石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環境場合，其中的電站子系統由數臺柴油發電機組及其相應的控制系統構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統或SCR直流調速系統來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統和SCR直流傳動系統）對電力系統帶來諧波污染，尤其是對柴油發電機組小電網系統，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統的功率因數較低，也給小電網系統帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統為典型的多諧波源系統，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統，采用有源濾波器+動態無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統諧波進行的分析和計算，為兩系統諧波抑制的方案選型和系統優化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發電機組小電網供電系統的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統設計了動態無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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作為新一代直流輸電技術，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術優點取得了飛速的發展，并已在新能源發電系統聯網、電網非同步互聯、無源系統供電、無功補償等場合得到實際工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術的數學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創新性成果如下： 1．建立了系統標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩態功率特性。明確了系統主電路參數對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內環控制器與功率外環離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網側與VSC交流側功率節點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網側功率節點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統dq軟件鎖相環在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環，提高了不平衡控制算法的動態性能與穩態特性。 4．對VSC閥在交流電網低電壓故障下的過流現象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網低電壓故障時系統穩定與VSC過流問題。 5．在分析現有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯數目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發，將傳統直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結構引入VSC-HVDC系統，并針對該模塊級聯式拓撲提出一種系統協調控制與模塊獨立運行相結合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調節的直流側電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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在能源枯竭與環境污染問題日益嚴重的今天，風力發電已經成為綠色可再生能源的一個重要途徑。雙饋電機變速恒頻(VSCF)發電是通過對轉子繞阻的控制來實現的，而轉子回路流動的功率是由發電機運行范圍所決定的轉差功率，因而可以將發電機的同步轉速設定在整個運行范圍的中間。如果系統運行的轉差率范圍為±30％，則最大轉差功率僅為發電機額定功率的30％，因此交流勵磁變換器的容量可大大減小，從而降低成本。該變換器如果加上良好的控制策略，則系統運行將具有優越的穩態和暫態運行性能，非常適用于風能這種隨機性強的能源形式。本文對變速恒頻雙饋機風力發電系統的若干關鍵技術，如空載柔性并網、帶載柔性并網、解列控制、最大功率點跟蹤、電網電壓不平衡運行、低電壓故障穿越等問題進行了深入研究，論文的主要工作如下： 根據交流勵磁變速恒頻風力發電的運行特點，將電網電壓定向的矢量控制方法應用在雙饋發電機的并網發電控制上。研究了一種基于電網電壓定向的雙饋機變速恒頻風力發電柔性并網控制策略，在變速條件下實現無電流沖擊并網和輸出有功、無功功率的解耦控制，建立了交流勵磁發電機柔性并網及穩態運行的控制模型，對柔性并網及其逆過程的解列分別進行了仿真和實驗研究。 提出了一種以向電網輸送凈電能最多為目標的最大功率點跟蹤控制策略，在不檢測風速情況下，能夠自動尋找并跟隨最大功率點，且不依賴風力機最佳功率特性曲線，提高了發電系統的凈輸出能力，具有良好的動、靜態性能。