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优秀工程毕业论文篇一

  第 1 章  绪论   1.1 课题研究背景 电法勘探是应用地球物理学的一个重要分支，其中井地电阻率法通过研究地下介质电阻率的变化来进行资源探测的方法，它将地面电法探测以及电测井法相结合，通过多个供电电极向地下供入电流来建立电场，地表进行测线的布置，数据接收后进行处理，反映出地下异常体对地表影响的情况。近年来，有关于电法的仪器日趋完善，对于数据的处理能力也逐步提高，应用井地电法来进行勘探越来越广泛。井地电法最早期的应用是探查金属矿，早期采用的是对矿井进行充电，在地表测量电位梯度，后期进行数据处理，通过数据的处理来反映地下异常体的情况。 从19世纪开始，许多学者就对电阻率法展开了深入的研究。Alfred Williams，F.H.Brown和 Led  Daft 发表了针对矿床的地电差异的专利[1]。James  Fisher 则对美国一个含有铜矿的电阻率进行了测量，但对视电阻率并没有提出明确的概念与解释，随后对于视电阻率的概念[2]是由 C.Schlumberger 以及 F.Wenner 提出的，并对视电阻率给出了明确的解释。随后M.Schlumberger 和 O.H.Gish、W.J.Rooney 等针对视电阻率的研究进行了野外实验，对视电阻率有了进一步的认识。Stefanesco 等针对水平层状介质的正演展开了深入的研究[3]。1991 年，水永秀树使用了线状电极供电[4]，寻找三维地电模型电性参数与地表视电阻率之间的联系。之后水永秀树又对倾斜井展开了实验研究，编写了三维的电阻率反演程序，对于异常体的位置以及形状能够给出比较明确的描述[8]。牛岛惠辅等研究了流动电位法[5-7]，根据地表的电位分布情况来测量地下渗透流动的一种电法勘探的方法。通过对这项技术的研究，可以用金属套管作为实验的供电电极，在实验的过程中观测地表电位分布的情况，通过后期数据的处理能够较为明确的指出压裂裂隙的方向。相较于其他国家我国对于井地电法的研究比较晚，对于井地电法的掌握与应用是在苏联专家的帮助下逐步成熟与完善起来。近年来，我国广泛应用井地电法，特别是在石油勘探等方向，在对油气藏边界的确定上有着广泛的应用前景。至今，井地电阻率法在地球物理探测等方向仍有着广泛的应用。  .......   1.2 国内外研究现状  井地电阻率法是根据地下介质的电阻率差异，在井中激发，地表测量的探测方法。油气藏深度较大，而地面的电法监测达不到预期的效果。对于井地电法不仅是国外，我国的许多专家也进行了大量丰富的研究。井地电阻率法是在 1958 年由苏联人首次提出的，他们不仅在硫酸铜的溶液中进行了实验，而且在煤层水平边界圈定中也进行了很多的野外实验，对于这些实验取得了明显的成果[9]。近年来，一些国内外的学者通过研究也取得了显著的成果，1962-1973 年，Merkel,Snyder，Alfano 和 Merkel 研究了向地下供入直流电时，层状模型在地表的电位分布情况[9-11]。1977 年 Daniels 讨论了在井地模型中，球体以及 N层地电模型他们视电阻率的变化规律；1978 年 Sill 等成功的监测了油田注水推进方向；1979 年 Morrison 和 Dey 采用了三维数值模拟的方法，对比了在地面和井中分别设置电极对实验产生的影响；1985 年 Rocroi 等确定了热田地热储层分布以及埋深[12]。同年 Tsang和 Wilt 对于地下污染物的流动方向进行了实验模拟，Eloranta 采用了积分的算法，比较了井地电法三维模型中的二极以及三极装置的不同效果；Beasley 和 Ward 为了反映球体及椭球体的灵敏性[36]巧妙地运用了积分方程的方法研究了井地装置；1988 年 Vasseur 和Poirmeur 为了能对井地装置进行较为精确的模拟，研发出了针对装置的积分方程[37]；在1991 年 oD. Be vc 和 H.F. Mo rrison 巧妙地将井地电法运用到调剖监测试验中[35]。  .....   第 2 章  井地电阻率三维正演研究   2.1  满足稳定电流场的基本方程以及边界条件  对井地电阻率进行三维正演模拟时经常用到的方法有：有限单元，有限差分，边界单元以及积分方程的方法。本文运用的是有限差分的正演方法，该方法主要是以差分作为数值计算的基本方法,计算过程中用微商代替微分，将连续的微分方程变为有限的差分方程，并将所求得到的差分方程的解作为边值问题的解[30]。 直流电阻率三维正演的计算是对由己知区域地下的电阻率异常体导致地表面电位梯度值的变化进行求解。本章将有限差分作为基本方法，将连续问题离散化，同时采用约束条件进行求解，对有关的网格节点系数进行了推导，并对比了异常体埋深不同对地表电位梯度的影响[17,23]。 ........   2.2  井地电阻率三维有限差分计算 三维电阻率有限差分法是进行实验数值模拟比较常用的方法。它的基本原理是将要处理的连续问题离散化，将连续问题的微分方程变为离散的差分方程，通过对差分方程组进行求解来得到原方程组的近似解。本章从点电流源场的基本方程着手，推导出了异常场存在的方程，并对该方程进行了离散化求解，结合混合边界条件推导出了有关网格节点系数的计算公式。并构建三维正演模型，对比了高阻低组异常体埋深不同的对地表电位的影响。  ........   第 3 章  井地电阻率法一维反演理论研究.....24  3.1  反演的基本理论........ 24  3.1.1  反演问题的数学描述 ....... 24  3.1.2  反演问题的数学适定性 ......... 24  3.2  正则化反演方法........ 25 3.2.1  对模型施加背景约束 ....... 25  3.2.2  对模型界限约束 ......... 26  3.3 OCCAM 一维反演 ..... 