輕型高壓直流輸電系統(tǒng)在解決交流系統(tǒng)非同步互聯(lián)、向偏遠地區(qū)的無源負荷供電、滿足保護環(huán)境要求等方面具有很大的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)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(tǒng)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(lián)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(tǒng)輕型高壓直流輸電系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的調制算法和控制策略。最后對控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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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在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天，新能源的開發(fā)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(guī)模開發(fā)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(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢，必將得到快速的發(fā)展。在并網型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展情況并分析了當前國際金融危機對光伏產業(yè)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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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本文分析了永磁同步直線電動機的運行機理與運行特性，并通過坐標變換，分別得出了電機在a—b—c，α—β、d—q坐標系下的數學模型。針對永磁同步直線電機模型的非線性與耦合特性，采用了次級磁場定向的矢量控制，并使id=0，不但解決了上述問題，還實現了最大推力電流比控制。為了獲得平穩(wěn)的推力，采用了SVPWM控制，并對它算法實現進行了研究。 針對速度環(huán)采用傳統(tǒng)PID控制難以滿足高性能矢量控制系統(tǒng)，通過對傳統(tǒng)PID控制和模糊控制理論的研究，將兩者相結合，設計出能夠在線自整定的模糊PID控制器。將該控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器應用于速度環(huán)，以提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。 在以上分析的基礎上，設計了永磁同步直線電機矢量控制系統(tǒng)的軟、硬件。其中電流檢測采用了新穎的電流傳感器芯片IR2175，以解決溫漂問題；速度檢測采用了增量式光柵尺，設計了與DSP的接口電路，通過M/T法實現對電機的測速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機及其矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并對分別采用傳統(tǒng)PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統(tǒng)進行仿真，結果表明采用模糊PID控制具有更好的動態(tài)響應性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動，對于負載擾動具有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-07-04
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傳統(tǒng)開環(huán)運行的三相混合式步進電動機驅動系統(tǒng)中存在著振蕩和失步等不足之處。本文針對這種情況，通過對理想化三相混合式步進電動機數學模型的分析，把三相混合式步進電動機視為一種低速同步電動機。同時，結合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅動的工作原理，設計了基于數字信號處理器TMS320F2812的全數字三相混合式步進電動機正弦波細分驅動系統(tǒng)。 首先，本文從三相混合式步進電動機的數學模型出發(fā)，對步進電動機的細分驅動方式進行了研究，分析了步進電動機連續(xù)均勻旋轉的工作機理。然后分析了步進電動機的運行特性及細分控制的必要性，進而分析了細分驅動對改善步進電動機運行性能的作用，并針對細分運行的一些不足之處，提出了均勻細分恒轉矩控制的方案。理論分析表明，在混合式步進電動機的三相定子繞組中通以互差120°的正弦波電流時，可得到類似同步機的轉矩特性，使電動機均勻旋轉。 本系統(tǒng)硬件電路以TMS320F2812為核心，采用正弦波細分和電流跟蹤型脈寬調制（PWM）技術實現三相混合式步進電動機的細分控制，使三相定子繞組電流嚴格跟蹤電流給定信號變化。應用IR公司的IR2130集成驅動芯片進行了步進電動機驅動系統(tǒng)的功率驅動環(huán)節(jié)的設計，節(jié)省了板上空間，減小了裝置體積。同時從裝置可靠性出發(fā)，設計了一套安全可靠的硬件保護電路。 實驗結果表明，本文所設計的三相混合式步進電動機正弦波細分驅動器具有優(yōu)良的控制性能。細分運行時減弱了混合式步進電動機的低速振動和噪聲，使電動機運行平穩(wěn)，并改善了其低頻運行性能。
上傳時間： 2013-06-27
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應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統(tǒng)是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統(tǒng)。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統(tǒng)，其輸出轉矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數關系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結果表明，課題設計的系統(tǒng)以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統(tǒng)便于實現多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅動系統(tǒng)的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路，此驅動電路響應迅速、抗干擾性強，驅動性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節(jié)、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統(tǒng)的做了全面的總結，并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間： 2013-06-22
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交錯并聯(lián)反激變換器具有電路結構簡單，控制方便等優(yōu)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(tài)，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯(lián)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(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯(lián)反激變換器的優(yōu)點，兩個并聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)、副邊并聯(lián)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(tǒng)的動態(tài)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(tǒng)的動態(tài)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(huán)的控制策略，電流內環(huán)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(tǒng)設計電流調節(jié)器。為了提高電壓環(huán)的抗干擾性，按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設計電壓調節(jié)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(tǒng)LCL濾波器參數的設計步驟。文章在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下建立了PWM整流器仿真模型對系統(tǒng)進行了仿真，按照文章提出的理論設計的仿真系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 文章最后基于TMS320LF2407A設計了整流器裝置的控制系統(tǒng)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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隨著國內交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現代電機伺服驅動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現功率驅動，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現經典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統(tǒng)能實現電機的啟動，調速和定位等，并能達到系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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電力電子系統(tǒng)的集成化是現今電力電子技術發(fā)展的趨勢，系統(tǒng)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(tǒng)，對復雜電力電子裝置的系統(tǒng)級集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對電力電子系統(tǒng)網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統(tǒng)是網絡化分布式控制系統(tǒng)的應用對象。首先，論文以復雜系統(tǒng)為研究對象，分析了應用系統(tǒng)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(tǒng)的網絡化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統(tǒng)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(tǒng)的網絡，從結構、速率和協(xié)議等各個方面將兩類網絡進行了系統(tǒng)的對比。明確了電力電子系統(tǒng)網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統(tǒng)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(tǒng)網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)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(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統(tǒng)控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結了系統(tǒng)的控制功能和控制內容，對系統(tǒng)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(tǒng)內模塊控制信息延時對不同應用系統(tǒng)的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統(tǒng)對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時系統(tǒng)；2）定延時系統(tǒng)。針對上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)級集成方案。根據主節(jié)點和從節(jié)點的控制任務需求，分別從功能和系統(tǒng)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(tǒng)的接口需求分析，對節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統(tǒng)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(zhí)行速度上的優(yōu)點。論文對電力電子系統(tǒng)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(tǒng)網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統(tǒng)的延時影響與舊網絡系統(tǒng)的延時影響進行比較，總結新網絡系統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)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(tǒng)級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統(tǒng)提出了實時電力電子系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，為實現標準的應用系統(tǒng)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(tǒng)的即插即用和動態(tài)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(tǒng)級集成提供系統(tǒng)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(tǒng)集成和標準化研究的一個新方向。
標簽： 電力電子 網絡 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-15
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現如今，逆變器的脈沖寬度調制(PWM)技術作為一種最常見的調制方式在交流傳動系統(tǒng)中廣泛應用。采用PWM調制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的，很多種基于PWM原理的調制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調速系統(tǒng)中，逆變裝置具有調速范圍寬，輸出頻率變化快等特點，而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下，分段同步調制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出，達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調制在交流牽引傳動系統(tǒng)中的應用進行研究，主要目的在于解決該調制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調制模式下載波比和載波比切換點選取的原則，重點分析了分段同步調制模式下載波比切換點沖擊電壓的產生原因和危害，提出了改善電壓電流沖擊的方法，并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外，本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺，在開環(huán)的VVVF調速系統(tǒng)中進行了分段同步調制載波比切換實驗；在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了分段同步調制模式下的電機牽引模型，進行了分段同步調制載波比切換仿真；實驗和仿真結果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發(fā)生的沖擊，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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