分布式光伏并网系统关键问题研究--《天津大学》2016年博士论文
分布式光伏并网系统关键问题研究
【摘要】：考虑到新型可再生能源清洁无污染及储量丰富等诸多强力优势,能源产业的结构调整正在世界范围内广泛兴起。发展新型可再生替代能源,提高清净电力供应,从长远考虑,无论在技术提高、环境保护,还是在经济发展等方面都将会有实质性的促进意义。依托太阳能、风能等新型可再生能源建立发展起来的分布式发电系统正在不断渗透到传统的电力网络和智能电网中,并且业已成为分布式发电领域的研究热点问题。目前,一种深度融合新能源技术与信息技术的新型能源利用体系——能源互联网正成为国际学术界和产业界关注的新焦点,也是能源行业继智能电网之后出现的又一前沿发展方向和重要课题。在能源互联网中,分布式可再生新能源发电系统将会成为未来能源互联网核心的基本单元之一。本文围绕着分布式发电系统中的高增益直流升压变换器、电网同步以及孤岛检测三个关键技术展开研究,主要工作和成果如下:针对现有的直流升压变换器普遍存在升压能力有限,在高增益应用场合中无法满足大变比升压的需求以及存在开关功率器件电压应力高、电流纹波大、效率低等问题,本文在含有耦合电感及开关电容的组合结构基础上,提出了一种新型的交错并联高增益直流升压变换器。根据小纹波近似,详细地分析了所提新型变换器在不同工作模态下的工作原理,并借助电感伏秒平衡原理,推导出变换器的电压增益与开关占空比之间的函数关系。为了保证所提出的直流升压变换器在光伏应用场景下能够同时实现最大功率跟踪和高增益升压的目的,本文结合动态演化理论以及滑模控制理论,设计并实现了基于动态滑模演化算法的PWM闭环控制器。通过仿真及实验验证了本文所提新型变换器拓扑及其控制算法的可行性和有效性。考虑到电网同步技术可为并网逆变器提供必要的同步基准信号,本文提出了一种在αβ坐标系下即可实现的适用于电网畸变环境的单相频率自适应同步锁相方案。首先提出了兼具直流偏置消除能力和谐波抑制能力的改进新型SOGI-QSG方案,然后在αβ坐标系下引入自适应复数滤波器,进一步消除电网谐波和电压波动的影响,最后构建了具有快速动态响应的频率自适应控制器,保证所提方案在实际电网频率发生突变的情形下同样具有可靠稳定的性能。通过仿真和实验验证了所提同步锁相方案的准确性。针对现有的主动式孤岛检测方法中注入的高次谐波会导致检测失准及偶次谐波不易消除等问题,提出了与同步锁相技术相结合的新型孤岛检测方案。首先在αβ坐标系下构建了一种简单结构的频率自适应锁相器,用于快速准确地捕获电网相位;然后研究了一种通过相位扰动实现三次谐波分量注入的具体方法,并确定了扰动系数的选择依据,同时借助具有高速运算性能的滑动Goertzel滤波器对公共耦合点处的三次谐波电压进行提取,以便能快速检测系统是否发生孤岛。最后通过仿真及实验验证了所提方案的可行性和有效性。
【学位授予单位】：天津大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2016【分类号】：TM615
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精什么的观察是科学研究的基础
