电力电子技术在光伏系统的应用

2024-11-28

电力电子技术在光伏系统的应用（精选14篇）

1.电力电子技术在光伏系统的应用篇一

通过对电力电子技术在电力系统中的应用进行分析后可知，动态电压恢复器是基于电力电子技术的重要装置，在电力系统中取得了积极的应用效果，对满足电力系统运行需要，提高电力系统运行质量起到了重要的促进作用。结合动态电压恢复器的实际使用，动态电压恢复器的特点主要表现在以下几个方面：

3.1动态电压恢复器可以认为是动态受控的电压源

动态电压恢复器在整个配电系统中起着电压源的作用，可以通过一些控制方法和手段减少能量消耗，减轻其对电压的不良影响，避免了电压跌落、电压不平衡及谐波等的产生。

3.2动态电压恢复器可以消除负荷电压对电压系统的影响

在电力系统运行过程中，负荷电压容易对电压系统造成不利影响，应用了动态电压恢复器之后，可以提高电压的稳定性，保证电力系统电压稳定运行，充分满足电力系统运行需要，使电力系统在整体运行效果上达到预期目标，稳定了电压系统。

3.3动态电压恢复器可以补偿电压跌落

当直流侧能量通过从系统整流获得时，在系统侧即使发生单相故障，其它两相仍可以提供电能来维持DVR的正常运行，补偿长期的电压跌落也成为可能。而动态电压恢复器可以有效地防止因电压跌落造成的系统故障，延长了设备使用寿命。基于动态电压恢复器的.特点，在电力系统运行过程中，动态电压恢复器的应用，可以有效解决电压跌落问题，并在电压跌落过程中进行及时的补偿，保证电力系统在运行中的稳定性满足实际要求，由此可见，动态电压恢复器对补偿电压跌落具有较为明显的效果。

4结论

通过本文的分析可知，在电力系统运行过程中，电力电子技术的应用是保证电力系统稳定运行的关键。从当前电力电子技术的发展来看，基于电力电子技术的有源滤波器、静止同步补偿器装置和动态电压恢复器，为提高电力系统运行质量提供了有力支持。为此，我们应明确电力电子技术的优点，推动电力电子技术在电力系统中的全面应用。

作者:李伟林丽向超

单位:国电哈密能源开发有限公司

2.电力电子技术在光伏系统的应用篇二

近年来,国内的光伏行业迅速崛起,行业兴起的同时,用户的需要也越来越成熟化,高效、可靠、低成本等关键词已成为行内热门话题。经过国内外各光伏设备厂商的多轮激战和努力,光伏产品的高效、可靠等状态已趋于稳定,而价格战依然硝烟四起,监控系统在整个光伏电站的成本中占有相当大的比例, 降低成本必须要深度开展。随着行业的发展,数字化智能电网的需要越来越明显,监控系统的要求越来越高,这就对监控系统提出了更高的要求,降低成本的同时,要提高性能和质量,靠传统的降低通信设备、线缆等器材质量的方式是不行的,所以对于这种降低成本的需求需要靠技术创新实现。

在传统的监控系统中,采用星形网络拓扑,光伏区各个子方阵的光缆汇聚到中控室,这种方案通信可靠,但是中控室汇聚线缆繁多,不便于管理,而且线缆成本较高。本文结合以太环网通信技术,设计了一种高效、可靠、低成本的光伏电站监控系统方案,并根据实际应用情况进行了分析。

1系统组成

基于以太环网的光伏电站监控系统网络架构如图1所示。

监控系统主要由以下4部分组成。

1)1 MW发电设备。光伏电站1 MW方阵的发电设备包括逆变器、汇流箱、箱式变压器、环境监测仪等设备,是光伏电站监控系统的监控对象。

2)通信管理机。1 MW方阵有一台通信管理机,通信管理机连接MW级发电设备,负责对发电设备进行通信管理、通信协议转换等工作,同时接入环网,收发监控中心的报文。

3)环网交换机。1 MW方阵有一个环网交换机,各相邻的方阵环网交换机通过光纤“手拉手”相连,最终组成一个环。一般情况下,一个环由10个1 MW方阵组成,所以最终一个环连接10 MW的发电设备。

4)监控中心。由监控中心前置机、数据库服务器、监控主机和监控席等组成。前置机用于采集并处理10 MW发电设备数据,并将数据存放在数据库服务器上;数据库服务器用于存放光伏电站运行数据和系统运维数据;监控主机用于监控整个光伏电站运行情况,并进行数据分析和诊断;监控席用于用户对光伏电站进行查看和控制操作。

2以太环网技术

光伏电站发电设备与监控中心之间通信全部以报文的形式传送,数据量较少,可采用10Base-T/100Base-TX以太网接口,MDI/MDI-X、全双工 / 半双工自适应的交换机,并集成环网协议。

以太环网(俗称环网)是由一组IEEE 802.1兼容的以太网节点组成的环形拓扑,每个节点通过基于802.3媒体访问控制 (Media Access Control, MAC) 的环端口与其他2个节点相连[2,3],而以太网MAC可以由其他服务层技术承载,所有节点间能够直接或间接通信。

2.1工业以太环网技术特点

1)具备通信冗余功能。该功能可以保护重要的链接以免出错,是非常重要的。

2)自恢复功能。当网络断开时,自行恢复使网络正常运行,使网络停止运行的时间减至最少。

3)网络运营时,数据负载压力非常均衡。扁平化组网结构,减少网络层次 , 提升数据转发性能,最大限度提升读取速度,解决汇聚层网络瓶颈,提升主交换与分交换之间的带宽。

4)自动切换备用链路[1]。星形或树形网络拓扑, 一旦主交换出现故障,将导致所有通信中断,影响整个网络正常运作,而环形拓扑的所有交换机均为主交换,其中任何一台故障,环网协议均能将数据倒换到备用链路,保障网络正常运行。而且在用户感知不到的情况下,系统通过双向实时检测,自动保护倒换,使用简单方便。

2.2以太环网交换机硬件系统方案

以太环网交换机硬件系统组成如图2所示。

该系统主要由3部分组成:ARM处理器、4口MAC芯片、逻辑接口。

1)ARM处理器[4]:负责管理交换芯片接口,配置参数,并将数据存档在存储单元,配置端口数据处理、环路故障和自愈等。

2)4口MAC芯片:以太网交换芯片,集成了以太网MAC层协议栈,支持4口10/100 M数据交换和转发。

3)逻辑接口:主要采用2路,一路是环网接口, 连接相邻的环网交换机,通过2路PHY芯片转换成以太网光口,由于光伏电站分布从几百米到几十千米,一般都采用单模光缆,所以以太网光口一般采用单模光口,并需要光纤收发器配合使用;另一路是和通信管理机连接,通过PHY芯片转换成通用以太网电口、标准的RJ45接口。

2.3环网处理机制

正常通信后,系统自动识别选择环网中一条链路进行通信,当这条链路出现网络中断或者故障后, 系统迅速寻找识别另外一条链路并迅速建立连接。环网为断开的以太网络提供自动恢复重连机制,该冗余技术采用某公司自主研发的SW-Ring专利技术,该技术采用无主站结构,无需配置主从设备即可快速实现以太网口环网冗余,在网络中断或网络产生故障时,有链路冗余、自恢复能力,网络断开自恢复时间少于20 ms。交换机每个端口都可以用作环网口,与其他交换机相连,当网络连接发生中断时, 故障报警用的继电器将被激活,冗余机构启用备份链路,迅速恢复网络通信。

3环网方案成本分析

与传统的星形拓扑比较,环形拓扑网络通信器材用料较少。下面以一个10 MW最理想的电站分布典型实例比较分析环网成本减少情况,环网和星形网络走线布局比较如图3所示。

环网和星形网络光缆费用比较见表1所列。

从表1可以看出,与星形网络相比,一个10 MW方阵若采用环网方案,线缆可省10 500元。环网走线最终连接到监控中心时只有2根光缆,监控中心只需要2个光电转换接口,而星形网络有10根光缆, 需10个光电转换接口,一个光电转换接口大约需要300元,环网方案可减少8个光电转换接口,成本可节约2 400元左右。

总之,对于一个10 MW的电站,可减少12 900元的成本。对于100 MW电站,各子方阵走线距离将更远,环网方案通信器材成本可节省15~30万元。

4结语

3.电力电子技术在光伏系统的应用篇三

【关键词】直流输电；电力电子；发电机

0.前言

电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电（HVDC）。自20世纪80年代，柔性交流输电（FACTS）概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。

1.电力电子技术的应用

自20世纪80年代，柔性交流输电（FACTS）概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。

1.1 在发电环节中的应用

电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。

1.1.1 大型发电机的静止励磁控制

静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。

1.1.2 水力、风力发电机的变速恒频励磁

水力发电的有效功率取决于水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时（尤其是抽水蓄能机组），机组的最佳转速变随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运行，通过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。

1.1.3 发电厂风机水泵的变频调速

发电厂的厂用电率平均为8%，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%，且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并不完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。

1.2 在输电环节中的应用

电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。

1.2.1 直流输电（HVDC）和轻型直流输电（HVDC Light）技术

直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。

1.2.2 柔性交流输电（FACTS）技术

FACTS技术的概念问世于20世纪80年代后期，是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。

20世纪90年代以来，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小，设备结构简单，控制方便，成本较低，所以较早得到应用。

1.3 在配电环节中的应用

配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力（Custom Power）技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。

1.4 在节能环节的运用

1.4.1 变负荷电动机调速运行

电动机本身挖掘节电潜力只是节电的一个方面，通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面，只有将二者结合起来，电动机节电方较完善。目前，交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速，我国正在推广应用中。

变频调速的优点是调速范围广，精度高，效率高，能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，节电率一般可达30%左右。其缺点主要为：成本高，产生高次谐波污染电网。

1.4.2 减少无功损耗，提高功率因数

在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因数。

2.结束语

4.电力电子技术在光伏系统的应用篇四

业务架构的主要功能是建立闭环管理环节。

如果电力营销工作中出现异常的理由和现象，利用业务架构可以进行稽查工作。

还可以通过业务架构充分了解供电企业的运转状态和稽查评价情况。

业务架构是供电企业电力营销稽查监控系统业务架构的基础架构。

4.2 应用架构

电力营销稽查监控系统中应用架构主要包括以下三个方面：

4.2.1 管理层。

管理层展示的主要内容基本上就是业务架构的主要内容，即通过管理层可以充分了解供电企业的运转状态和稽查评价情况。

4.2.2 业务层。

业务层的主要功能就是处理日常业务，业务层有一层监控分析层，监控分析层承担着电力稽查监控系统中最重要的任务。

在这个系统层面，除了实现对数据质量、资源以及业务的实时监控之外，还具备必要的分析查询功能。

业务层所展示的就是与稽查监控有关的业务。

4.2.3 系统支撑层。

系统支撑层包含于管理层、组织权限、任务调度等。

4.3 技术架构

技术架构的设计是以数据架构为基础，按照应用架构的要求进行的。

技术架构的设计与信息技术的应用目前状况相吻合，技术架构具备充分的扩展性，还具有灵活的技术处理能力。

4.4 物理架构

电力营销稽查监控系统中，物理架构设计属于硬件设施设计，监控数据和稽查数据就存储在物理架构，因此，物理架构的核心就是数据库服务器和存储设备。

5 结语

电力营销稽查监控系统是电力企业在营销业务中所使用的一种信息化营销管理平台，一些电力公司建立了符合实际需要的电力营销稽查监控系统架构，不仅实现了营销组织模式的优化，而且在电力营销稽查监控系统中，可以将一系列工作全面展开，转变了那种大海捞针式的原始工作状态，使电力营销工作变得简单且易操作，大大地提高了电力营销工作的工作效率。

经过了国家电网公司的审批之后，电力营销稽查监控标准化体系已经开始运转，不仅为电力企业带来了巨大的经济效益，还为电力企业树立了良好的形象。

5.电力电子技术在光伏系统的应用篇五

集中抄表系统是一项自动化的系统，其利用电力企业的传输媒体集中对多个电能表进行抄表操作，这些传输媒体包括无线设备、有线设备以及IC卡等等。这种系统可以统一、集中的记录电能表中读出的数值。集中抄表系统是一项综合性系统，其是将电子技术、智能仪器通信技术以及计算机等多项技术综合在一起，实现自动化操作的系统。这一系统的运行是以供电企业的主站为核心，其在接受到主站的命令后，可以通过多级网络实现信息的传输，属于主从式系统。该系统的运行利用了多项技术，其中最为主要的是低压电力载波技术、数据采集技术、通信技术等，其将采集到的信息通过电力线等通道传输到电力部门中，实现了抄表工作的自动化。集中抄表系统具有较强的兼容性，而且还具有可扩充性。集中抄表简化了工作人员的操作，改变了以往繁琐复杂的工作形式，不但提高了抄表工作的效率，还提高了电能表计量的准确性，这一系统还提供了监视与管理的功能，使采集到的数据信息更加真实、可靠。集中抄表系统提供的信息，可以使电力部门的工作人员更快的分析出不同地区的用户用电情况，还可以使用电计费更加准确，方便了用户查询信息以及查询用电费用。集中抄表系统为电力企业提高管理水平提供了重要的参考价值与依据，这一系统利用低压电力线采集到了用户的用电信息，有利于对对信息的统一的存储与管理，而且提高了电力企业的经济效益。

