近年來，在電氣傳動領域中三電平變頻器得到了廣泛的應用。三電平逆變器拓撲結構的出現為高電壓、大功率變頻器的實現提供了一個有效的途徑。研究和開發三電平大功率變頻器，無論在技術上還是在實際應用上都有十分重要的意義。本文圍繞三電平大功率通用變頻器的實用化技術進行了深入分析和研究。 論文首先介紹了三電平逆變器主電路的拓撲結構、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及調試中存在的問題和相關的解決方法。 中點電位不平衡是三電平拓撲結構的一個固有問題。針對這一問題，本論文分析了中點電壓不平衡的根本原因，采用了一種基于滯環控制的電壓平衡控制方法。該方法根據負載電流方向的不同組合，通過調整小矢量的冗余狀態和作用時間，并充分考慮到中矢量對中點平衡的影響，動態調整兩個電容器上的電壓，同時，詳細地分析了當參考電壓矢量落到具有一種或兩種冗余小矢量的小三角形區間時開關狀態的選擇、開關序列的順序以及作用時間的分配。 基于載波的調制策略是三電平變頻器采用的主要調制方式之一。本論文對所采用的基于載波的調制策略，作了深入分析，得出了相應的諧波特性。基于諧波總含量，對調制特性的優劣進行了比較，同時得出了不同載波調制策略輸出電壓諧波含量與調制度變化的對應關系，并通過實驗和仿真對相關結果進行了驗證。 主電路和控制電路的硬件設計將直接影響到變頻器的運行性能。本論文介紹了在現場實際運行中變頻器的主回路及其控制回路的硬件設計，采用理論計算與實踐驗證相結合的方法得出器件相關參數，并且針對變頻器內外RCD緩沖電路在工作時所產生的電壓不平衡作了分析，詳細的給出了其緩沖吸收電路算法。 最后，把本文的部分研究結果應用于實際工業現場中，研制了690V/600kW的大功率中壓變頻器，給出了現場運行結果。運行結果表明該變頻器輸出波形良好，性能滿足要求。
上傳時間： 2013-08-04
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當今高新技術不斷發展，越來越多的高精度儀器設備對輸入電源，特別是對輸入交流電源的穩壓精度要求越來越高。與此同時，隨著我國經濟的發展和用電負載的急劇增加，電壓波動和波形畸變等供電質量問題日趨突出，不能滿足高精度儀器設備的需要，因而就需要在電網和這些設備之間增加高穩壓精度、寬穩壓范圍的交流穩壓電源。基于Delta逆變技術的交流穩壓電源既能進行瞬時的交流電壓穩定補償，又能提高整流輸入端的功率因數，減少諧波對電網的污染，因而具有重要的實際意義和研究價值。 本文采取串聯補償型變換器作為主電路的拓撲結構，并從能量雙向傳輸方面對主電路進行了詳細闡述。針對Delta逆變器工作特點對交流穩壓電源的工作原理進行了分析，并提出一種正向補償采取整流加高頻斬波，負向補償采取有源箝位Buck變換器的工作模式。建立Delta逆變器與電網相互作用的等效電路模型，得出了理想補償電壓與實際補償電壓定量關系式，分析了逆變輸出濾波器的結構、位置對濾波效果的影響和電氣參數對實際補償效果的作用規律。完成了逆變器的輸出濾波器、補償變壓器的設計和PWM整流器電容參數的計算。 針對穩壓系統中Delta逆變器和PWM整流器兩個主體環節，對Delta逆變器的前饋、反饋控制特性和PWM整流器的間接、直接電流控制特性分別進行了綜合比較，并應用MATLAB軟件建立了改進前饋控制與直接電流控制的仿真模型，對Delta逆變交流穩壓速度和精度進行了系統仿真分析，給出了仿真波形，驗證了文中所述控制策略的可行性。
上傳時間： 2013-07-10
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隨著電力電子技術的發展，開關電源的小型化、高頻化成為趨勢，其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴重，因此開關電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前，軟開關技術因其能減少開關損耗和提高效率，在開關電源中應用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關電源中的電磁干擾進行分析，研究軟開關技術對電磁干擾的影響，并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關電源EMI的特點，論述了開關電源中EMI的研究現狀。從電磁干擾的三要素出發，介紹了開關電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性，并介紹了線性阻抗穩定系統(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關基本概念的基礎上，本文以全橋變換器為對象，介紹了移相全橋ZVS的工作原理，分析了它在實現過程中對共模干擾的影響，并在考慮IGBT寄生電容的情況下，對其共模干擾通道進行了分析。然后以UC3875為核心，設計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路，實現了軟開關。為了對共模干擾進行抑制，本文提出了一種新型的有源和無源相結合的EMI濾波器，即無源部分采用匹配網絡法，將阻抗失配的影響降到最低；有源部分采用前饋控制，對共模電流進行補償。 針對以上提出的問題，本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進行了仿真，并和硬開關條件下的傳導干擾進行了比較，得出了在高頻段，ZVS的共模干擾小于硬開關，在較低頻段改善不大，甚至更加嚴重，而差模干擾有較大衰減的結論。通過對混合濾波器進行仿真，取得了良好的濾波效果，和傳統的無源EMI濾波器相比，在體積和重量上都有一定優勢。
