴系参数对自然扭振频率的影响特性，为发电机轴系建模提供指导。针对直流控制器的不同PI控制参数组合，釆用特征值分析法分析次同步模态特征根实部的变化，分析直流控制器参数变化对直流引起的次同步振荡的影响。(2)针对呼辽直流工程出现的交直流次同步振荡问题，首次提出在发电机侧施加附加励磁阻尼控制器和在网侧施加附加次同步振荡阻尼控制器来抑制交直流混合电力系统次同步振荡的方案。从SEDC和SSDC作用原理上分析了两者相互解耦控制作用，并使用复转矩系数法证明两者之间相互解耦的结论，最后频域系统分析和时域仿真验证了结论的正确性。(3)对于HVDC引起的次同步振荡抑制策略，详细论述了宽频带附加次同步振荡阻尼控制器原理和设计思路。以伊敏工程为例，针对直流引起的次同步振荡最严重的孤岛运行方式采用测试信号法测得系统次同步频带内需要补偿的相移，基于相位补偿原理设计了宽频带附加次同步振荡阻尼控制器，最后采用时域仿真法验证了所设计控制器的有效性。2021年专业工程硕士论文第二篇第1章绪论1.1本文的研究背景及意义随着经济的快速发展，汽车交通工具已经成为现代经济的重要支柱。在能源短缺、环境污染严重的背景下，电动汽车作为一种新型交通工具和谐发展等方面具有传统汽车不可比拟的优点，目前己成为各国政府、汽车制造商、能源企业研究的重点内容。1.1.1能源与环境问题石油资源紧缺的问题日益显著。目前世界巳探知的石油总储量预计只能供人类使用40余年。虽然石油问题已经十分严重，但是各国的汽车用油总量依然居高不下，汽车每年消耗的石油量约占石油消耗总量的40%。而在我国，汽车的耗油量快速增长。2007年，汽车消耗汽油达到4894万吨，占汽油消耗总量的87%。关于数据显示，到2021年巾国将会有超过一亿吨的石油用于汽车的使用。由此可以看出，汽车业对能源的消耗是巨大的。汽车尾气污染已经成为城镇主要的污染源之一。随着全球人口和经济规模的不断增长，大量石化类能源使用所带來的环境问题为人们所认识，包括光化学烟雾和酸雨等的危害，而C02的含量过高导致全球气候变化也受到了世界各国的重视。传统的燃油汽车大多具有污染严重、能耗高等特点，已经成为危害人类生存环境的元凶。据我国首个城市污染源普查公报显示，机动车氮氧化物占排放总量的三成以上联合国开发计划署《中国人类发展报告》指出，当前全球空气污染最严重的20个城市中，中国有16个，因此发展电动汽车代替传统燃油汽车成为减轻城镇大气污染的有效措施。从以上的能源问题和环境问题可以看出，发展电动汽车产业是未來的一个必然趋势，对电动汽车的研究也是将会是一个重点内容。1.2动力电池及其充放电装置研究1.2.1动力电池电池的最开始使用可以追溯到500多年前。1859年，法国科学家普兰特发明的铅酸电池是历史上第一个可以被反复充电的电池, 1889年-1891年，瑞典的扬格纳和美国的爱迪生相继研究出来了键铁电池和镍镉电池。之后，随着镍氧电池、锂电池的出现，电池各方面性能都得到了明显的改善。现在，铅酸电池、媒镉电池和锂电池被作为动力源广泛的使用。铅酸蓄电池是技术最为成熟稳重、应用历史最长的蓄电池，以其制作工艺完善、放电性能良好、成本低廉等优点在电动自行车和电动摩托车得到广泛的应用。但是本身又有很多明显的缺点,比如质量比能量小，严重影响了其在电动汽车技术的应用，特别是主要原材料铅是有污染的，目前正面临逐步淘汰。媒镉蓄电池是一种碱性蓄电池，极板强度较高，工作电压稳定，可以浮充电，也可以快速充电，键镉蓄电池的过充电和过放电性能好，有高倍率的放电特性，瞬时脉冲放电率也很大，放电深度也好，但是由于其具有记忆效应、含重金属存在环境污染等问题，而没有被推广使用。锂电池的优点相对于前两者显得十分突出，它具有比能量大、単体工作电压高、充放电效率高、使用时间长和污染性小等特点。锂电池的能量密度基本是镍镉电池的2倍；準体电池的工作电压为3.6V，相当于三个镇镉电池串联在一起使用，因此能减少电池使用的数量减小因为携带电池所消耗的能量，从而可使电池因为个体差异而产生的充放电不均匀性的现象大大减少，从而延长了电池的使用时间。自推出以后，锂电池便以其优良的性能得到人们的普遍认同、技术上也获得了很大的突破。所以本文选择锂电池为储能系统的动力源，并对其进行相关的研究。由于本文主要运用PSCAD作为仿真软件，所以如何在PSCAD中搭建电池模型也是本文研究的一个重点内容。第2章裡电池原理模型搭建与其充放电策略的研究本文研究的电动汽车储能系统是针对电动汽车的动力电池的，通过1.2节中几种电池特性的对比可以看出，锂电池相对其他屯池来说有着显著的优点，因此本文考虑在PSCAD中搭建锂电池模型。2.1裡离子电池2.1.1锂电池的基本原理锂离子电池是指把锂离子化合物作为正极材料的一类电池的总称。锂离子电池充电时的反应化学方程式如式(2-1)和式(2-2)所;IF.极：等元素，而放电反应方程式则是式(2-1)和式(2-2；)的逆过程。