2电力营销信息化的功能

6.电力电子技术在电力系统中的应用篇六

关键词：电力电子技术,电力系统,应用

1 引言

作为一个具有较强专业性、综合性和系统性的技术平台, 电力电子技术其涵盖了多个领域的专业技术内容。经过长时间的发展和变化, 其被广泛的应用于各个行业当中, 极大幅度地推动了我国电力能源领域的发展。随着科学技术的不断发展进步, 电力系统中的电力电子技术的应用范围和深度也得到了进一步的增加。电力电子技术的应用, 提高了电力系统的整体工作效率和工作性能。电力电子技术应用于电力系统的整个发电、配电、输电已基本检点的环节当中, 是现代电力系统发展建设中的重点内容。电力电子技术应用于电力系统中, 可以有效地提高变电控制的整体效果。我国电网建设工作一直在有条不紊的开展, 不断扩大的电网规模对于变电运行管理提出了更高的要求。通过电力电子技术的应用, 可以实现高效、高质量、高精度、高性能的控制和管理, 有效地降低了管理成本和工作难度, 提高了系统运行的安全性和稳定性。在电力系统运行的过程中, 电力电子技术的应用可以有效地实现对电力系统运行的实时监控和管理, 有效地提高了电力系统运行中的容错效果, 减少了后期管理维护的难度和成本, 让电力系统的运行更加可靠。电力电子技术的应用通过结合先进的信息化管理技术, 让电力系统运行中的相关数据信息可以得到更加全面的收集和处理, 通过计算机对相关数据进行分析处理, 为管理决策的制定和计划的编制提供科学的依据。

2 电力电子技术在电力系统中的应用

第一, 发电环节的应用。电力系统的发电环节是一个较为复杂的综合性系统, 其中存在多个发电组和相关设备, 设备的结构相对复杂, 并且整体技术含量相对较高。相关技术人员必须要具有专业的技术水平, 才能完成相关设备的设计、运行、管理与维护工作。在电力系统的发电环节, 应用电力电子技术, 可以有效地提高整个发电系统的设备工作效率。励磁控制是现阶段广为运用的发电机控制方式, 其通过利用品闸管整流电路的方式来实现设备的连接, 整个控制系统的结构相对简单, 具有较高的可靠性, 并且造价成本也处于一个可接受的状态之下, 性能可以有效地满足相关技术需求。而静止励磁的控制方式, 则通过对励磁机进行改造, 去除惯性环节, 从而达到提高稳定性和运行效果的目的。科学的整改方案, 可以更好地结合电力系统的运行规律来实现控制, 让电气工作效率得到更好的保障。变速励磁控制的方式, 主要通过变频设备, 对于发电中机组运行速度进行相应的调节和控制, 提高电力功效, 让机组的变化速率处于一个自动控制的状态下, 结合励磁设备的控制, 让整个功率的输出更加稳定、高效, 并最大程度地降低系统的功耗, 其被广泛应用于风力发电和水力发电的过程中。在发电厂发电设备中, 其发电设备的用电量是客观存在的, 并且在整个设备的耗电量中占据着一个较高的比例。为了实现对这类能源消耗问题的有效控制, 变频器的出现和应用已经被广泛的认可和利用。变频器通过控制, 可以对发电机机组的工作频率进行自动调节, 从而实现对能源消耗的节约。在电力电子技术不断发展的形势下, 各类变频技术逐渐得到了更加深入的发展, 并为提高发电系统的工作效率, 减少能耗提供了巨大的帮助。

第二, 输电环节的应用。在现代科学技术不断发展的趋势下, 电力电子技术的发展与应用, 使得越来越多的电子器件得到了生产和运用, 为电力系统的发展创造了更多的平台和支持。在输电系统中, 电力电子器件的运用, 有效地对于电网稳定性进行了保障, 提高了电网运行的可靠性, 让电网运行发展更加安全、可靠。在当前电力系统的输电环节中, 直流与轻型直流输电是较为常见的两种方式。这种输电方式可以有效地提高输电的容量, 并且可以灵活地进行调节与控制, 输电过程较为稳定, 并且实现了对长距离电力传输带支持和供应。针对于不同的电力输送需求, 可以采取不同的输电方式, 让直流输电技术的优势得到最大限度的发挥。随着技术的进步, 柔性交流输电技术也逐渐受到了关注和应用。柔性交流输电技术融合了微电子、微处理、电力电子技术、控制技术以及通信技术等多方面的技术, 实现了对交流输电的灵活控制, 让交流电网的稳定性得到了很好的保障, 并有效地降低了输电成本。柔性交流输电技术通过为电网提供无功功率和感应, 从而达到提高输电效率和质量的目的。

第三, 配电环节的应用。在配电环节中, 有效地控制是确保电能质量的关键。电能质量的控制需要在配电过程中对于频率、谐波、电压等要求进行有效地满足, 并且对干扰和瞬态波动问题的干扰进行避免。现阶段, 电力电子技术应用的过程中, 基于DFACTS的电能质量调节装置的应用, 可以有效地对电能质量进行保证。随着柔性交流输电系统的发展和成熟, 配电质量的控制方式得到了丰富和进一步的发展。DFACTS技术可以被视为缩小版的FACTS设备技术, 二者工作原理、性能、结构、功能都存在一定的相似性。随着电力电子器件不断发展, 市场上电气设备出现求过于供的现象, DFACTS设备市场前景广阔, 市场需求量。DFACTS设备市场介入相对容易。而且该设备的成本投入比较少, 技术开发比较简单。随着市场不断发展, DFACTS设备产品将进入高速发展状态。

3 结束语

总而言之, 随着科学技术水平的不断提高, 各类新技术的出现和应用, 电力电子技术的发展也逐渐步入了新的阶段。相关技术人员应该加强对新技术的研究和应用, 对新技术的优势进行充分的发挥, 更好地促进电力系统的发展和完善, 提高电力生产效率, 为我国电力事业健康稳定发展做出更大的贡献。

参考文献

[1]张娜.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子技术与软件工程, 2015 (03) .

[2]于闯.浅析电力电子技术在电力系统中的应用[J].科技经济市场, 2015 (07) .

7.电力电子技术在光伏系统的应用篇七

【关键词】电力系统；自动化技术；安全；应用策略

前言

电力是现代社会从事生产、生活的重要能源。电力系统保障了社会的电力供应，重视电力系统的完善对电力事业发展有重要意义。电力系统设备由一次设备、二次设备组成。所谓一次设备主要是一些基本设备，如发电机、变压器、开关、输电线路等等，而二次设备是电力系统的控制部分，主要有保护装置、通信设备、测控装置、计算机控制系统等等。电力自动化技术主要应用在二次设备中。

一、电力自动化技术

随着计算机、软件技术的发展，自动化技术在各个领域被广泛应用。自动化技术不仅替换了一些高危工作环境下的人工，还大大提高了作业的工作效率。电力系统大多处于高电压、高辐射的环境，工作人员的工作环境危险系数较高，自动化技术在电力系统中的应用无疑大大提高了电力系统工作人员的安全指数。应用在电力系统中的自动化技术被成为电力自动化技术。现对电力自动化技术做简单介绍。

电网调度自动化技术。电网是电力系统二次设备的重要组成部分，也是电力运输的关键。国内电网运输主要采用高压运输，自动化技术首先被应用在电网调度方面。调度自动化技术是建立在国内电网改造基础上的，由计算机、配电主站、子站和光纤终端等设备构成。

变电系统自动化技术。通过变压器将低压电转变成高压电运输，再通过变压器转变为220V交流电供应人们使用。变压系统是电力系统中重要设备，利用计算机技术、通讯技术还有网络技术组成的自动化技术实现了变压全微机的技术革新，还是大大提高了对电力系统的安全有效监控。

电力系统安全应急自动化技术。安全是电力系统运行要解决的重点和难点问题。在电力系统设计中就特别注意电力安全应急设备的应用。电力安全应急自动化技术由继电保护装置、安全保护装置组成。继电保护装置保障了电力设备正常运行，安全保护装置保障了电力的安全性。电力系统发生系统性崩溃可能通过安全应急自动化技术得到了有效控制。

电力生产环节的自动化控制技术。电力生产是电力系统的重要部分，将电厂生产的电力输送到电网因为自动化技术的应用其效率大大提高。电力生产环节的自动化技术被称为DCS，其核心是保护、检测。主要由计算机、信息监测、信息传输等设备组成。DCS自动化系统是当前电力生产环节应用最广泛、应用效果较好的自动化控制技术。

二、电力自动化技术的工作流程

对于电力系统自动化来说，其基本工作流程是在中心地带的调控中心安装现代化计算机，然后通过计算机向周边进行网络系统的辐射，同时围绕该中心的变电站、发电厂之间的控制装置进行设置，并对其进行实时监控，以形成一个立体化的网络覆盖面，从而保证指令传输与信息传达的畅通性。其次，调控中心的计算机要负责总体的调控，相关的监控设备主要负责事故内容记录、设备操作、编制报表以及常规操作的相关自动化等操作。并在该基础上形成以对部件控制为中心，通过与计算机、控制计算机以及终端硬件装置等进行结合，并运用各种类型的软件以不断扩大电力系统的控制范围及自动化的程度。最后，电力系统自动化要加强对分层控制相关操作的应用，即在变电站}控制所、调度站及发电厂的分层间根据功能范围对控制功能进行协调于分担，以达到运行可靠、合理经济的控制系统。

三、自动化技术在电力系统的应用策略分析

自动化技术在各个领域都有广泛应用，重视自动化技术在电力系统的应用对电力事业的发展有重要意义。

不断提高电力系统自动化技术应用的安全性。保障电力适应安全是电力系统首先要解决的问题。只有不断提高了电力系统的安全性才能真正实现电力的广泛应用。在技术上不断创新，不断提高电力系统安全应急自动化技术是关键。提高电力系统监控装置的灵敏度和精确度，及时扑捉电力系统各个节点的数据；提高信息传输线路的输送速度，实现安全应急的及时有效；重视计算机信息处理控制系统的不断升级，提高控制中心的信息综合处理能量，实现电力的科学调度以及对紧急实践的及时反应。

重视电力系统自动化设备的日常检修。电力系统自动化设备大大提高了电力生产、运输、使用的安全性和效率，对现代社会经济发展有重要作用。重视电力系统自动化设备的日常检修是保障电力系统安全有效服务的关键。制定科学有规律的电力自动化设备检修规范，针对自动化系统内各项技术的特点定期检查，明确设备正常与非正常工作的指数，明确设备检修的负责人及其职责。在电力企业内部，建立完善的监督机制，监督和保障电力职工的日常检修工作。最后，借助计算机和互联网技术将每天的自动化设备检修的数据和信息及时汇总、分析、处理。对检修过程中发现的设备故障或不稳定要及时处理，保障电力自动化系统随时处于正常工作状态。

重视新技术在电力自动化技术中的应用。社会在不断发展，每天都有新技术、新发明。在这个科学飞速发展的社会中，重视新技术在电力自动化技术中的应用对保持技术的不断革新有重要价值。例如：光感应及时、声控技术、光缆技术可以大大提高电网作用的安全性、信息传播速度。逐渐发展成熟的GPRS技术是电力自动化技术发展的趋势，实现了对低压配电准确高效地监控，数据采集和分析，使电力远程抄表成为可能。还有计算机技术，重视计算机技术、软件技术的应用在信息分析、处理方面有重要价值，不断提高的电力控制的科学性。

提高电力系统职工的专业素质。电力自动化技术是建立在先进技术应用的基础上的，重视电力企业电力系统工作人员的专业素质提升是保障电力自动化技术科学应用的关键。在电力系统运行过程中，必须保障具有扎实自动化专业技术的人员值班，以及应对设备可能出现的问题和危机。重视经验丰富的自动化专业人才引入，提高电力系统作业人员的专业素质应纳入到电力系统自动化发展的重要内容。在电力系统内部通过组织工作人员参加专业的学习培训掌握自动化设备的操作及日常检修规范。最后，在电力系统内部建立严格的岗位持证上岗制度，保障每个电力系统的作业人员都接受过专业的岗前培训，具备良好的电力自动化设备操作技术。

结语

电力系统及其自动化技术的应用在保障电力系统安全、高效运行方面发挥了重要作用。提高电力系统自动化技術应用的安全性，重视设备的日常检修，重视新技术的应用，提高电力系统职工的专业素质等等措施对电力系统自动化技术应用有很好帮助。总而言之，电力系统的自动化技术主要就是为了不断的扩大供电范围，有效的增强供电的能力，提高供电服务的可靠性和安全性，以达到电力系统经济、可靠的运行，推动我国电力系统健康、稳定的向前发展。相信不断发展的电力自动化技术一定能有效促进我国的电力供应事业发展。

参考文献

[1]王攀.电力系统自动化发展趋势及新技术的应用[J].煤炭技术，2012.