27  3.3.1 OCCAM 反演基本原理 .... 27  3.3.2  拉格朗日乘子的搜索 ....... 31  3.3.3 OCCAM 理论模型的一维反演..... 32  3.4  本章小结........ 34  第 4 章  井地电阻率监测实例分析.....35  4.1  仪器介绍以及野外实验情况 ...... 35  4.2  油田裂缝监测的实例...... 36  4.3  本章小结........ 37  第 5 章  全文总结.........38  5.1  研究工作总结...... 38  5.2  下一步工作建议........ 38     第 4 章  井地电阻率监测实例分析    井地电阻率电位梯度的方法已经在大庆油田，以及山西煤矿井进行了多次的实验研究，并从中获得了良好的实验效果，本章则主要介绍井地电阻率的监测实例。    4.1  仪器介绍以及野外实验情况  井地 ERT 实验室研制出了具有自主产权的水油界面电阻率成像仪。该仪器只要应用大功率多波形发射以及弱信号的检测技术，实现了 50A 的信号发射系统，采用井地三维的电阻率正演技术，完成数据的采集与成像。该仪器由发射机，接收机以及井地电阻率成像软件三部分组成。 用成像仪进行野外现场试验时，需将发射机连接到被测井上，将它作为供电电极 A，且因为回流电极 B 对监测数据的影响比较小，可以忽略，将 B 级放置到超过监测目标深度的 1.5 倍或 2 倍远。以被测井 A（垂直井）或被测目标在地表的投影点（A 是倾斜井）为圆心设置放三环测点，每圈都设置 18 个测点，其中让每个测点之间的夹角为 20°，将测环的半径依次布置为 50 米、100 米和 150 米，共计 54 个测点。如下图 4.1 所示。 井地电法监测的基本原理是，根据压裂前后地表电位梯度的变化情况进行后期的数据处理，进而推断压裂裂缝的走向。因此，将数据采集分为两部分，即压裂前与压裂后的数据采集。将实验采集到的数据进行初步的去噪等处理，并将采集到的压裂后与压裂前的地表上各观测点的电位梯度值做差，则电位梯度差值的极大值的方向就是裂缝方向。  .........   总结   文章在前人研究的基础上，对井地电阻率三维正演以及一维反演的方法展开了的论述，从点电源满足的基本方程入手，并针对井地电阻率三维正演算法进行较为详细的研究，构建了三维正演的模型，实验模拟，对仿真结果进行分析，之后又建立了一维的层状模型，并对他进行 OCCAM 的反演，解释反演效果。总结全文的内容，可以得到以下几点结论：  （1）基于地下点电流源的电位公式以及有限差分方法的基础上，研究了井地三维电阻率模拟方法，编制了三维电阻率法正演程序，实现了井地电阻率三维的差分计算。并利用该方法构建模型，对实验效果进行分析，并未井地电阻率成像仪器的参数设计提供依据。  （2）研究了井地电法的反演理论及 OCCAM 的一维反演方法。利用井地电法的基本反演理论以及 OCCAM 的正则化反演方法，构建最光滑模型，并对一维层状介质进行OCCAM 反演实验，分析了深度和电阻率的关系。  （3）文章中对野外的压裂裂缝监测实验数据进行处理及分析，实验结果可以直观地反映出压裂井在压裂前后的变化情况，为油田的开发以及周围井的开采提供客观可靠的依据，该技术的现场试验以及解释方法在油田的开发中具有广泛的前景。  ......... 参考文献(略)   

优秀工程毕业论文篇二

  1绪论   1.1研究的背景和意义 本文从滑坡稳定的影响因素、滑坡的发生机理、滑坡的防治技术为基础,结合工程实际中新型滑坡处治技术分析,阐述各种滑坡防治技术的适用范围和优缺点,以及对于滑坡防治中勘察设计存在的问题和改进措施加以探讨,以便能够切合工程实际情况选择处治方法,提高防治方案的社会经济效益,并为以后的勘察设计作为参考甚至指导。 .........   1.2本论文研究重点 本文结合一具体工程实例,综合考虑从引发坡体滑坡崩塌的水文地质条件、工程地质条件以及降雨和防治结构坚固性影响的诸多因素,展开了稳定性分析与计算、稳定措跑设计、以及对设计采用的处治方法进行了比选和优化等一系列工作。得出了滑坡防治工程中勘察与设计和施工互相关联协调、不可分割,各出所长、互相取长补短有机联系,获得更好的成果,在对工程造价起决定性作用的勘察设计中,必须严格把关的结论。并且提供了对设计的处治方案进行优化分析的方法。同时在对此研究实例过程中的稳定性计算中以及结合本人工程经验提出了应釆用水平分层法替代传统的竖直分层法;滑坡防治工程的设计,应该充分考虑景观设计效果,应该在空间造型和物体形象等方面与环境、人文和谐一致,与国家建设绿色走廊的政策相一致;对于新型的滑坡防治措施,能够设立试验段;滑坡地质勘察应该严格按照滑坡特殊的勘察要求进行,并且宜按设计阶段循序渐进地进行,按不同设计阶段要求,提出防治方案建议,供设计参考等建议。 .........   1.3研究目的 勘察设计的错误对于滑坡防治工程的价值,是起决定性作用的,因此必须从源头的勘察明确质量标准和要求,对多种多样的滑坡处治方法,要多方案比选,综合经济型、适用性和效果性等方面,科学选择应用。因此对设计采用的处治方法的比选和设计中存在的不足以及改进措施优化的研究,有着很高的经济效益和社会价值,十分必要。本文从滑坡稳定的影响因素、滑坡的发生机理、滑坡的防治技术和工程实际中新型滑坡处治技术分析,按照工程设计的实际程序,结合工程实际设计中的计算方法、技术难题和方案比选,探讨滑坡技术方案的优缺点,用所学知识理论、原则、方法来指导实际,做到设计有理可依、理论联系实际,并为以后的勘察设计作为参考、指导,滑坡工程设计的实际程序见图1.1。 .......   2.滑坡区域地质环境   2.1区域工程地质条件 本论文所研究滑坡防治工程位于新昌县澄潭镇社谷村,地势较缓,自然坡度约15-25°,设计中心挖方高度约7.2m,未见基岩露头。