多電平逆變器中每個功率器件承受的電壓相對較低，因此可以用低耐壓功率器件實現高壓大容量逆變器，且采用多電平變換技術可以顯著提高逆變器輸出電壓的質量指標。因此，隨著功率器件的不斷發展，采用多電平變換技術將成為實現高壓大容量逆變器的重要途徑和方法。本文選取其中一種極具優勢的多電平拓撲結構一級聯多電平變頻器作為研究對象，完成了其拓撲結構、控制策略及測控系統的設計。 @@ 首先，對多電平變頻器的研究意義，國內外現狀進行了分析，比較了三種成熟拓撲結構的特點，得出了級聯型多電平變頻器的優點，從而將其作為研究對象。對比分析了四種調制策略，確定載波移相二重化的調制方法和恒壓頻比的控制策略，進行數學分析和理論仿真，得出了選擇的正確性及可行性。并指出了級聯單元個數與載波移相角的關系和調制比對輸出電壓的影響；完成了級聯變頻器數學模型的建立和死區效應的分析。 @@ 其次，完成了相關硬件的設計，包括DSP、CPLD、IPM的選型，系統電源的設計、檢測(轉速、電流、電壓、故障)電路的設計、通信電路的設計等。用Labwindows/CVI實現了上位機界面的編寫，實現了開關機、設定轉速、通信配置、電壓電流轉速檢測、電流軟件濾波、諧波分析。編寫了下位機DSP的串口通信、AD轉換、轉速檢測(QEP)以及部分控制程序。 @@ 最后，在實驗臺上完成硬件和軟件的調試，成功的實現了變頻器載波移相SPWM的多電平輸出，并驅動異步電機進行了空載變頻試驗，測控界面能準確的與下位機進行通信，快捷的給定各種控制命令，并能實時的顯示變頻器的輸出頻率、輸出電壓和輸出電流，為實驗調試增加了方便性，提高了工作效率。 @@關鍵詞：級聯多電平逆變器；載波移相；IPM；DSP；Labwindows/CVI；測控界面
上傳時間： 2013-04-24
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隨著自動化技術的發展和城市化進程的加快，照明用電占人類總發電量的比重也越來越大，對電子鎮流器的要求也越來越高，即功率因數高低的要求更加明確，功率因數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校正（APFC）系統與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校正器能在90V～220V的寬電壓輸入范圍內得到穩定的380V直流電壓輸出，并使功率因數達到0.99以上。 MATLAB強大的信號分析處理能力對高效地設計APFC系統及整定各個環節的參數帶來了極大便利。本文同時也采用MATLAB設計實現了一個有源功率因數校正器的仿真，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。 本文創新性的將系統工程引入APFC電路中，將系統工程中的建模分析和狀態空間法應用到此次設計的系統中，使得此次工程設計提升到了抽象的數學概念上。用數學模型可以表達出主電路的工作原理，從狀態空間法中找出了改變系統動態性能的相應參數，為此類電路的設計提供了理論依據。
上傳時間： 2013-05-24
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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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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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隨著科學技術的發展，汽車結構不斷完善，人們對汽車的性能更加關注。汽車本身是一個復雜的系統，在使用過程中，隨著行駛里程的增加和使用時間的延續，汽車技術狀況可能不斷惡化，需要定期進行檢測。汽車底盤測功機是一種不解體檢驗汽車性能的檢測設備，采用現代電測和計算機技術，模擬汽車在各種路面行駛阻力，使汽車的道路試驗項目移至室內進行，減少室外環境變化對測試的影響，能夠很好的改善試驗人員的試驗環境和提高測試精度。 本文首先介紹了汽車底盤測功機的發展歷史和研究現狀，闡明了研究汽車底盤測功機測控系統的目的和意義，給出了汽車底盤測功機的結構和工作原理，在詳細分析汽車道路上和底盤測功機上運行受力情況的基礎上，建立了測功機電模擬模型。采用電模擬阻力加載裝置，不僅省去了繁瑣的慣性飛輪裝置，簡化了底盤測功機的結構，而且實現了慣性阻力的無級模擬。在系統硬件上，設計了轉速轉矩信號的采集電路和前端信號處理電路，提高了采集數據的準確性，保證系統的精度，并給出了勵磁控制電路的設計與實現。在通訊上，設計CAN和USB互相轉化的接口電路，不僅實現上下位機之間的通訊，而且還突破了傳統底盤測功機上下位機通訊速率慢的瓶頸。在控制策略上，采用積分分離PID算法，實現轉速、勵磁電流和轉矩、勵磁電流的兩個雙閉環控制器，滿足了汽車底盤測功機不同運行狀況的需求。在軟件上，采用模塊化編程的思想，從而增強了程序的可移植性和靈活性。最后，構建了實驗平臺，對系統進行了實驗研究，實驗結果表明：系統能滿足汽車性能測試的要求。
上傳時間： 2013-06-12
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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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以諧波抑制，無功補償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產品，同時電網諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進行產業化應用研究。并聯有源電力濾波器以其安裝、維護方便，成為商用化產品的主流。所以本文針對并聯有源電力濾波器，展開產業化應用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯有源電力濾波器在補償辦公樓電氣負載產生的諧波電流時，會出現諧波放大現象。辦公樓電氣負載主要是計算機、開關電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點，基于“分段線性化”方法，對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析，得到系統的電流和電壓波形，進而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩態分析方法，可以從理論上理解并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載的工作過程，對有源電力濾波器的應用研究具有重要的理論和實際意義。 