隨著計算機和微電子技術的飛速發(fā)展，基于數(shù)字信號處理的示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀和頻譜分析儀等測量儀器已經(jīng)應用到各個領域并且發(fā)揮著重要作用，但這些儀器昂貴的價格阻礙了它們的普遍使用。 本文針對電子測量儀器技術發(fā)展和普及的情況，結合用FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理的優(yōu)勢，研究一種基于FPGA的輔助性獨立電予測量儀器的軟件系統(tǒng)。這種儀器可以作為數(shù)?；旌想娐窚y試和驗證的工具，用來觀察模擬信號波形、數(shù)字信號時序波形、模擬信號的幅度頻譜，也可以用來產(chǎn)生DDS信號。在硬件選擇上，使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平臺來實現(xiàn)單片DSP系統(tǒng)，這種芯片成本低廉、工作速度快、技術兼容性好；在軟件設計上，采用基于FPGA的可編程數(shù)字邏輯設計方法，這種方法具有開發(fā)難度小、功能擴展簡單等優(yōu)點。設計中采用的關鍵技術包括：基于FPGA和IP Core的Verilog HDL設計、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)波形的實時顯示。對這些技術的研究探討不僅有理論研究價值，在科學實驗和產(chǎn)品設計中同樣具有重要的實用價值。系統(tǒng)的設計以低資源、高性能為目標，設計中采用了科學的模塊劃分、設計與集成的方法，在保持原四種信號處理功能不變的前提下，盡量多的節(jié)約各種FPGA資源，為實現(xiàn)低成本的輔助電子測量儀器提供了可能。
標簽： FPGA 多功能電子 測量系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-05
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函數(shù)發(fā)生器又名任意波形發(fā)生器，是一種常用的信號源，廣泛應用于通信、雷達、導航等現(xiàn)代電子技術領域。信號發(fā)生器的核心技術是頻率合成技術，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環(huán)頻率合成（PLL）、直接數(shù)字合成技術（DDS）。DDS是開環(huán)系統(tǒng)，無反饋環(huán)節(jié)，輸出響應速度快，頻率穩(wěn)定度高。因此直接數(shù)字頻率合成技術是目前頻率合成的主要技術之一，其輸出信號具有相對較大的帶寬、快速的相位捷變、極高的相位分辨率和相位連續(xù)等優(yōu)點。本文的主要工作是采用SOPC結合虛擬儀器技術，進行DDS智能函數(shù)發(fā)生器的研制。 本文介紹了虛擬儀器技術的基本理論，簡要闡述了儀器驅動程序、VISA等相關技術。對SOPC技術進行了深入的研究：SOPC技術是基于可編程邏輯器件的可重構片上系統(tǒng)，它作為SOC和CPLD/FPGA相結合的一項綜合技術，結合了兩者的優(yōu)點，集成了硬核或軟核CPU、DSP、鎖相環(huán)、存儲器、I/O接口及可編程邏輯，可以靈活高效地解決SOC方案，而且設計周期短，設計成本低，非常適合本設計的應用。本文還對基于DDS原理的設計方案進行了分析，介紹了DDS的基本理論以及數(shù)學綜合，在研究DDS原理的基礎上，利用SOPC技術，在一片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)了整個函數(shù)發(fā)生器的硬件集成。 本文就函數(shù)發(fā)生器的設計制定了整體方案，對軟硬件設計原理及實現(xiàn)方法進行了具體的介紹，包括整個系統(tǒng)的硬件電路，SOPC片上系統(tǒng)和PC端軟件的設計。在設計中，LabVIEW波形編輯軟件和函數(shù)發(fā)生器二者采用異步串口進行通信。利用LabVIEW的強大功能，把波形的編輯，系統(tǒng)的設置放到計算機上完 成，具有人機界面友好、系統(tǒng)升級方便、節(jié)約硬件成本等諸多優(yōu)勢。