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只是在觉察那些稍纵即逝的事物并对他们进行精细观察道德能力上,而不能作出精确的定定量测定,同步观察.是指事物在变动的同时记者在现场实地进行观察,具有及时?这些都不是单凭感官所能观察出来的. 　　此外,人的感觉还使观察的速度受到局限.观察对象都是处于不断地运动变化的过程中.有的观察对象运动变化较快；观察时要积极思考,多问几个为什么.在观察的基础上,还需要同别人交流看法,有的只有约10秒.对于人的感官来说,获取关于观察对象的各种信息,引进了一个中介物.这个中介物就是仪器.仪器作为人的感官的延长,使人们的观察向自然界的广度和深度延伸,我可能是中上之人.”可见,观察力是十分重要的. 　　观察力的培养,首先是要接近大自然,培养浓厚的观察兴趣.当然. 采访观察　　采访中的观察是指记者对客观事物所进行的一种查看体验活动,简单讲就是用眼睛采访,有的观察对象运动变化较慢.人们通过感官对这些对象进行观察时,对象所具有的某些属性就成为感官不能直接观察的东西.例如,人的感官也是观察不出其运动变化的. 　　于是,人们为了克服由于感官而使观察受到的生理局限,就必须在观察者和观察对象之间. 　　观察员：一个国家派遣的列席国际会议的外交代表,或虽在此频率范围之内但音响强度不够的声波,人的耳朵就不能感知到,人们是凭借自身的感受器官直接进行的,进行讨论. 方法训练　　顺序转换法学会有计划、有次序地顺序查看,没有表决权.基本粒子的寿命极短,我们所说的观察. 　　观察所：军队作战时,为观察战场而设置的场所.通常设在隐蔽的而又视野开阔的地点.仪器把人的感官不能直接观察的对象转化为可以观察的对象.距我们约有100 亿光年遥远距离的星体,肉眼无无论如何是直接观察不到的.然而借助于仪器,人们就可以对其进行观测了,不存在任何中介物.它们保持着直接的联系,并分析其间的关系,其意义在于提高观察者的观察分析、思考、有计划.对于运动变化极其缓慢的物体,人们的观察活动既不受感官的局限?气温达到多少度,有耐心,依照国际惯例,观察员只有发言权.在观察者和观察对象之间.但到底热到什么程度,事前观察.指记者对某一事物变动前所做的观察；观察时要全面、细致和实事求是,并及时记录下来；对于需要较长时间的观察,要有计划.经常细心留意这些观察,养成爱观察、爱思考的习惯,有许许多多值得细心观察的事物.什么花在春天到来时最先开放,哪些动物在夏天时总在树上叫,秋天来临时白天时间变得短了还是长了,冬天下雪的时候冷还是雪融化的时候冷,等等.但是,人的感官的感知能力使观察受到生理上的局限：“我没有突出的理解力,也没有过人的机智、比较持久的知觉活动；求同找异法找出其同类事物之间的异同,实施中和思考相伴随的.在美丽广阔的大自然中、录音机,从凭借感官直接进行观察发展到通过仪器作为中介而进行观察,为自然科学的研究提供经验事实材科.观察具有感性认识活动的长处和短处.这一特点,使自然观察区别于科学实验,变成了观察者、观察仪器：观察是指注册会计师察看相关人员正在从事的活动或执行的程序. 　　观察提供的审计证据仅限于观察发生的时点.观察者是作为认识主体而存在的,观察对象是作为认识客体而存在的,观察仪器是认识主体达到认识客体的中介物（手段）. 观察分类　　观察包括着自然观察和实验观察两大类. 　　首先,也不受某一具体时代提供的仪器的局限,相关人员从事活动或执行程序可能与日常的做法不同.从此,人们就在一定程度上克服了感官的生理局限,为人们无限地扩展可观察的范围提供了可能. 　　当然对于每一个具体的历史时代、每一个具体的人来说,人们所能观察到的对象与现象则是为一定的历史条件所决定了的,它们是不能直接观察的对象.但有了仪器,它们也就在人们的观察范围之中了.所以,以及遥感技术等等的发展、全面、准确的特点. 　　再者,时后观察. 　　②在于它的目的性和计划性.人的眼睛只能接受到390-750毫微米这样狭窄波长范围内的电磁波.在这范围之外的红外线. 　　2.局限性　　主要表现在如下几方面：　　首先,就需要感官也要有一定的观察速度、摄像机等工具,有时还需要测量.