隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： @@ 1．本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 @@ 3．本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 @@ 4．本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 @@ 5．本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 @@ 6．最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。 @@關鍵詞：太陽能光伏；并網逆變器；SPWM； DSP； ARM
上傳時間： 2013-07-02
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世界能源危機和環境惡化促使開發利用可再生能源和各種綠色能源以實現可持續發展成為人類當前的首要任務。而隨著太陽能電池和電力電子技術的不斷進步，光伏發電技術和產業不僅是當今能源的一個重要補充，更具備成為未來主要能源的潛力。當前，光伏發電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發展，太陽能光伏利用的主要形式將是并網發電系統。 @@ 本文主要工作是研究一種光伏發電并網/獨立雙模式逆變器的控制策略，這種逆變器不僅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章對光伏發電應用形式和并網逆變器的分類進行了闡述，綜合考慮可靠性、工作效率和成本，選擇兩級全橋結構逆變器作為研究對象，該拓撲結構多應用于小型并網逆變器。 @@ 通過分析比較各種電流控制方式，選擇單極性SPWM控制方式來產生本文逆變器控制信號。根據系統具體情況，在不同的運行模式下應用不同的控制策略。并網運行時，電網決定逆變器的輸出電壓，逆變器看作電流源，采用電流雙閉環控制輸出電流；獨立運行時，逆變器采用電流電壓閉環控制輸出電壓。并利用MATLAB Simulink對兩種模式下工作的單相和三相逆變器進行仿真。依據瞬時無功理論，提出一種應用在三相電路的軟件鎖相環，仿真結果顯示該鎖相環鎖相效果良好。 @@ 雙模式逆變器在兩種模式間切換的時候，容易對負載、電網和電源本身造成沖擊和干擾，需要采取有效的切換控制方法來減少這種影響。本文詳細分析了獨立模式和并網模式之間切換過程，并對不同的切換順序進行比較，并給出一種兩種模式間無縫切換的控制方法。利用MATLAB Simulink對單相和三相逆變器兩種模式間切換過程進行建模仿真，結果證明了這種模式切換方法的可行性。 @@ 介紹了以DSP（TMS320F2812）為核心的控制電路，并對部分硬件設計進行了分析，給出了部分軟件流程圖。 @@關鍵字：光伏發電系統；逆變器；并網運行；獨立運行；無縫切換
上傳時間： 2013-04-24
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隨著環境污染和能源短缺問題的日趨嚴重，尋找一種儲備大、無污染的新能源已經上升到世界各國的議事日程。太陽能作為當今最理想環保的能源之一，已經得到了人類越來越廣泛的應用。本文以光伏（Photovoltaic—PV）并網發電系統為研究對象，以最大限度利用太陽能、無污染回饋電網為主要目標，開展了光伏并網發電系統的理論研究和仿真，具有重要的現實意義。光伏并網逆變器是光伏并網發電系統中必不可少的設備之一，其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個光伏發電系統的性能和投資。本文主要研究適用于并網型光伏發電系統的逆變器。 本文以一個完整的光伏并網發電系統為研究對象，重點對單相光伏并網系統進行了全面的分析，并從并網系統的主電路拓撲、控制策略、孤島效應以及系統的可靠性分析幾個方面做了詳細的分析和仿真實驗。 首先，介紹了國內外光伏并網發電產業的現狀，并對光伏并網發電系統的組成結構、優缺點、發展趨勢及光伏并網發電系統對逆變器的要求做了簡單介紹，對光伏并網發電系統建立了總體認識。 其次，討論研究了逆變器主電路的拓撲形式，并根據實際情況，選擇了無變壓器的兩級結構，即前級DC/DC變換器和后級DC/AC逆變器，兩部分通過DClink連接。