仿真和實驗結果證明了本控制策略的正確性和有效性。 對網側變換器分別進行了幅相控制和直接電流控制策略的研究。結果表明：幅相控制策略簡單實用，可以得到正弦波電流，且波形諧波小，實現了單位功率因數運行，但響應速度相對較慢；而直接電流控制策略具有網側電流閉環控制，使網側電流動、靜態性能得到提高，實現對系統參數的不敏感，增強了電流控制系統的魯棒性，但算法相對復雜。 在電網不平衡條件下，如果以傳統的電網電壓平衡控制策略設計PWM整流器，會使系統出現不正常的運行狀態。為了提高三相PWM整流器的運行性能，本文對電網電壓不平衡情況下三相PWM整流器運行控制策略進行了改進，研究了消除負序電流和抑制輸入功率二次諧波的控制策略，實現了線電流正弦、負序輸入電流為零及總無功功率輸入為最小的目標。 為了提高VSCF風力發電系統的運行能力，本文對電網故障時雙饋風力發電系統低電壓穿越控制(LVRT)進行了研究，在不改變系統硬件結構的情況下，通過改變勵磁控制策略來實現LVRT；在電網故障時使電機和變換器安全穿越故障，保持不脫網運行，提高系統的穩定性和安全性。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著低壓供電系統中感性負荷越來越多，電網對無功電流的需求量急劇增加，為了提高系統供電質量和供電效率，必須對電網進行無功補償。晶閘管投切電容器（TSC）一種簡單易行的補償措施，并已得到廣泛應用。但是長期以來無功補償裝置中的電容器投切開關存在功能單一、使用壽命短、開關沖擊大等不足，這些不足嚴重制約了補償裝置的發展。因此開發大容量快速的集多種功能于一體的電子開關功率單元將是晶閘管投切電容器（TSC）技術中長期研究的主要內容，具有很高的實用價值。 首先，本文回顧了投切開關的發展歷史，并指出它們存在的優點和弊端。闡述了晶閘管投切電容器（TSC）的基本工作原理及主電路的組成和實現手段。 其次，提出功率單元的概念，并介紹了它的組成、功能和作用、對功率單元各個組成部分進行研究，主要包括根據系統電壓和電流選擇晶閘管型號、根據TSC無過渡過程原理的分析來設計過零觸發模塊、利用補償電容上的工作電壓波形設計多功能卡上的工作指示電路、故障檢測電路，根據TSC的保護特點將溫度開關串入到控制信號和冷卻風扇電路，在溫度過高時起到對功率單元的保護作用。然后在理論及設計參數的基礎上制造功率單元。在已有的TSC補償裝置上對功率單元的性能進行實驗，實驗結果表明，論文所設計功率單元能很好的實現投切電容器的作用，還實現各種保護和顯示功能，提高效率和補償效果。 最后，系統地闡述了功率單元作為集成化開關模塊在無功補償領域的優越性，并指出設計中需要完善的地方。
上傳時間： 2013-07-19
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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上，結合數學模型，分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區產生的原因及其影響，以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上，根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調試，并完成整個程序的編制和調試。此外，還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后，系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析，發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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使用二極管和晶閘管實現的不控和可控整流器，電流波形畸變給電網注入大量諧波和無功功率，造成嚴重的電網污染。隨著電力電子技術的發展，人們開始研究PWM整流技術。電壓型PWM整流器具有交流側電流低諧波、高功率因數、直流電壓輸出穩定等諸多優點，因此，成為當前電力電子領域研究的熱點課題之一。由于PWM整流器具有以上優點，在電力系統有源濾波、無功補償、潮流控制、太陽能發電以及交直流傳動系統等領域，具有越來越廣闊的應用前景。本論文對三相PWM整流器進行了研究，主要完成以下工作： 首先，對PWM整流器的工作原理做了介紹，給出了三相PWM整流器的拓撲結構，分析了PWM整流器的換流過程，給出了PWM整流器的數學模型，對交流側電感和直流側電容進行了設計。 其次，對電流滯環控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制，使超調量和穩態誤差限制在很小的范圍以內。在起動過程中串接入限流電阻，使起動電流限定允許范圍以內。 最后，在進行了以上三種控制方式仿真后，針對電壓空間矢量控制存在的電流誤差問題，采用電流超前給定策略和基于旋轉坐標系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問題。 仿真結果表明，論文所設計的三相電壓型PWM整流器實現了高功率因數運行，實現了直流電壓的穩定控制，解決了傳統意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數低等問題，具有良好的工程實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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交錯并聯反激變換器具有電路結構簡單，控制方便等優點，并且可以實現電氣隔離。