电气工程硕士论文(精选6篇范文),电气工程论文有哪些主题

电气工程硕士论文(精选6篇范文)

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电气工程硕士论文(精选6篇范文)范文

电气工程硕士论文范文第一篇：电压暂降补偿方法的分析与研究
摘要：伴随着我国经济的高速发展与现代科学技术水平的不断进步，工业生产制造的水平日益增长，各种设备都逐渐向精细化、精密化发展。现阶段因为瞬间的电压暂降就可能引发严重的后果，许多现代化精密的仪器仪表、生产设备也开始要求具备较高的电能质量。因此本文以抑制电压暂降为出发点，对电压暂降的检测方法、动态电压恢复器（DVR）的结构选取、补偿控制策略以及控制方法这几个方面的控制技术进行研究。本文首先系统的对电压暂降进行了介绍，分析了电压暂降的特征参数和产生电压暂降的原因、危害，以及相应的抑制措施。随后对现有的部分检测方法的优缺点及应用范围进行分析比较，并通过 Matlab/Simulink 仿真软件对目前四种改进的电压检测方法进行了理论推导以及仿真分析，从而证明了改进的检测方法的有效性。其次对动态电压恢复器进行了研究与探索，包括 DVR 的工作原理，以及 DVR的结构与功能，其中 DVR 结构包括储能单元、逆变器单元、滤波器单元以及耦合单元四部分，并结合实际补偿过程，选取合适的结构。通过补偿策略相量图以及仿真对完全电压补偿策略、同相电压补偿策略以及优化能量补偿策略进行形象的分析研究，同时可得到向电力系统注入的 DVR 补偿电压幅值和相位角。
本文对传统的前馈控制和复合控制方法进行了详细的分析和研究，并提出一种改进的复合控制方法，该控制策略主要是基于 PI 控制和改进 PR 控制并联运行的SPWM 控制策略。在相应的逆变器控制中，采用电压外环和电流内环的双闭环控制方法，在电流内环中利用 PI 控制进行负载电压的动态跟踪和补偿，保证相应的电压数值稳定在合理范围，而电压外环可以对系统的指定谐波进行相应控制。分析了前馈控制以及传统的复合控制的传递函数，利用 Matlab 仿真软件得到其伯德图和阶跃响应图，为后续改进复合控制的研究奠定了基础。本文的最后在改进的复合控制方法的基础上对 DVR 补偿环节进行仿真分析，利用 Matlab 仿真软件搭建了 DVR 主电路模型。通过对模拟三相中的单相故障进行补偿，得到的仿真结果表明基于改进的复合控制方法的 DVR 补偿系统能够对电压暂降进行实时补偿，且响应速度快、抗干扰能力强、补偿精度较高。图 44 幅，参考文献 68 篇。
关键词：电压暂降；检测方法；动态电压恢复器；电压控制方法
摘要:随着中国经济的快速发展和现代科学技术的巨大进步，工业生产水平不断提高，各种设备不断完善。因此，瞬时电压骤降会在现阶段造成严重损害，许多现代精密仪器和生产设备也要求高电能质量。因此，本文重点研究了电压暂降的抑制、电压暂降检测方法、动态电压调节器的结构选择和补偿控制策略。此外，还讨论了数字视频录像机的控制方法。
首先介绍了系统的电压暂降，分析了电压暂降的特征参数和原因，电压暂降的危害，以及相应的抑制措施。然后，对现有的部分检测方法的优缺点和适用范围进行了全面的分析和比较。并通过Matlab/ Simulink仿真软件，对目前四种改进的电压检测方法进行了理论推导和仿真，证明了改进检测方法的有效性和优越性。
此外，本文还对动态电压恢复器进行了研究和探讨，包括动态电压恢复器的工作原理，以及动态电压恢复器的结构和功能。DVR结构包含四个部分:能量存储单元、转换器单元、滤波器单元和变压器单元。我们还会根据实际的薪酬流程选择适当的结构。通过相量图和仿真，直观地分析了完整的电压补偿策略、同相电压补偿策略和优化的能量补偿策略。同时，可以获得注入电力系统的DVR补偿电压幅度和相角。本文对传统的前馈控制和复合控制方法进行了详细的分析和研究，并提出了一种改进的复合控制方法。控制策略主要是基于PI控制和改进的PR控制并行运行的SP WM控制策略。在相应的逆变器控制中，采用电压外环和电流内环的双闭环控制方法，利用PI控制动态跟踪和补偿电流内环的负载电压，保证相应的电压值稳定在合理的范围内。电压外环可以相应地控制系统的特定谐波。分析了前馈控制和传统的复合控制传递函数。利用Matlab仿真软件得到波特图和阶跃响应图，为复合控制研究的后续改进奠定了基础。
最后，基于改进的复合控制方法，利用Matlab仿真软件对数字电压表补偿环节进行了仿真分析，建立了数字电压表主电路模型。通过对模拟三相单相故障的补偿，仿真结果表明，基于改进复合控制方法的数字电压表补偿系统能够实时补偿电压暂降，且响应速度快、抗干扰能力强、补偿精度高。
关键词:电压骤降，检测方法，动态稳压器，电压控制方法项目

