C-V2X车载通信系统资源分配策略研究

这是一篇关于C-V2X,信道反转,功率控制,车辆分簇,交通灯配时算法的论文, 主要内容为随着民用汽车保有量呈现大幅上升的态势,城市环境下的交通状况日益复杂,由此产生的交通拥堵问题愈发明显,C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)下的车联网(Internet-of-Vehicles,Io V)为解决城市交通问题奠定了基础。在城市交通拥堵的环境下,基于D2D(Device-to-Device)-V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信技术,采用复用蜂窝用户(Cellular Users,CUE)频谱资源的方式实现车辆间直通通信,很大程度地减轻了基站的负担,但由此也产生了V2V用户(V2V Users,VUE)与CUE之间的同频干扰问题。此外,在交通拥堵情况更为复杂的十字交叉路口处,车辆间拥堵以及排队等待交通信号灯的现象尤为突出,通信时延使得车辆间的信息传输效率降低,并且影响车辆在路口处的通行时间。因此,如何实现Io V中同频干扰的高效管理和通信时延的有效优化对缓解道路交通状况具有重要意义。基于以上考虑,本论文主要研究内容如下:第一,概述C-V2X车载通信系统的基础理论。包括V2X通信、D2D通信技术以及车辆分簇算法。第二,针对D2D-V2V车载通信采用复用蜂窝用户的频谱资源减轻基站负载实现部分近场V2V通信,在提高系统传输速率的同时也产生了同频干扰的问题。提出了一种基于信道反转的D2D-V2V车载通信动态功率控制方案,在非截断区内对VUE进行信道反转功率控制,补偿因发射功率有限造成的截断中断,通过动态功率控制解决CUE和VUE间的同频干扰。在此基础上,通过拉格朗日乘子法得到目标函数的最优对偶解、利用二分法确定了CUE和VUE的最优功率,满足CUE传输速率的同时最大化VUE的总传输速率。数值分析表明:当VUE总中断概率为0.866时,该方案使系统性能提升了48%。第三,针对城市道路中十字交叉路口处车辆拥堵、排队等待的问题,利用改进的DEEC分簇算法,选择剩余节点能量较高的车辆节点作为簇头,来提高簇的生存时间,并通过中继车辆进行信息传输以降低通信时延。同时,利用韦伯斯特(Webster)交通灯改进配时算法,进行相应的信号灯相位调度和周期的配时,以减少车辆的延误时间。最后,通过VISSIM交通仿真建模软件验证所提的Webster交通灯改进配时算法能够减少交叉路口处车辆的延误时间,缓解城市道路中的交通拥堵。数值仿真结果表明:所提方案降低了信息传输时延,减少了车辆延误时间并改善了交通拥堵问题。

基于NR-V的分布式资源选择及中继传输方案研究

这是一篇关于V2V,资源选择,基站辅助,功率控制,中继的论文, 主要内容为在车与车(vehicular-to-vehicular,V2V)通信中的无线资源选择至关重要,因为车载用户设备(Vehicle User Equipment,VUE)必须选择合适的无线资源块才能在广播情况下发送信息。当建筑物遮挡了V2V链路时,将带来隐藏站的问题,这意味着发射机可能会使用与隐藏站相同的无线资源,从而影响数据包的正确接收率。为了解决这个问题,本论文提出了基站辅助信息获取机制和占用资源的二次排除机制两步新增的算法。在此算法中,基站收集VUE无法正确接收的部分侧行链路控制信息(Sidelink Control Information,SCI),并将其传输给VUE,使VUE能够获得更全面的SCI信息,从而更全面地进行资源排除,使得资源分配性能得到提高。仿真结果表明,利用基站辅助机制可以提高V2V通信的成功率。同时,本论文还提出了利用功率控制和中继联合辅助信息传输的机制。VUE依据一定范围内收到的其他VUE的SCI信息和接收信号强度,估计信道质量,并以此为根据进行功率控制,通过功率控制以减小VUE对其他VUE之间的通信信道的干扰。同时利用中继VUE将不同方向的数据包进行合并后转发,在减少无线资源占用的同时将非视距(non-line-of-sight NLOS)链路转化为视距(line of sight LOS)链路,从而提高了 VUE之间的数据包传输正确率。仿真结果表明,利用功率控制和中继联合辅助信息传输的机制能有效地提高V2V的通信成功率。