滑坡宽度约380m,坡顶高程约llOm,坡脚高程为30m,高约80ni,自然坡度约为25°,滑坡体厚度约15-30m,主要由粉质枯土及残积砂质牲性土构成。滑坡体下方拟建秀洲-路桥公路。破坏后危害程度严重,危害等级为一级。工程位置见图2.1工程平面图。本论文研究工程所在区域处于中低综度,属亚热带季风性湿润气候,受西北高压和东南暖湿气流共同作用的影响。根据气象资料统计,本区年平均降水量1313.4 mm,降水量最多的年份1981年为1706.2 mm,最少的年份1976年为814.3mm。降雨在季节上分布不均勾,春季4-6月为梅雨季节,气候潮湿多雨;夏季受太平洋副热带高压控制,夏季7-9月为台风雨季,以东南风为主,海洋带来充沛的水气,空气湿润,是高温、强光照射季节;秋季为过渡时期,气侯凉爽宜人,雨量较多;冬季受蒙古高压控制,盛吹西北风,以晴冷干燥天气为主,是低温少雨季节。 ........   2.2场地工程地质条件   2.2.1场地工程地质分区及路段划分 工程地质分区按地形地貌、地层岩性及水文地质条件等进行分区,区域内可分为冲洪积平原区(I )和丘陵区(II )。丘陵区(II )又划分为丘陵区(III)、山前斜地(Ih)。分区地质条件详见表2.2分区及工程地质条件说明表。公路经过低山、河流冲洪积平原等多种地貌,地形起伏较大,地层岩性、水文地质条件相对简单,为了更好地评价路基岩土工程地质条件,根据地貌单元及路基岩土特征进行了路段划分,分为基岩路段(AI-A5)和正常路段(BI-B5)。工程地质分区和路段划分见图2.3工程地质平面图。工程地质层组的划分及其层序编号根据土层的物理、力学性质以及土层的时代和成因、埋深、岩性等综合确定,将第四系地层划分为5个工程地质层组,用数学字母①0、①2、①3以及②表示,①I-①3表示全新统冲洪积,其中①0表示人工填土,②表示第四系残坡积地层,对每个层组按岩性及其物理力学性质指标、成因类型进一步分层,其顺序号以右脚码表示,序号的多少可按地区或工程场地确定,如①1、③1等,也可进一步再细分亚层。 .......   3.滑坡破坏分析......19 3.1滑坡变形阶段的划分......19 3.2滑坡变形阶段划分的重要性......20 3.3 滑坡破坏分析......21 4滑坡防治工程设计及优化分析......23 4.1防治工程设计准备......23 4.2防治工程设计......24 4.3设计方案比选......32 4.3.1方案预评价......32 4.3.2垂直竖向预应力锚杆挡墙设计......32 4.3.3钢花管压力注浆抗滑挡墙......34 4.3.4其他防护措施设计......36 4.4滑坡防治工程优化分析......38 4.4.1优化分析与评价......38 4.4.2滑坡防治措施评价指标......38 4.4.3滑坡防治措施预评价权重与分值的确定......40 5.结论与建议......43 5.1结论......43 5.2建议......43   4.滑坡防治工程设计及优化分析   按照实际工程设计步骤程序进行实际工程地质勘察报告解读、设计方案的选择和计算和优化比选。   4.1防治工程设计准备 详细解读地质实际工程的勘察报告,对地质、水文等情况要有深刻印象,结合现场实地踏勘,能够让现场表象和内在构造在头脑中清晰成像。第一:河谷谷坡或山坡上的圏椅地形是滑坡比较容易发生的地方。由坡积物组成的圏椅地形的缓坡,同时也是地表水汇集的地方。第二:在台地状的滑坡地,被冲割成鸡爪状的山梁的滑面,以及较徙的河谷谷坡之间,都是滑坡容易发生的地方。第三:伴有地面裂隙、积水法地、墙壁开裂、房屋倾斜的杂乱无规则的坡体,也可能是发生滑坡的地方,第四:圆顺的四岸突兀向河床凸出、侵占的一小部分坡脚,并且凸出部分伴有残留单块大岩石,这种地形可能为古滑坡残舌部分所形成的。第五:不深的两条谷沟,间隔距离几十米到几百米不等,而两沟的源头却相互连接呈V字形,沟间山谷多呈鼻型斜坡,即上下睫靖且中部平缓的地形,这种地形被称为双沟同源,是典型的易于滑坡发生的地形,常常是以前曾出现过边坡运动,并残留着水流围绕古滑体流动、冲刷的痕迹。本论文研究工程山坡圏椅地貌明显,缓坡多由松散的碎石、卯石及雅性土等坡积物组成,为地表水汇集之处;滑面被冲割成鸡爪形山梁,坡体上杂乱无规则。另外四岸突有侵占河床部分,且凸出段有残留的大孤石,此因古滑坡舌部的残留物形成。总之,具有显著的滑坡地貌。 .........   结论   发生坡体滑坡崩塌的因素诸多的,既有水文地质条件,也有工程地质条件的影响,同时还受到降雨及防治结构坚固与否的影响,设计中往往只考虑某一个因素或者几个因素,必然导致片面。滑坡防治工程中勘察与设计及施工必须有机结合起来,以地质为基础,贯穿防治工程始终,而对价值起决定性作用的勘察与设计出现问题,损失是巨大的,必须严把勘察设计关,从源头的勘察明确质量标准和要求,对各种各样的滑坡处治方法,要多方案比选,综合经济型、适用性和效果性等方面,科学选择应用,改进设计中存在的不足。设计人员在设计中必须从坡稳定的影响因素、滑坡的发生机理、滑坡的防治技术出发,结合工程实际中新型滑坡处治技术分析,阐述各种滑坡防治技术的适用范围和优缺点,以及对于滑坡防治中勘察设计存在的问题和改进措施加以探讨,以便能够切合工程实际情况选择处治方法,提高防治方案的社会经济效。对设计拟采用的技术方法,要进行预评价,综合预评价指标,按照预评价权重、分数等因素,对设计采用的处治方法的比选。因此,对滑坡处治设计中存在的不足和改进措施的研究,有着很高的经济效益和社会价值,十分必要。 ......... 参考文献(略)  

优秀工程毕业论文篇三