上傳時間： 2013-05-28
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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隨著全球能源危機和環境污染問題的日益嚴重，開發利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最現實、大規模開發利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注，而太陽能光伏并網發電是太陽能光伏利用的主要發展趨勢，必將得到快速的發展。此外，高性能的數字信號處理芯片(DSP)的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網逆變器成為可能。本論文就是在此背景下，對太陽能并網發電系統中的核心器件并網逆變器進行了較為深入的研究，具有重要的現實意義。 太陽能光伏并網發電系統的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。 首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。 其次，本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩定性，設計采用改進的間歇掃描法來實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。 再次，針對既可獨立運行又可并網運行的單相光伏逆變器，本文采用有效值外環、瞬時值內環的控制方法，既保證了逆變器輸出的靜態誤差為零，又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網兩種運行模式的輸出濾波器結構和元件參數的計算過程，并通過仿真和實驗驗證了設計的合理性。 隨后，詳細討論了并網過程中的軟件鎖相環技術，對鎖相環電路的組成、工作原理進行了研究，實驗結果表明此方法可靠有效，能使逆變器輸出電流與電網電壓完全同相，達到功率因數為1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作為主控芯片，研制完成1.5kW實驗樣機，分別得出了獨立運行和并網運行時的實驗結果，結果表明，所采用的控制策略和設計的硬件電路能夠滿足設計要求，系統可安全、穩定運行。
上傳時間： 2013-05-18
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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在能源枯竭環境污染日益嚴重的今天，光伏發電結合其自身的特點，日益得到各國的重視并將成為各國競向發展的熱點。而光伏并網發電又是光伏利用中的發展趨勢，基于此，本文對單相并網發電系統進行了研究，并設計了一臺1.5KW的單相光伏并網裝置。在對主電路拓撲、MPPT、防孤島效應、逆變并網控制方法詳細分析的基礎上，選用了一種雙重BOOST前級電壓匹配、后級全橋逆變的非隔離型的主電路拓撲結構，這種結構具有前級DC/DC變換控制簡單、中間直流母線電壓波動小、效率高、體積小等優點。MPPT采用后級實現方式；防孤島效應采用有被動和主動兩種方式；逆變并網控制是光伏并網發電系統中最為重要的環節，其功能作用是把前級的直流電轉化為與電網電壓同頻同相的交流電與電網并聯，并使其輸出電流為單位功率因數、總諧波畸變率小于5％，本文對各種逆變并網控制策略分析比較的基礎上，采用了帶有電網電壓前饋補償的瞬時電流控制方式來實現。系統整體以UC3875和TMS320LF2812為控制核心，前級有UC3875進行雙環控制直流母線電壓，后級最大功率跟蹤、防孤島效應、逆變并網、并聯通訊及故障保護有TMS320LF2812來實現。本文總體工作包括詳細的理論分析、主電路設計、軟件及硬件電路的設計、調試及實驗波形分析等。
上傳時間： 2013-04-24