1简介
1.1选题的目的和意义
随着科技水平的不断提高，工业生产和制造水平日益提高，各种设备都趋于精修，电能质量问题逐渐引起广泛关注。各种现代精密仪器和生产设备对电能质量有很高的要求。有时，仅仅因为瞬间的电压下降，就可能造成严重的后果，如设备的关闭，从而给企业造成巨大的经济损失。也有一些用户对电压骤降知之甚少，电能质量监控技术相对落后，往往导致巨大的直接和间接经济损失。电压骤降引发的事故已成为世界电力行业专家公认的最常见、最恶性的电能质量事故。改革开放以来，中国经济持续发展，国民生产总值持续上升。尤其是近年来，高科技发展极为迅速。无论是传统的劳动密集型生产模式，还是信息技术、医疗等新兴产业，其日常维护和研究创新都离不开电能质量的保障。然而，正是由于对它的依赖日益增加，它的缺点变得越来越明显，如电压骤降等现象带来的广泛影响和危害。
据近年统计，电压骤降问题已在全球范围内造成巨大的经济损失，并已成为各国发展中的一大问题。这是所有主要供电单位和电力用户都非常关心的电能质量问题。目前，西方国家已有许多关于电压骤降的统计和调查报告。早在20世纪90年代，英国的调查结果显示，约69%的工业用户确信电能质量问题影响了工业生产线的正常运行，而这些生产事故的调查结果显示，在这些电能质量扰动中，由短期电压中断和电压骤降造成的扰动比例约为83%，而法国的调查显示，约44%的工业用户认为电压骤降对他们的生产线有明显影响。[1]平均每年有5次严重的电压凹陷扰动，将造成设备损坏和经济损失。对于证券市场和金融业来说，数据的丢失或错误会带来巨大的经济损失和管理混乱。造纸工业通常采用连续自动化生产工艺。有些工艺会因电压骤降而导致异常运行，甚至导致整条生产线瘫痪。由于电压下降，欧洲最大的造纸厂停止了生产线。重启时间为8小时，导致240吨产品损失和140，000磅直接经济损失。半导体工业生产线上有大量的高精度控制仪表，容易受到电压骤降的干扰，导致产品报废。钢铁厂生产线上有大量的调速驱动器和电机。电压骤降不仅会导致产品报废，还会对生产线造成严重损坏。因此，在石化、纺织等行业，对生产连续性的要求相对较高，极易因电压骤降而造成巨大损失。
早在2012年，相关组织就对菲律宾电能质量问题造成的损失进行了经济调查。得出的结论是，2012年菲律宾国内生产总值为1.55万亿元，年损失达210亿元，占国内生产总值的1.34%，工业损失高达97.53%，其中71%是由于电压骤降和停电造成的，[2，3]。青岛仲达化纤有限公司尼龙化纤生产线平均每月有4-5次由分电网引起的闪络，两个车间8条生产线的闪络损耗每年至少在300万-400万元人民币之间。在浙江荣盛化纤有限公司聚酯生产线上，雷暴每年4月至9月都会造成电网闪络，平均每月两三次，造成部分设备损坏，造成二次闪络增加损失。平均而言，一条生产线每年损失80万至200万元，八条生产线一年损失相当大。冬季，新疆乌鲁木齐石化公司炼油厂500万条生产线因雾闪造成的直接损失达几百万元，闪络造成的停产、设备重置、排放管道缺陷产品等间接损失也相当可观2电压骤降的具体分析
2.1电压骤降概述
2.1.1电压骤降标准
2.1.2电压骤降的特征参数
2.2电压骤降的原因和危害
2.3电压骤降的抑制措施
2.4本章概述。
2016年6月18日，陕西省Xi市南部的一座大型城市变电站因外部原因起火，导致一起电气爆炸事故。随后导致附近三星电子集团生产车间的电源电压突然下降，导致三星电子集团生产车间的电源闪断几秒钟。一些半导体设备在检测到异常电压时会自动停止工作。生产车间的大面积设备停止运行，导致Xi安工厂损失约10%的生产率。三星工厂的事故突然发生，波及面广，造成了无法估量的损失。同时，在所有行业中，计算机半导体行业对电能质量的要求最高，尤其是对电压稳定性的要求。通过以上分析，可以发现由电压骤降引起的一系列电网供电事故给电厂造成了巨大的损失。需要注意电压跌落，否则容易发生其他事故或损失，从而造成系统事故或故障，严重影响生产和生活。电压暂降是最严重的电能质量扰动现象，已成为供电双方必须共同面对和解决的问题。科学分析和评估系统电压跌落的各种特性是掌握系统电压跌落程度、反映用户受到电压跌落过度干扰、制定控制电压跌落措施的必要前提。
1.2国内外研究现状