LTE网络功率控制参数优化研究

这是一篇关于LTE,功率控制,物理下行共享信道,功率偏移量,路测的论文, 主要内容为随着无线宽带的快速发展,3GPP组织将LTE(长期演进)确立为第四代移动通信技术的标准。目前LTE网络已在我国开展如火如荼的建设,用户数量增长迅猛,用户享受到了高速数据体验带来的乐趣,高清视频等增值业务也发展迅速。LTE采用了诸多关键技术,其中就包括功率控制。随着建站数量的增多,基站变得越来越密集,在大中型城市,室外基站占据已经缩小至500米左右,网内干扰水平日益升高,为此,需要更加合理的功率控制策略,以降低网内干扰水平,保证合理的功率利用率,提高下行吞吐量,从而提升用户体验。本论文重点研究了LTE功率控制技术及其参数优化问题,分析与功率控制相关的技术的国内外研究现状和这些技术的特点、优势,以及它们在各类应用中的不足之处。基于现行LTE网络架构及其指标体系,论文详细介绍了物理下行共享信道(PDSCH)功率控制参数的具体蕴涵,针对不同功率参数组通过运算,得出不同参数组下的功率利用率;论文接着进行仿真实验,研究每一组功率参数组设置后对现网覆盖、干扰、速率的影响,对它们进行研究和比较。通过对哈尔滨LTE网络基本状况、EPC核心网拓扑情况进行介绍,论文选取了哈尔滨某一区域基站,通过后台修改参数的方式对该区域内的基站功率控制参数进行修改,修改后按照路测标准方式进行测试,分别得出在参考信号RS固定,功率偏移量PA固定,功率偏移量PB不同设置的情况下,覆盖、干扰、速率等指标变化趋势;得出在RS固定,PB固定,PA不同设置的情况下,覆盖、干扰、速率等指标变化趋势。测试过程同时评估了后台同步监控关键指标变化情况。最后,论文还选取了某一室内分布场景,通过对功率控制参数组的修改和测试,得出覆盖、干扰、速率的变化情况。本文重点研究了不同场景下,不同的功控控制参数组设置对现行网络的影响,给出了可信度较高的测试结果。测试结果表明,本论文给出的网络不同负载、不同场景条件下的功率参数组在实践中具有重要的参考价值。

基于串联型功率单元的微电网运行控制

这是一篇关于微电网接口变换器,电能质量控制,功率控制的论文, 主要内容为分布式可再生能源发电技术的快速发展,以及储能系统的大规模应用,刺激了孤岛模式下微电网的应用。与传统电力系统相比,由电力电子接口变流器和光伏、风能等可再生能源以及储能系统构成的微电网具有控制灵活,可再生能源消纳能力强,多功能复用等特点。在过去的大多数的研究中,微电网系统通常由多个并联的分布式发电单元组成,在拓扑结构方面,因为分布式发电单元的直流侧电源电压等级通常小于直接使用一级DC/AC功率变换器为负载供电所需要的等级,所以通常采用两级功率变换,包括DC/DC升压和DC/AC变换。在功率分配方面,并联分布式发电单元通常使用下垂控制实现无通信的功率分配,然而由于馈线阻抗未知或主要呈阻性,下垂控制可能出现不稳定的情况,同时无功功率分配通常会有偏差,而合理的功率分配不仅需要分布式发电单元直流侧电源之间适当的能量管理,也需要合理的无功功率分配来减小电源电压的波动和减少并联分布式发电单元之间的环流,针对这些问题,已经有学者提出了相应的虚拟阻抗方法实现了并联分布式单元之间无功功率精确分配。与此同时,考虑到与并联分布式发电单元对偶的串联型微电网只需要通过单级DC/AC功率变换就可以将低压直流电源接入中压供电系统。其中,级联H桥微电网由于其滤波器体积小,使用低电压等级开关器件,被认为是可再生能源和储能系统集成为中压系统提供稳定供电的有效方法。过去的针对串联型微电网的研究主要在于并网方向,采用中央控制器对于多个具有同步PWM的变流器进行独立控制。但是对于孤岛微电网系统,使用这种集中式控制器存在两大难题,难题一在于孤岛微电网系统内多个串联连接的变流器单元之间距离相对较远,采用集中控制器利用高带宽通信线统一控制多个变流器单元不仅非常困难且成本昂贵。