同時充分利用了FPGA內部大量的邏輯資源，將DDS模塊和微處理器模塊集成到一個單片F(xiàn)PGA上，改變了傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計思路。通過對系統(tǒng)仿真和實際測試，結果表明該智能型函數(shù)發(fā)生器不僅能產(chǎn)生理想的輸出信號，還具有集成度高、穩(wěn)定性好和擴展性強等優(yōu)點。關鍵詞：智能型函數(shù)發(fā)生器，虛擬儀器，可編程片上系統(tǒng)，直接數(shù)字合成技術，NiosⅡ處理器。
上傳時間： 2013-07-09
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心音信號是人體最重要的生理信號之一，包含心臟各個部分如心房、心室、大血管、心血管及各個瓣膜功能狀態(tài)的大量生理病理信息。心音信號分析與識別是了解心臟和血管狀態(tài)的一種不可缺少的手段。本文針對目前該研究領域中存在的分析方法問題和分類識別技術難點展開了深入的研究，內容涉及心音構成的分析、心音信號特征向量的提取、正常心音信號（NM）和房顫（AF）、主動脈回流（AR）、主動脈狹窄（AS）、二尖瓣回流（MR）4種心臟雜音信號的分類識別。本文的工作內容包括以下5個方面： a）心音信號采集與預處理。本文采用自行研制的帶有錄音機功能的聽診器實現(xiàn)對心音信號的采集。通過對心音信號噪聲分析，選用小波降噪作為心音信號的濾波方法。根據(jù)實驗分析，選擇Donoho閾值函數(shù)結合多級閾值的方法作為心音信號預處理方案。 b）心音信號時頻分析方法。文中采用5種時頻分析方法分別對心音信號進行了時頻譜特性分析，結果表明：不同的時頻分析方法與待分析心音信號的特性有密切關系，即需要在小的交叉項干擾與高的時頻分辨率之間作綜合的考慮。鑒于此，本文提出了一種自適應錐形核時頻（ATF）分析方法，通過實驗驗證該分布能較好地反映心音信號的時頻結構，其性能優(yōu)于一般錐形核分布（CKD）以及Choi-Williams分布（CWD）、譜圖（SPEC）等固定核時頻分析方法，從而選擇自應錐形核時頻分析方法進行心音信號分析。 c）心音信號特征向量提取。根據(jù)對3M Littmann（） Stethoscopes[31]數(shù)據(jù)庫中標準心音信號的時頻分析結果，提取8組特征數(shù)據(jù)，通過Fihser降維處理方法提取出了實現(xiàn)分類可視化，且最易于分類的心音信號的2維特征向量，作為心音信號分類的特征向量。 d）心音信號分類方法。根據(jù)心音信號特征向量組成的散點圖，研究了支持向量機核函數(shù)、多分類支持向量機的選取方法，同時，基于分類的目的 性和可信性，本文提出以分類精度最大為判斷準則的核函數(shù)參數(shù)與松弛變量的優(yōu)化方法，建立了心音信號分類的支持向量機模型，選取標準數(shù)據(jù)庫中NM、AF、AR、AS、MR每類心音信號的80組2維特征向量中每類60組數(shù)據(jù)作為支持向量機的學習樣本，對余下的每類20組數(shù)據(jù)進行測試，得到每類的分類精度（Ar）均為100％，同時對臨床上采集的與上述4種同類心臟雜音信號和正常心音信號中每類24個心動周期進行分類實測，分類精度分別為：NM、AF、MR的分類精度均為100％，而AR、AS均為95．83％，驗證了該方法的分類有效性。 e）心音信號分析與識別的軟件系統(tǒng)。本文以MATLAB語言的可視化功能實現(xiàn)了心音信號分析與識別的軟件運行平臺構建，可完成對心音信號的讀取、預處理，繪制時-頻、能量特性的三維圖及兩維等高線圖；同時，利用MATLAB與EXCEL的動態(tài)鏈接，實現(xiàn)對心音信號分析數(shù)據(jù)的存儲以及統(tǒng)計功能；最后，通過對心音信號2維特征向量的分析，實現(xiàn)心音信號的自動識別功能。 本文的研究特色主要體現(xiàn)在心音信號特征向量提取的方法以及多分類支持向量機模型的建立兩方面。 綜上所述，本文從理論與實踐兩方面對心音信號進行了深入的研究，主要是采用自適應錐形核時頻分析方法提取心音信號特征向量，根據(jù)心音信號特征向量組成的散點圖，建立心音信號分類的支持向量機模型，并對正常心音信號和4種心臟雜音信號進行了分類研究，取得了較為滿意的分類結果，但由于用于分類的心臟雜音信號種類及數(shù)據(jù)量尚不足，因此，今后的工作重點是采集更多種類的心臟雜音信號，進一步提高心音信號分類精度，使本文研究成果能最終應用于臨床心臟量化聽診。 關鍵詞：心音信號，小波降噪，非平穩(wěn)信號，心臟雜音，信號處理，時頻分析，自適應，支持向量機
