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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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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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。 針對速度環采用傳統PID控制難以滿足高性能矢量控制系統，通過對傳統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。將該控制器代替傳統的PID控制器應用于速度環，以提高系統的動靜態性能。 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的仿真模型，并對分別采用傳統PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統進行仿真，結果表明采用模糊PID控制具有更好的動態響應性能，能有效的抑制暫態和穩態下的推力脈動，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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在以節能、環保和安全為中心的現代汽車中，電氣設備越來越多，電氣負荷越來越大，用新的42V車載電源系統取代現有的14V電源系統將是大勢所趨。目前車載開關電源大都采用模擬控制方案，具有很多缺點，因此非常有必要研究數字控制方案，以便提高變換性能。鑒于此，開展了以車載數字開關電源的理論與設計為對象的研究內容： 基于L4981B的Boost DC/DC變換器的實現。在Boost DC/DC變換器理論分析的基礎上，利用有源PFC電路板，基于模擬控制器L4981B制作成最大輸出功率1kW的24VDC-42VDC變換器。 基于TL494的推挽DC/DC和Boost DC/DC變換器的實現。在推挽變換器理論分析的基礎上，基于模擬控制器TL494進行了功率電路、控制電路和保護電路的原理圖設計和PCB設計，制作成最大輸出功率0.5kW、系統效率87％的24VDC-42VDC車載開關電源。利用此電路板，基于模擬控制器TL494制作成最大輸出功率1kW的24VDC-42VDC變換器。 基于TMS320F2808的Boost DC/DC變換器和單相逆變器的實現。在Boost DC/DC變換器和單相逆變器相關理論分析的基礎上，采用數字PI控制，基于數字控制器TMS320F2808進行了功率電路、輸出電壓閉環控制電路、檢測電路和驅動電路的原理圖設計和PCB設計以及軟件設計，制作成額定輸出功率0.5kW、系統效率86％的24VDC-42VDC車載數字開關電源和24VDC-97VDC-330VDC、42VDC-24VAC變換器。
上傳時間： 2013-07-04
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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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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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隨著能源的緊張和環境污染日益嚴重，開發和利用太陽能已受到越來越多的重視。通過光伏并網發電系統將太陽能轉換為電能，并將電能輸送到電網上，是太陽能利用的主要形式。 本文對光伏并網發電系統的控制策略進行了深入的研究。首先，分析了太陽能電池發電的基本原理，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，分析對比并網電流的各種控制方式，確定采用滯環比較方式對并網電流進行控制，為了使并網電流穩定可靠地向電網送電，采用雙閉環控制策略對并網逆變器進行控制，使逆變器輸出電流能與電網電壓同頻同相，以單位功率因數向電網輸電。最后，對光伏并網發電系統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)的參數優化方案，為AFDPF檢測盲區的分析提供理論依據。 本文在MATLAB/Simulink仿真環境下，利用SimPowerSystems功能模塊建立了仿真模型，對太陽能電池板的數學模型，最大功率點跟蹤控制策略，并網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。
上傳時間： 2013-07-14
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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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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。 本文以實際項目為背景，詳細地分析了30kVA三相光伏并網逆變電源的研制過程。論文的主要工作如下： 首先，概述了光伏發電的意義以及我國光伏產業的發展現狀及前景；介紹了本課題的來源及其主要研究的內容；分析了三相逆變器的數學模型；總結了三相逆變器的各種抗三相不平衡的拓撲結構，從中選擇了三相四橋臂作為逆變電源的主電路結構；對四橋臂的各種抗三相不平衡控制策略進行了比較，具體分析了二維空間矢量法的原理，考慮到實際的軟硬件條件的限制，對該方法提出了進一步簡化應用的方案。 接著，根據項目指標，研制了30kVA三相光伏逆變電源樣機的主電路；采用了獨立運行時為LC結構，并網運行時為LCL結構的濾波模式，并總結了濾波器參數設計的步驟，給出了濾波器的相關參數；獨立地設計和研制了以TMS320F2812芯片為核心的主控板，以及液晶顯示、保護、采樣、鎖相等控制電路，并總結了印制電路板設計中需要注意的事項。 隨后，介紹了DSP的編程環境：詳細地分析了顯示鍵盤程序、七段式的電壓空間矢量PWM程序以及相關的主程序和中斷程序并給出了流程圖；總結了編程注意事項；構思了光伏逆變電源并網運行的整個過程；具體地說明了鎖相環和捕獲單元的應用方法；概述了孤島效應的產生與防治。 最后，設計了獨立運行時的MATLAB仿真試驗，在閉環中采用了最大誤差控制法，取得了良好的仿真效果，并在此基礎上，進行了30kVA三相光伏并網逆變電源樣機的安裝，順利完成了獨立運行的調試，并給出了實驗波形。
上傳時間： 2013-07-02
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目前，能源危機與環境污染已經備受關注，被各個國家提上紀事日程。在眾多的新能源中，風能以它可再生、清潔、無污染等特點受到人們的青睞。在風力發電技術上也從獨立型逐漸向并網型轉變，因此并網技術已成為主流。由于變速恒頻具有發電量大，對風電場風速的變化適應性好具有較高的葉尖速比等優點，所以變速恒頻必然會取代恒速恒頻。實現變速恒頻的風力發電機組有很多種，其中永磁同步直驅式風力發電機由于不需要齒輪箱，因而改善風能轉換效率，減小維護，降低了噪音，提高可靠性，本文以永磁同步直驅式發電系統為研究對象。 本文針對永磁同步直驅式發電雙PWM變換器系統，首先在對變速恒頻理論研究的基礎上，對風力機的數學模型進行了分析，完成了對風力機的最大風力跟蹤模擬仿真。由于發電機發出的電隨著風速的不斷變化，因此就靠控制變換器來實現恒壓恒頻的電壓并送入電網。其次在對永磁同步發電機和變換器的數學模型研究的基礎上提出了對整流側和電網側變換器分開控制，控制整流器來控制發電機的轉速，控制逆變器來實現穩壓和恒頻的向電網輸送電壓。并對逆變器側的直流電容和電感選值給出了范圍，在這些理論基礎上對逆變器進行了MATLAB/SIMULINK仿真，給出了仿真結果。在前面理論分析的基礎上，針對逆變器部分做了硬件和軟件的設計。選用智能功率模塊(IPM)作為逆變器，采用霍爾電壓、電流傳感器實現了對電壓電流的采樣，控制器選用TMS320F2407A，并制作了對采樣信號處理電路板、PWM信號處理電路板和傳感器電路板，編寫了程序。
上傳時間： 2013-06-17
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