[2]刘钢.浅析电力系统自动化技术的现状及发展前景[J].科技与企业，2012.

[3]刘芳.电力系统自动化技术应用浅析[J].经营管理者，2010（4）.

[4]庄国贤.浅谈计算机技术在电力系统自动化的应用[J].科技资讯，2009.

8.电力电子技术在光伏系统的应用篇八

黎志

（四川易从实业有限公司成都 610000）

摘要通过对稀土高铁合金电缆的性能介绍及与铜电缆的性能对比，首次提出合金电缆的减排量分析。在电力系统需求侧推广合金电缆是建立资源节约型社会的选择，顺应了国际大趋势；随着节能减排政策的深入实施，如何选择合理的电缆应引起广大电力工作者的关注，从而在工程实践中采用更节能的电缆选择方案，减少能源损耗，充分响应国家节能政策，增加社会责任感。关键词合金电缆节能减排碳排放

1、引言

铜，作为一种稀缺资源，随着人类的不断开采，日渐稀少。据美国地质勘探局（USGS）提供的数据，2003年全球可开采的铜储量达4.7亿吨，储量基础9.4亿吨。根据CRU提供的数据，2004年全球精炼铜消费量达1674.8万吨，按此计算，现有的可开采铜资源在30年内就将被耗尽。

在中国，人们长久以来都青睐于使用铜做为低压电力电缆的导体材料。出于成本、环境、生态等诸多因素考虑，大部分欧洲和美洲国家早在40多年前就已经开始使用铝合金作为导体材料。合金电缆的出现，在很大程度上缓解了原材料供求紧张的矛盾，降低了使用成本。

稀土高铁合金电缆以新型的铝合金材料为导体、以阻燃硅烷交联聚乙烯为绝缘、独特的自锁型铠装结构，具有“低烟无卤、阻燃耐火、安全稳定、经济节约、安装方便、节能环保”等优势，突破了国内多年没有攻破的“以铝代铜”技术难题。产品已获得国家住房和城乡建设部科技发展促进中心颁发的科技成果推广证书，具有较高的推广应用价值。

2、合金电缆介绍

稀土高铁合金电缆，采用AA-8030铝合金为导体，目前主要有AC90(-40)、ACWU90(-40)及TC90(-40)三种型号，分别适用于不同的安装环境。AC90(-40)和ACWU90(-40)两种产品均带联锁铠装，铠装材料使用的是AA-5000系列铝合金。相对于传统的钢带铠装，稀土高铁合金电缆的铠装更加轻便、环保，且易于弯曲，耐腐蚀性及抗侧压能力更是优于传统电缆。

同时稀土高铁合金电缆在绿色环保上也作出了杰出的努力。在生产运输过程中，通过对生产工艺及生产设备的改进，库存及运输流程的周密安排，极大程度地降低了能源消耗。相比铜缆，合金电缆的生产工序耗水量减少了80%，天然气使用量节省了20%，废品废料率为最低等级，对人体有害物质的使用减少超过60%。同时，由于铝合金电缆比铜缆的重量轻，在运输过程中，燃油的消耗降低了30%-40%。

由于稀土高铁合金电缆具有出色的弯曲性能及较轻的重量，在安装过程中更加便捷，节约人工及辅料，大幅降低了施工成本。

经过国家相关专业机构检测，稀土高铁合金电缆在耐低温、阻燃、抗紫外线等方面，测试数据均大幅度领先于国内同类产品。在工程应用中，稀土高铁合金电缆的优势是十分明显的： ①稀土高铁合金电缆是世界上最优秀的铝合金电缆之一。在发达国家已经安全运行近40年，是先进的、成熟的产品。世界上许多著名的企业和工程项目都是合金电缆的用户，如亚特兰大奥运会场、纽约机场、BP石油、通用集团、沃尔玛等。

②在实现同样的电气性能的前提下，稀土高铁合金电缆(含专用连接端子)直接采购成本(价格)比国内铜电缆有着更高的性价比。

③稀土高铁合金电缆具有卓越的机械物理性能：同等载流量下重量仅为铜缆的一半，弯曲半径只需电缆直径的7倍（相应铜电缆弯曲半径为12~15倍电缆直径），其反弹性能比铜缆少40％。使用合金电缆，可直接降低施工单位的安装成本；如果是大跨度的钢结构建筑项目（比如体育场馆、大型厂房等），由于合金电缆可以大大减轻对建筑钢结构的负重，自然可以为客户节约大量建筑结构的承重钢材。

④目前国内低烟无卤阻燃A级电缆比普通电缆价格高20％以上，如果使用稀土高铁合金电缆AC90(-40)系列产品，可以在达到低烟无卤阻燃A级的同时，并且大大降低成本。同时AC90(-40)可以沿墙面或屋顶明敷，直接节省占电缆工程总费用20%以上的桥架、管道的材料费和施工费。

稀土高铁合金电缆的推广应用是建立资源节约型社会的选择，国内铜矿资源基本接近枯竭，而且开采成本过高，目前80％铜耗量依赖进口，加之现在国际上铜价高启，在适当的安装环境下使用资源丰富、性价比高的铝合金电缆，顺应了国内建设资源节约型社会的大趋势，符合中国“建设节约型社会”的基本国策，符合建筑工程的“四新”原则；随着节能减排政策的深入实施，如何在工程设计的电缆选择中得以实现应引起广大设计师的关注，从而在工程实践中采用更合理，更节能的电缆选择方案，减少能源损耗，充分响应国家节能政策，增加社会责任感，同时减少业主的初始投资和施工费用。可以认为铝合金电缆的推广应用实际是与社会共赢，与用户共赢的“多赢”解决方法。

3、稀土高铁合金电缆减排量分析 3.1原材料生产能耗

铝和铝合金为160GJ/T（折合约4000万大卡/T，约合标煤8吨，CO2排放量约29吨）及5%的再循环能源需求。

铜为100GJ/T（折合约2500万大卡/T，约合标煤5吨，CO2排放量约18吨）及10%的再循环能源需求。3.2型号对比

以4芯185mm2合金电缆替代120 mm2铜电缆做分析： 4芯185 mm2合金电缆导体重量约1.961kg/m；

同等载流量的4芯120 mm2铜电缆导体重量约4.27kg/m。得出结论：

4芯185 mm2合金电缆每米生产能耗和排放：标煤16.47kg，CO2排放量约59.7kg；

同等载流量的4芯120 mm2铜电缆每米生产能耗和排放：标煤23.49kg，CO2排放量约84.55kg。

因此，每使用一米合金电缆，相当于在导体原材料能耗上面减少CO2排放量约24.85kg。

（注：此算法还未考虑材料加工中能源转化的利用效率，铜的加工能源消耗比铝要高，以及运输过程中的能源消耗等。）

4、稀土高铁合金电缆在电力系统需求侧的应用

作为中国市场上第一个铝合金低压电力电缆产品，稀土高铁合金电缆主要用于电力系统需求侧，为住宅、办公楼、电力工程、工业厂房及公共设施等提供了独特的、成本效益极佳的解决方案。

国内外项目使用稀土高铁合金电缆的情况：

稀土高铁合金电缆在美国使用的典型项目如亚特兰大奥运会主体育馆、沃尔玛购物商场、甲骨文数据处理中心、拉斯维加斯威尼斯人酒店、通用会展中心、肯尼迪国际机场等。其他地区如加拿大多伦多国际机场、威斯饤酒店、NovaScotia银行，墨西哥的立福马大厦、天空商场等。

稀土高铁合金电缆在中国已经拥有包括政府、工业、商业、民用、军工等超过1000处应用项目，如四川宏达集团·世纪锦城、中国二重集团、成都花样年·香年广场、中塑·成都国际贸易中心、重庆川仪蔡家工业园、云南冶金集团、2011年深圳大运会配套市政工程、济南铁路局、北车集团济南风电项目等。

5、结束语

中国是铝资源的大国，广泛使用以铝合金为导体的电力电缆正是顺应国家关于绿色环保、节能减排的倡导，真正适应我国国情。稀土高铁合金电缆，作为低压合金电缆的第一品牌，在中国的运用前景会更加广阔。

参考文献

1、铝合金电缆在建筑工程中的应用

杜毅威

中国建筑西南设计研究院有限公司《建筑电气》 2010年05期 2、0.6_1kV STABILOY®合金电缆与铜电缆的比较

葛福余

刘欣欣

海军工程设计研究局;中加信达(北京)科技有限公司《电气应用》 2009年08期

3、合金电缆的应用与分析

陈峰庭

浙江省天正设计工程有限公司《高科技与产业化》 2010年06期

4、STABILOY®合金电缆拓辟行业新天地——访加铝（天津）铝合金产品有限公司总经理伊万·萨拉闵先生

9.电力电子技术在光伏系统的应用篇九

倘若电力系统不及时进行研究开发，在未来几年内，有可能被国外企业和国内其它其它行业或民营企业占领燃料电池分散电源市

场。在市场经济条件下，国电公司既是用户，又是开发者。对于燃料电池这样重要的发电高新技术，应不失时机地着手研究开发，联合国内一些基础研究单位，争取纳入国家的攻关计划，获得国家支持，在尽可能短的时间内，形成燃料电池发电技术研究开发的优势，开发燃料电池发电关键技术和成套技术，形成国电公司的高新技术产业，既可优化调整电力结构，又能满足市场的不同需求。

3 国外燃料电池发展计划及商业化的.预测

研究美、日、欧洲等国家和地区燃料电池的发展进程及商业化的预测，对我们制定燃料电池的发展战略和预测应用前景会有一定的参考价值。

3.1美国燃料电池发电技术研究开发状况

(1)美国燃料电池发电技术的研究开发计划

，美国总统克林顿颁发了"改善气候行动计划”，燃料电池被确定为一项关键技术，联邦政府为此制定了一项“美国联邦燃料电池发展计划”，目的是通过燃料电池的商业化来减少温室气体排放量。在这项计划中，对每一个燃料电池的新用户资助l000/KW的优惠。结果，仅在，就有42台200kw PAFC发电机组投入运行。

美国政府鼓励在一些对环境敏感的地区建立燃料电池发电站。此外，政府已促使美国所有的军事基地安装200KW燃料电池发电机组。通过这些措施，加速燃料电池的商业化，并提高国家能源的安全性。美国政府投入巨资研究开发燃料电池发电技术的另一个目的，就是要保持美国在这一领域的领先地位。随着商业化过程不断深入，将逐步形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力，提供更多的就业机会。

美国DOE的燃料电池发展计划如下：

PAFC己商业化，不再投入资金进行研究开发。PAFC目前的发电效率为40%一 45%(LHV)，热电联产的热效率为80%(LHV)。

已完成250KW和2MW MCFC的现场示范，预计进行20MW的示范;左右，使250KW和MW级MCFC达到商业化;，燃用天然气的250KW一20MW MCFC分散电源达到商业化，100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化; ，100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃，发电效率达到60%(LHV)，组成联合循环的发电效率为70%(LHV)，热电联产的热效率达到85%(LHV)以上。

目前，己完成25kw和100kw SOFC现场试验，正在进行SOFC的商业化设计。预计20左右，进行MW级SOFC示范;20左右，100kw一1MW SOFC进行商业化：20，250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化，100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化;20，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是：运行温度为1000℃，发电效率达到62%(LHV)，组成联合循环的发电效率达到72%(LHV)，热电联产的热效率达到85%(LHV)以上，燃煤时发电效率可达到65%(LHV)，这一目标预计2010完成。

美国是最早研究开发PEFC的国家，但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源，实现热电联供。Plug Power公司与GE合作，计划使10kw PEFC进入商业化，价格达到S750-1000/kw，大批量生产后，使PEFC的价格达到$350/kw。

(2)市场预测

美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为：在20一2010年，美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW。现在美国的燃料电池年生产能力为60MW，商业化的价格为$一$3000/kw，若年生产能力达到100MW/a，商业化的价格则可达到$l000-$1500/Kw。若能达到(2000-4000)MW/a的生产能力，燃料电池的原材料费仅$200一$300/kw。那么燃料电池的价格则有可能达到$900-$l100/kw，此时可完全与常规的发电方式竞争。