  第1章绪论   1.1选题背景与意义 随着人类社会的发展,人们对能源的需求量日益增加。煤庚、石油等传统化石能源在人类文明的发展进程中起到了十分重要的作用,并将在未来的一段时间内,继续成为人类社会不可或缺的重要能量来源之一。根据2014年6月BP世界能源统计年鉴发布的消息,由于新兴经济体的持续发展,全球石油消费量继续保持稳中有升的趋势,其中2013年全球石油消费增长率为1.4% (即140万桶/曰),高于2012年的增长率及过去十年中的平均增长水平[1]。然而,传统的化石能源储量有限、不可再生,导致全球能源供应紧张,价格大幅波动的不利情形时有发生。另一方面,传统化石能源的燃烧,不可避免地会带来二氧化硫、氮氧化物等有毒有害气体的排放,而大量产生的二氧化碳气体还会进一步加剧全球气候变暖,引起海平面持续升高。因此,大力推动可再生新能源的开发和利用,正在逐步成为各国政府的共识之一。丹麦在新能源利用方面处于世界领先水平,计划于2025年将丹麦电力系统中的风电渗透率提高至50%,并相应地开展了 EDISON项目,即通过电动汽车的智能充放电管理来达到提高含有大量可再生能源的电力系统的运行可靠性[2]。作为世界第一科技强国的美国,通过立法和政府补贴的方式支持新能源项目的开发。奥巴马政府于2009年签署了《2009年美国复兴与再投资法案》,并通过税收抵扣、减免以及特殊融资的方式对新能源项目进行支持[3]。在此背景下,我国政府于2010年9月颁布了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,其中大力发展可再生能源被确定为战略新兴产业发展中的重点发展方向之一,并在“十二五”发展规划中明确了对核能、风能、太阳能以及生物质能的重点开发。图1-1展示了 2013年全球范围内各种能源使用量的增长率。相比于传统能源,近年来可再生能源的使用量获得了迅猛的增长,其2013年的增幅高达16.3%[1]。大力发展可再生新能源符合绿色低碳经济和可持续发展战略,是人类社会未来的发展方向。 .........   1.2本文主要工作   1.2.1课题来源 本硕士论文的研究工作同时受到了国家高技术研究发展计划(863计划)“海岛新能源电站智能监控与能量管理平台”(2001AA050203 )、国家自然科学基金“考虑设备动态健康评价的智能电网多维度风险分析方法"(51177143)、浙江省自然科学基金“基于电力变压器可载性分析的智能电网状态调度方法研究”(LZ14E070001 )资助。   1.2.2论文主要内容 本文的主要工作是在已知一定误差水平的新能源发电系统出力预测的基袖上制定小时级的配电网调度计划以及电动汽车的曰前调度计划。具体工作如下所述: 1)在获得一定误差水平的光伏发电系统出力预测以及负荷预测的基础上,提出一种考虑配电网不确定性的优化调度策略,使得配电网在所有具有不确定性的注入功率(光伏发电系统有功输出、负荷)处于预测值时拥有较小的网络损耗,同时保证注入功率在可能的变化范围内波动不会导致配电网线路潮流、节点电压越限。文中利用遗传算法求解该混合整数规划问题,并获得小时级的配电网调度策略。文中通过算例对比了确定性调度策略与考虑光伏功率及负荷不确定性的配电网调度策略的鲁棒性和网络有功损耗。 2)根据家用车辆使用的统计数据,建立电动汽车充电功率模型。在此基袖之上,提出电动汽车延迟充电策略,该策略能配合一天之内光伏出力的波动特性(正午出力较多)和负荷水平的变化,起到削峰填谷的作用,从而平抑配电网日内有功功率的波动和减小光伏出力波动对配电网的冲击。文中以一天(24小时)为周期制定考虑电动汽车群和光伏发电系统接入的电动汽车延时充电策略。文中通过算例说明了电动汽车通过充电延时控制能获得相比于无序充电时拥有更好的负荷曲线。 ..........   第2章考虑负荷及光伏功率不确定性的配电网调度方法   2.1概述 传统电力系统的不确定性主要是由负荷的随机波动造成的。根据负荷预测以及所制定的发电机组日前调度计划,常规发电机组通过一次调频、二次调频可以使供电量与负荷需求始终保持平衡。然而,可再生新能源发电单元的有功出力会受到外界环境条件的巨大影响,其出力的波动性和不确定性远大于常规负荷,给含有大规模可再生能源发电单元的电力系统调度带来了巨大的挑战。对于常规配电网,由于不包含常规发电机组,其控制手段主要包括投切并联电容器及调节其它无功补偿设备、调节有载调压变压器分接头等;而对于新兴的主动配电网,相应的控制手段还包括调节微型燃气轮机发电单元出力、调节储能设备充放电功率等。为增加可再生新能源发电机组的接入容量,以及应对其出力的较大不确定性,提出一种相应的调度策略具有十分重要的意义。对于光伏发电系统出力不确定性的描述,国内外学者进行了大量的研究。文献[21]从大气澄净指数、太阳总照射量和反射量等环境因数到系统输出功率对光伏发电系统进行了详细的建模,并将该模型代入到福射型配电网中,通过概率潮流计算接入的光伏发电系统对配电网造成的影响。由于光伏发电系统的出力同时受到多个因素的共同影响,如文献[22]中在考虑光伏发电系统出力不确定时,认为光伏电板的偏差服从正态分布,而光照强度的偏差服从贝塔分布,在最终计算光伏发电系统功率输出时需要假设两者相互独立。为了简便起见,同时也为了增加所制定调度策略的鲁棒性,本章通过光伏发电系统出力的预测区间来刻画其不确定性。对于配电网中的负荷,由于其波动相对较小,通常被认为服从正态分布[23]。 .........   2.2配电网网损优化与不确定性考虑 对配电网的各种优化通常是以网损最小为目标函数的。在配电网各个节点注入功率恒定的情况下(潮流计算中的P2节点),提高平衡节点的电压可整体提高配电网中各个节点的电压,从而在传输相同功率的情况下减小配电网线路中的电流值,达到降低网损的目的。因此,在以确定性方法(即不考虑配电网中的不确定因素)对配电网网损进行优化时,为了求得最优解,配电网中平衡节点的电压一般会被尽量抬高,直到至少有一个节点(包括平衡节点)的电压达到其上限值。因为,若所求得的某一可行解并未使配电网中至少有一点电压达到其上限值,则可以通过向上调节平衡节点电压来进一步减小配电网网损,即该可行解还不是最优解。 .......   