隨著市場經濟和現代化工業的發展，能源短缺和環境污染，已經成為制約人類社會健康發展的兩大重要因素。新能源的開發與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到了開發利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發展的重要環節。 本課題研究的是可并網三相光伏逆變電源，以追求體積小、效率高、精度大、方便實用為目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三級功率傳輸架構，設計中使用了SPWM技術、SVPWM技術、內高頻環技術、DSP數字控制技術和數字鎖相環技術等前沿實用技術。 直流DC—DC變換器采用內高頻環技術，既實現了電氣隔離又大大的減小了裝置體積。這一部分本文不做涉及，本文所涉及的內容為本系統的DC—AC逆變電源部分，本論文的主要內容如下： 首先，分析了幾種DC—AC逆變器的主電路拓撲結構，根據其優缺點與實際應用需要，選擇三相四橋臂結構作為本文主電路結構，滿足了電網負載的不平衡性。在選擇了三相四橋臂結構的基礎上，選取兩種最新的SVM控制方法：基于三態滯環的瞬時空間電流相量控制法與二維空間矢量控制法，對兩種方法作出詳細分析比較，根據實用性原則，選取二維空間矢量控制法作為本文的控制方法。 其次，選取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，電路中的功能盡量數字化實現，既控制了電路體積，又大大提高了系統的安全性與可靠性。設計了本系統的控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路、濾波器電路等系統電路，本系統所有硬件電路均設計完畢。為了驗證設計的正確性，大部分電路都用ORCAD—Pspice仿真軟件進行仿真驗證，小部分電路搭建實際電路，設計電路都能達到系統設計要求。 隨后，簡單介紹了DSP編程環境CCS。詳細分析了SVPWM的工作原理，并給出二維空間矢量法在DSP中的實現方法。介紹幾種MPPT方法，并選取本課題所選用的方法。 最后，給出系統仿真，分析了重點模塊，得到了仿真結果。 關鍵詞：光伏并網電源、空間矢量脈寬調制、內高頻環、三相四橋臂
上傳時間： 2013-05-19
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逆變器廣泛應用于工業生產的各個方面，數字控制具有方便實現復雜算法、抗干擾性強和產品容易升級等優點，已成為未來逆變器的發展趨勢。使用數字技術控制設計逆變器，控制器的性能決定了逆變系統系統的性能。然而在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器的速度往往不能完全達到要求。與傳統單片機和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化逆變器設計中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。在逆變器的全數字化控制領域，FPGA具有很好的應用價值。 論文首先介紹了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并結合本課題給出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以單相全橋逆變器為例進行了仿真。分析其的電路特點，建立PWM逆變器的統一電路模型、連續狀態空間以及離散狀態空間模型，在此數學模型基礎上，針對逆變器研究分析了目前用于逆變器設計的各種數字控制技術、控制方案，討論了其控制方法的優缺點，相關控制器設計的一般問題，最后比較了其優缺點，指出其存在的共性問題，總結了使用FPGA設計逆變器數字控制器的優勢。然后以單相電壓型PWM逆變器為控制模型采用新型模數結合現場可編程門陣列FPGA實現數字化控制器的方案，給出了純正正弦波逆變器的設計方案。 論文詳細論述了采用模數混合型FPGA作為主控芯片的高頻逆變器設計方法與實現過程。系統主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首個模數混合型FPGA。主要設計要點包括：逆變器硬件電路設計以及SPWM數字控制系統軟件設計。外圍強電電路的設計的難點在于用于前端升壓的高頻變壓器的設計以及輸出端LC濾波電感與電容的選取。另外，SPWM“H”字全橋逆變電路中的高懸浮電壓也是設計中需要值得注意的重要環節。在控制系統軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統進行了功能劃分，完成了SPWM產生器以及加入死區補償的PWM發生器、和反饋等模塊的設計。 論文的結束部分給出了設計結果，并指出了進一步的工作的思路和方向。
上傳時間： 2013-05-19
