隨著工業(yè)電力電子技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負載越來越多，由此帶來的諧波公害越來越嚴重。應用現代技術對諧波等進行經濟、有效地補償是目前急待解決的重要問題之一。消除諧波的方法是加裝濾波裝置。對高壓大容量諧波源國內外目前主要是采用LC諧振型無源濾波器(PassivePowerFilter，PF)，這些濾波器還兼有無功和負序補償功能。盡管PF具有初期投資小、運行效率高等優(yōu)點，但其濾波效果受電力系統(tǒng)阻抗的影響較大，且只能消除特定次數的諧波，對于諧波次數經常變化的負載濾波效果不好，還可能與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)、并聯(lián)諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。進入80年代以后，隨著有源濾波技術的不斷深入和用戶對諧波問題的重視，以及電力電子技術的飛速發(fā)展，大功率可關斷器件(GTR，GTO，IGBT等)的不斷進步，有源電力濾波器(ActivePowerFilter，APF)作為抑制電網諧波、補償供電系統(tǒng)無功功率的新型電力電子裝置得到迅速發(fā)展，其中又以并聯(lián)型有源電力濾波器的使用最為廣泛。 本文以并聯(lián)型注入式混合有源濾波器為基礎，就其設計與應用的幾項重要技術進行了研究，論文主要包括以下幾個方面的內容： 1.就國內外有源濾波器的研究現狀和發(fā)展概況作了較為全面的綜述，介紹了目前研究的熱點與難點。 2.研究了各型有源濾波器的基本拓撲結構和運行原理，分析了其各自的優(yōu)缺點。 3.提出了一種適合大容量工程應用的混合型濾波器結構，結合工程實際完成了各組成部分的參數設計。 4.對各種諧波檢測算法進行了比較研究，提出了一種準確性較高、延時較短的新型檢測方法。 5.就APF中逆變器的PWM調制問題，提出了一種基于新的改進規(guī)則采樣法的死區(qū)補償方法。
上傳時間： 2013-07-06
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目前，大多數實用的諧波抑制系統(tǒng)都使用已經很成熟的無源濾波技術，但無源濾波器存在諸如易受系統(tǒng)參數影響、只能消除特定次諧波缺點。所以有源電力濾波器因其動態(tài)補償諧波的優(yōu)越性能已成為一項熱門的研究課題。但是我國的有源電力濾波器技術目前還沒有進入實用階段，多數只是進行理論上的探討研究。 本文的研究目的就是探討一種新的控制算法，設計一套實用的有源電力濾波器系統(tǒng)以補償諧波及無功功率。 本文的主要內容如下： 1.介紹了目前常用的幾種典型的有源電力濾波器系統(tǒng)結構、基本原理及其主要工作特點。 2.在第三章分析了諧波及無功電流的檢測即有源電力濾波器中指令電流運算電路部分。有源電力濾波器利用瞬時無功功率理論來檢測諧波和無功電流會使補償電流產生誤差。本文設計的并聯(lián)型有源電力濾波器采用一種新的控制算法來綜合補償非線性負載產生的諧波和無功功率。該方法可有效的區(qū)分用戶對于電壓、電流波形畸變的責任，并對其做出相應的獎懲措施。電源電流經過本文設計的有源電力濾波器補償后，其波形與公共連接點的電壓保持一致，根據這一特征，我們就可以區(qū)分公共連接點處供電部門和用戶的責任。由于電源電流和電壓波形保持同步變化，所以負載產生的無功功率完全得到了補償。為了減少離散傅立葉變換帶來的時間延遲，提高有源電力濾波器的動態(tài)響應速度，采用了同步旋轉坐標系對諧波電壓提前一個采樣周期進行預測。 3.本文提出的有源電力濾波器控制算法非常簡單，用具有高速運算性能和強大控制功能的數字信號處理器(DSP)實現十分容易。 4.對三相電路和單相電路根據實際運行可能出現的情況進行了大量的仿真研究，仿真結果也驗證了本文提出的有源電力濾波器的控制算法是有效可行的。 有關諧波源的研究是諧波問題的基礎，而諧波的補償和抑制是諧波問題研究的核心問題，因此本文的研究工作對于電力系統(tǒng)諧波的分析治理具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著電力電子裝置的廣泛應用,人們對電能變換的控制能力日益提高.但這些非線性裝置所產生的無功和諧波污染也給電網帶來越來越嚴重的危害.研究有源電力濾波器以補償電力電子裝置所引起的無功和諧波污染已成為電力電子應用技術中的一個重大研究課題. 