难题二在于考虑到并联分布式发电单元和串联连接的变流器单元的功率流动原理完全不同,在这种情况下不能使用常规的下垂控制。为了解决这些难题,最近有学者开发了一种完全分散的反功率因数下垂控制,通过使用每个变流器单元的功率因数作为反功率因数下垂控制器的输入,只需要本地控制器就可以实现串联型微电网内多个变流器单元的实际功率分配。但是需要注意的是,上述分散控制方法仍具有以下局限性:一、反功率因数下垂控制可能会导致稳态PCC节点电压幅值偏差和频率偏差,尤其是在使用大量分布式馈线连接变流器单元且馈线阻抗之和很高时,PCC节点电压幅值偏差情况更加严重。二、这种全分散的控制方法只能获得多个变流器单元相等的功率分配性能,而在实际应用场合下,每个变流器的后台可用功率容量一般不同,因此这种均等功率分配很少使用。针对以上问题,本文围绕串联型微电网PCC节点电压控制与多个变流器单元之间功率分配控制策略展开研究。本文提出了一种基于孤岛模式下串联型变流器微电网的改进的反功率因数下垂控制方法。为了实现功率的双向流动和开关纹波抑制,每个变流器单元由一个H桥变流器和一个输出LC滤波器组成,之后,这些变流器通过馈线串联连接。针对局限性一,PCC节点处放置一个中央控制器用于检测PCC电压状态,通过简单的恢复控制器计算出补偿输出电压增益,并通过低带宽通信下发到本地控制器,变流器单元采用简单的双闭环控制,保证PCC节点供电电压电能质量。针对局限性二,中央控制器负责测量负载功率因数,并收集每个变流器单元的状态信息,计算出每个变流器单元的权重因数,将这些信息通过低带宽通信下发到变流器单元本地控制器,变流器单元本地控制器采用改进的反功率因数下垂控制实现变流器单元之间成比例的功率分配,同时,由于变流器单元的频率偏差由反功率因数下垂控制项补偿,PCC节点电压频率偏差被动得到补偿。需要注意的是,采用传统全分散的反功率因数下垂控制时,由于变流器输出相角相同,若不考虑馈线阻抗压降,采用固定幅值控制变流器输出电压可以满足PCC节点供电电压幅值要求,而当采用提出的改进的反功率因数下垂控制时,变流器输出电压相角差与变流器直流侧能量差成正相关,当变流器直流侧能量相差较大时,采用固定幅值控制变流器输出电压将会导致系统PCC节点供电电压幅值不能满足要求,因此在中央控制器采用简单的恢复控制实现PCC节点电压幅值的补偿。另一方面,当变流器单元直流侧能量不均时,无论是采用传统全分散的反功率因数下垂控制还是提出的改进的反功率因数下垂控制方法,系统达到稳态时PCC节点供电电压都会存在一定的频率偏差。当采用传统全分散的反功率因数下垂控制方法,PCC节点供电电压的频率偏差与反功率因数下垂系数和负载功率因数乘积成正比,造成的角频率偏差超过供电需求的范围.而改进的反功率因数下垂控制方法补偿了系统PCC节点供电电压的大部分频率偏差,采用提出的改进反功率因数下垂控制方法引起的输出供电电压角频率偏差达到供电需求。由此可见,采用提出的改进的反功率因数下垂控制方法,PCC节点输出供电电压的幅值和频率都能得到极大的改善,满足PCC节点供电需求。为了验证系统的稳定性和阻尼性能,建立了三台变流器串联组成微电网系统的小信号模型。在考虑了低带宽通信带来延迟的情况下,利用迭代法选取合适的控制参数,系统呈现出良好的稳定性和阻尼性能。本文将提出的串联型变流器系统与传统并联型变流器系统进行对比,传统并联型变流器需要经过两级功率变换才能接入交流电网,而提出的串联型变流器只需要一级功率变换就能接入交流电网。当串联型变流器与并联型变流器同时采用两级功率变换,串联型变流器的升压比更低,可用度更高。同时也针对串联型变流器的特点提出了串联型变流器单元数目的选取方法,以及如何将串联型变流器组成的子微电网与并联型变流器组成的子微电网融入复杂微电网。系统实验结果验证了该系统控制的有效性。为了证明该方法的有效性,实验分为多个阶段,首先,设置三台串联型变流器直流侧能量比值,之后在多个阶段分别采用固定电压幅值频率控制,全分散的反功率因数下垂控制,提出的改进的反功率因数下垂控制,并在最后一阶段设置负载突变检验系统的抗干扰能力。实验结果证明了提出控制方法的有效性。