世界能源危機和環(huán)境惡化促使開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為人類當前的首要任務。而隨著太陽能電池和電力電子技術的不斷進步，光伏發(fā)電技術和產業(yè)不僅是當今能源的一個重要補充，更具備成為未來主要能源的潛力。當前，光伏發(fā)電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發(fā)展，太陽能光伏利用的主要形式將是并網發(fā)電系統(tǒng)。 @@ 本文主要工作是研究一種光伏發(fā)電并網/獨立雙模式逆變器的控制策略，這種逆變器不僅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章對光伏發(fā)電應用形式和并網逆變器的分類進行了闡述，綜合考慮可靠性、工作效率和成本，選擇兩級全橋結構逆變器作為研究對象，該拓撲結構多應用于小型并網逆變器。 @@ 通過分析比較各種電流控制方式，選擇單極性SPWM控制方式來產生本文逆變器控制信號。根據系統(tǒng)具體情況，在不同的運行模式下應用不同的控制策略。并網運行時，電網決定逆變器的輸出電壓，逆變器看作電流源，采用電流雙閉環(huán)控制輸出電流；獨立運行時，逆變器采用電流電壓閉環(huán)控制輸出電壓。并利用MATLAB Simulink對兩種模式下工作的單相和三相逆變器進行仿真。依據瞬時無功理論，提出一種應用在三相電路的軟件鎖相環(huán)，仿真結果顯示該鎖相環(huán)鎖相效果良好。 @@ 雙模式逆變器在兩種模式間切換的時候，容易對負載、電網和電源本身造成沖擊和干擾，需要采取有效的切換控制方法來減少這種影響。本文詳細分析了獨立模式和并網模式之間切換過程，并對不同的切換順序進行比較，并給出一種兩種模式間無縫切換的控制方法。利用MATLAB Simulink對單相和三相逆變器兩種模式間切換過程進行建模仿真，結果證明了這種模式切換方法的可行性。 @@ 介紹了以DSP（TMS320F2812）為核心的控制電路，并對部分硬件設計進行了分析，給出了部分軟件流程圖。 @@關鍵字：光伏發(fā)電系統(tǒng)；逆變器；并網運行；獨立運行；無縫切換
標簽： 太陽能光伏發(fā)電 雙模式 逆變器
上傳時間： 2013-04-24
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隨著環(huán)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(huán)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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的理論研究和仿真，具有重要的現(xiàn)實意義。光伏并網逆變器是光伏并網發(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的性能和投資。本文主要研究適用于并網型光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器。 本文以一個完整的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，重點對單相光伏并網系統(tǒng)進行了全面的分析，并從并網系統(tǒng)的主電路拓撲、控制策略、孤島效應以及系統(tǒng)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(fā)電產業(yè)的現(xiàn)狀，并對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的組成結構、優(yōu)缺點、發(fā)展趨勢及光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求做了簡單介紹，對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)，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(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)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(guī)定。 光伏系統(tǒng)的可靠性研究對整個系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)；逆變器；孤島效應；DSP；可靠性分析
上傳時間： 2013-04-24
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無刷直流電動機利用電子換相器代替了直流電動機的機械電刷和換向器，不但具有直流電機的調速性能，而且體積小、效率高，在許多領域已得到了廣泛應用。采用無位置傳感器控制技術，不但可以克服有位置傳感器的諸多弊端，而且還進一步拓展了無刷直流電動機的應用領域。近些年來，無位置傳感器無刷直流電動機控制技術成為大家研究的熱點之一。 本課題緊扣研究熱點，以方波無刷直流電動機為控制對象，設計了一套無位置傳感器無刷直流電動機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TMS320LF2407ADSP芯片作為控制核心，運用反電動勢過零點檢測原理和預定位與升頻升壓相結合的啟動方法，實現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電動機的控制。為了提高系統(tǒng)的調速性能，控制方法采用了轉速、電流雙閉環(huán)控制。 首先，本文研究了無刷直流電動機的基本結構、性能、工作原理及數學模型，利用數學模型在Matlab/Simulink環(huán)境中建立無刷直流電動機的仿真模型。接著，給出了系統(tǒng)總體的設計方案，對控制系統(tǒng)設計中的幾個關鍵技術--反電動勢過零點及其相位補償原理、啟動、單神經元PID轉速控制器以及PWM產生電路進行了深入的研究。 然后，根據控制系統(tǒng)總體方案和系統(tǒng)功能要求，進行軟硬件設計。在硬件設計中，主要進行了DSP最小系統(tǒng)、電流和轉子位置檢測電路、IR2130驅動電路等方面電路的設計。在軟件設計中，主要設計出了主程序和A/D中斷程序。其中，主程序包括DSP系統(tǒng)設置、變量初始化、電機正反轉選擇、電機啟動、速度計算及顯示等方面程序；A/D中斷程序包括反電動勢計算、換相時刻計算、電流轉速調節(jié)子程序等方面程序。 最后，經實驗結果表明，電機啟動快速、穩(wěn)定，具有較寬的調速范圍。同時，該系統(tǒng)還具有結構簡單、可靠性高等特點，具有廣泛的應用前景。
標簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流電動機
上傳時間： 2013-07-08
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交流伺服技術是研制開發(fā)各種先進的機電一體化設備，如工業(yè)機器人、數控機床、加工中心等的關鍵性技術，但是要提高交流伺服系統(tǒng)的控制性能關鍵在于伺服控制器對電機動態(tài)和靜態(tài)響應的控制，要獲得良好的電機動、靜態(tài)性能關鍵在于伺服控制器的控制算法。為此，本文開展了主要針對電機控制算法中的PID控制器參數整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關項目為支撐。 本論文在查閱大量文獻資料的基礎上，掌握了系統(tǒng)構成和基本控制原理，并分析了國內交流伺服存在的問題，設計了基于TI公司電機數字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元；基于三菱公司智能化功率器件IPM設計了控制器的功率單元；以及電源單元和相關電路的保護單元。 基于電機矢量控制原理，構建了永磁同步電機的矢量控制模型，在原有研究的基本PID控制基礎上，根據模糊控制的基本原理，研究了應用于電機控制的模糊參數自整定PID控制器設計原理，構建模糊參數自整定PID控制器的數學模型，并進行該系統(tǒng)的仿真研究和實際應用程序設計。 本文的重點是闡述模糊參數自整定PID控制器的設計原理和方法，利用基于模糊參數自整定PID控制器的交流伺服系統(tǒng)仿真模型，應用Matlab/Simulink仿真軟件平臺驗證模型和算法的正確性，并與常規(guī)PID控制性能進行對比分析。在實際硬件平臺驗證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過仿真和實際結果對比得出結論，模糊參數自整定PID控制器可以提高交流伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。
上傳時間： 2013-04-24
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變頻器在各行各業(yè)中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、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(xiàn)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(yè)變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業(yè)變頻器系統(tǒng)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(qū)產生的原因及其影響，以及死區(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)狀態(tài)處理程序、PWM發(fā)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(xiàn)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(qū)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(xiàn)。 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(tǒng)所需的反激式開關電源。整個系統(tǒng)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(xiàn)的直通現(xiàn)象等。最終完成了工業(yè)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?zhèn)鹘y(tǒng)串級調速系統(tǒng)中的不控整流橋后，系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)能夠比傳統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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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無功補償對于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行與穩(wěn)定性來說是必不可少的。靜止無功發(fā)生器(SVG)經過了三十多年的發(fā)展,已經在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優(yōu)越的動態(tài)性能,可以大大提高電力系統(tǒng)的電壓調整能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性,進而提高電力系統(tǒng)的輸電能力。在我國,充分發(fā)揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發(fā)展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結構進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩(wěn)態(tài)數學模型和標幺值數學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現(xiàn)。接下來研究比較了SVG的兩種傳統(tǒng)控制策略,介紹了幾種PWM觸發(fā)技術,其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統(tǒng)電流間接閉環(huán)控制算法的SVG進行了系統(tǒng)級仿真實現(xiàn),在與電流直接控制的SVG仿真結果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結合以上算法各自的優(yōu)缺點、電網本身的大擾動和電力系統(tǒng)對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環(huán)的控制方法。其中電流內環(huán)采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據系統(tǒng)數學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環(huán)則采用系統(tǒng)動態(tài)電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環(huán)節(jié)的控制算法進行了仿真,并針對外環(huán)控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優(yōu)越性,為基于雙閉環(huán)控制的SVG系統(tǒng)級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的SVG進行了仿真實現(xiàn),并對在電網不同情況下的補償效果與傳統(tǒng)電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結果表明該控制方式具有更好的動態(tài)性能。