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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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隨著電力電子技術的發展，高壓換流設備在工業應用中日益廣泛。其核心元件晶閘管（SCR）的電壓與電流越來越高（已達到10KV/10KA以上），應用場合要求也越來越高。在國際上，晶閘管的光控技術發展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發展前景和需求的展望，本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合，研發光控自供電晶閘管驅動控制板，然后與晶閘管本體相結合即形成光控晶閘管工程化實現模型，其可作為光控晶閘管的替代技術。 在工程應用中，光控晶閘管的典型應用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統等。隨著國家節能工程的實施，高壓變頻器的應用范圍越來越廣泛，已成為工業節能中的重要環節。高壓直流換流系統難度大，技術復雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術的應用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量，通常是數個SCR串聯使用。隨著系統容量越來越大，裝置對高壓開關器件的要求也越來越高。如果一組串聯SCR中某一個SCR該導通時沒有導通，那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓，造成該器件的擊穿損壞，甚至于一組串聯SCR都被燒壞。為了克服上述問題，保證高壓變頻器中串聯晶閘管能夠安全可靠的工作，提高系統可靠性，有必要為晶閘管配備后備驅動系統。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統——SPDS （Self—Powered Drive System）的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能量為監測電路和后備觸發電路提供正常工作所需要的能量。它的優點是由于緩沖電路與晶閘管同電位，自供電驅動系統要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏，節省了高壓隔離變壓器，節省了成本和體積，提高了系統可靠性。國外對相關內容已經有了深入研究，并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內，目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統，填補了國內空白，為自供電驅動系統的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅動系統的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯高壓晶閘管驅動系統的要求和RC緩沖電路的工作特 點，進而提出了SPDS的工作原理和具體實現方式，闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術是取能回路和觸發方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發方式優缺點的基礎上，選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發方式。 論文基于Multisim10仿真軟件，結合高壓晶閘管自供電驅動系統取能電路的原理，對高壓晶閘管自供電驅動系統的核心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側變流電路的仿真模型，詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時，通過設定仿真電路的參數，分析了其工作狀況。根據得到的仿真波形圖，證明了高壓晶閘管自供電驅動系統可以達到有效觸發晶閘管導通的設計目標，具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能，本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺，為其高壓條件下的工程化應用打好了基礎。 在論文的最后，對高壓晶閘管自供電驅動系統的發展方向進行了展望。 關鍵詞：高壓變頻器；晶閘管驅動；自供電系統；高壓換流；光控晶閘管
上傳時間： 2013-05-26
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在能源枯竭與環境污染問題日益嚴重的今天，新能源的開發與利用愈來愈受到重視。太陽能是當前世界上最清潔、最現實、最有大規模開發利用前景的可再生能源之一。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。在并網型光伏發電系統中，逆變器是系統中最末一級或唯一一級能量變換裝置，其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個并網型系統的性能和投資。按照不同的標準光伏并網逆變器的拓撲結構分為很多種，本文主要研究單相非隔離型光伏并網逆變器。 文章首先概述了光伏并網系統的發展情況并分析了當前國際金融危機對光伏產業的影響。其次，分析了當前國際市場上主要的光伏逆變器產品的特點，概括了光伏并網系統中光伏陣列的配置。隨后，本文以單相全橋拓撲為模型分析了非隔離型并網系統在采用不同的PWM調制策略下的共模電流，指出了抑制共模電流需滿足的條件。對于全橋和半橋拓撲，分析了不同的濾波方式對共模電流抑制的影響。總結了能夠抑制共模電流的實用電路拓撲并提出了一種能夠抑制共模電流的新拓撲。對不同拓撲的損耗情況在文章中進行了比較。 對于非隔離型并網系統中的逆變器易向電網注入直流分量的問題，首先分析了直流分量產生的原因及其導致變壓器產生的直流偏磁飽和現象。在此基礎上，總結了抑制直流分量的方法，指出了半橋拓撲能夠抑制直流分量。對于并網電流的控制，工程上通常采用比例積分控制器，而比例積分控制器在理論上無法實現無靜差控制，因此，本文對能夠實現無靜差控制的比例諧振控制器進行了簡要分析。最后，在非隔離型1.5kW實驗平臺上對共模電流和直流分量的抑制方法進行了驗證。