当采用提出的改进的反功率因数下垂控制方法,PCC节点电压幅值和频率得到准确地控制,同时各串联型变流器输出功率按照设定的直流侧能量比值实现功率分配,负载突变后,系统迅速到达新的稳态工作点。与此同时,微电网能够通过分布式发电单元接口电力电子变流器的灵活调节,为本地的关键负载提供辅助的电能质量增强服务。当发生主电网故障时,它可以轻松地切换到孤岛运行以提供持续的电力。然而,由于传统的孤岛微电网的容量较低,电能质量问题可能较为严重。关于使用电力电子变流器来提高系统电能质量,已经有学者讨论了各种类型的有源阻尼方法。首先,分布式发电单元设备主要用于为本地负载提供辅助电能质量调节服务。例如,通过简单地修改分布式发电单元接口变流器的电流参考,利用分布式发电单元来减轻不平衡或谐波负载电流。最近,并联分布式发电单元已被应用通过协同控制来提高微电网PCC节点电压的电能质量。另外,对于具有多个电压节点的复杂微电网,已经有学者研究了并联谐振的影响,并通过分布式发电单元本地控制器实现网络阻抗的重塑来抑制并联谐振。需要注意的是,上述研究主要集中在具有并联分布式发电单元的微电网上。近年来,越来越需要将低压直流电源直接集成到高压系统中,而不是使用笨重的匹配变压器或多级电源转换。在各种类型的解决方案中,串联型微电网被认为是满足此要求的很好的选择。对于这种类型的微电网,当低压变流器单元的本地控制没有足够的PCC电压主动调节功能时,PCC节点电能质量问题可能很严重。使用中央控制器解决PCC节点电能质量问题并将控制命令从中央控制器发送到所有变流器单元是一种常见的解决方案。但是,这种方法存在局限性,局限性在于串联连接的变流器与中央控制器之间的距离较远,这种控制体系架构的可靠性较低,并且容易受到系统噪声和干扰的影响。针对这些局限,已经有一些使用分布式控制来解决此限制的工作。有学者已经应用了反功率因数下垂控制或反有功功率控制,以完全分散的方式实现变流器控制。但这些控制方法仍然存在一定的局限性,局限性一在于提出的分散控制通常着眼于变流器单元之间的基频功率分配上,并未考虑谐波抑制。局限性二在于每个变流器单元均具有独立的输出LC滤波器,成本较高。局限性三在于虽然每台变流器采用闭环电压跟踪环路来确保精确调节正弦输出电压,但是由于存在不确定的分布式馈线阻抗以及PCC节点非线性负载,这种控制仍然不能保证降低PCC谐波电压。针对局限性一,为了增强串联型变流器组成的孤岛微电网的电能质量,提出一种针对串联型变流器的分层的灵活的PCC谐波电压补偿方法。在提出的方法中,首先在PCC节点处放置一个中央控制器,负责系统的功率管理并将关键电能质量信息通过低带宽通信发送到变流器本地控制器。之后,由变流器本地控制器实现功率控制和电能质量治理,通过分层控制的方式降低PCC节点谐波电压,解决了局限性三。同时,为了降低成本,将提出的串联型变流器的独立LC滤波器集成为PCC节点的公共输出LC滤波器,解决了局限性二。由于本文主要针对PCC节点处电能质量治理进行研究,因此采用均等的功率控制,这种控制方法下,串联变流器基频输出电压相角相同,总输出电压为各串联型变流器输出电压幅值之和,但考虑到馈线阻抗上的压降,PCC节点输出电压幅值不能达到供电要求,因此采用电压补偿项来增大PCC节点输出电压幅值。接下来,本文分析对比了不施加主动谐波控制和提出的主动施加谐波控制方法下PCC节点输出电压谐波情况。当串联型变流器系统不施加主动谐波控制,由于非线性负载和LC滤波器谐振峰的存在,PCC节点输出电压含有大量谐波。当采用提出的主动施加谐波控制方法,非线性负载带来的低频谐波和LC谐振放大的中频谐波分别被闭环等效阻抗和内部虚拟阻抗抑制,经过伯德图分析,验证了提出的主动施加谐波控制方法的有效性。为了验证系统的稳定性和阻尼性能,考虑输出电压频率和幅值扰动,建立了三台变流器串联组成微电网系统的小信号模型。同时考虑了低带宽通信带来延迟,利用迭代法选取合适的控制参数,系统呈现出良好的稳定性和阻尼性能。通过对系统进行仿真和实验,验证了该系统控制的有效性。实验中每个串联型变流器由智能功率模块构成,PCC节点的中央控制器和每个串联型变流器的本地控制器采用DSP控制器,中央控制器和本地控制器之间采用RS485通信,采用Modbus通讯协议。