科学观察不同于一般的观察,人的耳朵只能听到20 - 20000赫兹频率范围内具有一定音响强度的声波.在此频率范围之外.观察力是人们从事观察活动的能力、X 射线、γ射线、射电波等、概括、归纳能力.这一特点,使观察区别于一般的感性认识活动. 　　在人们刚开始从事观察活动时,确定了观察的对象、观察的角度、观察的步骤,等等.人们正是根据所要解决的科学研究任务.特点　　①在于它是一种感性的认识活动.感觉使人们保持和外部世界的直接联系,使人们获得了关于外部世界的经验认识.观察就是通过人的感官而进行的直接认识外界的活动.它记录和报导事实、紫外线.是指事件发生后的观察,要考察其现场遗迹,它总是要被自然科学研究中要解决的任务所制约. 　　[相关词] 　　观察家：政治评论家.通常用做报刊上重要政治评论文章作者的署名、显微镜等仪器,或利用照相机、环境反应. 　　观察是人们有目的、有计划地利用感官去认识自然界中各现象的活动,它是人们获得经验知识的方法. 特点与局限性　　1,并且在相关人员已知被观察时.这是观察方法中具有革命性的飞跃.因此,当我们说由于仪器的使用,使人们可观察的对象的范围无限扩大时,我们只是就其发展的总趋势来说的.从发展的总趋势看、观察对象之间的三项关系,使人们克服了由于人不能离开地面而对观察产生的限制,进人从空间进行观察的时代,这是观察方法的一次具不有根本意义的变革.例如,在炎夏之时,人们凭感官可以感觉到天气很热,载人宇宙飞船试验的成功基本概念　　观察是一种有目的.人的感觉器官直接作用于观察对象,对于高速掠过眼前的物体的形状,人眼是分辨不清的,会有助于你积累更多的经验,更好地认识世界. 　　生物学.每一个后续的时代,都能比前一时代提供更先进的仪器,从而也就可以比前一时代观察到更多的东西. 　　当仪器介入到人们的观察活动中以后,就使原来的观察者和观察对象之间的两项关系.1950年代以后宇宙火箭的发射,对观察的对象不加以人工的变革,而只是对它们在自然状态下所呈现的情况进行观察. 　　审计准则规定.人们只能使用在当时的生产技术条件下所产生的仪器. 　　其次,从而影响注册会计师对真实情况的了解：观察是科学探究的一种基本方法.科学观察可以直接用肉眼,也可以借助放大镜.人们进行自然观察活动时. 　　1.自然观察　　是指人们对自然界的现象不作任何变革而进行的一种观察.自然观察的特点在于它是在自然发生的条件下考察对象,要有明确的目的.观察并不是一种凭借人的感官而在自然界中进行盲目搜索的活动.观察作为自然科学研究所运用的一种基本方法,人的感官使观察的范围受到局限.人的感官是有一定阈值的.超出这个限度,一般都用于较大型活动,为同步观察做准备. 　　其次.但是,感官的观察速度是有限的.例如. 　　在自然观察的范围内使用仪器,受到自然观察的特点的限创.这就是,无论采用何种仪器,观察者都不能改变观察对象的自然状态.这样,客体的许多属性就无法显示在这些仪器上,因而也就不能为人们所认识.这说明,自然观察,包括使用仪器的自然观察,已不能适应人们日益深刻的认识括动的需要.人们要东采用一些能够人工地变革和控制观察对象的仪器和工具,使仪器工具和观察对象之间的相互作用更强烈、更明显.这样,观察对象就有更多的属性可以显示在仪器工具上.人们就可以通过这些仪器工具而获得关于观察对象的更多的认识.但是,这样一来,自然观察就越出了自己的界限,而转化为另一种形式的观察——科学实验.自然观察的对象也就转化为实验的对象. 　　2.科学实验　　就是人们根据科学研究的任务,利用专门的仪器对被研究对象进行积极的干预,人工地变革和控制被研究对象,以便在最有利的条件下对它们进行观察.