对于电压跌落，虽然单个电压跌落造成的危害和严重性赶不上电压中断，但由于当前电力系统的特点和技术水平，电压跌落的频率远远超过电压中断的频率。因此，从这个角度来看，电压骤降对电力系统有相当大的影响。如果任其发展，将会造成严重的干扰和影响，甚至事故。基于以上原因，我们必须控制和抑制电压骤降。在检测电压暂降时，还应进行相应的电压暂降补偿，以减少电压暂降的影响。传统的电压跌落主要集中在减少相应的短路故障次数，从而缩短相应的电力系统故障时间。然而，这种方法有很大的局限性。仅通过电力部门控制电压骤降是不现实的，其效果非常有限。另一方面，不同的电力负荷对电能质量有不同的要求和容差水平，不同的负荷有不同的标准，电力部门很难满足所有用户对电压暂降治理效果的需求。基于此，电压暂降控制设备的研究与开发成为关注的焦点，也是一种相对有效可行的电压暂降控制方法。对于重要负荷的敏感用户，可以通过电压暂降补偿设备提高电能质量。以下是电压暂降检测方法和动态电压恢复器的研究。
1.2.1检测方法的研究现状
20世纪70年代以前，人们没有正视电压骤降给我们生活带来的不便。然而，随着电力系统的产生，电压跌落对电子设备的影响越来越大，同时，人们也面临着电压跌落带来的各种损失。因此，人们也开始高度重视电压骤降，并开始相应的科研工作。20世纪80年代，人们开始研究电压跌落的检测方法，并对现有的电压跌落进行了进一步的分析和讨论。瑞典学者MathH。J.Bollen是最早关注和分析电压骤降问题的人之一。他的研究涵盖了许多相关话题，并于1992年出版了第一本关于电压骤降的书。本书深入阐述了电压骤降的原因、短期中断、电压骤降的危害、检测和抑制措施等关键内容，[5，6】。
迄今为止，一些发达国家开展了许多相关研究，并从中得出了有意义的结论。例如，美国的EPRI对电压骤降问题进行了大量监测。结果表明，几乎所有的电压跌落都将面临幅度和相角的变化。加拿大、英国等发达国家也开展了类似的电压骤降监测工作，为今后的研究积累了数据。新加坡、马来西亚和香港的电网公司也设立了专门的电能质量管理机构，主要负责[7，8]电压骤降的检测、监测和抑制。国内外已经提出了各种实时准确检测电压跌落的检测方法，包括有效值计算方法[9)、峰值电压方法[10)、缺陷电压方法、基波分量方法、dq变换6结论和前景及其改进算法、短时傅立叶变换[12)、动态测量方法[13)、小波变换[14)、S变换[15]和HHT 16)变换。文件4.2 DVR
4.2 DVR电压补偿策略
4.3.1全电压补偿策略
4.3.2同相电压补偿策略
4.3.3优化能量补偿策略
4.3.4 DVR补偿策略控制要求
4.4仿真分析
4.5本章总结提出有效值计算方法可以将电压骤降的检测时间减少近一半。
该文件还对检测到的电压骤降持续时间进行了误差分析。该方法计算简单，抗噪声能力强。文献5 DVR控制方法及仿真
5.1 DVR传统控制方法
5.1.1前馈控制方法
5.1.2复合控制方法
5.2改进复合控制方法
5.3 DVR仿真研究
5.4本章总结分析比较了电压暂降的有效值计算方法和峰值电压法。这两种方法只能检测下垂的幅度。有效值计算方法延迟半个周期，而峰值电压法抗噪性和实时性较差。早在2004年，杨亚飞就引入了基于单相瞬时电压90度延时的ab静态坐标系中的甲乙组件的构造，但这种构造方法会有延时，不能满足实时检测[17]的要求。到目前为止，许多文献已经改进并应用了这种方法。张庆超提出了一种基于导数的检测方法，在ab变换法中用导数代替相位延迟。该方法提高了[算法的检测精度和实时性。王赢在2015年提出了一种改进的延迟小角度检测方法，该方法响应延迟小，检测精度高，但不具有同时性[19]。曹灵芝在2016年提出使用频率校正来检测电压骤降，同时消除锁相环。与dq变换检测方法相比，计算量小，可以完成对电压暂降各特征量的精确检测，[20]。
1.2.2补偿方法研究现状