实验设置层层递进,分为多个阶段,分别为不施加主动电能质量控制,采用全分散的反功率因数下垂控制,采用提出的输出电压幅值补偿方法,采用分散的载波移相PWM控制方法来抑制高频谐波,采用提出的虚拟阻抗来抑制低频特定谐波以及中频谐波。实验结果证明了提出控制方法的有效性。通过采用提出的主动谐波控制方法,基频幅值偏差,低频谐波,中频谐振以及高频开关纹波等宽频带内电能质量问题得到有效治理,PCC节点输出电压正弦度明显改善。同时提供了仿真结果证明了提出方法在高压大功率场合和负载突变情况下仍然能够有效改善电能质量。

基于串联型功率单元的微电网运行控制

这是一篇关于微电网接口变换器,电能质量控制,功率控制的论文, 主要内容为分布式可再生能源发电技术的快速发展,以及储能系统的大规模应用,刺激了孤岛模式下微电网的应用。与传统电力系统相比,由电力电子接口变流器和光伏、风能等可再生能源以及储能系统构成的微电网具有控制灵活,可再生能源消纳能力强,多功能复用等特点。在过去的大多数的研究中,微电网系统通常由多个并联的分布式发电单元组成,在拓扑结构方面,因为分布式发电单元的直流侧电源电压等级通常小于直接使用一级DC/AC功率变换器为负载供电所需要的等级,所以通常采用两级功率变换,包括DC/DC升压和DC/AC变换。在功率分配方面,并联分布式发电单元通常使用下垂控制实现无通信的功率分配,然而由于馈线阻抗未知或主要呈阻性,下垂控制可能出现不稳定的情况,同时无功功率分配通常会有偏差,而合理的功率分配不仅需要分布式发电单元直流侧电源之间适当的能量管理,也需要合理的无功功率分配来减小电源电压的波动和减少并联分布式发电单元之间的环流,针对这些问题,已经有学者提出了相应的虚拟阻抗方法实现了并联分布式单元之间无功功率精确分配。与此同时,考虑到与并联分布式发电单元对偶的串联型微电网只需要通过单级DC/AC功率变换就可以将低压直流电源接入中压供电系统。其中,级联H桥微电网由于其滤波器体积小,使用低电压等级开关器件,被认为是可再生能源和储能系统集成为中压系统提供稳定供电的有效方法。过去的针对串联型微电网的研究主要在于并网方向,采用中央控制器对于多个具有同步PWM的变流器进行独立控制。但是对于孤岛微电网系统,使用这种集中式控制器存在两大难题,难题一在于孤岛微电网系统内多个串联连接的变流器单元之间距离相对较远,采用集中控制器利用高带宽通信线统一控制多个变流器单元不仅非常困难且成本昂贵。难题二在于考虑到并联分布式发电单元和串联连接的变流器单元的功率流动原理完全不同,在这种情况下不能使用常规的下垂控制。为了解决这些难题,最近有学者开发了一种完全分散的反功率因数下垂控制,通过使用每个变流器单元的功率因数作为反功率因数下垂控制器的输入,只需要本地控制器就可以实现串联型微电网内多个变流器单元的实际功率分配。但是需要注意的是,上述分散控制方法仍具有以下局限性:一、反功率因数下垂控制可能会导致稳态PCC节点电压幅值偏差和频率偏差,尤其是在使用大量分布式馈线连接变流器单元且馈线阻抗之和很高时,PCC节点电压幅值偏差情况更加严重。二、这种全分散的控制方法只能获得多个变流器单元相等的功率分配性能,而在实际应用场合下,每个变流器的后台可用功率容量一般不同,因此这种均等功率分配很少使用。针对以上问题,本文围绕串联型微电网PCC节点电压控制与多个变流器单元之间功率分配控制策略展开研究。本文提出了一种基于孤岛模式下串联型变流器微电网的改进的反功率因数下垂控制方法。为了实现功率的双向流动和开关纹波抑制,每个变流器单元由一个H桥变流器和一个输出LC滤波器组成,之后,这些变流器通过馈线串联连接。针对局限性一,PCC节点处放置一个中央控制器用于检测PCC电压状态,通过简单的恢复控制器计算出补偿输出电压增益,并通过低带宽通信下发到本地控制器,变流器单元采用简单的双闭环控制,保证PCC节点供电电压电能质量。