3.2 日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测

(1)发展进程

日本在PAFC研究方面，走的是一条引进合作、消化吸收、再提高的路线。1972年东京煤气公司从美国引进两台PAFC燃料电池发电机组，大阪煤气公司也在1973年引进两台PAFC机组。日本政府于1981年设立了以开发节能技术为宗旨的“月光计划”，燃料电池发电是其中一项重要内容。此后，日本国内的电力公司、煤气公司和一些大型的制造厂纷纷投入燃料电池的研究开发，并与美国IFC合作，使日本的PAFC得到更大的发展。目前，日本的 PAFC技术已赶上了美国，商业化程度超过了美国。5MW(富士电机制造)和11MW(东芝与IFC 合制)均在日本投运，日本公司制造的PAFC机组已运行了近100多台。

日本有关MCFC的研究是从1981年开始的，通过自主开发并与美国合作。1987年10kw MCFC开发成功，1993年100kw加压型MCFC开发成功，19开发出1MW先导型MCFC发电厂，并投入运行。MCFC已被列为日本“新阳光计划”的一个重点，目标

是一2010年，实现燃用天然气的10MW一50MW分布式MCFC发电机组的商业化，并进行100MW以上燃用天然气的MCFC联合循环发电机组的示范，2010年后，实现煤气化MCFC联合循环发电，并逐步替代常规火电厂。

日本的SOFC技术也是从1981年的“月光计划”开始研究的，立足于自主开发。1989年一1991年，开发出l00W一400W SOFC电池堆，1992年一年开发出l0kw平板型SOFC。SOFC的研究进展也远远落后于NEDO原来的计划。 “新阳光计划”中预计20一2010年，使SOFC达到MW级，并形成联合循环发电。日本的PEFC也被列入“新阳光计划”，目前开发的容量为(1-2)kw。

(2)政府采取的措施

日本政府在“月光计划”和“新阳光计划”中，先后资助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC;1台100kw和1台1MW的MCFC示范电站研究开发、建设及运行。

在通产省和NEDO的统一组织和管理下，使公用事业单位(电力公司和煤气公司)和开发商及研究单位紧密结合，实现燃料电池研究开发和商业示范应用一体化。日本电力公司和煤气公司，过去十年来安装了约80多台燃料电池机组，装机容量达到20.1MW，燃料电池及电厂的费用主要由业主承担，但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策：燃料电池的相关设备，在未超过一定规模时，其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组，政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10%的免税额，并获有30%的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目，日本开发银行将提供投资额40%的低息贷款。

(3)市场预测

1990年，日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告，预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW;2010年约10720MW，电力系统用5500MW，其中约有2400MW是 MCFC和SOFC高温型燃料电池;2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化;发电效率达到50%一60%。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破，进展速度低于预期值，因此日本目前已将原目标做了修正，预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW，其中分布式电源l12MW，工业用热电联产型为88MW;2010年将达到2200MW，其中分布式电源型为 735MW，工业用热电联产型为1465MW。

3.3其它国家和地区的发展进程

目前，欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组，自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供应，BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作，于1993年在米兰建了一座l00kw MCFC电厂，投运。德国正在开发250kw MCFC。德国西门子公司于19收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后，现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。

加拿大在PEFC方面居世界领先地位，在继续开发交通用PEFC的同时，目前也将PEFC应用于固定电站，已建成250kw PEFC示范电站，目标是在近几年内使250kw级PEPC商业化。澳大利亚在1993年一1997年，共投资3000万美元，研究开发平板型SOFC，目前正在开发(20一25)kw SOFC电池堆。韩国电力公司于1993年从日本购进一座200kw PAFC进行示范运行。

3.4 国外发展燃料电池发电技术的经验总结

回顾国外燃料电地发展的道路，有许多值得我们吸取和借鉴的经验。下面归纳几点：

美国在燃料电池发电技术的研究开发方面始终处于世界领先地位。除了雄厚的财力之外，还有三方面重要的原因：一是政府将燃料电池发电技术视为提高火力发电效率、减少污染物和温室气体排放的重要措施，列入政府的“改变气侯技术战略”中，并大力投入资金和力量研究开发;二是燃料电池技术提高到“国家能源安全并大力投入资金和力量研究开发;二是将燃料电池技术提高到“国家能源安全关键技术”的战略高度，DOD和DOE均投入资金研究开发;三是对燃料电池的应用前景充满信心，希望能形成新的高技术产业，给美国的经济注入新的活力，政府和企业共同投入资金研究开发，力图保持领先地位。

日本走的是一条通过与美国合作、引进技术并消化吸收实现产业化的路线，并在PAFC的商业化方面己超过了美国，在MCFC的研究开发方面也接近美国。成功的重要经验也是政府对燃料电池给予高度重视，先后列入了“月光计划”和“新阳光计划”，大力投入研究开发。另一条经验是研究机构、企业和用户联合，组成从研究、开发到商业应用一体化集团，既承担研究开发的风险，也享受成功的优惠。

加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的经验告诉我们：只要坚定不移地进行研究开发，一个小公司也能在10-20年内成为举世瞩目的燃料电池技术拥有者。

燃料电池起源于欧洲，但是，现在欧洲的燃料电池技术已远远落后于美国和日本。主要原因是政府和企业对燃料电池发电技术重视不够。目前，欧洲已经意识到这一点，成立了-个燃料电池发电技术集团，引进美国、日本的技术，并进行研究开发。 >

4 各种燃料电池发电技术综合比较

(1)AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高，性能可靠。但它要以纯氢做燃料，纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。电解质的腐蚀严重，寿命较短，这些特点决定了AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。

(2)PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得PAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。但是，PAFC的发电效率目前仅能达到40%一45%(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂;燃料必须外重整：而且，燃料气中C0的浓度必须小于1%(175℃)一2%(200℃)，否则会使催化剂中毒;酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。

(3)MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂，而不必使用贵重金属：燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化;CO可直接用作燃料;余热的温度较高，可组成燃气/蒸汽联合循环，使发电容量和发电效率进一步提高。与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低。缺点是：必须配置C02循环系统;要求燃料气中H2S和CO小于0.5PPM;熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发;与SOFC相比，寿命较短;组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比，MCFC的缺点是启动时间较长，不适合作备用电源。MCFC己接近商业化，示范电站的规模已达到2MW。从MCFC的技术特点和发展趋势看，MCFC是将来民用发电(分散电源和中心电站)的理想选择之一。

(4)SOFC：电解质是固体，可以被做成管形、板形或整体形。与液体电解质的燃料电池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了电解质蒸发和电池材料的腐蚀问题，电池的寿命较长(已达到70000小时)。CO可做为燃料，使燃料电池以煤气为燃料成为可能。SOFC的运行温度在1000℃左右，燃料可以在电池内进行重整。由于运行温度很高，要解决金属与陶瓷材料之间的密封也很困难。与低温燃料电池相比，SOFC的启动时间较长，不适合作应急电源。与MCFC相比，SOFC组成联合循环的效率更高，寿命更长(可大于40000小时);但SOFC面临技术难度较大，价格可能比MCFC高。示范业绩证明SOFC是未来化石燃料发电技术的理想选择之一，既可用作中小容量的分布式电源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心电站(>l00MW)。尤其是加压型SOFC与微型燃气轮结合组成联合循环发电的示范，将使SOFC的优越性进一步得到体现。

(5)PEFC：PEPC的运行温度较低(约80℃)，它的启动时间很短，在几分钟内可达到满负荷。与PAFC相比，电流密度和比功率都较高，发电效率也较高(45%一50%(LHV))，对CO的容许值较高(<10ppm)。PEFC的余热温度较低，热利用率较低。与PAFC和MCFC等液体电解质燃料电池相比，它具有寿命长，运行可靠的特点。PEFC是理想的可移动电源，是电动汽车、潜艇、航天器等移动工具电源的理想选择之一。目前，在移动电源、特殊用户的分布式电源和家庭用电源方面有一定的市场，不适合做大容量中心电站。

5 结论

选择适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，应综合考虑以下几点：较高的发电效率;环保性能好;既能作为高效、清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站的发展潜力;既能以天然气为燃料，又具有以煤为燃料的可能性;技术的先进性及商业化进程;运行的可靠性和寿命;降低造价的潜力;国内的基础。综合考虑以上几点，对适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，提出以下几点选择意见：

(1)优先发展高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向，这两种燃料电池既能以天然气为燃料作为高效清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站(以天然气或煤为燃料)的发展潜力。

(2)MCFC和SOFC各有特点，都存在许多问题，尚未商业化。若考虑技术难度和成熟程度以及商业化的进程，对于MCFC，应走引进、消化吸收、研究创新，实现国产化的技术路线，并尽快投入商业应用：对于SOFC，应立足于自主开发，走创新和跨越式发展的技术发展路线。

(3) 随着氢能技术的发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和的市场潜力，国家电力公司应密切跟踪研究。

(4) AFC不适合于民用发电。PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC、SOFC和PEFC比较，已相对落后。因此，AFC和PAFC不应做为国家电力公司研究开发的方向。

参考文献

[1] 许世森，朱宝田等，在我国电力系统发展的燃料电池发电的技术路线和实施方案研究，国家电力公司热工研究院，.12

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10.电力电子技术在光伏系统的应用篇十

摘要：针对人工监测无法时刻保障电力系统安全稳定运行的问题，依据智能视频技术的原理及发展现状，分析了该技术在电力系统已有的和可能的应用，包括对无人值守变电站的各项检测、对高压开关柜柜内器件的检测以及对野外高压输电线路的各项检测.重点探讨了为实现警戒面检测、遗留物检测、刀闸状态检测、杆塔检测等应用所需的背景差分法，对目标图像的灰度提取来进行输电线路覆冰检测的自适应算法，对于漏油、火焰等矩特征提取的算法，应用Kalman滤波及Mean-shift算法实现人员徘徊、导线舞动、导线弧垂越限等运动目标跟踪检测算法，提出了该领域未来的研究和发展方向.

关键词：智能视频；电力系统；目标检测；目标跟踪

DOI：10.15938/j.jhust.2015.05.003

中图分类号：TM7

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）05-0014-06

0 引言

随着智能电网的高速发展，在电力系统中应用智能视频技术来保障其持续、高效、安全稳定运行，已逐渐成为研究的热点.也是电力系统智能遥视未来的重要发展方向.

智能视频技术源自计算机视觉与人工智能的研究，其发展目标在于将图像与事件描述之间建立一种映射关系，使计算机从纷繁的视频图像中分辩、识别出关键目标物体.

目前在电力系统领域应用智能视频技术还是一个崭新的课题，对此的研究与开发较少.目前国内仅有清华大学、上海交通大学、北京交通大学、武汉大学、中国电科院等大学及科研单位相继开展了智能视频技术在电力系统中应用的研发和理论研究，其研究内容主要包括：对运动目标的自动识别报警、对于设备中开关状态的实时检测、对于变电站内火灾火焰的检测报警、对于野外输电线路情况的检测等.而在其他诸如地铁、铁路、机场、高速公路、军事等领域，智能视频技术已经得到较广泛的应用，如通过摄像头进行车牌识别、射频识别、条形码识别、统计行车流量，在城市监控中的客流密度检测和流量统计、人员行为检测.同时还应用于桥梁检测，实现桥梁底面缺陷自动检测.由此可见，智能视频技术在其他领域的应用已经慢慢开始形成一个产业.

现今电力网络的覆盖范围迅速扩大，结构日趋复杂.在电力系统领域应用智能视频技术，可以大大减少人为操作事故，使变电站的无人值守、野外高压输电线路的智能监控等成为可能，已成为电力系统的发展趋势.

1 智能视频在电力系统中的应用分析

目前智能视频技术在电力系统领域已得到初步应用.经分析可见，其已有的和可能的研究应用主要集中于无人值守变电站、高压开关柜以和野外高压输电线路等方面，同时还可以进行进一步扩展.

1.1 智能视频在无人值守变电站的应用

随着无人值守变电站管理模式的推广，变电站巡检制度的建立，可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠.在电力系统，这种监控系统也被称为“遥视系统”.其原理图如下图1所示

应用动态前景提取，背景高斯建模，人体跟踪和特定跟踪等算法以及特征提取的有机结合可以实现穿越警戒面检测、漏油检测、人员徘徊检测、检测遗留物、防止盗窃、火焰智能检测、视频状态检测等检测功能.

总体来看，由于监控技术的不完善，仍存在误报或漏报的情况，需要进行进一步的研究改进和完善.视频监控的智能化表现为计算机视觉算法在视频分析中的应用.智能视频监控区别于传统意义上的监控系统在于变被动监控为主动监控（自动检测、识别潜在入侵者、可疑目标和突发事件），即它的智能性.简单而言，不仅用摄像机代替人眼，而且用计算机代替人、协助人，来完成监视或控制的任务，从而减轻人的负担.

1.2 智能视频在高压开关柜上的应用

视频监控系统用于高压开关柜的设备运行巡视和倒闸操作观察，防止出现误操作，对电力的安全运行造成威胁.并可对柜内器件进行实时监视，如当发现瓷瓶出现裂纹等异常时，提醒值班人员及时进行检修.