近年来广泛使用的几种补偿装置如下。不间断电源不间断电源不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源系统不间断电源工作原理是将蓄电池与主机连接起来。该装置效率较高，达到92%~97%，但补偿能力有限，成本较高。静态切换开关STS (Static Switcher)是一种可以在两个电源之间自动切换的系统。它采用先关后开的开关方式，为单电源负载提供双母线电源。其效率高达99%，但由于成本高，不能在生活实践中广泛应用。静止无功补偿器由晶闸管控制的开关电抗器和电容器组成。由于晶闸管的开关时间不受限制，对控制信号的响应非常快，因此当电压变化时，静态补偿器可以快速平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时可以实现分相补偿，[21]。谐振变压器CVT(ConstantVoltageTransformer)实际上是一个三绕组变压器，其初级侧为输入端，次级侧为负载端，电容用第三侧调节。其效率可达70%~75%，但体积比标准变压器大。电动发电机通过电机驱动交流发电机来稳定发电机的电压，从而为负载供电。补偿时间只有几秒钟。变压器分接头调节器TCR(TapChangingRegulator)通过调节变压器分接头的位置来调节电压骤降。反应时间为1.5个周期，只能补偿暂时的还原值。相位动态电压恢复器DVR(DynamicvoltageGulator)不能补偿电压，是一种带有储能装置的串联补偿装置。它串联在电网和敏感负载之间，具有补偿无功和有功功率的能力。当系统中出现电压下降时，用户侧的电压可以在几毫秒内恢复到正常值[22，23]。由于DVR补偿了电压骤降期间消耗的功率，所以其效率高、容量小、成本不高。面对电压凹陷问题，国内外学者和专家一直在研究动态电压恢复器。早在1996年，西屋公司就成功开发了世界上第一台数字录像机[24]。如图1-1所示，该装置应用于美国杜克电力集团的12.47千伏电力系统。该装置大大减轻了附近纺织厂长期电压骤降带来的麻烦。
ABB公司开发的动态恢复器容量为22kV/4MW。设备图如图1-2所示。它用于恢复半导体工厂的瞬态电压恢复，从而消除制造商不必要的损失。2000年，ABB开发了两套动态电压恢复器，应用于以色列的一家制造厂，以防止整个工厂因电压骤降而跳闸，避免巨大损失。
此外，许多国际科研机构也参与了动态电压恢复器的开发。目前，美国、澳大利亚、新加坡等国家已经取得了较高的研究成果并投入生产。在中国，动态电压恢复器的研究始于1998年，主要集中在一些重点大学和研究机构。例如，清华大学开发了单相实验装置，Xi交通大学开发了三相四线实验装置，中国科学院电气工程研究所和华北电力大学也取得了一些科研成果。根据我国目前的情况，虽然研究起步较晚，经验不足，但这些研究机构进行了大量的实验，分析和研究了DVR样机，这些样机需要在工业上应用，以检验是否需要改进。目前，我国主要研究分布式电源中储能单元的充放电技术。然而，选择哪种主电路结构和选择高电压水平的控制方法需要教师、学生和学者的力量来不断完善这项研究。动态电压调节器串联安装在服务器和系统电源之间，可以避免系统电压干扰造成的计算机和服务器故障数据的丢失，从而提高计算机系统的安全性和可靠性。它也可以串联连接在敏感负载和系统电源之间，以避免由系统电压干扰引起的敏感负载的异常操作[25]。例如，在半导体工厂的电源和功耗负载之间，它可以避免由于系统电压波动、下降和闪烁引起的大量废品和巨大的经济损失[26，27]。小容量单相动态调压器可以应用于家庭，起到调压器的作用，同时由于其成本低廉，具有广阔的市场前景。在动态电压恢复器DVR系统中，为了获得DVR需要补偿的电压值，增加了补偿电压的控制环节，同时作为电压调制波信号提供给逆变器。目前，现有的控制方法主要分为整流器控制和逆变器控制，其中逆变器控制方法分为线性控制和非线性控制。一般认为，线性控制根据其控制机理可分为前馈、反馈和复合控制模式。其中，前馈控制具有响应速度快的明显优势，但其对负载的适应性差也极大地影响了这种控制方法在实际应用中的应用范围。相反，反馈控制模式的负载适应性明显优于前馈控制，但也有不可忽视的应用缺陷，即来自于更困难的参数设计过程。对于系统模型分辨率不清晰、系统参数不稳定的控制对象，非线性模式的效果优于线性模式。目前，大量研究引入了模糊控制、人工神经网络控制、变结构控制、无差拍控制、单周期控制等非线性控制方法。进入数字录像机系统的研究，期待带来更大更好的变化[28]。