针对局限性二,中央控制器负责测量负载功率因数,并收集每个变流器单元的状态信息,计算出每个变流器单元的权重因数,将这些信息通过低带宽通信下发到变流器单元本地控制器,变流器单元本地控制器采用改进的反功率因数下垂控制实现变流器单元之间成比例的功率分配,同时,由于变流器单元的频率偏差由反功率因数下垂控制项补偿,PCC节点电压频率偏差被动得到补偿。需要注意的是,采用传统全分散的反功率因数下垂控制时,由于变流器输出相角相同,若不考虑馈线阻抗压降,采用固定幅值控制变流器输出电压可以满足PCC节点供电电压幅值要求,而当采用提出的改进的反功率因数下垂控制时,变流器输出电压相角差与变流器直流侧能量差成正相关,当变流器直流侧能量相差较大时,采用固定幅值控制变流器输出电压将会导致系统PCC节点供电电压幅值不能满足要求,因此在中央控制器采用简单的恢复控制实现PCC节点电压幅值的补偿。另一方面,当变流器单元直流侧能量不均时,无论是采用传统全分散的反功率因数下垂控制还是提出的改进的反功率因数下垂控制方法,系统达到稳态时PCC节点供电电压都会存在一定的频率偏差。当采用传统全分散的反功率因数下垂控制方法,PCC节点供电电压的频率偏差与反功率因数下垂系数和负载功率因数乘积成正比,造成的角频率偏差超过供电需求的范围.而改进的反功率因数下垂控制方法补偿了系统PCC节点供电电压的大部分频率偏差,采用提出的改进反功率因数下垂控制方法引起的输出供电电压角频率偏差达到供电需求。由此可见,采用提出的改进的反功率因数下垂控制方法,PCC节点输出供电电压的幅值和频率都能得到极大的改善,满足PCC节点供电需求。为了验证系统的稳定性和阻尼性能,建立了三台变流器串联组成微电网系统的小信号模型。在考虑了低带宽通信带来延迟的情况下,利用迭代法选取合适的控制参数,系统呈现出良好的稳定性和阻尼性能。本文将提出的串联型变流器系统与传统并联型变流器系统进行对比,传统并联型变流器需要经过两级功率变换才能接入交流电网,而提出的串联型变流器只需要一级功率变换就能接入交流电网。当串联型变流器与并联型变流器同时采用两级功率变换,串联型变流器的升压比更低,可用度更高。同时也针对串联型变流器的特点提出了串联型变流器单元数目的选取方法,以及如何将串联型变流器组成的子微电网与并联型变流器组成的子微电网融入复杂微电网。系统实验结果验证了该系统控制的有效性。为了证明该方法的有效性,实验分为多个阶段,首先,设置三台串联型变流器直流侧能量比值,之后在多个阶段分别采用固定电压幅值频率控制,全分散的反功率因数下垂控制,提出的改进的反功率因数下垂控制,并在最后一阶段设置负载突变检验系统的抗干扰能力。实验结果证明了提出控制方法的有效性。当采用提出的改进的反功率因数下垂控制方法,PCC节点电压幅值和频率得到准确地控制,同时各串联型变流器输出功率按照设定的直流侧能量比值实现功率分配,负载突变后,系统迅速到达新的稳态工作点。与此同时,微电网能够通过分布式发电单元接口电力电子变流器的灵活调节,为本地的关键负载提供辅助的电能质量增强服务。当发生主电网故障时,它可以轻松地切换到孤岛运行以提供持续的电力。然而,由于传统的孤岛微电网的容量较低,电能质量问题可能较为严重。关于使用电力电子变流器来提高系统电能质量,已经有学者讨论了各种类型的有源阻尼方法。首先,分布式发电单元设备主要用于为本地负载提供辅助电能质量调节服务。例如,通过简单地修改分布式发电单元接口变流器的电流参考,利用分布式发电单元来减轻不平衡或谐波负载电流。最近,并联分布式发电单元已被应用通过协同控制来提高微电网PCC节点电压的电能质量。另外,对于具有多个电压节点的复杂微电网,已经有学者研究了并联谐振的影响,并通过分布式发电单元本地控制器实现网络阻抗的重塑来抑制并联谐振。需要注意的是,上述研究主要集中在具有并联分布式发电单元的微电网上。近年来,越来越需要将低压直流电源直接集成到高压系统中,而不是使用笨重的匹配变压器或多级电源转换。在各种类型的解决方案中,串联型微电网被认为是满足此要求的很好的选择。对于这种类型的微电网,当低压变流器单元的本地控制没有足够的PCC电压主动调节功能时,PCC节点电能质量问题可能很严重。使用中央控制器解决PCC节点电能质量问题并将控制命令从中央控制器发送到所有变流器单元是一种常见的解决方案。