但是其升壓比不高，變換器中主開關管電壓應力較大，且工作中開關管處于硬開關狀態，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯反激變換器所存在的問題，本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯反激變換器的優點，兩個并聯單元互補工作，分擔功率損耗，輸出電壓的脈動頻率為主開關管的兩倍。不同的是，該變換器具有較高的升壓比，變換器中主開關管的電壓應力較小，克服了交錯并聯反激變換器的問題。在軟開關方面，變換器使用有源箝位軟開關電路，使主開關管與箝位開關管都實現了零電壓軟開關動作，提高了變換器的效率與使用壽命。因此，它與交錯并聯反激變換器相比，更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應用變換場合。 在該變換器的基礎上，針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大，本文還提出了經過改進的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩，減小了二極管的電壓應力，提高了變換器的效率。 最后，本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器及其改進型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間： 2013-05-20
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由于高頻PWM整流器可以提供正弦化低諧波的輸入電流，可控功率因數，及雙向能量流動，因此得到越來越廣泛的應用。網側單電感濾波會帶來一些問題，首先要想得到較好的濾波效果，必須增大電感值，這樣系統的動態性能會變差，而且成本增加。另外，整流器的功率比較大時，交流側的濾波的損耗也會增大。為了解決上述問題，本文研究了基于LCL濾波的高頻PWM整流器。在交流側應用LCL 濾波器可以減少電流中的高次諧波含量,并在同樣的諧波要求下,相對純電感型濾波器可以降低電感值的大小，提高系統的動態響應。 文章首先對高頻PWM整流器的工作原理做了詳細的介紹，并對基于L和LCL兩種不同的濾波器，分別在ABC靜止坐標系，αβ靜止坐標系和dq旋轉坐標系中建立了數學模型。文章中將L濾波的電壓型三相PWM整流器的控制方法應用于LCL濾波情況。基于dq軸模型，提出了雙閉環的控制策略，電流內環采用前饋解耦控制。為了提高電流的跟隨性能，按照典型Ⅰ型系統設計電流調節器。為了提高電壓環的抗干擾性，按照典型Ⅱ型系統設計電壓調節器。 文章還詳細討論了LCL濾波器帶來的諧振問題，以及參數設計方法，列出了實際系統LCL濾波器參數的設計步驟。文章在MATLAB/SIMULINK環境下建立了PWM整流器仿真模型對系統進行了仿真，按照文章提出的理論設計的仿真系統具有良好的動態和穩態性能。 文章最后基于TMS320LF2407A設計了整流器裝置的控制系統硬件和軟件，并得到了初步實驗結果，能滿足控制要求，從而驗證了控制方案的正確性。
上傳時間： 2013-07-01
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開關電源以其效率高、功率密度高在電源領域中占主導地位。開關電源多數是通過整流器與電力網相接的，經典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，其輸入電流波形呈脈沖狀，交流網側功率因數很低，在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率而污染電網，成為電力公害。開關電源己成為電網最主要的諧波源之一。因此，進行網側功率因數校正成為目前研究的熱點之一。目前研究和應用得較多的高功率因數變換器要用兩級：DC／DC開關變換器串聯。這種電路的最大缺點是需要多個元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率場合應用時很不經濟。現在國內外正在開發研究單級功率因數校正電路，具有很高的功率因數且成本低。因而研究單級功率因數校正及變換技術對抑制諧波污染、開創綠色電源以及實現當今開關電源的小型輕量化具有重大意義。 近年來隨著電子信息產業的高速發展，人們對開關電源的需求與日俱增，開關電源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成為發展前景十分誘人的朝陽產業。隨著開關電源的廣泛應用，開關電源PFC集成控制器顯示出了強大的生命力，它具有集成度高、性價比高、外圍電路簡單和性能指標優良等優點，現已成為開發各類電源及開關電源模塊的優選集成電路。 本文首先闡述了電網污染的危害、功率因數的定義，總結了各種功率因數校正變換器的典型拓撲，對各種拓撲的特點、應用場合及控制方法作了比較分析，著重詳細介紹了反激拓撲的功率因數校正變換器的應用及優缺點。最后采用功率因數校正芯片SA7527進行了一個小功率電源的功率因數校正的設計，用實驗驗證了該設計的可行性，結果顯示功率因數能達到0.95左右，達到了較好的功率因數校正效果。
上傳時間： 2013-06-30
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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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