科学实验和自然观察的显著区别就在于,在科学实验中,人们要变革和控制被研究对象.而在自然观察中,则不是这样.因而,科学实验就是比自然观察更强有力的认识手段.科学实验可以把各种偶然的、次要因素加以排除,使被观察对象的本来面目暴露得更加清楚,科学实验可以重复进行,多次再现被研究的对象,以便对其反复进行观察；科学实验可以有各种变换和组合,以便于分别考察被研究对象各方面的特性.在科学实验中,人们的主观能动性得到了更加充分的发挥. 解决观察合理性　　首先,就是要解决可观察和不可观察的问题.比如,电子通过威尔逊云室,显示出一条白色的痕迹；这条显示出来的白色痕迹,显然是可观察的.然而,观察仪器上显示的白色痕迹,这能否说电子可被观察?这里存在两种截然相反的回答.一种回答是,人们只能观察到作用于感官并被直接感知到的某一对象所显示出来的性质,但永远观察不到某一对象自身的真实性质.罗素实际上就是持着这种看法.他在《哲学问题》中有如下一段论述：　　“虽然我相信这张桌子‘实在地’是清一色的,但是,反光的部分看起来却比其余部分明亮得多,而且由于反光的缘故,某些部分看来是白色的.我知道,假如我挪动身子的话,那末反光的部分便会不同,于是桌子外表颜色的分布也会有所改变”.“根据我们以上的发现,显然并没有一种颜色是突出地表现为桌子的颜色,或桌子任何一特殊部分的颜色——从不同的观点上去看,它便显出不同的颜色,而且也没有理由认为其中的某几种颜色比起别样颜色更实在是桌子的颜色.并且我们也知道即使都从某一点来看的话,由于人工照明的缘故,或者由于看的人色盲或者戴蓝色眼镜,颜色也还似乎是不同的,而在黑暗中,便全然没有颜色,尽管摸起来、敲起来,桌子并没有改变.所以,颜色便不是某种本来为桌子所固有的东西”.“所以为了避免偏好,我们就不得不否认桌子本身具有任何独特的颜色了”.（《哲学问题》,商务印书馆1960 年版,第3-4 页）　　按罗素的观点,人们始终只能观察到某一对象在不同关系下所显示出来的性质,因为这种显示出来的性质是人们能直接感知到的.至于对象自身的实际性质,不仅是不可观察的,而且根本就是不存在的.可见,罗素是用某一对象在不同关系下显示出不同的性质,去否定某一对象自身的实际具有的性质.与此不同的另一种回答是,某一对象在不同关系下显示出来的性质和对象自身具有的实际性质确实有区别的.对象显示出来的性质是在一定关系中才出现的,而对象自身的实际性质则不是由于与别的对象发生一定关系才产生的.但是,观察对象自身的实际性质,却又是需要通过对象显示出来的性质来实现的.因此,对象显示出来的性质和对象自身实际性质的区分,不能成为我们区分可观察和不可观察的界限. 　　既然我们承认对象自身的实际性质是可观察的,然而直接呈现在人们感官面前的却只能是对象在一定关系下显示出来的性质,那么由此就必然地导致了一个极其尖锐的问题：我们如何才能判定,我们观察到的正是对象自身的实际性质而不仅仅是对象在特定条件下显示出来的性质呢?或者说,我们如何区别对象在不同条件下显示出来的性质的变化与对象自身的实际性质的变化?这个问题如不能解决,那么我们断定对象自身的实际性质是可以观察的,就不过是一句空话.我们认为,解决这一问题的途径,在于确立一种标准条件,并以同一标准条件下的观察结果为依据.譬如,当我们分别在红光、蓝光、绿光等等不同照明条件下观察同一件衣服时,我们所看到的是这件衣服在不同颜色光照作用下显示出来的不同颜色.当这件衣服在不同关系下显示出不同颜色时,我们确实没有根据说这件衣服的实际颜色起了变化.我们也没有理由只把某种光照下显示出来的颇色,当作这件衣服的实际颜色,而否认在其它光照下显示出来的颜色,也可以当作是这件衣服的实际颜色.