通过智能视频监测系统监视高压开关柜内隔离开关和接地开关主触头状态与控制手柄位置和刀闸辅助触点位置状态是否相同，判断视频智能分析判断刀闸状态以及对柜内器件进行实时监视，

应用智能视频技术监测高压开关柜，可以大大减少事故的发生，避免了可能造成的损失，为电网的安全运行提供了有利条件.同时，利用智能视频技术，还可以开发出监控高压开关柜内是否出现电火花等情况的应用.

1.3 智能视频在高压输电线路上的应用

输电线路迅速增长，巡视维护工作量越来越大，交叉跨越、线路覆冰、人员活动密集地等线路危险点的观察是非常必要的，因此可以建立对高压输电线路的智能视频监控系统，来保障线路的安全稳定运行，其系统结构如图2所示，

通过背景差分对比、监测线路的运动轨迹、图像匹配和识别、特征提取等算法的结合可以实现对输电线路的线路覆冰、绝缘子裂痕、杆塔偷盗与断线检测、导线舞动检测、杆塔倾斜和倒塌检测、绝缘子闪络检测、导线悬挂异物检测、导线弧垂越限检测等.

在高压输电线路上应用智能视频技术进行监测，可以省去大量人力物力，而且能够保证实时性，对危险区域进行报警，可提高维修效率.但野外场景环境较为复杂，仍可能出现误报等情况.智能视频分析技术应用往往会受到环境的干扰，比如光线的变化、树叶的晃动、雨雪天气，等等，这些干扰源的干扰比较容易引起误报.因此，需要设计优化适合的算法应用于上述应用.

2 关键技术及相关算法的研究分析

为实现上述功能，将智能视频技术应用于电力系统领域，需要使用以下关键技术及算法.

2.1 数据采集及预处理

首先，需要采集视频、红外、放电数据等信息，经由有线或无线网络传输至后方服务器。而后对其进行预处理工作，包括选定图像颜色模型、图像灰度化、图像直方图均衡化、图像去噪、图像锐化、图像边缘检测、图像分割等后续处理工作.

2.2 对目标提取的算法分析

为实现在穿越警戒面检测、遗留物检测、盗窃检测，线路覆冰检测、绝缘子裂痕检测、施工人侵检测等，需要进行运动目标的检测分析来解决上述问题.目前主要应用的是背景差分法，其过程如下：

1）设置时间间隔T_gap，循环截取两幅视频图像户P_i和P_j，分别进行预处理；

2）设置最小像素变化值Pmin，采用减法运算计算出前后两幅视频图像对应像素点的差值，统计发生改变的像素点个数，如式（3-1）所示：

式中，Ⅳ为总的像素改变点数.

3）设置检验图像状态发生改变的最小阈值N_min和最大阈值N_max，当N≤N_min时，不发出报警信号，直接排出干扰；当N≥N_max时，也无需发出报警信号，直接排出干扰；只有当N_min≤N≤N_max时，才认为是监测场景中发生了某种预定的异常，引起视频监控图像中的局部发生了异常改变，需要进行后续的报警处理，

其运行结果如图3所示，经过背景差分程序的处理，提取出所需目标，与选定标准对比分析判断是否发出警报，

一般获取背景图像的理想方法是在场景中无任何目标时采集一幅背景图像存贮起来，但是由于外界因素的干扰，如日光照射角度变化，沙尘风雨天气以及目标运动频繁等因素，都会引起背景图像的不准确，为此，就需要根据外界环境变化不断的更新背景，背景差分方法的主要问题是背景的更新与维护，好的背景图象更新方法是背景差分法的关键.

2.3 对高压输电线路覆冰情况的检测算法分析

自适应算法将覆冰输电线路作为提取目标，可实现高压输电线路覆冰异常报警.覆冰视频图像中的目标和其他物体的灰度值存在一定差异，覆冰线路的灰度值只有极少部分接近255.我们可以利用这种特性结合图像预处理算法，进行输电线路覆冰范围的提取.

1）按照式（2）计算视频图像的平均灰度值GN_average，设置需要进行覆冰计算的门限值GN_threshold，取其值100～130.

式中，P_i为视频图像中每个像素点的灰度值，w为视频图像的宽，h为视频图像的高，n为总的像素点数.

2）根据（3）和（4）计算出在G_average和255之间的平均灰度值G_minaverage和G_maxaverage，

3）从背景中分离出带干扰像素的覆冰输电线路后，求取覆冰输电线路形成的连通域，统计覆冰线路处于区间（G_minaverage，G_average）和（G_maxaverage，255）的总像素点/N_g设置线路覆冰报警的启动值N_gmin和N_gmax其中，N_gmin为预报警启动值，N_gmax为报警启动值，均以未覆冰线路的S_L为基准进行设定.

4）若N_ggmin表明监测线路覆冰的可能性极低，不发出报警信号；若N_g>N_gmin，表明监测线路存在覆冰的可能性，进行下一步的比较运算.再将N_g与，N_gmax进行比较：若N_ggmax表明监测线路的覆冰可能性不大，输电线路覆冰量较小，或是由于光照等其他干扰因素造成的灰度值虚高，发出预报警信号；若N_g>N_gmax，表明监测线路覆冰的可能性很大，覆冰情况较为严重，直接发出报警信号，

对野外高压输电线路进行覆冰检测，首先对图像进行灰度化与二值化处理，处理结果如图4所示.再利用上述算法计算其平均灰度值，将计算出的平均灰度与设定值对比分析，以判断是否发出警报.

2.4 对目标特征提取算法的分析

对于无人值守变电站的漏油检测、火焰智能检测以及在野外高压输电线路的绝缘子闪络的检测等，需要用到对目标物品进行特征提取.

矩特征是一种线性特征，矩特征对于图像的旋转、比例尺度和平移具有不变性.比较常用的是Hu矩.

设f（m，n）是一个有界二维函数，其（p+q）阶原点矩的定义见式（5）：

当f（m，n）在m-n平面的有限区域内分段连续时，m_pq序列与f（m，n）可以互相唯一确定.

Hu利用归一化的二阶、三阶中心矩（p+q≤3）的不同线性组构造了7个具有平移、旋转、尺度缩放不变性的不变矩函数式.可以用于区分人、动物、火焰及干扰物.可以根据这7个不变矩表达式来确定运动目标的分类.前方传输过来的信息数据，在使用Hu矩检测分析后，与不变矩表达式进行比较，确认识别出火焰，漏油，绝缘子闪络的特征时，系统发出警报，工作人员立即去发生事故的现场对问题进行解决.

2.5 对运动目标跟踪算法的分析

利用运动目标的跟踪，可以实现在无人值守变电站的人员徘徊检测以及在野外高压输电线路中导线舞动检测、导线弧垂越限检测等情况的检测与报警，目前主要应用的目标跟踪有如下两种方法.

2.5.1 利用Kalman滤波实现运动目标跟踪

在目标跟踪中使用Kalman滤波器估计目标运动状态可分为3个阶段，分别是滤波器初始化、状态估计及状态更新.

假设目标的运动状态参数为某一时刻目标的位置和速度，系统为线性状态模型：

x（t）表示t时刻的系统状态，A（Δt）表示Δt时间内的状态矩阵，w（t）表示估计误差，

假设目标以恒定的速度运动，并且目标大小的变化是线性的，则可得状态转移矩阵为：Kalman滤波算法是通过一组观测值来预测系统状态，在视频图像上只能观测到目标的位置和大小，由于假设系统状态与观测值之间是线性关系，则：

y（t）=H（t）x（t）+v（t）.

（8）

这样就定义了运动模型的状态方程和观测方程，可以运用卡尔曼滤波来估计目标质心的位置，并且可以在固定范围内搜索，而不需要在整幅图像上进行.图5所示为应用Kalman滤波算法进行运动目标跟踪结果图.可以看出通过对背景初始化后提取出运动目标，再根据运动目标状态估计计算出其运动路线，从而对运动目标进行跟踪检测.

2.5.2 利用Mean-shift算法实现运动目标跟踪

Mean-shift是一种基于运动物体颜色直方图的跟踪算法，其计算步骤如下：

1）初始帧目标模型描述

假设目标窗口的第i个像素点的位置为x_i（i=1，2，3，…，n），n为目标窗口的像素点总数；m为图像颜色直方图的栅格总数，xo为目标窗口的中心.

2）当前帧候选目标模型描述

设y为当前帧目标预测位置的中心，选择一半径为带宽参数h。的圆形区域作为搜索窗口，当前帧搜索窗口的第i个像素点的位置为x_i（i=1，2，3，…，n_h），n_h为搜索窗口像素点总数.

3）相似性函数和计算当前帧跟踪结果

进行初始帧目标模型和当前帧候选模型之间相似性度量的相似性函数见式进行泰勒展开，用Mean-shift算法对相似性函数求最大值，计算新位置为：

以y作为新的目标预测位置），，重复步骤2）和3），迭代得到在当前帧目标的最优位置.图6所示为导线出现舞动或悬垂越限的情况，运用Mean-shift算法检测导线运动轨迹，将检测出的运动轨迹与预先设定的运动轨迹进行比较，若超出设定值范围，则发出警报，提醒工作人员查看情况，以免出现事故.

应用上述算法，可以实现对于目标的跟踪.当有人经过时实现实时自动跟踪检测，人员停留超过设定时间系统便自动发出警报，提醒工作人员有情况出现.在野外高压输电线路上，通过对目标运动轨迹的检测与跟踪，比较预先设计好的目标轨迹，超出设定值后系统报警，提醒工作人员，以便派出工作人员及时解决该问题.

3 结论

针对目前电力系统的现状，分析了智能视频技术在电力系统无人值守变电站、高压开关柜及野外高压输电线路的现有和可能的应用，并对相应的智能视频算法进行了分析和研究.

1）在电力系统中采用智能视频技术除通用的安防监测外，对刀闸状态、杆塔倾斜、线路悬垂及舞动等监测更具有实际工程意义，这是将电力系统的“遥视”升级为“智能遥视”的唯一途径.

2）背景差分法实现简单有效，但是由于电力系统工作环境比较复杂，如输电线路的敷冰检测，在具体应用时，结合背景检测、环境检测算法进行改进，能有效地实现准确的目标特征提取和状态辨识.

11.电力电子技术在光伏系统的应用篇十一

关键词：电子技术,电力系统,发电,输电,配电,节能

电力电子技术综合了电子技术和电力技术, 近几年, 该项新技术被成功应用于电力行业, 并促进了新能源发电技术的快速稳健发展。目前, 随着新型材料的不断创新和发展, 很多新型的电气元件和材料被广泛应用在电力电子技术中, 促进了电子电力技术的飞速发展。通过分析电力电子技术在电力行业中的发展现状, 目前该技术主要应用于我国电力系统中的发电、输电、配电和节能等环节, 对我国电力系统的发展起到举足轻重的作用。

1 电力电子技术应用的意义

1.1 加快电气行业的智能化发展

目前电力电子技术发展速度快, 电力电子技术通过技术创新, 目前市场上的电子设备的智能化水平越来越高, 因此, 通过电力电子技术在电气行业的应用, 促进电气行业智能化已成为现实。电力电子技术的应用能将各种自动化和智能化的理论转化为现实, 从而加快电气行业的智能化发展。

1.2 提高电气行业的效率

电力电子技术能够加快电气设备自动化进程, 提高设备的工作效率, 降低生产加工成本, 最大限度的提高资源的利用率, 同时电力电子技术能够不断完善电力设备及系统, 最终实现电力行业的自动化、低能化、高效化。

1.3 调整电气行业产业结构

电力电子技术作为一种被成功应用于电力行业的新技术, 促进了电气行业的快速发展。随着电气行业的自动化和智能化发展, 机电一体化的发展速度加快, 不断提升电力电子技术在电器行业中的地位和作用, 最终达到调整电气行业产业结构和提高发展水平目的。

2 电力电子技术在发电环节的应用

2.1 实现风机水泵变频调速

在电力系统中, 风机水泵存在负荷大、耗能高、效率低等缺点, 对电力产业降本增效和提高效率造成严重的困扰。通过电力电子技术在风机水泵中的应用, 实现了风机水泵变频调速, 从而降低了风机水泵的耗能, 提高了工作效率。

2.2 实现太阳能发电的成功应用

技术的创新推动了太阳能的快速发展, 目前太阳能已经被广泛的应用。基于电力电子技术, 太阳能被成功应用于电力系统中, 并且实现了太阳能发电的目的。电力电子技术中的逆变器是太阳能发电系统的核心, 能够实现直流电和交流电的转化。太阳能发电具有环保、无公害、安全等特点, 因此, 太阳能发电是电力行业发展的方向, 对电力产业的发展意义重大。