第3章配电网中电动汽车与光伏发电系统有功协同调度方法......22 3.1概述......22 3.2电动汽车充电功率建模......23 3.3电动汽车延时充电策略......29 3.4算例分析......31 3.5考虑剩余电量的电动汽车延时充电策略......33 3.6算例分析2......34 3.7本章小结......39 第4章考虑光伏及电动汽车不确定性的配电网优化调度方法......41 4.1 減......41 4.2电动汽车充电功率的不确定性与配电网越限......4 14.3区间数简介......42 4.4配电网区间潮流计算......43 4.5考虑光伏发电系统及电动汽车不确定性的配电网优化调度模型......44 4.6求解方法......48 4.7算例分析......50 4.8本章小结......58   第4章考虑光伏及电动汽车不确定性的配电网优化调度方法   4.1概述 在给定某地区车辆日行驶里程数及到达时刻概率密度函数的情况下,通过蒙特卡洛抽样,我们可以根据3.2节的模型获得电动汽车群在无序充电的情况下一天之内各个时刻充电功率的期望及标准差。在3.3节和3.5节中,我们通过所得的电动汽车在各个时刻的充电功率期望,提出了两种电动汽车延时充电控制策略,该延时充电控制策略可以平抑负荷及光伏发电系统出力不确定性所带来的配电网功率波动。在此基細上,本章利用3.2节所求得的各个时刻电动汽车充电功率标准差来刻画其充电功率的不确定性,并将其代入配电网中,提出了考虑光伏发电系统出力及电动汽车充电功率不确定性的配电网优化调度方法。对于配电网中的随机元素(如负荷、光伏发电系统有功出力、电动汽车充电功率),本章均釆用区间数的形式来刻画其不确定性。因为相对于获得配电网中的随机元素预测值的期望和标准差,运行调度人员可以凭借操作经验对其分布区间作出更加准确的估计[24]。因此,在仅知配电网中随机元素分布区间的情况下对配电网进行优化调度具有实际的工程意义。目前,考虑不确定性的优化方法主要包括鲁棒性优化、概率优化以及区间数优化等。而区间数优化方法在求解过程中不需要知道不确定变量的精确概率信息,而仅需知道其分布区间的大小[39],故具有非常广泛的应用。本章在考虑了负荷、光伏发电系统及电动汽车不确定性的情况下,建立相应的区间数优化模型,并通过智能算法进行求解。 ..........   结论   在第三章的基础上,本章将电动汽车群的充电行为放到配电网中进行潮流计算,从而使电动汽车充电延时控制与配电网中其它控制手段整合起来进行协同调度。该调度方法不但能平抑配电网日内有功负荷的波动,还能减小网损,防止配电网越限事故的发生。本章中利用区间数来刻画配电网中的不确定因素,并对各种不确定因素的区间数表示进行了阐述。与以往的电动汽车充电调度方法不同,本章所提配电网协同调度策略考虑了电动汽车充电功率的不确定性,并通过算例考察了用区间数刻画这种不确定性的合理性。此外,针对电动汽车充电功率不确定性可能导致配电网越限事故发生的情况,本章描述了两个典型的场景。在这两个场景中,通过算例分别对比了确定性调度方法及本章方法在网损优化与鲁棒性方面的优劣,从而证明配电网调度中考虑电动汽车充电功率不确定性的必要性。 ......... 参考文献(略)  

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  第 1 章 绪论   1.1 分散式风电的发展 随着全球经济发展引发的能源危机以及气候变暖和环境污染问题,开发绿色环保的可再生能源成为世界各国的持续发展的重大战略。科技的进步促使风电设备的成本不断降低,机组单机容量不断增加,风电机组的工艺水平和控制技术得到了不断的改善。在此背景下,我国风电装机容量迅速增加,大型风电场并网等级不断提高,大型风电基地并入超高压输电网成为风电的主流并网形式,风电大规模发展为推动国家清洁能源战略和节能减排战略发挥了积极的作用。2001～2013年中国新增及累计风电装机容量如图 1.1 所示[2]。随着我国风电装机规模的扩大,特别是局部地区风电渗透率的增大,大规模集中式风电开发所带来的风电送出和电网安全等问题日益严重,局部地区风电弃电问题日益凸显。2013年我国“弃风”电量达到16.2TWh ,全国各省份2013年的风电弃电比例如图 1.2 所示[3]。从图 1.2 可以看出,我国的内蒙、甘肃和河北以及东北等风电装机规模比较发达的地区,“弃风限电”现象很严重,这种状况不仅影响风电开发商的投资收益,而且影响我国的风电开发进度。在风电送出问题与并网问题的限制下,我国风电新增装机速度和大风电基地开发建设速度有所放缓。在此背景下,经济发达而并网条件好的低风区风能资源的开发利用越来越受到关注,国内许多风电机组研发设计企业已研制出适应低风区风电开发的低风速小型化风电机组,使得年平均风速处于6m/s以下地区的风资源开发具备了较好的可开发潜力。因此因地制宜地在风能资源不很理想但靠近用电负荷的地区开发地理位置比较分散的低风速风电场将大有作为,将风电就近接入附近配电网的分散式风电场(dispersed wind farm,DWF)已成为我国当前风电并网的新方式。 .........   1.2 发展分散式风电的意义 分散式风电项目的开发不仅解决了风电消纳问题,而且使得风电的开发模式和并网方式更加灵活,项目开发可以充分利用地区电网现有的设备和输配电网络,加快项目并网速度与电网设备的利用效率,同时为当地配网提供一定的电源支撑。分散式风电相比规模化集中开发,虽然单位容量的开发成本相对较大,但是分散式风电选址灵活,投资较小,且开发建设以及并网发电速度快,能够很快投入使用,从而使得投资很快得到回报。分散式项目建成后可以有效解决风电的消纳问题,解决集中规模化风电的弃风限电问题,减少风电大规模输电中的网络损耗以及输电走廊的压力,减少电网建设的成本。综合考虑,分散式风电的效益还是比较客观,值得开发。偏边远地区由于远离大电网,所以其与大电网的连接相对薄弱,因此我国农村等偏远山区的电能质量比较差,而且电力需求得不到有效的供应,常出现停电限电的现象。