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諧振變換器相對硬開關PWM變換器，具有開關頻率高、關斷損耗小、效率高、重量輕、體積小、EMI噪聲小、開關應力小等優點。而LLC諧振變換器具有原邊開關管易實現全負載范圍內的ZVS，次級二極管易實現ZCS諧振電感和變壓器易實現磁性元件的集成，以及輸入電壓范圍寬等優點，因而得到了廣泛的關注。 本文對諧振變換器的基本分類和各種諧振變換器的優缺點進行了比較和總結，并與傳統PWM變換器進行了對比，總結出LLC諧振變換器的主要優點。并以400W LLC諧振變換器為目標設計，LLC前級使用APFC電路，后一級是LLC諧振變換器。 首先，基于FHA(基波分析法)的方法對LLC諧振變換器進了穩態電路的分析，并詳細闡述了LLC諧振變換器在各個開關頻率范圍內的工作原理和工作特性。隨后，文章詳細比較了LLC諧振變換器與傳統的諧振變換器和半橋PWM變換器不同之處。 然后，文章分別采用分段線性法和擴展描述函數法建立了LLC諧振變換器的小信號模型。由于分段線性法建立的小信號模型僅考慮了LLC諧振變換器工作在滿負載的情況下，為了建立更具一般性的模型，論文又采用了擴展描述函數法建模，用以指導控制環路的設計。 接著，論文對整個系統進行了綜合設計。文章給出了APFC部分的主電路和控制補償回路的具體設計；同時，也做出了LLC諧振變換器主電路的具體設計，而LLC諧振變換器控制回路的設計，仍需要更深一步的研究，并需提出一種切實可行的設計方法。 最后，采用Pspiee軟件建立了仿真模型。仿真結果得出LLC諧振變換器能在負載和輸入電壓變化范圍都很大的情況下實現輸出電壓的穩定調節，并能實現場效應管和二極管的軟開關，驗證了理論分析的正確性；由于實驗條件的限制，制作的實驗電路板處于調試之中，希望進一步驗證理論設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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由于世界能源危機的日益嚴重和全球環境的不斷惡化，大規模開發清潔可再生能源成為當前能源戰略的主要方向。太陽能作為當前世界上最清潔、最現實、最有大規模開發利用前景的可再生能源之一，得到了各界的廣泛關注。在太陽能的利用中，光伏發電并網又是其主要發展方向之一。 由于光伏產業界目前還沒有統一的標準，又因為功率等級及應用場合的不同，使各種拓撲結構的光伏并網變流器都得以嘗試使用。本文就是在此背景下，對當前使用的各類光伏并網變流器的拓撲結構和控制方法進行比較，并結合光伏并網系統實際應用中暴露的主要缺陷，從適應光伏陣列輸出特性和提高系統整體的可靠性兩方面入手，提出Z-source變換器結合PWM整流器的拓撲結構。 文章首先介紹了光伏并網系統中并網變流器的三種隔離回路方式，及應用于小功率和中大功率場合的不同主電路拓撲結構及控制策略，比較其優缺點，提出了Z-source變換器結合PWM整流組成的光伏發電系統。這種拓撲結構可以減小系統中電解電容的體積容量，并解決由太陽能電池板輸出電壓大范圍變化所帶來一系列問題，同時可以在一定程度上改善系統的可靠性問題。其次，文中分析介紹了Z-source變換器的工作原理，對比了三種升壓控制的實現方式和性能差異，并簡述了逆變器的三種SPWM電流控制策略及其優缺點。最后，結合整體系統需要，將Z-source變換器的升壓控制與PWM整流器的并網控制融合，提出完成逆變并網功能和最大功率點跟蹤的控制思想。 根據上述分析和研究，選定整體光伏系統的硬件結構和控制方案。詳細闡述了系統硬件部分的設計計算，提供了系統主電路結構、參數計算、元件選型和控制電路的設計的詳細說明，并完成了主電路硬件的制作。根據空間狀態方程法對光伏發電系統進行仿真建模，仿真模型包括主電路拓撲及各控制子模塊，文中簡要說明各控制模塊的功能，給出仿真結果并進行分析。驗證該系統可以較好的實現本文提出的控制方案所應完成的各項功能，系統工作穩定可靠，性能良好。
上傳時間： 2013-07-12
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光伏發電是集開發可再生能源、改善生態環境于一體的重大課題，有巨大的經濟、社會效益和學術研究價值。 本文首先介紹了3kW光伏并網逆變器系統的組成和結構。3kW光伏并網逆變器采用兩級式結構，主電路由前級Boost變換器和后級的單相逆變橋組成。控制部分以DSP(DSP56F803)為核心，實現了光伏陣列最大功率點的跟蹤控制，以及產生與電網壓同頻同相的正弦電流，實現并網的功能。本文重點對逆變器系統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制進行研究。 針對基于外特性建立的光伏陣列模型雖然簡單、參數易解，但精度低的問題，本文建立了基于物理特性的光伏陣列模型，并考慮光照強度、環境溫度對光伏陣列的影響，模型參數與實際參數嚴格對應。將幾種最大功率點跟蹤算法應用于所建立的光伏陣列模型使用MATLAB進行仿真，分析仿真結果，比較各種算法的優缺點，總結出每種算法所適用的環境，并給出了最大功率點跟蹤控制在并網逆變器系統的實現策略。 設計了適用于額定功率為100W的光伏陣列最大功率點跟蹤的Boost電路，分別給出了利用PIC單片機16F873實現擾動觀察法和增量電導法的程序流程圖，實現了這兩種算法控制下光伏陣列的最大功率點跟蹤，并分析了兩種算法的跟蹤性能。
上傳時間： 2013-04-24
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