2.3 提高水力发电和风力发电效率

水力压力和水头流量直接影响发电效率, 水力发电机组转速控制水力压力和水头流量, 因此, 水力发电机组转速的控制是水力发电的核心。风力发电的效率跟风速成正比关系, 提高风速, 风车的机组转速也会增加。综上所述, 对于风力发电和水力发电, 机组转速的控制是提高发电效率的关键因素。通过变频电源的应用, 能够有效的调整机组转速, 最终提高发电效率。

2.4 控制发电机的静止励磁

静止励磁具有可靠性高、成本低、构造简单等特点, 主要采用晶闸管整流自并励方式, 从而在电力系统中被广泛应用。电力电子技术能有效省去励磁机的应用, 实现发电系统的快速调节。简化了控制系统的操作, 提高了发电机的效果。

3 电力电子技术在输电环节的应用

3.1 直流输电中的应用

直流输电具有灵活、稳定的优势, 控制调节的灵活以及输电稳定是直流输电优势的集中体现。我国的直流输电分为高压直流输电和轻型直流输电, 随着电力电子技术在电力系统中的成功应用, 轻型直流输电中存在的众多问题也被逐一解决, 从而实现了直流电与无交流电源点的输电。因此, 电力电子技术在直流输电中的应用, 推动了我国直流电输电技术创新和发展。

3.2 柔性交流输电中的应用

柔性交流输电在电力系统中能够控制交流输电的功率, 同时能保障电力系统的安全和稳定性。随着电力电子技术在电力系统中的成功应用, 柔性交流输电技术得到了进一步的完善, 并且其性能更加稳定, 对保障电力系统的稳定具有重要的作用。

4 电力电子技术在配电环节的应用

配电环节能够提高电力系统的供电质量, 保障供电的可靠性。在供电质量控制中必须能够抑制外界干扰, 同时还需保证频率、电压的稳定。电力电子技术在供电系统配电环节的应用, 能有效控制供电质量, 保证供电的可靠性和安全性, 提高供电效率, 对电力系统的发展具有重要的保障作用。

5 电力电子技术在节能环节的应用

5.1 对电动机进行调速

交流调速在电力系统中的应用效果非常好, 交流调速精度高、效率高、调速范围广, 能够有效降低成本, 提高发电效率。目前, 在我国的电力系统中, 交流变速应用范围较小。随着电力电子技术在电力系统中的成功应用, 可实现电动机的交流调速, 最终实现电力系统节能的目的。

5.2 降低无功损耗

变电器存在无功功率损耗, 因此变电器运行中, 会导致电力浪费。在电力系统中必须保证无功平衡, 否则会造成设备的损耗, 威胁电力稳定。随着电力电子技术在电力系统中的成功应用, 能降低无功损耗, 保证无功平衡, 维持电力安全。

综上所述, 随着人们对电力系统的依赖性和需求的不断增加, 保证电力系统稳定高效发展是电力产业发展的趋势。将电力电子技术应用于电力系统, 方可保证电力系统的安全、稳定、高效发展。因此, 深入研究电力电子技术在电力系统中的应用, 完善和提升电力系统, 开拓电力电子技术在电力系统中的应用空间是电力部门的重要课题, 只有这样, 才能保证电力系统的快速发展。

参考文献

[1]姜建国, 乔树通, 郜登科.电力电子装置在电力系统中的应用[J].电力系统自动化, 2014, 3:2-6+18.

[2]万鑫.电力电子技术在电力系统中的应用及发展[J].电子世界, 2012, 3:69-71.

12.电力电子技术在光伏系统的应用篇十二

【摘要】：本文介绍了仓储管理信息系统技术，并结合电力物资管理系统，论述了仓储管理信息系统模块在电力物资管理中的应用，针对电力系统提出了一整套设计思路，以供同行借鉴。【关键词】：仓储管理信息系统；电力物资管理；应用引言

基于移动PDA和条码自动识别技术的物资仓储管理信息系统利用上海索勤公司LES软件技术启动SAP软件中WM（仓库管理）模块，通过WIFI，3G等数据通讯方式，搭建公司库存物资信息化数据管理平台，推广条形码、二维码技术、手持终端在物料、货架、仓位、存储单元、业务单据等方面的应用，实现对货位和上下架作业的精益化管理。并且采用成熟的ERP集成产品，将ERP系统应用功能延伸到仓储、配送、收发货等工作现场，提升仓库作业效率，构建与“五大体系”变革相适应的仓储管理模式，提高物资现场工作管理的规范化、标准化、信息化水平，进一步深化物资库存一本帐管理。2 主要研究内容和目标 2.1 主要研究内容

基于移动PDA和条码自动识别技术的物资仓储管理信息系统主要内容为：通过仓储信息化系统，实现仓储作业标准化，流程化，简单化。仓库无线PDA的移动作业，解决物流与信息流不一致的问题，使库存变化情况可以及时的反馈到ERP系统。通过虚拟化技术实现库存情况的图形化、可视化展示。使用户能够简便和直观的获取相关信息，进行决策。与ERP系统集成，使库存的变化情况及时反馈到ERP系统中，减少仓库作业人员的事后补单数据量。多种打印机的支持，通过PDA实现系统单据和标签的打印，使打印更加简单化。ERP WM模块的启用，实现系统精细化的管理。系统能够从作业的类型，时间，数量等多方面统计了人力的绩效，并能有效的进行优化分配。最终提高整个仓库的作业效率，降低了作业成本。2.2 实现的目标

基于移动PDA和条码自动识别技术的物资仓储管理信息系统通过应用WM模块，结合条形码、PDA等现代物流技术的应用，按照“统一规划、统一标准、统一管理、统一流程”的信息化建设要求，开展系统典型设计工作，构建与“五大体系”变革相适应的具有甘肃特色的仓储管理模式。通过系统实施，有助于实现以下工作目标：深化物资一本帐的管理：结合WM模块功能，能实现对不同的库存类型进行管理，巩固清仓利库的工作成果。实现仓库精细化管理：通过对库区、货位进行数字化定义，并运用出入库策略，能准确查询和定位仓库物资。提升仓库作业效率：通过结合条形码识别功能，并结合任务管理功能，实现简化仓库人员的操作步骤，减少系统录入工作量。

兰州供电公司仓储管理信息系统项目建设的目标是：战略层面，实现国网要求的物资集约化管理信息系统，信息系统网络平台建设，实现仓储管理网络化。战术层面，物资信息共享，提高物资的利用率，实现存储物资的标准化，精益化管理，建立仓库管理绩效评估量化指标体系。作业层面，通过条码等自动识别技术，提高作业效，率便捷的用户操作和准确率提高盘点作业的准确性和效率。3 应用领域和技术原理

“基于移动PDA和条码自动识别技术的物资仓储管理信息系统”面向电力物资仓储用户，应用于物资仓储管理专业，为其提供智能化辅助决策支持的大型系统软件。物资仓储管理信息系统启动SAP软件中WM（仓库管理）模块，基于条形码等自动识别技术，采用企业PDA等移动终端技术，通过WIFI，3G等数据通讯方式，搭建公司库存物资信息化数据管理平台，推广条形码、手持终端在物料、货架、仓位、存储单元、业务单据等方面的应用，实现对货位和上下架作业的精益化管理。并且采用成熟的ERP集成产品，将ERP系统应用功能延伸到仓储、配送、收发货等工作现场，提升仓库作业效率，构建与“五大体系”变革相适应的仓储管理模式，提高物资现场工作管理的规范化、标准化、信息化水平，进一步深化物资库存一本帐管理。4 应用前景与预期成果

开发应用的物资仓储条码管理系统，采用二维条形码技术管理库存物资，为每件物资都配备“身份证”，可及时准确地记录库存物资的流转情况，确保账面信息与实物信息统一，能够让相关物资项目管理部门、监督部门随时调取信息。库管人员办理物资入库时，根据ERP系统中物资的名称、规格等信息生成一个二维条形码，即物资‘身份识别码’，并将二维条形码贴在对应的物资上。只要扫描二维条形码，就能立即看到该物资的存数量、存放位置、工程名称等相关信息。条形码技术的应用，将实现仓储管理数据在ERP系统中的输入自动化，可有效提高数据的及时性和准确性，也为深化物资集约化管理和现代仓储配送体系建设提供有利条件。

作为实现物资仓储智能化管理的“基于移动PDA和条码自动识别技术的物资仓储管理信息系统”，具有以下先进性特点：实现了仓储信息化系统与ERP系统的无缝集成技术。PDA设备和条码自动化识别技术。无线移动作业技术。通过仓库策略的定义，实现智能化的仓库管理。实现了系统与仓库自动化作业设备的集成。Beflame SCM的智能客户端（RIA模式）应用程序充分利用本地计算机资源，发挥客户机的功能；利用网络资源，解决信息孤岛问题，支持远程登陆，降低维护成本。采用的虚拟化和图形化技术能够把数据从抽象的表格展示，进化成和实际业务完全符合的图形化或虚拟化展示，使用户能够简便和直观的获取物资仓储信息，进行决策。提供了多种二次设计工具，满足客户个性化需求，预制了多种报表，涵盖了各种入库任务、库存状态、仓库利用率等领域，为仓库计划员、现场管理人员和高层管理人士进行多层次多角度的业务分析提供了数据基础。5 存在问题和完善目标 5.1 存在问题

1）现有物流人员习惯化的思维与理念与目前国际化的新的物流管理理念尚有差距，需要进一步学习现代物流管理理念，紧跟时代步伐，以适应及推进仓储现代化建设。

2）结合新的WM模块的上线，物流管理的精细化程度越来越高，但是目前仓库人力配备不足，频繁的仓库作业使库房管理人员力不从心。

3）随着仓储信息化程度的提高，现在仓库管理人员年龄偏大、学历结构偏低等矛盾凸显，亟需补充新鲜血液，最大发挥系统作用。5.2 完善目标

1）由于两步收发造成的市级公司收货时实物和系统不一致问题。解决办法：由于供应商送货到仓库时，转储订单未产生，因此在系统中将货物收到代保管工厂中进行实物数量管理。使系统和实物保持一致。

2）项目退料由于ERP中走审批工作流，造成只要物资主任在ERP系统中审核通过后，系统库存便会增加，而与仓库保管员对货物的接收时间不符，造成系统与实物的账实不符。解决办法：在保管员收到货物后，联系物资主任进行审核，审核完成后，仓库保管员按照主任审核产生的入库凭证进行收货到指定位置，从而解决系统账实不符的问题。

3）由于仓库保管员在对项目物资进行发货时，ERP系统要求必须根据预留号进行发货，做预留号增加了保管员等待操作复杂度。解决办法：在手持中实现按照领料单位的领料单直接发货，并且通过手持自动产生ERP的预留号，减少了保管员发货的步骤，降低了操作的复杂度，从而提高了发货速度。6 结束语

综上所述，实施仓库管理信息系统,降低仓库的手工单据流通环节。通过流程改进、优化及自动化作业系统的导入，实现标准化的仓库作业流程；提高仓库作业效率，降低物流作业错误率及物流成本。通过条码、二维码管理，降低保管员的管理物料的方式，只需扫描条码和二维码而不识别物料，提高工作效率和准确率。降低系统操作的难度，给保管人员提供可以自己操作的界面和手段，自己操作并及时可以核对帐务和库存等信息。

参考文献：

13.电力电子技术在光伏系统的应用篇十三

摘要：文中通过分析电力企业信息网络的结构和对网络安全的要求，在归纳了防火墙和入侵检测系统在网络中的防御功能的基础上，提出了将防火墙和入侵检测系统运用到电力企业信息网络的具体方案，并对相关技术和网络安全体系的建设进行了讨论。

0 引言

当前，电力系统已基本形成了自己的生产过程自动化和管理现代化信息网络，并在实际生产和管理中发挥着巨大的作用。随着全球信息化的迅猛发展，电力系统必将加强与外部世界的信息交流，以提高生产和管理效率，开拓更广阔的发展空间。然而，网络开放也增加了网络受攻击的可能性。与外部网络的连接必然面临外来攻击的威胁。对于关系到国计民生的电力系统而言，网络安全必须作为一个重大战略问题来解决。目前，防火墙技术作为防范网络攻击最基本的手段已经相当成熟，是抵御攻击的第一道防线，入侵检测系统(intrusion detective system，缩写为IDS)作为新型的网络安全技术，有效地补充了防火墙的某些性能上的缺陷，两者从不同的角度以不同的方式确保网络系统的安全。

本文首先分析电力企业信息网络的结构，并结合其特点和对网络安全的特殊要求，就如何有效地将防火墙和入侵检测技术运用到电力企业信息网络中进行探讨。1 电力系统的信息网络

电力系统的信息网络[1]分为两大模块：监控信息系统(supervisory information system，缩写为 SIS)和管理信息系统(management information system，缩写为MIS)。