1.3本文的主要内容
本课题主要研究电压暂降的检测和补偿方法，系统分析现有的检测方法，重点研究近年来提出的新的检测方法。重点研究了动态电压恢复器的结构、补偿策略和控制方法，提出了一种改进的复合控制方法。最后，利用Matlab仿真软件对上述检测和补偿方法进行了验证。
(1)详细介绍了电压跌落的概念、现状和研究成果，分析了电压跌落的根本原因和危害。最后，分析了电压跌落相关特征参数的意义。同时，根据理论研究结果，提出了解决电压跌落问题的解决方案和初步措施。
(2)分别研究了最常用的电压暂降检测方法。针对现有各种方法的不足，重点研究了基于传统ab变换检测方法的推导检测方法、改进的延迟小角度检测方法和基于频率校正的检测方法。对上述方法进行Matlab仿真研究，以指导以后的实际应用。
(3)介绍数字电压表的工作原理、结构和功能，特别是数字电压表系统的电压补偿策略。分别研究了DVR系统中各单元(储能单元、逆变单元、滤波单元和耦合单元)的原理，并根据各单元的特点选择最合适的功能单元和逻辑结构，形成一个改进的DVR系统。最后，根据相量图，对三种典型的电压补偿策略进行了详细的分析和研究。(4)分析和研究数字电压表工作时可用的不同控制方法，研究传统前馈控制和复合控制。
针对上述主要控制方法，提出了一种改进的复合控制方法。该控制策略主要基于PI控制和SPWM控制策略，并改进了并联运行的PR控制。SPWM技术在数字电压表逆变器控制中的应用可以进一步提高逆变器的运行性能。最后，通过Matlab仿真软件对DVR补偿装置进行了验证。