本文主要研究一種基于DSP控制的運用于高壓電力系統(tǒng)的新型大容量補償裝置,它結合了有源濾波器(APF)和靜止無功補償發(fā)生器(SVG),的優(yōu)點,在抑制電網諧波的同時進行無功補償. 傳統(tǒng)補償裝置主要采用模擬控制.但模擬控制存在電路復雜、控制性能差、易受環(huán)境干擾等缺點.本文提出以TI公司TMS320LF2407高速處理器為核心的數字控制系統(tǒng).更重要的是,該補償裝置使用的電抗和電容元件比傳統(tǒng)SVC中的電抗器和電容元件小.大大縮小了裝置的體積和成本. 另外,由于補償裝置中IGBT模塊的額定工作電壓的限制,若要將其運用于高壓系統(tǒng)需要連接特殊的升壓變壓器,成本較高.如果能夠借助一些輔助的外電路解決功率器件串聯(lián)工作時的均壓問題,那么就可以省去升壓變壓器的投資,降低了成本.這也是本文的一個研究方向. 本文首先回顧了電力系統(tǒng)有源濾波和無功補償的發(fā)展情況,然后闡述了有源濾波和無功補償的工作原理和關鍵技術.在此基礎上,討論了電力系統(tǒng)有源濾波和無功補償裝置的硬件設計及軟件開發(fā).最后,使用Matlab對系統(tǒng)進行了仿真并進行了實驗驗證.
標簽： DSP 控制 電力系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-09
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隨著電力電子裝置越加廣泛的投入使用,電能得到了更加充分的應用,但是伴隨而來的是越來越多的非線性、沖擊性負載的投入使用,電網中諧波污染日益嚴重,在針對此類諧波抑制和無功補償裝置的研究中,電力有源濾波器APF得到了廣泛應用. 與傳統(tǒng)無源濾波器比較,有源電力濾波器具有動態(tài)響應特性好,濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響等優(yōu)勢.而APF所采用的諧波電流檢測方法,直接決定了諧波的檢測精度和跟蹤速度,是決定諧波補償特性的關鍵.本論文重點研究了諧波電流檢測方法. 在眾多有源濾波器的諧波及無功電流檢測算法中,基于三相瞬時無功功率理論的應用最為廣泛.應用此理論的i<,p>-i<,q>島檢測方法計算簡單,具有較好實時性,適合電流快速檢測的優(yōu)點；但同時也存在很多局限性. 本文首先通過分析、比較總結出各類APF的優(yōu)缺點和適用性,系統(tǒng)地研究了有源電力濾波器的兩個關鍵技術:諧波電流檢測和PWM信號發(fā)生器的控制策略；在此基礎上,針對在負載電流有較大突變時補償電路會產生較大畸變影響補償效果的問題,以及三相電壓畸變時i<,p>-i<,q>檢測法存在的誤差等問題,從基于DSP控制的三相四線制并聯(lián)型有源電力濾波器的結構出發(fā)進行優(yōu)化設計,提出了一種改進的i<,p>-i<,q>檢測法,在該檢測法中增加了平衡.APF直流側電容總電壓和上下電容電壓的閉環(huán)控制,以消除負載電流突變時產生的畸變；并采用一種新穎的基于低通濾波的A相正序電壓提取單元來代替原始的i<,p>-i<,q>檢測法的PLL鎖相環(huán),在三相電壓畸變情況下仍可以正確提取A相正序電壓,以精確檢測出諧波和無功電流. 最后通過MATLAB6.5對系統(tǒng)進行了仿真驗證,仿真結果表明該算法能有效保證檢測效果的實時性和精確性,證明了該算法的可行性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的飛速發(fā)展,越來越多的電力電子裝置被廣泛應用到各個領域,其中相當一部分負荷具有非線性或具有時變特性,使電網中暫態(tài)沖擊、無功功率、高次諧波及三相不平衡問題日趨嚴重,給電網的供電質量造成嚴重的污染和損耗.因此,對電力系統(tǒng)進行諧波抑制和無功補償,提高電網供電質量變得十分重要.電力有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)與無源濾波器相比,APF具有高度可控制和快速響應特性,并且能跟蹤補償各次諧波、自動產生所需變化的無功功率和諧波功率,其特性不受系統(tǒng)影響,無諧波放大威脅.并聯(lián)型電力有源濾波器(Shunt Active Power Filter,簡稱SAPF)更是得到了廣泛的應用. 近年來,自適應算法中的遞推最小二乘法(簡稱RLS)應用越來越廣泛,該算法簡單,收斂速度快.應用基于RLS自適應算法的濾波器(簡稱RLS濾波器),可以快速有效的濾除雜波,同時自動調整濾波器參數,不斷改進濾波性能,最終得到所需的信號. 本文研究了基于平均功率和RLS自適應算法的并聯(lián)型有源濾波器.