分散式风电接入偏远山区的配电网,不紧有利于提高当地的电压,而且可以使得当地的风资源得到有效的利用,带动地方经济发展。 ........   第 2 章 基于双馈机组的分散式风力发电技术   2.1 引言 分散式风电一般位于用户附近,就近接入配电网,一个项目的装机容量一般小于30MW,单个分散点的装机容量一般小于 6MW,因此分散式风电一般多点接入配电网。由于分散式风电选址考虑用电负荷、配电线路等因素的影响,所以其对风资源要求有所降低,因此分散式风电中风电机组单机容量相对较小,以便分散式风电的灵活接入。目前,具有良好有功无功解耦控制特性的双馈感应风力发电机组(DFIG)已成为当前风电的主流机型,因此本文以双馈机组为基础研究分散式风电接入配电网时的机组无功特性。 ........   2.2 双馈风电机组模型 双馈风电机组的发电机由三相定子绕组和三相转子绕组组成,定子绕组直接与电网相连,转子侧则通过背靠背整流逆变电路与电网连接,根据风速的不同,可将其分为次同步、同步和超同步三种运行状态[38],其结构如图 2.1。双馈风电机组由背靠背变流器为发电机转子绕组提供励磁电流,从而建立用于励磁的旋转磁场。通过对变流器的电流进行解耦从而控制流入三相转子绕组的电流,从而对发电机发出的有功功率、无功功率进行独立的控制。当风速为额定风速时,其处于同步运行状态;当风速超过额定风速与低于额定风速时其分别运行于超同步和亚同步运行状态,处于超同步运行状态的双馈机组转子向电网馈入有功功率,而处于亚同步运行状态的双馈机组变流器则从电网吸收有功功率,同步运行状态时则即不从电网吸收有功,也不向电网馈入有功。双馈机组的变流器可实现良好的有功无功解耦控制,因此可为电网提供一定的无功支持。 .......   第 3 章 分散式风电接入配电网的电压稳定性分析..........13 3.1 配电网的电压稳定性 ............ 13 3.1.1 配电网的电压稳定性指标...... 13 3.1.2 静态电压裕度变化量指标...... 16 3.2 分散式风电接入配电网的理论分析 ...... 16 3.2.1 配网未接入分散式风电.......... 17 3.2.2 分散式风电单点接入配电网........... 18 3.2.3 分散式风电多点接入配电网........... 20 3.3 分散式风电接入对配网稳态电压稳定性影响分析 ......... 21 3.4 分散式风电对配电网暂态电压的影响........... 24 3.5 本章小结...... 27 第 4 章 基于接入点电压稳定的分散式风电无功电压协调控制........ 29 4.1 引言.... 29 4.2 分散式风电无功电压协调控制策略...... 29 4.2.1 策略概述 ...... 29 4.2.2 基于遗传算法的电容器组控制策略 ....... 31 4.3 分散式风电场并网仿真分析......... 33 4.4 本章小结..... 36 第 5 章 结论与展望........ 37 5.1 总结.... 37 5.2 展望.... 37   第 4 章 基于接入点电压稳定的分散式风电无功电压协调控制   4.1 引言 大型风电场在接入电网时,为了使其接入电网时满足电网的并网规范,一般要在集中升压站的低压侧母线上安装一定容量的无功补偿设备。分散式风电由于多点接入配电网,无集中升压站,各个分散点装机容量较小且位置分散,装设大型集中的动态无功补偿装置不仅增加了分散式风电的成本,而且无法兼顾各个接入点的电压要求。因此在以 DFIG 为主的分散式风电场,可以在各个分散点的 POI 装设一定容量的可投切并联电容器组,同时利用各分散点内双馈机组自身的动态无功调控能力对分散式风电各 POI 的无功电压控制。利用分散式风电场的集中控制中心综合控制分散式风电场中各 POI 上的并联无功补偿装置与风电机组的无功出力,实现整个分散式风电场中各个分散点上并联无功补偿设备与风电机组的无功协调控制,以保证各 POI 的电压质量符合配电网的要求。鉴于分散式风电场风电功率预测系统可以对整个分散式风电场和每个接入点 0～72h 短期风电功率以及 0～ 4 h超短期风电功率进行预测。因此本文可根据分散式风电分散接入配网的特点,以各分散点的接入点电压偏差最小为目标,根据配网负荷预测与风电功率预测数据,在保留风电机组无功裕度的基础上对各接入点的可投切电容进行优化配置。然后通过各接入点上风电机组自身无功控制各自 POI 点电压稳定。本文基于配网模型、分散式风功率预测和配网负荷预测,运用遗传算法对并联电容电抗的状态进行预先设定,并通过 PSASP 搭建整个分散式风电接入配网系统的仿真模型。 ......   结论   分散式风电接入配网,给配网的安全稳定带来挑战。本文通过对分散式风电场各POI 上装设的静态无功设备进行预先的投切控制,协调各分散点内机组无功实时控制各接入点电压,通过对分散式风电对配电网电压影响的仿真分析,研究多接入点分散式风电场在风速波动和不同工况下风电接入点电压的波动情况,得到的主要结论如下: (1)分散式风电场接入点位于配电网的末端时,风电接入对配网的影响较大。当接入点上风电场风电增加到一定容量时,会导致接入点电压升高,降低其静态电压稳定性。 (2)当接入点处于配电网的中心位置时,风电接入对其接入点电压影响较小,因此单个接入点的接入容量相对较大。风电出力波动对其接入点的影响较小。 (3)分散式风电多点接入配网,通过对并联电容电抗与分散式风电场在多时间尺度协调控制可增加配网接入风电的容量,同时能为配网提供电压支撑,均衡各接入点的无功裕度,增强整个配网系统中分散式风电各接入点的综合电压稳定性。 ......... 参考文献(略)  