前級的DC/DC模塊采用Boost拓撲結構，后級的DC/AC逆變器采用逆變全橋實現逆變，向電網輸送功率。討論確定了逆變器輸出電流的控制方式，并最終確定了光伏并網發電系統的總體方案。高性能的數字信號處理器芯片（Digital Signal Processor—DSP）的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網的控制成為可能。本文以TI公司的數字信號處理器芯片TMS320F2812為核心，設計了控制電路并給出了驅動電路、保護電路的設計以及系統的電磁兼容設計思想。應用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整個電路模型，進行了仿真實驗研究。 再次，我們已經知道孤島效應問題關系到光伏并網發電系統的安全問題。本文分析了孤島效應產生的原因、對電網的危害和目前各種常用的被動和主動及外部孤島效應的檢測方法。根據本文涉及的光伏并網發電系統的特點，采用了電壓前饋正反饋檢測孤島的方法，然后詳細介紹了該方法的原理和實現過程， 并給出了逆變器的反孤島效應模型和仿真實驗結果。仿真結果證明，該方法是可行的，并且達到了IEEE Std．2000—929標準的規定。 光伏系統的可靠性研究對整個系統的經濟運行乃至投資決策產生了重要影響。本論文以光伏并網發電系統的基本組成為線索，對各部分進行可靠性分析，對滿足一定可靠性水平的光伏并網發電系統進行分析，從而對其的推廣使用起到了理論指導作用。 關鍵詞：光伏并網發電系統；逆變器；孤島效應；DSP；可靠性分析
上傳時間： 2013-04-24
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隨著“節能環保”概念的提出，以解決電力緊張，環境污染等問題為目的的新能源利用方案得到迅速的推廣，使得分布式發電備受關注，即將成為世界各國重要的發電形式。帶有分布式電源的配電網及電力電子裝置的大量應用致使電能質量下降，如何將分布式發電系統的能量回饋至電網的同時有效改善電能質量是一個重要的問題，因此在分布式發電系統中起電能變換作用的逆變器成為研究的一個熱點。本篇主要以電壓型并網逆變器為研究對象，對并網逆變器的拓撲結構、控制策略、參數的選擇、并網實驗等方面作出了詳細的分析和研究。 首先根據帶有分布式發電的配電網的特點提出一種新的諧波治理思路，即將改善電能質量的有源濾波技術結合到分布式逆變電源中，設計一種新型的多功能并網逆變器。用開關函數法建立了并網逆變器小信號數學模型，確定了以PI閉環調節為核心的復合控制策略，同時為了使輸出電流控制達到更好的效果，采用電網電壓前饋補償方法抵消電網電壓擾動對并網電流的影響；基于瞬時無功功率的id-iq諧波電流檢測算法能精確檢測和分離所需要的有功和諧波分量；基于DSP的軟件鎖相控制算法能實現并網電流與電網電壓同頻同相。 其次對并網逆變器控制系統的軟硬件進行了分塊設計：對逆變系統的A/D轉換電路、逆變驅動電路、PWM信號發生電路等電路進行了詳細地分析和說明。利用DSP主控芯片TMS320LF2407A內部的SCI異步串行通信接口實現了逆變器的人機交互功能，利用其內嵌的CAN控制模塊實現了逆變器的并機通信功能；同時在TI DSP2000的運行環境下給出控制系統的主程序和周期中斷子程序流程。 最后開發了以功率器件IPM構成的三相PWM變流橋主電路的多功能逆變電源實驗平臺和相關配套輔助電路，完成了逆變電源的輸出有功功率及消除諧波的實驗并給出了裝置樣機的實物圖以及實驗波形圖。驗證了逆變器工作原理分析的正確性和系統設計思路的可行性。 本文所做工作拓寬了帶有分布式發電的配電網諧波治理的思路，對推動我國節能供電、新能源的利用以及改善電網電能質量等方面具有一定的理論意義和較強的實用價值。
上傳時間： 2013-06-06
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輕型高壓直流輸電系統在解決交流系統非同步互聯、向偏遠地區的無源負荷供電、滿足保護環境要求等方面具有很大的優勢。在傳統的基于兩電平或三電平電壓源型換流器的輕型高壓直流輸電系統中，換流器交流側需要使用體積龐大和笨重的濾波裝置，橋臂的高電壓需要功率開關器件直接串聯來實現等，增大了換流站的占地空間，降低了換流器的工作效率。 本文針對傳統輕型高壓直流輸電系統所存在的缺點，采用一種新的模塊化多電平換流器作為輕型高壓直流輸電系統的換流器。分析了模塊化多電平換流器的工作原理，并提出將其應用于輕型高壓直流輸電系統的調制算法和控制策略。最后對控制系統的具體實現方案進行一定的探討。