它的參考電流是一個同電網相電壓同相位的三相平衡的有功電流,它包含兩個分量:一個是由實測的三相負載瞬時功率計算得到的,基于平均功率算法的電網應該為負載各相提供的有功電流瞬時參考值；另一個是為了維持有源濾波器中逆變器的直流母線電壓基本恒定,主要通過RLS濾波器計算得出的電網各相應該提供的有功電流瞬時參考值.兩個分量的計算共同構成了該有源濾波器參考電流的計算.補償電流指令值與實際補償電流比較生成控制逆變橋工作的PWM脈沖,生成補償電流,達到補償負載無功和抑制諧波的目的. 應用RLS濾波器得到維持直流母線電壓恒定的直流側有功系數A<,dc>,克服了傳統(tǒng)PI控制中參數難以得到且由于參數過于敏感而導致補償后電流紋波太大的問題.使得當穩(wěn)態(tài)時SAPF自身的功率損耗和暫態(tài)負載變化時因為直流側電容提供電網和負載之間的有功功率差而引起的電壓的波動迅速反饋到指令電流的計算中.RLS算法收斂快,SAPF實時性大大提高.基于該方法的SAPF結構簡單,無需鎖相器. 根據本文的算法應用MATAB建立了仿真系統(tǒng),仿真結果表明基于該算法的SAPF的可行性和實時性.
上傳時間： 2013-04-24
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目前，油田的開采都是通過抽油機抽取地下的石油，因此國內油田對抽油機的需求量非常大。然而，據統(tǒng)計在油田生產成本中約有三分之一為電能消耗，其中抽油機消耗的電能約占總電能消耗的80%。驅動電動機是抽油機消耗電能的主要設備，年耗電量超過百億KWh。所以對抽油機的機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造，最大限度地挖掘抽油機的節(jié)電潛力，可帶來相當可觀的經濟效益。 采用超高轉差電機作為抽油機的驅動電機，是現有改進抽油機系統(tǒng)的主要措施之一。這種電動機的特點是轉子電阻較大，起動轉矩得到有效提高，安裝容量得以降低；機械特性軟，遇到換相沖擊載荷時，轉速下降，靠曲柄慣性作用，減速器和電動機的扭矩變化趨于平緩，峰值扭矩明顯降低，從而改善了機、桿、泵的配合，提高了泵的充滿系數，增加產液量，達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。此外，抽油機的工作過程中，驅動電機有時會處于發(fā)電狀態(tài)，對供電網的電能質量造成很大危害。超高轉差率電機能夠有效避免發(fā)電狀態(tài)的出現，從而減小對供電網的沖擊，保證供電質量。 本課題以抽油機節(jié)能改造中驅動電機節(jié)能為出發(fā)點，從超高轉差率電動機的機械特性、起動轉矩等方面，對該類型電動機驅動抽油機的優(yōu)勢進行了理論分析。此外，本文還從能量平衡的角度，以抽油機中的動能平衡理論為基礎分析了電機轉差率對抽油機節(jié)能的影響。 最后，本文結合抽油機運動分析和抽油機曲柄運動曲線，以抽油機載荷系數為目標函數，編寫了優(yōu)化計算程序，從而實現了對適合某一井況下抽油機的驅動電機的最優(yōu)轉差率的定量計算，并以此作為設計或者選配超高轉差率電動機的依據。
上傳時間： 2013-07-07
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永磁同步電動機交流伺服系統(tǒng)作為交流伺服系統(tǒng)的主流，在工業(yè)生產自動化領域中應用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個伺服系統(tǒng)的性能。因此，精心設計性能優(yōu)異的永磁同步伺服電動機具有重要的理論意義和應用價值。本課題系統(tǒng)研究了永磁同步伺服電動機的本體設計，包括設計方法、性能計算、有限元分析、參數計算、控制仿真、實驗測試等。 首先，綜述和分析了永磁同步伺服電動機的研究現狀、存在問題和發(fā)展前景，研究了永磁同步伺服電動機的設計特點和方法。開發(fā)了永磁同步伺服電動機的電磁計算程序，結合有限元計算數值的校正，完成對樣機的性能計算，計算結果較為準確。 接著，深入分析永磁同步伺服電動機的氣隙磁場，得到充磁方式、極弧系數、不均勻氣隙、永磁體厚度等因素對氣隙磁場的影響，繪制了各因素對氣隙磁場基波和諧波總量影響的曲線，通過優(yōu)化設計，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場。