上傳時間： 2013-04-24
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隨著自動化技術的發(fā)展和城市化進程的加快，照明用電占人類總發(fā)電量的比重也越來越大，對電子鎮(zhèn)流器的要求也越來越高，即功率因數(shù)高低的要求更加明確，功率因數(shù)高低已成為綜合衡量整流設備的一個重要指標。 本次課題采用功率因數(shù)控制芯片UC3854為核心，設計了一種較寬電壓輸入范圍、固定電壓輸出的250W的AC/DC變換器。對該變換器所用的有源功率因數(shù)校正（APFC）系統(tǒng)與UC3854芯片的原理和結構做了詳細的分析與討論，介紹了UC3854的管腳排列及功能。所設計的以UC3854為核心的有源功率因數(shù)校正器能在90V～220V的寬電壓輸入范圍內得到穩(wěn)定的380V直流電壓輸出，并使功率因數(shù)達到0.99以上。 MATLAB強大的信號分析處理能力對高效地設計APFC系統(tǒng)及整定各個環(huán)節(jié)的參數(shù)帶來了極大便利。本文同時也采用MATLAB設計實現(xiàn)了一個有源功率因數(shù)校正器的仿真，用SIMULINK已有模塊模擬了UC3854的控制過程，給出了仿真電路和波形。 本文創(chuàng)新性的將系統(tǒng)工程引入APFC電路中，將系統(tǒng)工程中的建模分析和狀態(tài)空間法應用到此次設計的系統(tǒng)中，使得此次工程設計提升到了抽象的數(shù)學概念上。用數(shù)學模型可以表達出主電路的工作原理，從狀態(tài)空間法中找出了改變系統(tǒng)動態(tài)性能的相應參數(shù)，為此類電路的設計提供了理論依據(jù)。
標簽： 有源功率因數(shù) 校正技術
上傳時間： 2013-05-24
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嵌入式圖像采集系統(tǒng)具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，在遠程監(jiān)控、可視電話、計算機視覺、網(wǎng)絡會議等領域應用廣泛。為克服傳統(tǒng)基于單片機的圖像采集系統(tǒng)的種種不足，本文提出了一種新的解決方案，利用高速的ARM9嵌入式微處理器S3C2410A為硬件核心，搭配USB攝像頭，結合Linux構建了一套嵌入式的圖像采集系統(tǒng)。USB攝像頭有著容易購買、性價比高等優(yōu)點，但長期以來將其直接應用于嵌入式系統(tǒng)卻很困難。隨著ARM微處理器的廣泛應用，嵌入式系統(tǒng)的性能得到了極大的提升。人們逐漸將操作系統(tǒng)引入其中，方便系統(tǒng)的管理和簡化應用程序的開發(fā)。Linux是一個免費開源的優(yōu)秀操作系統(tǒng)，將其移植到嵌入式系統(tǒng)中能夠對系統(tǒng)進行高效地管理、極大地方便應用程序的開發(fā)。嵌入式的Linux操作系統(tǒng)繼承了Linux的優(yōu)良特性，還有著節(jié)約資源，實時性強等優(yōu)點。在本方案中以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為基礎，借助其對USB、網(wǎng)絡等的強大支持能力來構建高度靈活的圖像采集系統(tǒng)。通過利用Linux操作系統(tǒng)內建的video4Linux對攝像頭進行編程，實現(xiàn)了將USB攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)進行顯示和存為圖片的功能。