通過仿真驗證所提出的調制算法和控制策略的正確性。具體說來，全文的主要工作體現在以下幾個方面： 1、詳細講述模塊化多電平換流器的拓撲結構、子模塊的具體實現形式及工作原理，并提出適合該換流器的調制算法。 2、詳細介紹組成輕型高壓直流輸電系統的電壓源型換流器的工作原理，分析電壓源型換流器的間接電流和直接電流控制策略。 3、對基于模塊化多電平換流器的輕型高壓直流輸電系統進行仿真，驗證所提出控制策略的正確性。 4、探討解決模塊化多電平換流器子模塊直流側電容電壓的均衡問題，提出一種較為簡單有效的控制方法。 5、提出基于模塊化多電平換流器結構的輕型高壓直流輸電控制系統的實現方法，并重點講述子模塊的數字邏輯電路的實現方法。
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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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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隨著電力電子技術的發展，對大功率、高性能的開關電源要求也越來越高。功率因數校正(PFC)技術是當前電力電子技術研究的熱點問題。大多數電力電子裝置通過整流器與電網接口，而傳統的二極管或晶閘管整流裝置會產生大量的諧波電流，對電網造成污染。許多國家和國際組織相繼制定了一系列限制用電設備諧波的標準。有源功率因數校正技術能夠有效的消除整流裝置的諧波，因此具有廣泛的應用前景。 本文首先分析了開關電源的發展現狀及發展要求，詳細地闡述了開關電源的基本構成和基本組態。然后研究了ZVT-Boost軟開關PFC電路的基本結構、基本工作原理及軟開關實現原理，在此基礎上確定了主電路結構，并制定了控制系統方案。 鑒于功率要求，本文采用兩級PFC電路。因此對常見的DC-DC變換器的拓撲結構、原理特性進行分析。并針對各自的變換器建立了簡化模型，基于所建立的模型分析了變換器的特性，列出各變換器的優缺點及在設計開關電源時的選用原則。最后，對所設計的系統進行了仿真分析。 本文根據用戶的要求研究設計了一種大功率高性能開關電源。該開關電源分為前級和后級，前級為采用BOOST結構的單相有源功率因數校正電路，后級為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。最后研制出了實驗樣機，并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間： 2013-04-24
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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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逆變器作為光伏陣列和電網接口的主要設備，它的性能決定著整個光伏發電系統的性能。為了將光伏陣列產生的電能最大限度地饋入電網，并提高其運行的穩定度、可靠性和精確度，必須對并網逆變器的主電路拓撲選擇、濾波器參數設計及其控制策略選取等進行深入研究。 論文首先分析了光伏發電的國內外發展現狀和應用前景，對光伏并網發電系統的種類、結構和并網標準進行了綜述。針對眾多適用于光伏并網的逆變器拓撲進行了詳細的比較分析，最終確定了一臺單相滿載功率1kW、并網電壓220V的逆變器拓撲及其主電路參數，對其輸出濾波器參數進行設計，并對其進行了幅頻特性分析。 其次，詳細分析和研究逆變器的并網控制策略，確定了在獨立工作模式下的瞬時電壓控制策略和在并網工作模式下的瞬時電流控制策略。根據選定的控制策略分別對其控制系統進行了建模和閉環參數設計，并利用Sabet軟件進行系統仿真，驗證了系統建模和設計的正確性。 接著，在分析光伏陣列特性的基礎上，總結和比較了常用的幾種MPPT（Maximum Power Point Tracking）控制方法，通過擾動觀測法對并網逆變器輸出電流的控制，實現了光伏陣列的MPPT，并給出了設計方案和實驗驗證。 最后，根據以上分析結果，研制了一臺基于DSP控制的光伏并網逆變器的試驗樣機，并詳述了其軟硬件的設計方案，給出了相關實驗結果。
上傳時間： 2013-04-24
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