风电变流器输出电能质量监测方法研究

【摘要】： 由于风电的随机性、无功的补偿、风电机组在连续运行或者切换操作等可能会引起电压波动和闪变等问题。而且,风力发电系统普遍采用了基于变流器的变速恒频技术,这也导致了大量高次谐波注入电网,对电力系统的正常运行带来了严重的影响。因此,研究风电变流器输出电能质量在线监测技术,对优化风电厂操作、提高风电场电能质量具有较大的实际意义。 本文以永磁同步发电机风力发电变流器输出波形为研究对象,以电能质量指标为依据研究了风电变流器的运行状态的在线监测技术,包括: 1)建立了永磁同步发电机风力发电变流器的matlab模型,通过仿真验证模型的正确性;以该模型输出波形为对象,提出了适合风电变流器电能质量监测的电参数、谐波参数、功率参数、闪变检测参数的计算方法。 2)设计了一种基于二抽取的形态学滤波器用于对电能质量监测数据进行滤波。波形数据通过固定结构元素的形态学滤波器后对其进行二抽取,从本质上扩大了结构元素的宽度,又提高了滤波精度;研究了基于形态梯度阈值的故障信号检测方法,实现了电压、电流波形变化趋势发生突变的实时检测,仿真结果证明了方法的有效性。 3)为解决电能质量数据存储和传输的大数据量问题,提出了基于DCT的平均能量阈值的电能质量压缩方法,将一维电能质量数据转化成二维数据,并对其进行分块DCT处理,将DCT系数矩阵按照能量级别相同进行重排,通过计算分块矩阵的平均能量,然后通过设定阈值的方法舍弃一部分系数,实现数据压缩,通过实验仿真证实了其压缩效率高。 最后,设计了基于TMS320F2812+Atmage64的双CPU结构的数据采集及处理系统,进行了电能质量的三相电压、电流的监控,开发了上位机软件实现了电能质量波形数据分析,实验结果表明设计方案的有效性。 【关键词】：风力发电 电能质量 变流器 数学形态学 数据压缩
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 研究现状9-14
• 1.2.1 风力发电技术9-11
• 1.2.2 电能质量监测系统11-12
• 1.2.3 电能质量监测算法12-14
• 1.3 本文主要的研究工作14-15
• 第二章 风力发电变流系统及其电能质量参数15-32
• 2.1 风电变流系统15-18
• 2.1.1 变速恒频风电变流系统15-16
• 2.1.2 并网逆变电路的仿真模型16-17
• 2.1.3 并网逆变电路的仿真结果与分析17-18
• 2.2 电能质量指标18-19
• 2.3 电参量计算19-22
• 2.3.1 有效值计算19
• 2.3.2 电压、电流参数19-21
• 2.3.3 频率测量21-22
• 2.4 谐波参数22-29
• 2.4.1 傅立叶级数22-24
• 2.4.2 从DC到50th的每次电压、电流谐波的有效值24-25
• 2.4.3 谐波功率25
• 2.4.4 谐波畸变率25-29
• 2.5 功率参数29-31
• 2.5.1 单相平均功率参数29-30
• 2.5.2 总功率参数30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 基于数学形态学的滤波器设计与畸变波形检测32-42
• 3.1 数学形态学32-33
• 3.2 基于二抽取的形态学低通滤波器33-38
• 3.2.1 总体设计33-34
• 3.2.2 结构元素34-35
• 3.2.3 二抽取以及插值35-36
• 3.2.4 仿真与分析36-38
• 3.3 形态梯度故障检测38-40
• 3.3.1 形态梯度38-39
• 3.3.2 奇异点检测39-40
• 3.4 形态学算法速度对比分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 基于DCT的平均能量阈值的电能质量压缩方法42-52
• 4.1 离散余弦变换(DCT)42-43
• 4.2 数据压缩算法43-47
• 4.3 数据重构和算法评估47-49
• 4.3.1 数据重构47-48
• 4.3.2 算法评估48-49
• 4.4 仿真实例49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 电能质量分析平台设计与实现52-70
• 5.1 系统概述52
• 5.2 硬件设计52-57
• 5.2.1 硬件总统设计52-53
• 5.2.2 传感器53-54
• 5.2.3 调理电路54-55
• 5.2.4 TMS320F2812核心电路55-56
• 5.2.5 以太网接口56-57
• 5.3 DSP软件设计57-59
• 5.4 单片机软件59-63
• 5.4.1 以太网软件59-61
• 5.4.2 显示程序61
• 5.4.3 SPI通信61-63
• 5.5 系统调试63-70
• 5.5.1 硬件63-64
• 5.5.2 电能质量监控软件64-66
• 5.5.3 电能质量分析软件界面66-70
• 第六章 结论与展望70-71
• 6.1 结论70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间的主要研究成果78

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