標簽： 無功發(fā)生器 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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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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勵磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)控制的重要組成部分，它直接影響著發(fā)電機的運行可靠性、經濟性和電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。勵磁系統(tǒng)性能的優(yōu)化與控制策略的研究，對發(fā)電機乃至整個電力系統(tǒng)的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發(fā)電機的技術特點，全面論述了勵磁系統(tǒng)主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統(tǒng)的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調節(jié)單元軟硬件的實現(xiàn)進行研究，以滿足發(fā)電機在不同運行工況下對勵磁系統(tǒng)控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優(yōu)勵磁控制理論的基礎上，客觀分析了兩種控制方式的優(yōu)點與不足，綜合二者的優(yōu)點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現(xiàn)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，綜合勵磁控制器的性能更優(yōu)越，其提高了勵磁系統(tǒng)的控制精度，改善了機組運行的穩(wěn)定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數學推理與軟件實現(xiàn)；根據機組的運行結果可知，該算法的改進不僅解決了傳統(tǒng)PSS的反調問題，而且優(yōu)化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發(fā)電機park微分方程，推導了發(fā)電機起勵與滅磁的數學方程。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發(fā)電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果，并對結果進行客觀地分析，得出了有用的結論。
上傳時間： 2013-04-24
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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。通過光伏并網發(fā)電系統(tǒng)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(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，分析對比并網電流的各種控制方式，確定采用滯環(huán)比較方式對并網電流進行控制，為了使并網電流穩(wěn)定可靠地向電網送電，采用雙閉環(huán)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(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)的參數優(yōu)化方案，為AFDPF檢測盲區(qū)的分析提供理論依據。 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。
標簽： 光伏并網 發(fā)電系統(tǒng) 控制策略
上傳時間： 2013-07-14
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蓄電池作為一種儲能設備，廣泛應用于國民經濟的各個部門。近幾年來，電動汽車行業(yè)迅速發(fā)展，對于純電動汽車蓄電池是唯一的動力源，需要定期的滿充滿放的維護來提高電池性能，同時測量電池實際安時數。蓄電池的充放電技術與蓄電池相伴而生，與蓄電池的發(fā)展和應用有著密切的關系。充放電系統(tǒng)性能直接影響著蓄電池的技術狀態(tài)，使用壽命，并決定著放電時對電網污染的程度。 目前，大功率蓄電池充放電系統(tǒng)仍大量采用晶閘管移相控制技術，該技術具有技術成熟，價格低廉的優(yōu)點，但網側功率因數低，對電網的污染大。而消除電網諧波污染、提高功率因數是電力電子領域研究的重大課題之一。本文為大功率鋰離子蓄電池充放電設計的系統(tǒng)采用電壓型PWM整流器和雙向DC/DC變換器的結構，在實現(xiàn)能量雙向流動的同時，實現(xiàn)網側電流波形的正弦化控制，具有節(jié)能，對電網污染小等優(yōu)點。 本文設計了主電路參數并在MATLAB/Simulink環(huán)境下進行了仿真。本文還提出了以MC9S12D64為核心的雙向DC/DC變換器控制板和控制器的硬件、軟件的完整的設計方案。充電采用恒流充電和恒壓充電相結合的控制策略，實現(xiàn)單體電池電壓控制，提高了充放電控制性能和安全性。充放電系統(tǒng)樣機測試結果表明：滿載時，系統(tǒng)效率80％以上，功率因數99％以上，諧波含量5％以下，滿足設計要求，驗證了系統(tǒng)設計的可行性。
標簽： 大功率 充放電系統(tǒng) 鋰離子蓄電池
上傳時間： 2013-06-27
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