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  第 1 章 绪论   1.1 课题研究背景及意义 在现今的电力系统和工业负载中，容性负荷微乎其微，感性负荷几乎占据着整个系统负荷比例，如日光灯、电动机、变压器、继电器等，这些设备的特点是它们既消耗有功功率又从电网吸收大量的无功功率。同时，随着现代电力电子技术的发展，越来越多的非线性、冲击性和不平衡性特点的负荷（荧光灯、变频调速设备、逆变设备、电气化铁路等）接入电力系统，导致系统中电压畸变、闪变以及三相不平衡等电能质量问题也日益突出[2-4]。电网电压质量下降直接威胁着电网的安全稳定运行以及人民的生活质量，而对电网电压产生影响的一个重要因素就是无功功率，在一些确定规模的电网终端系统中，无功功率过剩不仅会使系统运行电压升高，导致用电设备在运行中的电压超出其额定值从而缩短其使用寿命；也会降低输电网的输送容量，影响电网运行与调度，使电网安全稳定性大打折扣。而无功功率不足不仅会导致电网电压下降，还会使电能在传输的过程中的损耗增加，从而浪费了电力能源[5]。从电能质量角度来讲，电力系统的无功也直接影响着电能质量的高低。随着电力电子技术的发展以及工农业发展的需要，非线性特点的电力电子设备大量接入电网，这些设备在运行过程中需要消耗大量无功功率，导致系统无功不足问题愈发严重因此，采取适当的措施合理有效地调整电力系统中的无功功率对提高电网安全稳定运行和节能降损等方面有着及其重要的意义。 .......   1.2 无功补偿装置的发展历史 无功补偿装置是随着电力系统诞生开始投入应用的。随着补偿技术的不断发展，再先后经历了机械投切电容器、并联电容器、同步调相机、SVC 时期后，目前，无功补偿装置已发展到静止同步补偿器（STATCOM）时代。电力系统发展初期，人们采用机械投切的电容器和电抗器作为补偿装置用来改善系统的电压水平。然而机械投切电容器或电抗器在运行中会对电网造成较大的冲击，且动作时间极其缓慢，难以满足电网快速、实时补偿的要求，随着无功补偿技术的发展，同步调相机逐步取代了机械投切电容器。同步调相机（SC，Synchronous Condenser）是一种专门产生无功的旋转电机，在电网补偿中既可以吸收也可以发出无功功率，是一种动态补偿装置，能对无功功率进行平滑调节，具有较强的补偿、控制能力，正是因为这些优点，同步调相机在 20 世纪中期曾一度在无功补偿装置中占据着重要角色。但是，作为一种旋转电机，同步调相机在运行过程中难以避免较大的噪音以及能量的损耗，不便于维护，另外其动态响应速度也逐渐达不到电力系统实时、快速的补偿要求。因此，自 20 世纪 70 年代以后，随着更先进的补偿装置 SVC 的诞生，同步调相机在无功补偿装置中的重要地位也逐渐被其取代。并联电容器相对于同步调相机而言造价更低廉，且结构简单，运行维护方便，具有较强的实用性。随着并联电容器的不断完善与发展，在 20 世纪中后期已经逐步取代了同步调相机在电力系统无功补偿中的应用。然而并联电容器的缺点是连续调节能力差，动态调节效果不理想，显然达不到快速、实时的补偿要求，另外，由于电网中谐波成分难以避免，并联电容器的投入容易给电网带来并联谐振，导致电网谐波污染更为严重。随着电力电子技术的发展与进步，一批高压大容量电力开关的问世逐渐取代了传统的机械开关，并很快投入到无功补偿装置的应用，20 世纪 70 年代出现了一种静止无功补偿技术。历经 20 多年的发展与不断完善的过程，诞生了一批动作迅速、可靠性高的开关器件 GTR、SCR、GTO 等，这些开关器件的优点为：开关频率快、参数调节范围广、能进行单相调节，基于这些鲜明的优点，它们广泛地被应用于无功补偿装置，进而使无功补偿装置迅速进入到 SVC 时代。静止型同步补偿装置的代表可分为以下三种类型[9-12]：具有饱和电抗器的静止无功补偿装置（SR：SaturatedReactor）、晶闸管控制 电 抗 器 （ TCR ： ThyristorControlReactor ） 、 晶 闸 管 投 切 电 容 器 （ TSC ：ThyristorSwitchCapacitor），静止无功补偿器(Static Var Compensator SVC)是“柔性交流输电系统”[13](Flexible AC Transmission system FACTS)的重要成员之一。虽然 SVC具有响应快速、运行维护简单以及生产成本较低等优点，但这些无功补偿装置由于设备仍然避免不了阻抗型装置的缺点，当电网电压过低时，补偿效果非常差，从而降低了配电系统的无功补偿能力。另外，它们普遍采用可控硅晶闸管进行换相控制，对于系统无功发生变动时出现的逆变现象难以控制，并且它们在运行中对于电感或电容的容量要求很大，从而增加了设备的体积。 ..........   第 2 章 静止同步补偿器的基本理论   STATCOM 是一种高级动态无功补偿装置，从原理上来看，它与传统的同步调相机效果相似，但其动态特性远远优于其他各类无功补偿装置，STATCOM 具有响应速度快、损耗小、调节连续平滑、抑制谐波等优点。在改善电网质量，提高现有输电线路的输电容量方面以及控制谐波和抑制电压闪变等方面均具有很大的优势。本章将对静止同步补偿器的基本原理和主电路结构进行详细介绍。   2.1 静止同步补偿器的工作原理 简单来讲，静止同步补偿器的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过控制开关器件的通断，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出所需无功电流，实现动态无功补偿的目的。STATCOM 按照直流侧采用的储能元件不同通常被划分为以下两种类型：电压型桥式电路和电流型桥式电路。前者直流侧采用电容作为储能元件，交流侧通过具有滤波作用的电感串入电网；后者直流侧储能元件采用电感，交流侧通过具有稳压作用的电容并入电网。其电路基本结构分别如图 2.1 和图 2.2 所示。 ......   