本文中具體講述了嵌入式的軟硬件平臺的構建，USB攝像頭的驅動開發(fā)，圖像采集應用程序的實現(xiàn)等。本文提出的嵌入式圖像采集方案適用于市面上絕大多數(shù)流行的USB攝像頭，還能把得到的圖像通過以太網(wǎng)傳輸以實現(xiàn)遠程的監(jiān)控。這套方案利用應用程序編程接口video4linux所提供的數(shù)據(jù)結構、應用函數(shù)等，實現(xiàn)了在Linux環(huán)境下采集USB攝像頭圖像數(shù)據(jù)的功能，并運用嵌入式的GUI開發(fā)工具Qt/Embedded來編寫最終的應用程序實現(xiàn)了美觀的用戶界面。充分運用Linux操作系統(tǒng)和其工具的強大功能來實現(xiàn)圖像采集， 對基于Linux內核的后續(xù)圖像應用開發(fā)具有實用意義。本系統(tǒng)完全基于開放的平臺和模塊化的實現(xiàn)方法，具有良好的可移植性，可方便地進行各種擴展。這種方案所實現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng)成本低，靈活性高，性能好，是一種優(yōu)良的解決方案。本文詳細介紹了這種基于Linux系統(tǒng)和S3C2410A平臺的嵌入式圖像采集系統(tǒng)。關鍵詞：嵌入式，ARM，USB，圖像采集，Linux
上傳時間： 2013-06-05
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隨著低壓供電系統(tǒng)中感性負荷越來越多，電網(wǎng)對無功電流的需求量急劇增加，為了提高系統(tǒng)供電質量和供電效率，必須對電網(wǎng)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(fā)展。因此開發(fā)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(fā)展歷史，并指出它們存在的優(yōu)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(xiàn)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(jù)系統(tǒng)電壓和電流選擇晶閘管型號、根據(jù)TSC無過渡過程原理的分析來設計過零觸發(fā)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(jù)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(shù)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(xiàn)投切電容器的作用，還實現(xiàn)各種保護和顯示功能，提高效率和補償效果。 最后，系統(tǒng)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(yōu)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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蓄電池組已越來越廣泛地應用于交通運輸、電力、通信等諸多領域和部門，其壽命直接關系到能源的有效利用以及相應系統(tǒng)的整體壽命、可靠性和成本。本課題從提高電池壽命的角度研究串聯(lián)蓄電池組的充電問題，基于前人使用磁放大器作后級調整的基礎上，提出了一種新穎的基于開關管MOSFET后級調整和高頻母線的蓄電池組分布式單體充電方法。所有二次側電路通過高頻母線的形式共用一個一次側電路；在兼顧效率、體積和成本的前提下有效的解決了串聯(lián)蓄電池組的充電不均衡問題。 論文對采用雙管正激拓撲的高頻母線產(chǎn)生電路的設計給出了說明；同時也介紹了幾種后級調整方法及各自優(yōu)缺點。針對后級調整中的同步問題，提出了幾種產(chǎn)生同步鋸齒波的解決方案。最后利用同步脈沖產(chǎn)生電路，采用最常見的UC3843芯片，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的同步鋸齒波，實現(xiàn)后級調整開關動作與母線方波電壓的同步。