本文在分析辦公樓負載電氣特性的基礎上，建立了有源電力濾波器補償容性負載的簡化模型，依據該模型分析了負載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關系；為了克服諧波放大現象，本文首先通過負載電流采樣環節后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補償后網側電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補償方法將電流諧振頻率分量從負載電流采樣值中濾除，使得系統在諧振頻率處變為開環控制，使系統穩定。經過對辦公樓負載的實際并網諧波補償實驗證明基于FFT的有選擇諧波補償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創新點的研究工作對于實際工程應用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯補償方案，該方案的特點是模塊化結構及N+1冗余并聯控制策略、主從總線結構及主機產生、負載電流檢測方案以及并聯均流策略。主機產生及負載電流檢測是這一并聯方案的突出特點，體現了本文的創新性工作。本文還對多模塊并聯系統進行了建模和穩定性研究；依據模塊化并聯補償方案，在省科技計劃重點項目的支持下，對有源電力濾波器進行產業化研究，從項目方案、設計、器件選型，樣機調試、滿功率運行及性能檢測、樓宇負載與工業負載的實際并網實驗，直至工業樣機定型，對有源電力濾波器的產業化應用研究起了較大的推進作用，支撐項目目前已經有定型的工業化產品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節分排如下：（1）第一章從實際應用角度，總結闡述了有源電力濾波技術在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓撲結構三個方面的研究進展；（2）第二章對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補償容性負載時出現的諧波放大現象，并利用FFT方法使得系統在諧振頻率處變為開環控制，達到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯方案，并詳細說明了模塊化并聯系統的設計和實驗；（5）第六章對全文進行了總結，并對今后的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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統一潮流控制器(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(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無功補償。因此UPFC被認為是最有創造性，功能最強大的FACTS元件。 首先，本文詳細分析了統一潮流控制器的基本結構和工作原理。采用開關函數法建立了電壓源型變流器的數學模型，并推導了統一潮流控制器在abc三相坐標系和dq旋轉坐標系下的數學模型，該模型考慮到直流環節電容儲能的動態變化過程，從而使其更適合于系統的動態特性分析。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點，且在dq坐標系下可以實現有功和無功功率的獨立控制；在電容電壓PI調節中加入電流反饋，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建立了三相環形電力系統，將UPFC模型應用到該系統中，著重研究了UPFC對電網電能質量的影響。首先研究了UPFC對故障系統中電網功率的影響以及UPFC對提高故障系統功率穩定性的作用；同時，對UPFC能夠抑制無故障系統中系統接入電網時的功率沖擊進行了研究。最后，通過仿真波形研究了UPFC對電網故障中電壓跌落的補償作用以及UPFC對正常系統電壓的影響，結果發現，UPFC可以保持故障中的系統電壓為正弦波。
上傳時間： 2013-04-24
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使用二極管和晶閘管實現的不控和可控整流器，電流波形畸變給電網注入大量諧波和無功功率，造成嚴重的電網污染。隨著電力電子技術的發展，人們開始研究PWM整流技術。電壓型PWM整流器具有交流側電流低諧波、高功率因數、直流電壓輸出穩定等諸多優點，因此，成為當前電力電子領域研究的熱點課題之一。由于PWM整流器具有以上優點，在電力系統有源濾波、無功補償、潮流控制、太陽能發電以及交直流傳動系統等領域，具有越來越廣闊的應用前景。本論文對三相PWM整流器進行了研究，主要完成以下工作： 首先，對PWM整流器的工作原理做了介紹，給出了三相PWM整流器的拓撲結構，分析了PWM整流器的換流過程，給出了PWM整流器的數學模型，對交流側電感和直流側電容進行了設計。 其次，對電流滯環控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制，使超調量和穩態誤差限制在很小的范圍以內。在起動過程中串接入限流電阻，使起動電流限定允許范圍以內。 最后，在進行了以上三種控制方式仿真后，針對電壓空間矢量控制存在的電流誤差問題，采用電流超前給定策略和基于旋轉坐標系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問題。 仿真結果表明，論文所設計的三相電壓型PWM整流器實現了高功率因數運行，實現了直流電壓的穩定控制，解決了傳統意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數低等問題，具有良好的工程實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱 APF）是近年來治理電力系統諧波污染的非常有效的裝置。眾所周知，電力電子裝置和非線性負載的廣泛使用，使諧波電流和無功電流大量注入電網，嚴重威脅電網和電氣設備的安全運行與正常使用，并且產生大量的能源浪費。隨著我國“十一五”規劃中關于建設節約型社會的戰略方針的提出，應用APF進行諧波和無功治理的研究工作將會有很廣闊的應用前景。 本文闡述了有源電力濾波器的基本原理，介紹了當前主要的幾種APF的分類以及電路拓撲結構，分別對三相三線和三相四線制APF的結構進行分析，建立了兩種數學模型，指出三相三線制APF在實際供電系統中應用的局限性。本文介紹了三種當前廣泛采用的電流控制方法和一種比較先進的空間矢量控制方法。對于APF系統的核心--諧波檢測，本文介紹了三種諧波檢測理論，著重對本文設計的APF所采用的瞬時無功功率理論進行詳細的理論分析，在MATLAB軟件中建立一個三相四線制基于瞬時無功功率理論的APF系統仿真模型，驗證瞬時無功功率理論的可行性。 在進行大量理論分析和驗證的基礎上，設計一臺采用單片機和DSP雙CPU的有源電力濾波器。硬件上設計單片機的時鐘電路、仿真器接口電路；設計DSP的時鐘電路，外接存儲器擴展電路；設計APF系統的電壓周期檢測電路，電流絕對值轉換電路等等。軟件上編寫單片機的主程序和中斷程序、DSP的主程序和啟動搬運程序，調試并給電進行實際測試和實驗分析。
上傳時間： 2013-04-24
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