【摘 要】
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照明负荷中,发光二极管(Light Emitting Diode,LED)灯因具有高光效、低耗能的显著优势,逐渐替代了白炽灯和荧光灯。LED灯的大量使用对整个照明系统造成谐波污染,甚至引发火灾。针对此类容量小、分布广、数量多的照明负荷,现有研究在其建模方式、组合特性和谐波集群等方面没有给予充分的关注。因此,为了解决该问题,论文结合我国LED灯现状,以LED灯的谐波获取、谐波分析、谐波治理为主线,分
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照明负荷中,发光二极管(Light Emitting Diode,LED)灯因具有高光效、低耗能的显著优势,逐渐替代了白炽灯和荧光灯。LED灯的大量使用对整个照明系统造成谐波污染,甚至引发火灾。针对此类容量小、分布广、数量多的照明负荷,现有研究在其建模方式、组合特性和谐波集群等方面没有给予充分的关注。因此,为了解决该问题,论文结合我国LED灯现状,以LED灯的谐波获取、谐波分析、谐波治理为主线,分别探究谐波检测、谐波电路建模、谐波数据建模、谐波评价和谐波叠加五方面内容。首先,对于如何获取LED灯谐波的谐波检测问题,提出结合复调制细化与线性神经网络的方法。采用带有复解析滤波器的复调制法细化原始的灯具谐波信号频谱,提取出近似的谐波频率。然后将频率作为输入量代入动量因子改进的三角基线性神经网络中,求解谐波的精确频率、幅值和相位。所提方法能快速、准确地检测各算例中的谐波参数,且检测误差在0.001以内。表明该方法能有效解决LED灯谐波、间谐波的精细化辨识问题。其次,在获取谐波之后,基于电路模型和数据模型开展LED灯谐波建模并进行分析。一方面,通过文献归纳常见的两类LED驱动电路模型,并仿真其谐波特征。并在此基础上,搭建实验电路,利用电能质量分析仪采集LED灯及其不同组合的谐波特征数据进行分析。实验数据反映出:驱动电路相似的LED灯,其谐波特征也相似;前述两类LED灯的组合使用能够实现总谐波的大幅衰减。另一方面,搭建了基于极限学习机和群智能算法的LED灯谐波数据模型,并利用采集的谐波特征数据进行训练和测试。通过引入群智能算法(樽海鞘群算法)对模型网络参数进行优化,提高了极限学习机的求解能力。采用正弦余弦算法对原始种群的移动公式进行改进,以进一步提升种群的寻优能力。数据模型对THDi指标估计的准确率为96.9%,优于PSO-ELM、ELM等常见模型。结果表明该LED灯谐波数据模型具有良好的准确性。最后,在谐波分析的基础上,从谐波评价体系和谐波叠加两方面开展LED灯谐波治理。一方面,提出基于主客观递阶评价法的LED灯谐波综合评价系统,以期从宏观政策上限制其谐波发射。选取常用谐波特征作为评价系统的指标,利用序关系分析法和熵权法分别对一、二阶指标进行评价。通过采集的LED灯谐波特征数据验证评价系统的可行性。另一方面,基于实验采集的两类LED灯谐波数据,进行蒙特卡罗法的建筑照明系统谐波叠加仿真研究,从照明设计和灯具选型的角度分析照明系统谐波。经计算发现,两类灯具数量比为2:3时,建筑的三次谐波电流最小,比单独使用一类灯具减少了36.94%。表明了不同灯具组合使用对照明系统谐波衰减有重要意义。
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