并且針對多路后級調整場合下，采取措施減小了母線電壓毛刺，同時也改善了電流采樣波形。 論文設計了一套單體3500mAh、3．7V鋰離子電池組的單體獨立充電器，以雙管正激電路為原邊電路作為主模塊，次級是以MOSFET作后級調整電路實現(xiàn)充電功能作為充電電路模塊。試驗中采用了四個充電電路模塊，同時對四個鋰離子電池單體分別獨立充電。充電電路模塊中，通過控制MOFET開關，可實現(xiàn)鋰電池的恒流、恒壓充電和滿充切斷，充電電壓和充電電流可精確控制在1％以內。該充電電路并能顯示電池充電狀態(tài)，并在單體充電電路間傳遞充電狀態(tài)信號，最后反饋給母線電路以控制母線電壓輸出的開通與關斷。特別指出的是該電路的過放電檢測功能，是直接利用電池自身電壓來檢測得出電池自身是否處于過放電狀態(tài)判定信號，并在充電模塊間傳遞，最后得出蓄電池組過放電判定信號。整機有較低的待機功耗，并均使用了低成本器件，進一步降低了成本。 論文給出了詳細的設計過程，最后通過實驗將該方案與串聯(lián)充電方案比較，驗證了該充電方案的可靠性與優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-04-24
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統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)作為一種典型的FACTS裝置，綜合了FACTS元件的多種靈活控制手段，能同時或選擇地控制線路的基本參數(shù)(電壓、阻抗、相角)，也可交替地控制線路上的有功和無功潮流，還可獨立地提供可控的并聯(lián)無功補償。因此UPFC被認為是最有創(chuàng)造性，功能最強大的FACTS元件。 首先，本文詳細分析了統(tǒng)一潮流控制器的基本結構和工作原理。采用開關函數(shù)法建立了電壓源型變流器的數(shù)學模型，并推導了統(tǒng)一潮流控制器在abc三相坐標系和dq旋轉坐標系下的數(shù)學模型，該模型考慮到直流環(huán)節(jié)電容儲能的動態(tài)變化過程，從而使其更適合于系統(tǒng)的動態(tài)特性分析。本文討論的UPFC控制采用基于兩相旋轉坐標系下的非線性解耦控制方案，在UPFC的精確模型下具有可快速跟蹤給定值的優(yōu)點，且在dq坐標系下可以實現(xiàn)有功和無功功率的獨立控制；在電容電壓PI調節(jié)中加入電流反饋，使其更接近真實值。 其次，本論文在分析UPFC數(shù)學模型的基礎上建立了UPFC在MATLAB平臺上的仿真模型；然后利用MATLAB建立了三相環(huán)形電力系統(tǒng)，將UPFC模型應用到該系統(tǒng)中，著重研究了UPFC對電網(wǎng)電能質量的影響。首先研究了UPFC對故障系統(tǒng)中電網(wǎng)功率的影響以及UPFC對提高故障系統(tǒng)功率穩(wěn)定性的作用；同時，對UPFC能夠抑制無故障系統(tǒng)中系統(tǒng)接入電網(wǎng)時的功率沖擊進行了研究。最后，通過仿真波形研究了UPFC對電網(wǎng)故障中電壓跌落的補償作用以及UPFC對正常系統(tǒng)電壓的影響，結果發(fā)現(xiàn)，UPFC可以保持故障中的系統(tǒng)電壓為正弦波。
上傳時間： 2013-04-24
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混合動力汽車采用內燃機和電機作為動力源，成為解決排污和能源問題最具現(xiàn)實意義的途徑之一，集成一體化起動/發(fā)電機(ISG)技術是當前國際公認的未來汽車的先進技術之一，也是當代汽車發(fā)展的重要方向。論文以ISG型混合動力汽車為研究對象，進行了混合動力汽車驅動系統(tǒng)和動力總成控制系統(tǒng)等方面的研究。 本文系統(tǒng)地分析了串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式混和動力汽車動力總成構型的優(yōu)缺點，介紹了ISG型混合動力汽車結構及主要特點的基礎上，首先通過對各總成選型分析，選擇了發(fā)動機、電機、電池等部件，接著根據(jù)性能指標，確定了發(fā)動機、電機、電池等部件參數(shù)匹配。 