上傳時間： 2013-07-30
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世界環境的日益惡化和傳統能源的日漸枯竭，促使了對新能源的開發和發展。具有可持續發展的太陽能資源受到了各國的重視，各國相繼出臺的新能源法對太陽能發展起到推波助瀾的作用。其中，光伏并網發電具有深遠的理論價值和現實意義，僅在過去五年，光伏并網電站安裝總量已達到數千兆瓦。而連接光伏陣列和電網的光伏并網逆變器便是整個光伏并網發電系統的關鍵。 本文根據逆變器結構以及光伏發電陣列特點，提出了基于DC-DC和DC-AC兩級并網逆變器的結構。基于DC-DC和DC-AC電路的相對獨立性，分別對DC-DC和DC-AC進行詳盡分析，并提出了新的控制策略。在DC-DC轉換器中，采用了Boost電路對太陽能陣列輸出電壓進行調制，并對系統進行最大功率點跟蹤。針對固定電壓法和擾動法跟蹤最大功率點的缺點，提出三點最小二乘最大功率點跟蹤的新算法，實驗證明了該算法能夠準確而迅速的跟蹤系統最大功率點，從而提高系統的利用率，穩定系統的輸出電壓。在DC-AC轉換器中，采用輸出電流控制，根據正弦脈沖寬度調制的缺點，提出空間矢量脈沖寬度調制方法對逆變器進行控制，從而提高直流側電壓的利用率，減少諧波。基于SVPWM的控制原理，建立系統模型，結果表明輸出電流與電網電壓保持同相位，從而證明了該控制算法的可行性。 在提出新的控制策略的基礎上，對2kW的三相并網逆變器進行硬件設計，包括主電路DC-DC和DC-AC，驅動電路以及電壓電流檢測電路，過零檢測電路等，為類似結構的光伏并網逆變器提供了設計參考。
上傳時間： 2013-07-16
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本文致力于可并聯運行的斬控式單相交流斬波變換器的研究。交交變換技術作為電力電子技術一個重要的領域一直得到人們的關注，但大都將目光投向AC-DC-AC兩級變換上面。AC/AC直接變換具有單級變換、功率密度高、拓撲緊湊簡單、并聯容易等優勢，并且具有較強擴展性，故而在工業加熱、調光電源、異步電機啟動、調速等領域具有重要應用。斬控式AC/AC 電壓變換是一種基于自關斷半導體開關器件及脈寬調制控制方式的新型交流調壓技術。 本文對全數字化的斬控式AC/AC 變換做了系統研究，工作內容主要有：對交流斬波電路的拓撲及其PWM方式做了詳細的推導，著重對不同拓撲的死區效應進行了分析，并且推導了不同負載情況對電壓控制的影響。重點推導了單相Buck型變換器和Buck-Boost 變換器的拓撲模型，并將單相系統的拓撲開關模式推導到三相的情況，然后分別對單相、三相的情況進行了Matlab仿真。建立了單相Buck 型拓撲的開關周期平均意義下的大信號模型和小信號模型，指導控制器的設計。建立了適合電路工作的基于占空比前饋的電壓瞬時值環、電壓平均值環控制策略。在理論分析和仿真驗證的基礎上，建立了一臺基于TMS320F2808數字信號處理器的實驗樣機，完成樣機調試，并完成各項性能指標的測試工作。
上傳時間： 2013-04-24
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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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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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太陽能資源具有可持續發展和綠色能源兩大優勢，太陽能發電作為一種太陽能資源的利用方式正逐漸受到各國重視，其中，光伏并網發電系統最具理論意義和實用價值。并網逆變器是光伏并網發電系統的關鍵環節，其硬件研制和控制算法研究是光伏并網領域的熱點課題。本論文在充分研究近年來光伏發電領域重要研究成果的基礎上，設計了一個5kW的三相光伏并網逆變器，并在硬件設計、控制算法研究和仿真方面進行了深入探討。 該三相光伏并網逆變器由前級的DC-DC直流變換電路和后級的DC-AC三相并網逆變電路組成。其中，DC-DC電路采用多支路并聯結構，各支路均采用獨立的最大功率點跟蹤控制，解決了各支路間功率不匹配問題，可應用于光伏與建筑一體化系統中；DC-AC電路采用三相PWM整流器電路結構和空間電壓矢量控制方法，提高了直流電壓利用率，減小了注入電網的諧波。本文在分析三相光伏并網逆變器電路工作原理和控制算法的基礎上，采用計算機仿真驗證了控制算法的可行性，并討論了在不同電壓范圍內，三相光伏并網逆變器的工作特點及相應控制算法。 本文從檢測與保護電路設計，電源電路設計，主電路參數選擇等方面討論了該逆變器的硬件設計方法，并進行仿真、調試，驗證了模擬電路設計的正確性，為類似結構的光伏并網逆變器提供了硬件設計參考。
上傳時間： 2013-05-18
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