并拓展研究總結了不同永磁體形狀和尺寸對永磁直流電動機在換向和性能上的影響，取得有實用價值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet電磁分析軟件建立了永磁同步伺服電動機的有限元分析模型，深入研究了電機的反電勢波形、穩(wěn)態(tài)運行性能和齒槽轉矩，計算了直、交軸同步電抗等重要參數。建立了永磁同步伺服電動機Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并進行了仿真研究。 最后，對永磁同步伺服電動機進行了實驗測試和分析，包括反電勢波形與磁場波形測試、性能曲線測試、直交軸同步電抗的測量。對測試結果與設計結果進行了比較分析，驗證了設計方法的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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隨著電力電子技術、微處理器技術以及控制技術的發(fā)展，基于轉子磁鏈定向的交流電機矢量控制系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能受到了廣泛應用。采用SVPWM逆變器的異步電動機矢量控制系統(tǒng)在轉速參考值變化或者負載轉矩參考值變化的動態(tài)情況下，參考電壓矢量可能會超出基本空間矢量構成的正六邊形，此時便出現動態(tài)過調制，需要用過調制策略將超出的電壓矢量重新限定在正六邊形邊界內。不同的過調制策略會給整個系統(tǒng)帶來不同的動態(tài)性能，本文在對過調制策略進行完善的基礎上，針對三種過調制策略對交流電動機動態(tài)性能的影響進行了研究，并對其機理進行了理論分析與探討。 @@ 本文首先以三相異步電動機在兩相靜止坐標系下的動態(tài)方程為基礎，按照轉子磁鏈定向，設計了轉子磁鏈觀測器，完成了勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦，并構建了基于SVPWM的異步電動機矢量控制系統(tǒng)的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，電流控制對系統(tǒng)性能具有重要影響。為了改善系統(tǒng)性能，所設計的矢量控制系統(tǒng)采用了同步電流控制，并對反電勢進行了前饋補償。 @@ 在分析了現有的三種過調制策略之后，對過調制策略進行了完善，并構建了異步電動機矢量控制系統(tǒng)的過調制仿真模型。過調制中，當原參考電壓矢量位于正六邊形中任意兩個扇區(qū)交界附近時，過調制策略2和3所得到的新電壓矢量仍會超出正六邊形邊界，過調制算法不再適用于此區(qū)域。針對以上不足，本文對過調制策略2和3進行了完善，使過調制算法適用于所有區(qū)域。采用完善后的過調制策略對轉速參考值變化和負載轉矩參考值變化的異步電動機矢量控制系統(tǒng)進行仿真，發(fā)現在加速與加載的條件下，過調制策略2的動態(tài)性能好于過調制策略1，而過調制策略3的動態(tài)性能最佳，具有最小的動態(tài)響應時間，暫態(tài)性能優(yōu)良；在減載的條件下，過調制策略1和2能夠很快的進入穩(wěn)定狀態(tài)，但是過調制策略3卻出現問題，動態(tài)響應時間很長，說明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探討了三種過調制策略導致不同動態(tài)性能的內在機理，通過對三種過調制策略中電壓矢量的幅值和相位進行分析，理論上解釋了出現不同動態(tài)響應時間的原因。出現過調制時，過調制策略2中新電壓矢量的幅值總是大于過調制策略1中新電壓矢量的幅值，所以動態(tài)性能更好。在加速和加 載條件下，過調制策略3中新電壓矢量的相位總是超前于過調制策略1和2中新電壓矢量的相位，因此可以獲得更快的動態(tài)響應，暫態(tài)性能更佳。但是在減載條件下，過調制策略3中新電壓矢量與原電壓矢量間的相位關系處于無規(guī)律的超前滯后狀態(tài)，導致過調制策略3出現問題，動態(tài)響應時間很長，說明此過調制策略有其不足之處，有待于改進。@@關鍵詞：SVPWM；矢量控制；過調制；動態(tài)性能
上傳時間： 2013-06-27