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[4]

3电压骤降检测方法研究
3.1通用检测方法
3.1.1均方根检测方法
3.1.2峰值电压检测方法
3.1.3基波成分检测方法

3.2可检测相位跳变的检测方法
3.2.1单相电压变换平均检测方法
3.2.2瞬态电压dq分解检测方法
3.2.3传统α β变换检测方法

3.3改进的检测方法
3.3.1导数检测方法
3.3.2改进的延迟小角度检测方法
3.3.3基于频率校正检测方法
3.4实验结果和模拟
3.5本章总结

4 DVR结构选择和补偿策略
4.1 DVR结构选择和功能
4.1.1储能单元
4.1.2逆变器单元
4.1.3滤波器单元
4.1.4耦合单元

[9]

[10]

[11]

6.1结论
通过对电压凹陷检测和补偿方法的研究，本课题系统分析了现有的检测方法，重点介绍了近年来提出的新的检测方法。同时，重点研究了动态电压恢复器的结构、补偿策略和控制方法，提出了一种改进的复合控制方法。最后，利用Matlab仿真软件对上述检测和补偿方法进行了验证。
(1)首先，系统地介绍了电压跌落，分析了电压跌落的特征参数，电压跌落的原因和危害，并提出了相应的抑制措施。然后，根据能否检测到相角跳变，对现有的一些检测方法进行了分析比较，并通过Matlab仿真软件对近年来提出的几种新的电压暂降检测方法进行了仿真分析，从而证明了新检测方法的有效性和优越性。
(2)其次，对数字电压表的工作原理、结构和功能、补偿策略和控制方法进行了分析和研究。其中，利用补偿策略的相量图分别详细说明了全电压补偿、同相电压补偿和优化电压补偿三种补偿策略，并通过仿真说明了它们的优缺点。同时，对数字录像机的控制方法进行了分析。现有的控制方法主要分为整流器控制和逆变器控制。逆变器控制方法分为线性控制和非线性控制。
(3)重点介绍和分析了传统前馈控制方法和复合控制方法。在此基础上，提出了一种改进的复合控制方法。该控制方法可以降低系统侧电压对控制结果的影响，保证负载电压的控制精度，提高系统负载的适应性和抗干扰能力。利用Matlab/Simulink仿真软件对传统前馈控制方法和复合控制方法的传递函数进行仿真，并进行详细的分析和研究，为复合控制策略的后续改进提供参考。
(4)最后，提出了一种改进的复合控制方法。该控制策略主要基于PI控制和SPWM控制策略，并改进了并联运行的PR控制。SPWM技术在数字电压表逆变器控制中的应用可以进一步提高逆变器的运行性能。基于改进的复合控制方法，对数字电压表补偿环节进行了仿真分析，并用Matlab仿真软件建立了数字电压表的主电路模型。仿真结果表明，基于改进复合控制方法的电压凹陷补偿系统能够实时补偿电压凹陷，响应速度快，抗干扰能力强，补偿精度高。
6.2前景
本课题主要研究电压暂降的检测方法和补偿措施。但是，由于时间和条件的限制，还没有完全解决存在的问题，还有以下几个方面需要改进:
(1)本文只分析研究了现有的电压检测方法，没有锁相环的检测方法不够完善，频率校正环节还可以进一步研究。
(2) DVR补偿策略尚未深入研究。今后，可以对优化后的能量补偿策略进行深入分析。虽然它减少了有功功率的注入，并使数字电压表能够在更长的时间内补偿电压骤降，但也会有一定的相位跳变。如何改善现有的相位跳变问题是我今后需要解决和研究的问题。由于我能力有限，如果这篇文章有什么问题，我恳请所有专家和教授批评和纠正我。
参考

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