但是,这种方法存在局限性,局限性在于串联连接的变流器与中央控制器之间的距离较远,这种控制体系架构的可靠性较低,并且容易受到系统噪声和干扰的影响。针对这些局限,已经有一些使用分布式控制来解决此限制的工作。有学者已经应用了反功率因数下垂控制或反有功功率控制,以完全分散的方式实现变流器控制。但这些控制方法仍然存在一定的局限性,局限性一在于提出的分散控制通常着眼于变流器单元之间的基频功率分配上,并未考虑谐波抑制。局限性二在于每个变流器单元均具有独立的输出LC滤波器,成本较高。局限性三在于虽然每台变流器采用闭环电压跟踪环路来确保精确调节正弦输出电压,但是由于存在不确定的分布式馈线阻抗以及PCC节点非线性负载,这种控制仍然不能保证降低PCC谐波电压。针对局限性一,为了增强串联型变流器组成的孤岛微电网的电能质量,提出一种针对串联型变流器的分层的灵活的PCC谐波电压补偿方法。在提出的方法中,首先在PCC节点处放置一个中央控制器,负责系统的功率管理并将关键电能质量信息通过低带宽通信发送到变流器本地控制器。之后,由变流器本地控制器实现功率控制和电能质量治理,通过分层控制的方式降低PCC节点谐波电压,解决了局限性三。同时,为了降低成本,将提出的串联型变流器的独立LC滤波器集成为PCC节点的公共输出LC滤波器,解决了局限性二。由于本文主要针对PCC节点处电能质量治理进行研究,因此采用均等的功率控制,这种控制方法下,串联变流器基频输出电压相角相同,总输出电压为各串联型变流器输出电压幅值之和,但考虑到馈线阻抗上的压降,PCC节点输出电压幅值不能达到供电要求,因此采用电压补偿项来增大PCC节点输出电压幅值。接下来,本文分析对比了不施加主动谐波控制和提出的主动施加谐波控制方法下PCC节点输出电压谐波情况。当串联型变流器系统不施加主动谐波控制,由于非线性负载和LC滤波器谐振峰的存在,PCC节点输出电压含有大量谐波。当采用提出的主动施加谐波控制方法,非线性负载带来的低频谐波和LC谐振放大的中频谐波分别被闭环等效阻抗和内部虚拟阻抗抑制,经过伯德图分析,验证了提出的主动施加谐波控制方法的有效性。为了验证系统的稳定性和阻尼性能,考虑输出电压频率和幅值扰动,建立了三台变流器串联组成微电网系统的小信号模型。同时考虑了低带宽通信带来延迟,利用迭代法选取合适的控制参数,系统呈现出良好的稳定性和阻尼性能。通过对系统进行仿真和实验,验证了该系统控制的有效性。实验中每个串联型变流器由智能功率模块构成,PCC节点的中央控制器和每个串联型变流器的本地控制器采用DSP控制器,中央控制器和本地控制器之间采用RS485通信,采用Modbus通讯协议。实验设置层层递进,分为多个阶段,分别为不施加主动电能质量控制,采用全分散的反功率因数下垂控制,采用提出的输出电压幅值补偿方法,采用分散的载波移相PWM控制方法来抑制高频谐波,采用提出的虚拟阻抗来抑制低频特定谐波以及中频谐波。实验结果证明了提出控制方法的有效性。通过采用提出的主动谐波控制方法,基频幅值偏差,低频谐波,中频谐振以及高频开关纹波等宽频带内电能质量问题得到有效治理,PCC节点输出电压正弦度明显改善。同时提供了仿真结果证明了提出方法在高压大功率场合和负载突变情况下仍然能够有效改善电能质量。

C-V2X车载通信系统资源分配策略研究

这是一篇关于C-V2X,信道反转,功率控制,车辆分簇,交通灯配时算法的论文, 主要内容为随着民用汽车保有量呈现大幅上升的态势,城市环境下的交通状况日益复杂,由此产生的交通拥堵问题愈发明显,C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)下的车联网(Internet-of-Vehicles,Io V)为解决城市交通问题奠定了基础。在城市交通拥堵的环境下,基于D2D(Device-to-Device)-V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信技术,采用复用蜂窝用户(Cellular Users,CUE)频谱资源的方式实现车辆间直通通信,很大程度地减轻了基站的负担,但由此也产生了V2V用户(V2V Users,VUE)与CUE之间的同频干扰问题。