動力總成控制系統(tǒng)作為HEV控制系統(tǒng)的關鍵，主要負責對行駛需求功率的合理分配，保證HEV高效運行，使發(fā)動機燃油消耗和排放達到最優(yōu)。動力總成控制系統(tǒng)的硬件采用了TMS320F2812芯片，由于它功能強大，I/O資源豐富，并且支持廣泛用于汽車電控的CAN通訊，因此，非常適合于混合動力汽車的實時控制。本文研究了動力總成控制系統(tǒng)的總體結構，以TMS320F2812型DSP為核心，組建了混合動力總成控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。在充分利用DSP內部模塊的基礎上對它的外部總線進行擴展。并設計了電源模塊、A/O模塊、IO模塊、CAN總線模塊和串口通訊模塊。在模塊化設計方式基礎上建立了混合動力控制策略的軟件設計。 為了證明設計方案的可行性和DSP總成控制系統(tǒng)的控制性能，在MATIAB/Simulink環(huán)境下，以hdvisor為仿真平臺，依據(jù)系統(tǒng)的結構、控制策略，對相關模塊進行修改，建立了ISG型混合動力汽車整車的仿真模型。利用建立的模型，在Advisor仿真軟件中輸人仿真參數(shù)，設置仿真性能，汽車動力性、經(jīng)濟性以及一些重要性能曲線的仿真結果。與同樣參數(shù)設置的傳統(tǒng)燃油汽車仿真結果進行比較表明，油耗和排放都得到了很好的降低。
標簽： 混合動力 汽車驅動 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-08
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隨著能源的緊張和環(huán)境污染日益嚴重，開發(fā)和利用太陽能已受到越來越多的重視。通過光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉換為電能，并將電能輸送到電網(wǎng)上，是太陽能利用的主要形式。 本文對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略進行了深入的研究。首先，分析了太陽能電池發(fā)電的基本原理，得出了太陽能電池的等效模型，通過分析太陽能電池的I-V特性，可以看出太陽能電池是一非線性電源，而且輸出電能受環(huán)境溫度和光照強度的影響，為了使太陽能電池能夠最大效率地將太陽能轉化為電能，需要對其進行最大功率點跟蹤。通過分析和對比各種最大功率點跟蹤方法的優(yōu)缺點，采用了改進擾動觀察法結合BOOST升壓電路來對電池板進行最大功率點跟蹤的方案。其次，分析對比并網(wǎng)電流的各種控制方式，確定采用滯環(huán)比較方式對并網(wǎng)電流進行控制，為了使并網(wǎng)電流穩(wěn)定可靠地向電網(wǎng)送電，采用雙閉環(huán)控制策略對并網(wǎng)逆變器進行控制，使逆變器輸出電流能與電網(wǎng)電壓同頻同相，以單位功率因數(shù)向電網(wǎng)輸電。最后，對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應進行了研究，介紹了各種孤島檢測方法，分析了基于正反饋的主動移頻式孤島檢測方法(AFDPF)的參數(shù)優(yōu)化方案，為AFDPF檢測盲區(qū)的分析提供理論依據(jù)。 本文在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下，利用SimPowerSystems功能模塊建立了仿真模型，對太陽能電池板的數(shù)學模型，最大功率點跟蹤控制策略，并網(wǎng)控制策略進行驗證仿真。仿真結果證明了本文的方案和控制策略的正確性。
標簽： 光伏并網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng) 控制策略
上傳時間： 2013-07-14
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