2.2 STATCOM 的工作特性 通过以上对 STATCOM 基本工作原理的分析，我们给出如图 2.6(a)所示的STATCOM 电压—电流特性。同时，为了对比说明，给出图 2.6(b)所示的 SVC 电压—电流特性。由图可以看出，STATCOM 既能提供容性补偿又能提供感性补偿，其过载能力不受系统电压的影响，STATCOM 的电压—电流特性能根据电网电压的变化情况实时调整，STATCOM 通过对其交流侧逆变器输出电压的幅值和相位的控制，使其所能向电网提供的最大无功电流 ILmax和 ICmax保持不变，仅受逆变器电力半导体开关的电流容量限制[21]。对于 SVC 而言，由于受其阻抗特性的限制，当电网电压降低时它向电网提供的最大电流值会随之减小，补偿效果也会降低。有图 2.6 也能明显地看出，STATCOM 的运行范围远远优于传统的 SVC，STATCOM 表现为一个上下等宽的矩形区域，而 SVC 则表现为下面的三角形区域，这也是 STATCOM 在无功补偿方面优于传统 SVC 的一大突出特点。 .......   第 3 章 静止同步补偿器的无功检测与控制策略...... 14 3.1 三相瞬时无功功率理论.........14 3.2 p-q 运算法分析....... 16 3.3 ip-iq 运算法分析......17 3.4 电压畸变情况下的无功检测策略......18 3.5 STATCOM 控制策略研究.....21 3.5.1 间接电流控制法.....21 3.5.2 直接电流控制法.....22 3.6 本章小结....24 第 4 章 基于 MATLAB 的静止同步补偿器仿真研究.... 25 4.1 MATLAB 仿真软件概述......25 4.2 STATCOM 的仿真模型.........26 4.3 仿真结果分析....28 4.4 本章小结....33 第 5 章 三相静止同步补偿器的总体设计.... 34 5.1 STATCOM 总体方案的确定.......34 5.2 STATCOM 主电路设计........35 5.3 三相静止同步补偿器同步电路设计.........37 5.4 检测调理电路和驱动电路的设计......39   第 5 章 三相静止同步补偿器的总体设计   5.1 STATCOM 总体方案的确定 静止同步补偿器的主要作用是对电网电压进行连续、实时、可逆的调节，这就要求在设计中要保证其主电路输出电压的准确性和合理性，核心技术在于逆变器能够输出电压必须满足以下两个要求：幅值和相位均可以连续调节、和系统电压的周期保持一致。由于电压型桥式电路相对于电流型桥式电路在运行效率高等原因得到了广泛的应用，本文所设计的 STATCOM 主电路将采用电压型桥式电路。采用 PWM 控制技术来驱动三相变流电路中的 IGBT 的开关过程，PWM 控制技术可以连续、实时的控制输出电压的相角和幅值，并且在改善电网无功功率和抑制谐波方面有较大的优势，对于电力系统稳定良好运行而言，它是一种先进高效的控制技术[25,37]。采以 TI 公司 DSP 芯片 TMS320F2812 开发板作为控制系统的核心，STATCOM 系统总框图如图 5.1 所示。STATCOM 的整体组成较复杂，为方便分析与设计，可将整个硬件电路划分为以下几个核心组成部分： （1）主电路部分。STATCOM 的主电路部分通过连接电抗器并联在电网，其供能点布置在电网和负载之间。主电路部分通过接收来自于控制器的 PWM 信号来控制其半导体电力器件 IGBT 的开关，使系统连续发出或者吸收电网所需要的无功电流实现对电网的补偿目的。 （2）信号检测与调理电路，该部分的主要任务是对采集电网电压电流信号以及STATCOM 交流侧输出的电流信号，并通过信号的转化与处理得到能满足控制器输入接口要求的电信号，使得控制器能接收并处理这些信号。 ........   结论   STATCOM 作为一种先进的无功补偿装置，本文以 STATCOM 在低压配电网中的应用为出发点，分析了电力系统中无功补偿的重要性和必要性，介绍了 STATCOM 的基本理论。在对瞬时无功功率理论进行研究与分析的基础上提出了一种电网电压不平衡和畸变情况下的无功检测方法。采用三角波比较方式获取 PWM 信号来驱动主电路IGBT 的开关状态控制 STATCOM 向电网发出（吸收）所需的无功电流。最后对低压静止同步补偿器进行仿真与设计，得到了如下结论： 1.通过对 STATCOM 基本理论的分析，可知 STATCOM 在补偿性能上相对于 SVC的优越性，其中最鲜明的一处优点表现在电网电压下降时，STATCOM 向电网输出无功的能力远远强于 SVC。 2.采用 d-q运算方式作为电网无功量的检测方法，其优越性表现为：它能避免非理想电源电压对电网无功量检测带来的不利因素，提高了检测精度，即使在电网电压不平衡或发生畸变的情况下，该方法仍然能准确地提取指令电压、电流信号。 3.对 STATCOM 的两种控制方式（间接电流法和直接电流法）进行分析与比较。直接电流法相对于间接电流法响应速度更快，控制精度更高，多应用于容量比较小的场合。结合本文所设计的静止同步补偿器应用于低压配网的特点，采用直接电流控制法能提高控制精度，更好地保证其补偿性能。 4.基于 d-q检测法和直接电流法利用 MATLAB/Simulink 工具建立了 STATCOM的仿真模型，并分别以理想电网电压、电网电压畸变以及电压跌落三种状态下进行了仿真研究，验证了本文所采用的控制策略以及无功电流检测方法的可行性。 5.给出了以 TMS320F2812 为主控制器的 STATCOM 硬件设计方案，针对低压配电网的要求，计算了 STATCOM 主电路元器件的参数，并设计了控制系统硬件电路，包括过零比较电路、同步电压参考电路、信号检测电路、驱动电路等。 ......... 参考文献(略)

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