在锂离子电池充电的过程中，电池的正极反应中产生了电子和锂离子。所以充电时，在外电路的电流的方向为从电池的负极流向电池的正极。同时，在电池的内部，正电荷即锂离子从电池的正极流向负极。放电过程正好与上述过程相反。在整个锂离子电池充放电的过程中，锂元素始终保持离子形态，在电池的正负极之间嵌入和脱出，因此锂离子电池也被人们形象地成为摇椅电池;問。2.1.2裡电池的主要参数(1)电池的容量：电池的容量是指完全充斥着电之后的电流在指定的条件下放电到终止电压时输出的总的电量。对于电池的容量，包括理论容量、实际容量、额定容量、剩余容量、/小时率放电容量等。(2)电池的放电制度：电池的放电制度主要包括放电率、放电形式、终止电压和放电时的温度。在研究电池容量的时候需要指定统一的放电电流，一般用n小时率來表示。如果某电池以固定电流进行放电，电池用《个小时放出的容量为额定容量，这个放电率便称为称为《小时放电率。(3)电池的能量：电池的能量是指电池在特定的放电制度下所能够提供的电能，单位为W.h。(4)能量密度：电池的能量密度有质量能量密度和体积能量密度之分，质量能量密度是指单位质量的电池所能够提供的电能。体积能量密度是指单位体积的电池所能够提供的电能。第3章 充放电装置拓扑数学模型...............................24-36 3.1 主电路拓扑的选定 ...............................24-25 3.2 变流器的数学建模和参数设计............................... 25-29 3.2.1 变流器的数学模型 ...............................25-28 3.2.2 变流器的参数设计 ...............................28-29 3.3 双向DC/DC变换器的建模...............................29-35 3.4 本章小结 ...............................35-36第4章 充电环节的控制策略的研究............................... 36-49 4.1 充电方法的研究............................... 36-37 4.2 充电系统对电力系统的影响 ...............................37-40第5章 V2G控制技术研究............................... 49-60 5.1 储能系统回馈电网的控制策略............................... 49-54 5.2 基于PSCAD的仿真验证............................... 54-57 5.3 硬件实验的验证 ...............................57-59 5.3.1 DSP/FPGA控制器 ...............................57-58 5.3.2 实验波形 ...............................58-595.4 本章小结 ...............................59-60结论本文针对电动汽车储能系统，提出了基于三相PWM变流器+双向DC-DC变换器的双向充放电拓扑装置，并对其进行了细致的研究。研究的工作主要结论如下：(1)对常用的Shepherd锂电池模型进行了相应的改进，并据此在PSCAD中搭建了锂电池模块，并给出该模块各个重要物理量随时间变化的波形图，其所得结果与锂电池的理想情况相符合。分析了锂电池的充放电控制策略，并给出了控制流程图。(2)对于锂电池的充电方法，阐述了先恒流后脉冲电流充电的二阶段充电方法，并讨论了该方法的可行性。然后运用PSCAD对一般充电机对电力系统造成的不利影响进行了仿真，发现一般的充电机会对电力系统注入大量谐波，并影响功率因数。针对这一点提出了一种电压外环功率内环的直接功率控制方法：对于电压外环控制，运用了重复控制思想，可以增加系统的稳定性；对于功率内环控制，在原有的六区间的空间矢量方法基础上，拓展出了十二区间空间矢量控制方法，增加了控制系统的动态响应，并对该方法进行了仿真验证。(3)研究了电动汽车储能系统在闲置过程中将电能反馈到电网，对电力系统进行无功补偿和谐波治理，直流母线电压的稳定由双向DC/DC变换器的控制来完成；对于三相PWM变流器的控制，釆用一种基于功率和谐波解耦的控制方法，然后使用PSCAD对其进行了仿真验证，最后用FPGA+DSP的硬件系统对所阐述的控制方法进行了实验。2021年专业工程硕士论文第三篇第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义理想电力系统的电能属性具有牟一波形及频率、若干电压等级的特点。