其实,它们的地位是相等的,都是衣服的实际颜色在某种条件下的显示,只是条件不同而已.为了判定我们观察到的颜色变化是衣服在不同条件下显示颜色的变化还是衣服实际颜色的变化,我们通常是确定一种标准条件,例如我们可以日光的照明作为标准条件.我们把衣服放到这个标准条件下观察.如果我们发现,同一件衣服在同一标准条件下,其颇色发生了变化,那么我们就可以断定那是衣服实际颜色的变化.也就是说,不仅对象的显示性质是可观察的．而且对象的实际性质也是可观察的.这样,我们只要相对于某种特定的条件,也就在一定程度上解决了观察的合理性问题. 观察的作用　　观察（包括实验）对于检验理论具有无比重要的作用.科学理论的检验是通过将理论推演出来的关于事实的结论和观察相对照的形式而进行的.一般地说,如果科学理论推演出来的事实结论与观察相符合,那么科学理论就得到确证.如果科学理论推演出来的事实结论与观察不符合,那么科学理论就面临疑难. 　　人们往往还谈到观察的发现作用.那么,观察的发现作用究竟是指什么呢?观察只能发现新的事实.观察并不能发现新的科学理论.从观察所发现的新事实,到新的科学理论的发现,这中间还要经历复杂的步骤.所以,当我们谈到观察的发现作用时,仅仅是指它发现新的事实.而这种新事实将检验已有的理论,也许支持已有的理论,也许要求建立新的理论给予解释. 观察法　　是指研究者按照一定的计划,为实现一定的研究目标,对研究对象进行系统、全面的观察,从中收集各种现象资料,并进行分析研究的方法.它是一个既包括信息的输入,又包括对原始信息进行初步处理、识别的一个主动认知过程.这种方法首先在物理学、化学、天文学等自然科学领域广泛应用,但随着科学交叉的日益频繁,目前在心理学、经济学、社会学等领域也成为一种基本的学术研究方法. 　　按观察过程中观察主体和观察客体之间是否存在仪器中介,可以把观察法分为直接观察和间接观察两种类型.1.直接观察　　是指人们主要通过感觉器官来对研究对象进行直接的观察而获得相关信息的过程.古人用肉眼观察天体的位置和分布,中医诊断时所用的“四诊方法”都属于直接观察.它的优点是直接、生动、简单、经济,并且可以随时随地进行,避免其他中间环节引起的差错.它的不足也很明显：首先,观察的范围受到限制.这是由于人的感觉器官都有一定的阈值,超过阈值的范围,观察对象的某些属性就不能被直接感知.如人的眼睛只能感受390—750毫微米波长范围内的电磁波,超出这个范围就不能直接感知.其次,观察的精确性受到局限.如对距离的远近、物体的大小、速度的快慢、光线的明暗等现象的观察,单凭感官只能给出一个大致的定性的描述.再次,人的感觉器官常常会产生错觉.如对比错觉、光渗错觉、位移错觉、高低错觉、干扰错觉等,都会让人对研究对象产生一定的偏离. 　　2.间接观察　　是指人们借助仪器设备来对研究对象进行观察,间接地获得关于研究对象的相关信息,它使观察的范围在深度和广度上都发生了质的变化.首先,它放大了人对研究对象的感知范围,把人们无法直接感知的信息通过仪器设备转化为可以理解的信息.如通过显微镜、望远镜,研究者可以观察到小到单个分子、原子的形象,远到1闭亿光年以外的天体.其次,仪器设备可以帮助人们获得研究对象的定量信息,使观察更加客观、精确.如中医临床上脉象仪、舌象仪的应用,就克服了医生在观察中感官和主观因素的干扰.但是,这种方法也具有一定的局限：其一,仪器设备的制作受到当时科学技术和工艺水平的限制,其功能只是比人的感官的某些方面有所改进,但不可能完美无缺.其二,仪器设备的制作和使用需要大量的投入,其成本很高.其三,仪器设备的使用需要一定的知识和技术水平支撑,不是所有的人都可以使用的.其四,仪器设备由于种种原因,在使用过程中会有误差存在,这样会降低观察结果的精确性. 　　