电力论文哪里有?本文以分数阶电容和直流变换器滤波电容的状态监测为主要研究内容。首先引入了分数阶微积分,紧接着介绍了铝电解电容的内部结构并将分数阶微积分与电容等效电路模型相结合进行建模,通过参数辨识对比分析了不同的分数阶对比模型与整数阶电容模型的拟合效果。
第1章 绪论
1.2 国内外研究现状
1.2.1 分数阶微积分在电气工程领域应用现状
正如绪论背景部分所介绍,目前分数阶微积分相关理论概念已被引入至电气工程领域,将适应性与适用性更强的分数阶元件引入电路研究中,能够提高系统分析和设计的灵活性,目前在电子与电气工程领域的分数阶微积分理论的应用主要包括一下几点:
(1)整数阶微积分在控制等领域广泛应用,受此启发,学者们也尝试将分数阶微积分推广至电路分析中。在文献[31-33]中,作者在运放电路中通过频域有理化近似处理分数阶微积分,实现分数阶微积分的运算。在数字系统中则采用生成函数直接替代分数阶微积分算子,离散化处理后,紧接着采用幂级数展开等不同的展开方式实现分数阶微积分运算的直接离散化。但是该类方法受到两方面因素的制约,一方面由于展开项的数量限制直接影响展开精度;另一方面,由于原无穷维系统被压缩为有限维系统,所以新系统并不能保证完全还原原系统的所有特性,可能造成信息丢失[34-36]。此外,间接离散化的方法是在频域对分数阶滤波器响应曲线有理化近似,并数字化的方法所实现的[37-39]。所以,只有阶数较高的近似传递函数才能够实现更高的精度,然而可能会造成离散化过程极其复杂。针对上述介绍中所出现的问题,文献[40]提出基于二阶有限冲击响应滤波器实现分数阶微积分离散化的方案,该方案在保证精度的同时,实现效率更高,因此被广泛的采用[41-43]。
(2)基于对分数阶电路元件相关的研究,以及前述为代表的分数阶微积分运算的实现,分数阶微积分的概念被引入到了控制器等其他相关方面[44, 45]。同时,分数阶微积分理论也被广泛引入至传统的控制领域中用于解决分数阶线性问题。分数阶控制器对系统动态性能和鲁棒性能够更加有效的改善[46-50]。
第3章 分数阶电容构造
3.2.2 分数阶铝电解电容构造
根据3.2.1节分数阶电容零极点展开有理逼近链式电路构造方法介绍,针对第2章所选择的Rubycon ZLH 68uF系列和Rubycon YXF 100uF系列两种铝电解电容,结合第2章不同分数阶模型建模参数辨识结果与模型结构,本小结将实现仿真中所选实际分数阶电容的构造。
根据分析,选择拟合效果较好的分数阶等效电路模型1为例。根据以上所介绍的福斯特I型无源单口R-C无源网络综合构造分数阶电容的方法,分数阶电容逼近电路的iK和iσ如表3-1所示。根据所得福斯特I型无源单口R-C无源网络Ri与Ci的理论取值,可得相对应的分数阶电容建模与构造相关参数如表3-2所示。
在仿真软件MATLAB/SIMULINK中针对所选择的Rubycon ZLH 68uF系列和YXF 100uF系列两种铝电解电容,使用有理逼近方法链式电路构造的分数阶等效电路模型1的结构如图3-2所示。
第4章 基于VMD的直流变换器分数阶滤波电容状态监测方法
4.1 引言
直流变换器被广泛用于新能源并网和储能系统等众多领域,铝电解电容通常被用于直流变换器输出滤波电容,然而铝电解电容确是众多电力电子设备中最为薄弱的环节之一,成为了影响电力电子系统寿命的瓶的重要因素。目前针对各种直流变换器输出滤波电容状态监测研究正在如火如荼地展开,针对正激变换器输出滤波电容状态监测研究还较少,同其它直流变换器相比,正激变换器具有电气隔离、不受变压器容量限制等优点。根据前3章内容介绍与分析,本章将第2章分数阶电容建模结果与第3章分数阶电容构造融入直流变换器滤波电容状态监测,提出了基于变分模态分解的直流变换器分数阶滤波电容准在线状态监测方法。
4.2 正激变换器分数阶滤波电容状态监测
4.2.1 正激变换器滤波电容在线状态监测模型建立
同其它直流变换器类似,正激变换器也通常选择使用铝电解电容作为输出滤波电容。典型的正激变换器拓扑结构如图4-1所示。
在图4-1正激变换器拓扑图中,D1、D2和D3为二极管;开关管使用MOSFET晶体开关管;L为续流电感;为方便后续信号采集,设置Rs为采样电阻;R为输出侧电阻;左侧紫色虚线框内代表变换器三绕组变压器,Lm代表三绕组变压器内部励磁电感;右侧红色虚线框内Cα代表分数阶滤波电容。
第5章 结论与展望
5.2 展望
分数阶微积分与电气工程领域的研究正在不断深入,电力电子变换器种类也繁多,学者们针对输出滤波电容的状态监测做了众多研究。本文介绍了分数阶微积分与铝电解电容建模相融合后分数阶电容构造的相关内容,并相结合提出了全新的直流变换器输出滤波电容状态监测方案。然而科学进步的步伐永不停歇,仍有许许多多的问题值得进一步研究与探索,归纳起来主要为以下两点:
(1)进一步扩展研究的范围,将本文所提出的直流变换器输出滤波电容在线状态监测方案应用于诸如其它DC-DC变换器或AC-DC转换器中,根据不同的变换器工作状态应用相同的思路进行具体分析,所提方案可被广泛推广。
(2)分数阶电容建模与构造可尝试改变电容容值和分数阶阶次后,推广至其它包括但不仅限于电力电子方向的涉及电容的仿真分析中。
(3)目前,本文以电容参数随工作频率变化情况进行分数阶建模,暂未考虑其它如温度,湿度等环境因素变化进行分数阶建模。后续分数阶电容建模工作可以将多种环境因素融合,并继续进行相关方向探索进一步完善模型。
(4)对分数阶电容的实现方案不仅局限于本文的构造方法,后续工作中可以考虑在其它的仿真软件中进行尝试,探索更多的实现方案。同时,对电容非理想特性的描述也可以尝试通过其它方法进行描述。
参考文献(略)