电能传输的最高效率模式为电压、电流同样波形并且同频同相位，这同样也是电力产品生产、输送、转换并保证电网安全的最佳电能形式。随着现代工业的迅猛发展，大量非线性负荷在工业以及电力系统中得到广泛应用，这些非线性装置在提高电能的二次利用率、节约能源等方面起了重要作用。然而，屯力电子非线性以及多样性的特点使大量谐波注入到了电力系统中，使系统的功率因数降低，其造成的危害严重。同时谐波还会使旋转设备产生附加损耗、加速绝缘老化，缩短使用寿命。其次，谐波还会对其它设备和装置产生扰动、使继电保护装置误动作等，严重的威胁着电网的安全运行以及电能质量，此外，谐波还干扰其附近的通信系统，使其无法正常工作，具有较大的危害性。因此，考虑到系统的安全经济运行以及用户用电设备和电能质量，应对谐波源的位置、谐波幅值的大小等问题加以研究分析，采用相应的技术方法进行谐波源的定位，以便采取措施进行谐波的抑制，或改善系统的运行方式，保证系统安全。谐波现实估计技术(Harmonic State Estimation,HSE)利用安装在系统部分母线及线路上的同步谐波量测设备所提供的数据，按照相应的估计准则，推断出整个电网的支路谐波电流与节点谐波电压现实，从而分析找出系统中的谐波源位置。谐波现实估计是近年來逐步发展起来的一项有效谐波监控与分析技术。谐波现实估计问题的提出是电网谐波监控经济发展的客观需要。在电网的所有节点全部安装谐波量测设备诚然可以实现对全网谐波的实时监控，然而，电力系统的母线节点数量众多，昂贵的设备造价将使安装监测设备的投资巨大，使得这种方法难以在系统中推广应用。现实估计技术利用少量安装于特定节点的量测设备的同步监测信息，可计算完整而准确的全局电气量。谐波现实估计技术的发展与应用，可以克服谐波扩散方法现存的弱点，是加强电力系统谐波管理、深化谐波问题分析的可行之路。谐波现实估计技术能够实现整个电网级别的谱波监控与分析。只有了解谐波幅值大小，并进一步确定谐波源的位置和性质，才能在系统中快速有效的装设电力滤波装置，或者利用系统自身的特点调整系统的运行方式，这样将显著的降低系统的谐波水平，减少谐波对电力设备和通信线路的干扰和危害，保证系统的安全经济运行。1.2谐波现实估计研究发展概况谐波现实估计技术的研究属于网络谐波分析的范畴。然而，谐波现实估计的前提要进行谐波的监测，这就必然带来量测点的优化配置问题。以下从估计算法和优化配置方面阐述谐波现实估计研究国内外发展情况。1.2.1谐波现实估计算法电力系统传统现实估计是在系统三相平衡且对称、电压电流的幅值和频率为恒定的正弦波条件下提出的，系统的基本结构为单相单频率模型，且选择的量测量为非同步测量的功率和电压。相比而言，谐波是由多个频率的电压电流共同作用的结果，且要做到对谐波的准确估计需同步量测。由此，基于谐波测量的特点，需考虑新的算法以适宜于谐波现实估计。国外对于谐波现实估计问题研究较早，1989年著名学者Heydt在文献中提出一种基于最小方差估计的谐波源识别方法，选用节点注入和线路的视在功率作为量测量，建立了基于关联矩阵的量测量与现实量之间的数学模型，为减少未知现实变量的数目并降低计算量，该文将母线节点分为非谐波源以及可疑谐波源两种类型。然而，在波形发生畸变的状况下，对于无功功率的理解学术界尚未达到统一认识，因此采用视在功率作为量测量进行现实估计的方法欠缺说服力，但该文的研究开创了谐波现实估计研究的先河，具有重要的意义。第2章谐波现实估计基础传统现实估计系统的基本结构为单相单频率模型，且选择的量测量为非同步测量的功率和电压。相比而言，谐波是由多个频率的电压电流共同作用的结果，且要做到对谐波的准确估计需同步量测。基于二者的区别，本章主要阐述基于同步相角PMU(Phasor Measurement Unit)测量的谐波现实估计量测系统和相应的量测方程，介绍现实估计领域具有代表性的最小二乘算法及具有鲁棒性、收敛速度较快等优良特性的粒子群算法。2.1谐波现实估量测系统2.1.1相量量测技术截止2021年7月，我国已成功发射北斗系列导航卫星九颗，北斗卫星导航系统可以提供定位、测速与授时服务。电力系统现实估计仅利用导航系统的精确授时技术对系统范围内监视控制和谐波量测进行精确的时间同步，从而使分布在不同厂站的数据采集装置的釆样时刻被同步到同一个时间基准，即同步采样。和SCADA数据相比WAMS测量增加了测量类型相角测量，具有测量数据精度高、同步误差小、速度快等优点。目前，一台测地型接收机的价格大约为几千元，其相比单台PMU的价格还要高很多，因此，为了减少设备的投资费用，同一发电厂或变电站内的谐波量测设备应当充分利用信号资源而尽量公用一台GPS接收机，也就是说，如果量测子站安装了 GPS接收器，则配置的量测设备越多，则单台谐波量测设备的额外造价也就越低。因此，为减少相对投资费用，可以考虑在安装了 GPS接收器的变电站或发电厂对其进行全量测。第3章 谐波现实估计的可观性分析.........