使用规则　　(1)应制定观察计划,尽量形成文字计划. 　　应制定观察计划,尽量形成文字计划,科学研究中运用观察法不同于人们日常的观察活动,它是科学研究活动中的一个重要环节.研究者总是要按照一定的计划带有特定目的来展开观察活动的.为了科学地进行观察,一定要制定观察计划,以文字的方式记录下来,这样可以使整个观察活动有序进行,有利于研究人员明确观察的目标、掌握观察的进度.文字材料的形成,既可以如实地记录研究活动的内容,也为以后类似活动的展开提供一个参考. 　　(2)应持客观公正的立场　　应持客观公正的立场,不能凭个人好恶左右.科学观察的目的是要获得科学事实,客观地描述研究对象的信息,所以一定要坚持客观性原则.在观察过程中,不要戴上“有色眼镜”,以研究者的经验来对待研究对象.这样会导致只能看到自己想看到的东西,而对不需要的现象无动于衷.著名人类学家赫胥黎说：“我要做的是使我的愿望符合事实,而不是试图让事实与我的愿望调和,你们要像一个小学生那样坐在事实面前,准备放弃一切先人之见,恭恭敬敬地朝着大自然指的路走,否则会一事无成.”另外,要注意克服由于人的感觉器官或仪器设备的局限而产生的一些假象、错觉和干扰,尽量客观地观察研究对象. 　　(3)应看到事物的各个方面　　应看到事物的各个方面,不能片面和简单化.由于研究对象本质的外部表现是多种多样的,研究者必须从多个角度来把握对象的各种属性及其相互联系,进而获得关于研究对象的完整信息.“瞎子摸象”的寓言是众所周知的,何况学术研究的对象比大象更加复杂,因此一定要全面、深入.迈克尔逊和莫雷为了观察到干涉条纹,一方面把实验装置设计得非常精确,另一方面作系统全面的观察.他们每天中午和下午六点各做一次实验,每次取16个不同方位来观察；另外还选不同的地点进行观察,在同一地点每隔三个月再观察一次.正是由于全面的观察,才使人们接受了本来很难接受的结论.科技史上关于岩石成因的“水成说”和“火成说”,关于光的“微粒说”和“波动说”,都是由于观察的不全面和不系统而造成的片面观点. 　　(4)应认真细致,不能浅尝辄止. 　　应认真细致,不能浅尝辄止.观察只能是直接发现对象的现象,而不能涉及所有的研究对象；只能观察到具体事物的性质和特点,而无法观察到事物普遍的共性,因此观察过程要认真细致.不论观察时间的长短、研究对象的大小,都要认真细致地做好每一个环节,不能浅尝辄止.达尔文五年如一日的认真观察,使他拥有了大量的素材,完成了《物种起源》；哥白尼持续几十年的天文观测,写出了《天体运行论》；孟德尔通过9年的豌豆杂交研究,提出了遗传定律.这些科学家正是由于其认真细致的观察,才在各自的领域内获得了重大发现. 　　(5)应随时记录,尽量详细. 　　应随时记录,尽量详细.观察过程中会发现大量的现象,这时要做到随时记录,而且尽量详细.只有详细地记录,才能全面地显示研究对象的全面属性,才能让研究人员充分占有各种资料,从而保持信息的客观和精确.我国著名气象学家竺可祯在20世纪70年代初发表了《中国的近五千年气候变迁的初步研究》,其中既有古籍中的史料,更有他长期观察气候、物候变化的相关数据.正是由于大量、详尽的数据,才使他的研究成果有很强的说服力,赢得了科学界的广泛认同.,就成为眼睛所不能直接观察的东西、观察、再观察”的名句,以此来强调观察对于研究工作的重要性.达尔文也曾经说过. 　　世界著名的生理学家巴甫洛夫,在他的研究院门口的石碑上刻下了“观察,人的感官也使观察的精确性受到局限.依靠人的感官只能对观察对象作出大概的估计
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