此外,在交通拥堵情况更为复杂的十字交叉路口处,车辆间拥堵以及排队等待交通信号灯的现象尤为突出,通信时延使得车辆间的信息传输效率降低,并且影响车辆在路口处的通行时间。因此,如何实现Io V中同频干扰的高效管理和通信时延的有效优化对缓解道路交通状况具有重要意义。基于以上考虑,本论文主要研究内容如下:第一,概述C-V2X车载通信系统的基础理论。包括V2X通信、D2D通信技术以及车辆分簇算法。第二,针对D2D-V2V车载通信采用复用蜂窝用户的频谱资源减轻基站负载实现部分近场V2V通信,在提高系统传输速率的同时也产生了同频干扰的问题。提出了一种基于信道反转的D2D-V2V车载通信动态功率控制方案,在非截断区内对VUE进行信道反转功率控制,补偿因发射功率有限造成的截断中断,通过动态功率控制解决CUE和VUE间的同频干扰。在此基础上,通过拉格朗日乘子法得到目标函数的最优对偶解、利用二分法确定了CUE和VUE的最优功率,满足CUE传输速率的同时最大化VUE的总传输速率。数值分析表明:当VUE总中断概率为0.866时,该方案使系统性能提升了48%。第三,针对城市道路中十字交叉路口处车辆拥堵、排队等待的问题,利用改进的DEEC分簇算法,选择剩余节点能量较高的车辆节点作为簇头,来提高簇的生存时间,并通过中继车辆进行信息传输以降低通信时延。同时,利用韦伯斯特(Webster)交通灯改进配时算法,进行相应的信号灯相位调度和周期的配时,以减少车辆的延误时间。最后,通过VISSIM交通仿真建模软件验证所提的Webster交通灯改进配时算法能够减少交叉路口处车辆的延误时间,缓解城市道路中的交通拥堵。数值仿真结果表明:所提方案降低了信息传输时延,减少了车辆延误时间并改善了交通拥堵问题。

基于博弈论的认知网络功率控制算法研究

这是一篇关于功率控制,博弈论,纳什均衡,认知网络的论文, 主要内容为近年来随着移动通信技术的飞速发展和海量终端设备接入网络,可用的无线频谱资源越发稀缺,且现有固定的无线频谱分配方式,使得频谱资源并没有得到高效利用。认知无线电技术的提出被普遍认为是解决这一矛盾的最佳方案,它允许次用户接入主用户的授权频段,提高频谱利用效率。但在认知无线电中,次用户动态接入会造成主次用户和次用户群体之间的干扰问题,因此合理的功率控制技术在认知无线网络中极为重要。博弈论作为一种有效的数学分析工具,能通过策略选择解决资源分配问题。针对已有算法中存在的次用户发射功率过大、层间干扰过强等问题,本文采用非合作博弈理论对认知网络中的功率控制问题进行研究,主要包含以下三个方面:(1)针对认知网络中次用户发射功率过大造成用户间干扰严重的问题,本文设计了一种基于非合作博弈和串行干扰消除的功率控制算法。首先改进了传统效用函数,引入信道干扰状态和阈值影响因子。然后在改进的效用函数基础上,提出新功率控制算法,并证明该算法符合纳什均衡条件。实验证明,新设计的算法在保证次用户服务质量的前提下,能快速收敛,并有效降低了发射功率,减小了信道干扰。同已有算法对比,本算法在一定程度上克服了远近效应,提高抗背景噪声的能力。(2)为进一步研究主用户与次用户在认知无线网络上行链路中的功率分配与相互干扰问题,增强主用户在功率控制中的能动调节作用,本文设计了一种基于分布式Stackelberg博弈的功率速率联合控制算法。新算法重新设计了主次用户的效用函数,在保证主用户服务质量的前提下,通过对功率定价来调整次用户发射功率。同时为满足通信业务传输速率多样性需求,将速率作为变量带入模型中,提出基于定价、功率和速率的协同控制分配算法。仿真表明,新算法在7次迭代内迅速收敛,有效提高了主用户效用,降低了次用户发射功率,提高了传输速率。此外,本文算法还兼具较好的自适应性、鲁棒性且在一定程度上克服了远近效应。(3)为了使研究的算法可以和实践相结合,设计并实现出认知无线网络功率控制云管理平台。通过对后端程序编写、数据库规划和前端页面设计完成平台主体搭建,最后在阿里云上线部署。此外云平台的设计可以使主次用户的监测数据能清晰的可视化展示,方便运维人员日常操作。