SIS对生产现场进行实时监控，从分布在生产现场的许多点采集数据，再由系统中的计算单元进行性能计算、故障诊断等，将结果存放到实时数据服务器，为生产现场实时提供科学、准确的数据，以控制整个生产过程。SIS包括CRT监控系统、DCS(数据通信系统)、FCS(现场总线控制系统)等子系统。

MIS的功能是实现企业自动化管理，包括若干子系统，分别实现生产经营管理、财务和人事管理、设备和维修管理、物资管理、行政管理等功能。较完善的MIS还包括辅助决策子系统，为管理人员提供智能支持，是企业管理规范化、科学化的基础。

目前电力系统的信息网络一般将SIS和MIS分做同一网络中的两个子网，并分别配置服务器，两子网之间用网关连接，如图1所示。

DPU(分散过程控制单元)从生产现场采集数并发送到高速数据网供DCS各工作站分析处理，同时为了保证SIS的网络安全，SIS以太网通过网关与MIS服务器连接，作为MIS到SIS的入口并管理MIS对SIS的访问。

SIS和MIS功能各异，对安全的要求也有所不同。SIS由于与现场生产息息相关，一旦遭到入侵，势必影响生产甚至造成恶性事故，所以其安全性要求更高。现行的网络结构也充分体现了这一特点，对 SIS实施更高级别的保护。

当局域网与外部网络连接后，MIS要向外界提供服务，网络面临的威胁将空前广泛、尖锐，这时原有的安全系统显然过于单薄，必须在原有基础上制定更严密、可靠的防御体系。

在安全的操作系统基础上，防火墙结合IDS是一种较为理想的解决方案。2 防火墙

防火墙[2]是防范网络攻击最常用的手段，是构造安全网络环境的基础工程。它通常被安置在内部网络与外部网络的连接点上，将内部网络与外部网络隔离，强制所有内部与外部之间的相互通信都通过这一节点，并按照设定的安全策略分析，限制这些通信，以达到保护内部网络的目的。

2．1 防火墙的体系结构[3] 构造防火墙时通常根据所要提供的服务、技术人员的技术、工程的性价比等因素采用多种技术的组合，以达到最佳效果。

目前常见的防火墙体系结构有以下几种：

a．双重宿主主机体系结构。在内部网络与外部网络之间配置至少有两个网络接口的双重宿主主机，接口分别与内部、外部网络相连，而主机则充当网络之间的路由器。这样，内部、外部网络的计算机之间的IP通信完全被阻隔，只能通过双重宿主主机彼此联系。

b．屏蔽主机体系结构。这种结构的防火墙由路由器和堡垒主机构成，路由器设置在内部、外部网络之间，实现数据包过滤。堡垒主机设置在内部网络中，外部网络的计算机必须连接到堡垒主机才能访问内部网络。

c．屏蔽子网体系结构。利用两个路由器(内部路由器和外部路由器)将内部网络保护到更深一层，而在两个路由器之间形成一个虚拟网络，称之为周边网络，堡垒主机连接在周边网络上，通过外部路由器与外部网络相连。这样，如果入侵者突破了外层的防火墙，甚至侵入堡垒主机，内部网络依然安全。

2．2 电力企业信息网防火墙的结构设计

电力系统对安全性的高度要求，企业信息网络的安全问题应该予以格外关注。必须组建科学、严密的防火墙体系，为企业内部网络尤其是内部网络中的SIS子网提供高度的网络安全。

电力企业内部网络由两个安全级别不同的子网 MIS和SIS构成，其中SIS对安全要求更高，因此它仅向MIS提供服务而不直接与外部网络相连，由 MIS向外界提供服务。基于这个特点，防火墙宜采用屏蔽子网的体系结构，如图2所示。

MIS作为体系中的周边网，SIS作为内部网。设置两台屏蔽路由器，其中外部路由器设在MIS与外部网络之间，内部路由器设在SIS与MIS之间，对进出的数据包进行过滤。另外，堡垒主机连接在

MIS中，对外作为访问的入口，对内则作为代理服务器，使内部用户间接地访问外部服务器。

应该强调的是，MIS的堡垒主机极有可能受到袭击，因为所有对内部网络的访问都要经过它，因此，在条件允许的情况下，可以在MIS中配置两台堡垒主机，当一台堡垒主机被攻击而导致系统崩溃时，可以由另一台主机提供服务，以保证服务的连续性。同时，在MIS中配置一台处理机，与内部路由器组成安全网关，可以作为整个防火墙体系的一部分，控制MIS向SIS的访问以及对数据传输进行限制，提供协议、链路和应用级保护。网关还应考虑安全操作系统问题，Win2000[4]是一个可行的选择。尽管可能还存在一些潜在的漏洞，Win2000依然是目前业界最安全的操作系统之一。由于SIS仅对MIS的固定用户提供服务，同时考虑到SIS的安全要求，对网关的管理可以采取Client／Server方式，这样虽然在实现上较Browser／Server方式复杂一些，但却具有更强的数据操纵和事务处理能力，以及对数据的安全性和完整性的约束能力。2．3 防火墙的缺陷

尽管防火墙在很大程度上实现了内部网络的安全，但它的以下几个致命的缺陷使得单一采用防火墙技术仍然是不可靠的。

a．无法防范病毒。虽然防火墙对流动的数据包进行严格的过滤，但针对的是数据包的源地址、目的地址和端口号，对数据的内容并不扫描，因此对病毒的侵入无能为力。

b．无法防范内部攻击。从防火墙的设计思想来看，防范内部攻击从来就不是它的任务，它在这方面是一片空白。

c．性能上的限制。防火墙只是按照固定的工作模式来防范已知的威胁，从这一点来说，防火墙虽然“勤恳”，但是过于“死板”。

所以，安装了防火墙的系统还需要其他防御手段来加以充实。3 IDS IDS(入侵检测系统)是一种主动防御攻击的新型网络安全系统，在功能上弥补了防火墙的缺陷，使整个安全防御体系更趋完善、可靠。

3．1 入侵检测原理与实践

IDS以检测及控制[5]为基本思想，为网络提供实时的入侵检测，并采取相应的保护措施。它的设计原理一般是根据用户历史行为建立历史库，或者根据已知的入侵方法建立入侵模式，运行时从网络系统的诸多关键点收集信息，并根据用户行为历史库和入侵模式加以模式匹配、统计分析和完整性扫描，以检测入侵迹象，寻找系统漏洞。

IDS一般分为基于主机的IDS和基于网络的IDS两种。基于主机的IDS其输入数据来源于系统的审计日志，用于保护关键应用的服务器；基于网络的IDS输入数据来源于网络的信息流，用于实时监控网络关键路径的信息。目前的入侵检测产品通常都包括这两个部件。

在实践中，IDS一般分为监测器和控制台两大部分。为了便于集中管理，一般采用分布式结构，用户在控制台管理整个检测系统、设置监测器的属性、添加新的检测方案、处理警报等。监测器部署在网络中的关键点，如内部网络与外部网络的连接点、需重点保护的工作站等，根据入侵模式检测异常行为，当发现入侵时保存现场，并生成警报上传控制台。3．2 在电力企业信息网中运用IDS 电力企业的安全涉及国家安全和社会稳定，建议尽可能使用国产检测系统，如北京中科网威“天眼”入侵检测系统[6]清华紫光Unis入侵检测系统等，这些产品在技术上已相当成熟，且在不断升级。

安装IDS的关键步骤是部署检测器与控制台。针对电力企业网络的特点，首先，可以在外部路由器与外部网络的连接处部署监测器(如图3所示)，以监测异常的入侵企图。在防火墙与MIS之间部署监测器，以监视和分析MIS与外部网络的通信流。然后，分别在MIS和SIS中部署一台监测器，监视各子网的内部情况；控制台设置在MIS中。最后，根据实际情况为个别需重点保护的服务器、工作站安装基于主机的入侵检测软件，保护重要设备。

安装IDS后，更具挑战性的工作就是有效地运行IDS。防火墙在测试和设置后便开始工作了，而 IDS则不同。IDS提供实时检测需要管理员“实时”地配合，管理员要做好处理各种警报的准备工作；在系统发出警报时要判断是否误报，正确处理警报，决定是否关闭系统或是继续监视入侵者以收集证据等，都需要管理员就地解决。只有管理员及时采取恰当的处理方法，才能真正发挥IDS的功效。4 安全体系的运作与后期扩充

虽然防火墙的防护是被动的，而IDS是实时的，但安全体系(包括各单一主机自身的安全体系)是作为一个整体协同运作的。目前的主机和网络设备都具有完备的安全审计功能，IDS可以充分利用系统的网络日志文件作为必要的数据来源，而当 IDS发现可疑行为时又需要其他主机或防火墙采取相应的保护措施，例如通知防火墙对可疑IP地址发来的数据包进行过滤等。

当然，从技术方面来说，网络安全所涉及的范围是相当广泛的，包括安全的操作系统、防火墙、安全审计、入侵检测、身份认证、信息加密、安全扫描、灾难恢复等。防火墙结合IDS只是形成了安全体系基本内容，还需要在系统运行中运用多种技术不断充实安全体系的功能，例如在系统中配置扫描器，定期进行风险评估和查找漏洞，升级防火墙或者向IDS中添加新的攻击方式等。同时，任何防御体系都不可能保证系统的绝对安全，必须不断提高系统管理人员的技术水平，密切关注网络安全的发展动态，及时升级网络防御系统，提高系统的防御能力。5 结语

当前，电力企业正以原有设施为基础，构建企业与电力公司、企业与企业间的信息网络，网络安全是一个不可忽视的问题。防火墙与入侵检测技术相结合，为网络安全体系提供了一个良好的基础，对保障系统安全发挥不可忽视的作用。当然，完备的安全体系还需要其他多种安全技术从功能上进一步完善，同时，安全问题不仅是一个技术问题，也是一个系统工程，需从组织管理、法律规范等多方面予以支持。H-2002-5

14.电力电子技术在光伏系统的应用篇十四

光伏阵列可将太阳能转换为电能。光伏阵列具有非线性电源的特点,有独特的最大功率点,且最大功率点会随着天气条件如光照强度和温度等的变化而变化。目前在用的光伏阵列的功率转化效率仍然很低,太阳能电池必须实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制,以使阵列在任何光照强度和环境温度下都能获得最大功率输出。参考文献[1,2,3]提出了扰动观察法、固定电压法、电导法增量等MPPT技术。这些方法速度慢,精确度低,不能稳定工作于各时期最大功率点,导致光伏系统的输出功率损失,且在简单性、收敛性和硬件实现上也各不相同,总之难以兼顾跟踪的快速性以及系统稳定性两方面的要求。鉴此,本文采用变步长电导增量法进行MPPT控制,以提高光伏发电系统的动态和稳态性能。

在并网逆变器控制过程中,必须保证注入电网的电流有较低的总谐波失真率,而且需要控制允许注入电网的无功功率。有关学者提出了许多光伏逆变器控制技术。参考文献[4,5]提出电网电流和直流母线电压的双闭环控制结构和经典的PI调节方法,参考文献[6]中采用提前计算好的PWM参数,通过在电网电压和逆变器输出电压之间移相来控制电网功率因数。本文采用输入输出反馈线性化控制技术,设计了一种新方法来控制光伏逆变器的功率因数,将逆变器的非线性状态模型在dq坐标系下转换为2个线性等效子系统,然后通过极点配置线性控制回路来分别控制电网的功率因数和逆变器直流电压。

1 光伏发电系统描述

通常情况下并网发电系统都为双级结构,第一级是一个DC/DC转换器,用于跟踪最大功率点(Maximum Power Point,MPP),第二级是一个DC/AC转换器。如果将MPP控制直接移到DC/AC一侧,则可从系统中去除DC/DC转换器,简化系统,提高整体效率并降低成本,这就是单级结构。

光伏发电系统单级并网结构如图1所示。该系统由光伏阵列、电容直流环节、三相二电平逆变器和三相电网组成。光伏阵列将太阳能转换为直流电能,直流母线电容器用于减小直流电压在逆变器输入端的高频脉冲,逆变器由SVPWM控制。

1.1 光伏阵列模型

光伏阵列由若干光伏电池组成,光伏电池的输出特性方程为

$Ι = Ι_{s c} - Ι_{0} [\exp (\frac{q (U + Ι R_{s})}{A Κ Τ}) - 1] - \frac{U + Ι R_{s}}{R_{p}} (1)$

式中:Isc为标准测试条件(光照强度为1 kW/m2,环境温度为298 K)下测得的光生电流;I0为流过二极管的反向饱和漏电流;q为电荷量,q=1.6×10-19 C;Rs为光伏电池的内阻;A为二极管的理想常数,其值在1～2之间变化;K为玻尔兹曼常数,K=1.38×10-23 J/K;T为光伏阵列工作时的热力学温度;Rp为光伏电池的并联电阻。