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同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能，在大功率電氣傳動領域獨占螯頭。同步電機雖然有很多優(yōu)點，但它的最大缺點是起動困難。目前，大功率同步電機的軟起動大多采用靜止變頻器起動方式，但由于變頻器多采用晶閘管作為功率器件從而要依靠電動機產生的反電勢才能自行關斷并且輔助設備較多。而一旦逆變器換流失敗就會導致電動機起動失敗。針對晶閘管不能自行關斷的缺點，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉速開環(huán)恒壓頻比控制的起動方法。 @@ 首先，根據同步電動機的工作原理對同步電動機的起動特性進行了詳細分析，并對全壓異步起動方法進行了仿真研究，得出了起動過程中電動機相電流、電磁轉矩等參數的變化曲線。針對異步起動過程中定子繞組產生過大沖擊電流的問題，提出了逐級變頻的轉速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動機軟起動方法。闡述了逐級變頻開環(huán)控制同步電動機軟起動的原理，即通過逐級改變變頻器輸出頻率使轉子轉速跟隨定子旋轉磁場轉速逐級升高至額定值。推導出起動過程中變頻器逐級變化的頻率與電動機轉動慣量、電磁轉矩等參數的關系式。通過對一臺同步電動機做工頻起動和低頻起動的仿真研究，證明了同步電動機在低頻下依靠同步電磁轉矩自行起動的可行性。通過計算轉子轉速達到相應同步轉速的時間來確定變頻器逐級升高的電壓頻率隨時間的變化規(guī)律。然后，在采用電壓型交直交變頻器作為同步電機變頻電源的基礎上，設計了恒壓頻比逐級變頻軟起動的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構建了轉速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動機軟起動的數學模型，對同步電動機的起動過程進行仿真試驗，并且分別對空載起動和負載起動過程進行了分析。仿真結果驗證了轉速開環(huán)控制同步電動機軟起動的可行性。 @@ 針對同步電動機起動后的并網問題進行了理論分析，并研究了相應的并網控制方案。應用MATLAB/SIMULINK對并網過程進行仿真試驗，給出并網瞬間電網電壓、同步電機相電流等參數變化曲線，從而驗證了并網方案的可行性。 @@ 最后，對所做工作進行了總結，并展望了大功率同步電動機的軟起動技術。 @@關鍵詞：同步電動機；軟起動；變頻器；恒壓頻比
上傳時間： 2013-05-26
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隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，越來越多的電力電子裝置被應用到各個領域，給電網注入了不可忽視的無功以及諧波電流。 本文首先介紹了諧波的概念和諧波的危害，闡述了諧波問題研究的必要性和緊迫性，并對諧波抑制的方法作了簡單的介紹。并在此基礎上，通過對有源濾波器和無源濾波器各自的優(yōu)缺點以及有源濾波器裝置的結構、原理的分析，提出了基于DSP控制器的三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器裝置的設計方案。 并聯(lián)有源電力濾波器主電路設計是核心環(huán)節(jié)之一。本文在三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器數學模型的基礎上，通過對采用空間矢量調制的有源電力濾波器的工作過程的研究和分析，揭示了主電路各參數之間的相互關系。根據瞬態(tài)電流跟蹤指標的要求推導出并聯(lián)APF輸出電感的估算公式。基于對電流跟蹤誤差矢量的度量，推導出直流側電容電壓臨界值表達式。詳細介紹了輸出濾波器參數的設計方法。 實時、高精度的諧波檢測是有源電力濾波器的重要部分。本文詳細地介紹了瞬時無功功率理論，選擇檢測負載電流的方式以提取諧波。提出了用滑窗迭代作為低通濾波的數字算法，以快速分離負載電流中的基波分量得到諧波指令。以全數字控制為重點，對電流環(huán)的數字控制方式，包括數字PI調節(jié)器的設計做出了比較詳細的分析。 本文用MATLAB/SIMULINK中的電力系統(tǒng)模塊對有源電力濾波器進行了動態(tài)仿真研究。仿真結果表明這種拓撲結構的有源電力濾波器對電力系統(tǒng)中的諧波抑制具有較好的效果。 在理論分析和仿真研究的基礎上，設計了基于TMS320LF2407A控制的并聯(lián)型電力有源濾波器，對其控制系統(tǒng)硬件構成進行了詳細的介紹。研制了實驗樣機，對并聯(lián)型電力有源濾波器進行了初步的實驗研究。
上傳時間： 2013-04-24
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