1.2 MPPT算法

由于光伏电池的转换效率普遍偏低,光伏发电系统的设计应使光伏阵列实时跟踪MPP。研究表明,电导增量法在多变的天气条件下可以快速跟踪MPP。电导增量法基于光伏电池特性曲线在MPP处的斜率为零、MPP左边的斜率为正、MPP右边的斜率为负的特性,即

${\begin{cases} d Ρ / d V = 0, Μ Ρ Ρ \\ d Ρ / d V > 0, Μ Ρ Ρ 左边 \\ d Ρ / d V < 0, Μ Ρ Ρ 右边 \end{cases} (2)$

而 $\frac{d Ρ}{d V} = Ι + V \frac{d Ι}{d V} = 0 \Rightarrow \frac{Δ Ι}{Δ V} = - \frac{Ι}{V}$ ,由此得到瞬时电导(I/V)和增量电导(ΔI/ΔV)之间的关系。通过比较(I/V)和(ΔI/ΔV)可跟踪MPP:

${\begin{cases} Δ Ι / Δ V = - Ι / V, Μ Ρ Ρ \\ Δ Ι / Δ V > - Ι / V, Μ Ρ Ρ 左边 \\ Δ Ι / Δ V < - Ι / V, Μ Ρ Ρ 右边 \end{cases} (3)$

输入MPPT控制器的被控变量为光伏阵列的电压和电流,通过MPPT算法得到的参考电压送至PWM控制器,以控制与光伏阵列连接的DC/DC或DC/AC逆变器。当光照强度发生变化时,MPPT控制器在预先设定的步长下控制参考电压增加或减小步长,以达到新的最大功率点。

传统的电导增量法采用定步长,追踪步长较大时,对光照变化跟踪速度快,但光伏组件在最大功率点附近的振荡现象严重,导致稳态误差增大;选择较小步长时,振荡现象有所减弱,但对光照变化的跟踪速度变慢。为了克服这些缺陷,本文采用变步长方式[7],根据工作点位置自动调整步长大小,如果实际工作点远离MPP,则增加步长以实现快速跟踪;反之步长自动变小以减小震荡。变步长公式为

$h = α | \frac{V_{Ν} Ι_{Ν} - V_{Ν - 1} Ι_{Ν - 1}}{V_{Ν} - V_{Ν - 1}} | (4)$

式中:α为调节步长比例系数;VN、IN为光伏阵列在采样时刻N的输出电压和电流。

变步长电导增量法程序流程如图2所示。

1.3 三相逆变器模型

三相逆变器的交流侧部分方程[8]:

${\begin{cases} v_{a} = R i_{a} + L \frac{d i_{a}}{d t} + e_{a} \\ v_{b} = R i_{b} + L \frac{d i_{b}}{d t} + e_{b} \\ v_{c} = R i_{c} + L \frac{d i_{c}}{d t} + e_{c} \end{cases} (5)$

经过Park变换,在dp旋转坐标系下得到

${\begin{cases} v_{d} = e_{d} + R i_{d} + L \frac{d i_{d}}{d t} + ω L i_{q} \\ v_{q} = e_{q} + R i_{q} + L \frac{d i_{q}}{d t} - ω L i_{d} \end{cases} (6)$

式中:ed、eq,id、iq,vd、vq分别为电网相电势、相电流和逆变器输出电压经等量变换后的d、q分量。

忽略逆变器开关的功率损耗,直流输入端和交流输出端的功率平衡关系满足:

$e_{d} i_{d} + e_{q} i_{q} = v_{d c} i_{d c} (7)$

式中:vdc、idc分别为逆变器的输入电压和电流。

逆变器直流侧满足基尔霍夫定理:

$C \frac{d v_{d c}}{d t} = i_{p v} - i_{d c} = i_{p v} - \frac{e_{d} i_{d} + e_{q} i_{q}}{v_{d c}} (8)$

式中:ipv为光伏阵列的输出电流。

式(6)和式(8)构成了连接到直流母线和电网的逆变器数学模型。两式可归纳为

$\dot{x} = [\begin{matrix} - \frac{R}{L} i_{d} + ω i_{q} - \frac{e_{d}}{L} \\ - \frac{R}{L} i_{q} - ω i_{d} - \frac{e_{q}}{L} \\ \frac{i_{p v}}{C} - \frac{e_{d} i_{d} + e_{q} i_{q}}{C v_{d c}} \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{1}{L} & 0 \\ 0 & \frac{1}{L} \\ 0 & 0 \end{matrix}] u (9)$

式中:u为输入变量,u=(u1,u2)T=(vd,vq)T。

令状态向量x=(x1,x2,x3)T=(id,iq,vdc)T,则式(9)可简写为

$\dot{x} = f (x) + g (x) u (10)$

f(x)、g(x)的向量场定义为

$f = [\begin{matrix} f_{1} \\ f_{2} \\ f_{3} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \frac{R}{L} x_{1} + ω x_{2} - \frac{e_{d}}{L} \\ - \frac{R}{L} x_{2} - ω x_{1} - \frac{e_{q}}{L} \\ \frac{i_{p v}}{C} - \frac{e_{d} x_{1} + e_{q} x_{2}}{C x_{3}} \end{matrix}] ； g = [\begin{matrix} \frac{1}{L} & 0 \\ 0 & \frac{1}{L} \\ 0 & 0 \end{matrix}] (11)$

该模型通过调节x2和x3的状态模型来调节电网的直流输入电压和功率因数。这两个状态被视为该模型的输出:

$y = [y_{1}, y_{2}]^{Τ} = [x_{2}, x_{3}]^{Τ} = [i_{d}, v_{d c}]^{Τ} (12)$

从式(9)可看出该系统为非线性系统,因此采用输入输出反馈线性化理论来控制该系统。

2 输入输出反馈线性化理论

输入输出线性化方法的主要思想是设计一种非线性控制,将非线性动态系统转换为完全解耦或部分解耦的线性子系统,以方便应用非线性控制技术。

考虑以下非线性多输入多输出系统:

$\dot{x} = f (x) + g (x) u ； y = h (x) (13)$

式中:x为n×1阶状态向量;u为m×1阶控制输入向量;y为m×1阶输出向量;f、h为向量场函数;g为n×m矩阵,其列为向量场gi。

假设ri为使至少有一个输入出现在y $_{i}^{(r_{i})}$ 中的最小整数,则有

$y_{i}^{(r_{i})} = L_{f}^{(r_{i})} h_{i} + \sum_{j = 1}^{m} L_{g_{j}} L_{f}^{(r_{i} - 1)} h_{i} u_{j} (14)$

式中:L表示求导。

对于某个整数ri,在状态空间中的一个区域Ωx内存在某一点x=x0,使得LgjL(ri-1)fhi(x)≠0。对输入量yi逐次微分,直到出现输入量u,可得到

$[\begin{matrix} y_{1}^{(r_{1})} \\ ⋮ \\ y_{m}^{(r_{m})} \end{matrix}] = [\begin{matrix} L_{f}^{(r_{1})} h_{1} (x) \\ ⋮ \\ L_{f}^{(r_{m})} h_{m} (x) \end{matrix}] + E (x) u (15)$

E(x)在定义区域Ωx上可逆,取输入变换:

$u = E^{- 1} (x) [\begin{matrix} v_{1} - L_{f}^{(r_{1})} h_{1} \\ ⋮ \\ v_{m} - L_{f}^{(r_{m})} h_{m} \end{matrix}] (16)$

将式(16)带入式(15)可得到输出变量y和新的输入变量v之间的线性微分关系:

$[y_{1}^{(r_{1})} y_{2}^{(r_{1})} \dots y_{m}^{(r_{m})}]^{Τ} = [v_{1} v_{2} \dots v_{m}]^{Τ} (17)$

该过程实现了非线性到线性关系的转换[9,10]。

3 逆变器的反馈线性化实现

系统输出是电网电流和直流输入电压的q分量:y1=x2=iq;y2=x3=vdc。对于y1和y2,有

$\begin{array}{l} \dot{y}_{1} = f_{2} - u_{2} \frac{1}{L} (18) \\ \dot{y}_{2} = f_{3} = \frac{i_{p v}}{C} - \frac{e_{d} x_{1} + e_{q} x_{2}}{C x_{3}} (19) \end{array}$

由式(19)可得

$\begin{array}{l} \ddot{y}_{2} = \dot{f}_{3} = \frac{\dot{i}_{p v}}{C} - \frac{1}{C x_{3}} [e_{d} (f + u_{1} \frac{1}{L}) + \\ e_{q} (f_{2} + u_{2} \frac{1}{L})] + f_{3} \frac{e_{d} x_{1} + e_{q} x_{2}}{C x_{3}^{2}} (20) \end{array}$

将式(18)、式(20)写成矩阵形式:

$[\begin{matrix} \dot{y}_{1} \\ \ddot{y}_{2} \end{matrix}] = A (x) + E (x) [\begin{matrix} u_{1} \\ u_{2} \end{matrix}] (21)$

式中: $E (x) = [\begin{matrix} 0 & \frac{1}{L} \\ - \frac{e_{d}}{L C x_{3}} & - \frac{e_{q}}{L C x_{3}} \end{matrix}], A (x) = [\begin{matrix} f_{1} \\ \frac{\dot{i}_{p v}}{C} - \frac{1}{C x_{3}} (e_{d} f_{1} + e_{q} f_{2}) + \frac{(e_{d} x_{1} + e_{q} x_{2})}{C x_{3}^{2}} f_{3} \end{matrix}]$ 。

为了将系统线性化,将 $[\begin{matrix} u_{1} \\ u_{2} \end{matrix}] = E^{- 1} (x) \cdot [\begin{matrix} v_{1} - b_{1} \\ v_{2} - b_{2} \end{matrix}]$ 代入式(21)后得 $[\begin{matrix} \dot{y}_{1} \\ \ddot{y}_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} v_{1} \\ v_{2} \end{matrix}]$ ,完成了非线性系统到线性系统的转换。

对于跟踪控制,为了保证输出量y1和y2能够跟踪参考量y1ref=iqref和y2ref=vdcref,将输入控制量定义为

$[\begin{matrix} u_{1} \\ u_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} k_{11} e_{1} + \dot{y}_{1 r e f} \\ k_{21} e_{2} + k_{22} \dot{e}_{2} + \ddot{y}_{2 r e f} \end{matrix}] (22)$

式中:kij为系数;ei=yiref-yi; $\dot{e}_{i} = \dot{y}_{i r e f} - \dot{y}_{i} ‚ i, j = 1, 2$ 。

式(22)实现了跟踪控制[11,12]。

4 仿真实验与结果分析

光伏发电系统及其控制方案如图3所示。MPPT模块为线性控制回路提供直流母线电压基准,线性控制回路为反馈线性化回路提供控制信号v1和v2,反馈线性化模块的输出为控制信号u1和u2,通过Park变换使这2个控制信号产生相位参考电压,相位参考电压用于逆变器的SVPWM控制。

在Matlab/Simulink环境中仿真光伏发电系统,仿真参数:电网电压有效值为220 V,频率f=50 Hz,电感L=2 mH,电阻R=0.1 Ω,直流母线电容C=2 000 μF。

图4、图5为光照强度阶跃变化条件下的仿真结果。t=0.4 s时光照强度从1 kW/m2减少为0.4 kW/m2,t=0.6 s时光照强度从0.4 kW/m2增强为1 kW/m2。图4中电压、电流和功率的变化表

明了光伏阵列能迅速达到新的最大功率点。图5显示电网电流的q分量没有受到光照强度变化的影响,从而不会影响功率因数。

图6为温度阶跃变化条件下的仿真结果。t=0.8 s时温度从25 °C上升为50 °C,t=1.0 s时温度从50 °C下降为25 °C。可见每次温度改变后,光伏阵列都能迅速达到新的最大功率点,而且电网电流的q分量特性曲线与图5相似,不会影响到电网的功率因数。

图7为电网电流q分量随其参考值变化特性。可见日照强度的阶跃变化导致电网参考电流的q分量在t=2 s时从0 A上升到10 A,即发生阶跃变化后,电网电流的q分量能迅速达到新的参考值。

图8给出了采用定步长(step=0.05V)和变步长 $(s t e p = 0.05 V | Δ Ρ / Δ V |)$ 时的电网电流比较。可见在变步长情况下只产生了较小的电网稳态振荡电流,而且通过仿真得到此时电网相电流的总谐波失真率较低,为3.52%,而定步长情况下的总谐波失真率达13.12%。

(a) 定步长

(b) 变步长

5 结语

在光伏发电系统的非线性模型中应用反馈线性化控制技术,得到2个没有内部动态的线性子系统,这些子系统允许分开控制电网的功率因数和逆变器的直流母线电压。仿真结果表明,使用该控制方法时,光照强度和温度的变化不会影响电网功率因数;采用的变步长电导增量MPPT算法提高了光伏发电系统的动态和稳态性能,与定步长算法相比,大大降低了电网电流的总谐波失真率。

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电力电子补考06-16