在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天,新能源的開發(fā)與利用愈來愈受到重視。太陽能是當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注。而太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢,必將得到快速的發(fā)展。在并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器是系統(tǒng)中最末一級或唯一一級能量變換裝置,其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個并網(wǎng)型系統(tǒng)的性能和投資。按照不同的標準光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲結構分為很多種,本文主要研究單相非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器。 文章首先概述了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展情況并分析了當前國際金融危機對光伏產業(yè)的影響。其次,分析了當前國際市場上主要的光伏逆變器產品的特點,概括了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏陣列的配置。隨后,本文以單相全橋拓撲為模型分析了非隔離型并網(wǎng)系統(tǒng)在采用不同的PWM調制策略下的共模電流,指出了抑制共模電流需滿足的條件。對于全橋和半橋拓撲,分析了不同的濾波方式對共模電流抑制的影響??偨Y了能夠抑制共模電流的實用電路拓撲并提出了一種能夠抑制共模電流的新拓撲。對不同拓撲的損耗情況在文章中進行了比較。 對于非隔離型并網(wǎng)系統(tǒng)中的逆變器易向電網(wǎng)注入直流分量的問題,首先分析了直流分量產生的原因及其導致變壓器產生的直流偏磁飽和現(xiàn)象。在此基礎上,總結了抑制直流分量的方法,指出了半橋拓撲能夠抑制直流分量。對于并網(wǎng)電流的控制,工程上通常采用比例積分控制器,而比例積分控制器在理論上無法實現(xiàn)無靜差控制,因此,本文對能夠實現(xiàn)無靜差控制的比例諧振控制器進行了簡要分析。最后,在非隔離型1.5kW實驗平臺上對共模電流和直流分量的抑制方法進行了驗證。
標簽: 單相 光伏并網(wǎng) 非隔離型
上傳時間: 2013-07-30
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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(yōu)點取得了飛速的發(fā)展,并已在新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)非同步互聯(lián)、無源系統(tǒng)供電、無功補償?shù)葓龊系玫綄嶋H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(shù)學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創(chuàng)新性成果如下: 1.建立了系統(tǒng)標么值模型,分析了VSC-HVDC的運行原理和穩(wěn)態(tài)功率特性。明確了系統(tǒng)主電路參數(shù)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(shù)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(tǒng)存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現(xiàn)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(huán)控制器與功率外環(huán)離散控制器的設計原則。 3.推導了換流站網(wǎng)側與VSC交流側功率節(jié)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(wǎng)側功率節(jié)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(tǒng)dq軟件鎖相環(huán)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(huán),提高了不平衡控制算法的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)特性。 4.對VSC閥在交流電網(wǎng)低電壓故障下的過流現(xiàn)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(wǎng)低電壓穿越控制方法,從而解決交流電網(wǎng)低電壓故障時系統(tǒng)穩(wěn)定與VSC過流問題。 5.在分析現(xiàn)有VSC-HVDC拓撲的基礎上,從降低電力電子器件直接串聯(lián)數(shù)目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發(fā),將傳統(tǒng)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(tǒng),并針對該模塊級聯(lián)式拓撲提出一種系統(tǒng)協(xié)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(jié)的直流側電壓控制方法。
上傳時間: 2013-06-03
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在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天,風力發(fā)電已經(jīng)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(fā)電是通過對轉子繞阻的控制來實現(xiàn)的,而轉子回路流動的功率是由發(fā)電機運行范圍所決定的轉差功率,因而可以將發(fā)電機的同步轉速設定在整個運行范圍的中間。如果系統(tǒng)運行的轉差率范圍為±30%,則最大轉差功率僅為發(fā)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(tǒng)運行將具有優(yōu)越的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)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(fā)電系統(tǒng)的若干關鍵技術,如空載柔性并網(wǎng)、帶載柔性并網(wǎng)、解列控制、最大功率點跟蹤、電網(wǎng)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(jù)交流勵磁變速恒頻風力發(fā)電的運行特點,將電網(wǎng)電壓定向的矢量控制方法應用在雙饋發(fā)電機的并網(wǎng)發(fā)電控制上。研究了一種基于電網(wǎng)電壓定向的雙饋機變速恒頻風力發(fā)電柔性并網(wǎng)控制策略,在變速條件下實現(xiàn)無電流沖擊并網(wǎng)和輸出有功、無功功率的解耦控制,建立了交流勵磁發(fā)電機柔性并網(wǎng)及穩(wěn)態(tài)運行的控制模型,對柔性并網(wǎng)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(wǎng)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(fā)電系統(tǒng)的凈輸出能力,具有良好的動、靜態(tài)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(wǎng)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(xiàn)了單位功率因數(shù)運行,但響應速度相對較慢;而直接電流控制策略具有網(wǎng)側電流閉環(huán)控制,使網(wǎng)側電流動、靜態(tài)性能得到提高,實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的不敏感,增強了電流控制系統(tǒng)的魯棒性,但算法相對復雜。 在電網(wǎng)不平衡條件下,如果以傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓平衡控制策略設計PWM整流器,會使系統(tǒng)出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)。為了提高三相PWM整流器的運行性能,本文對電網(wǎng)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(xiàn)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(fā)電系統(tǒng)的運行能力,本文對電網(wǎng)故障時雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制(LVRT)進行了研究,在不改變系統(tǒng)硬件結構的情況下,通過改變勵磁控制策略來實現(xiàn)LVRT;在電網(wǎng)故障時使電機和變換器安全穿越故障,保持不脫網(wǎng)運行,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
上傳時間: 2013-07-09
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傳統(tǒng)開環(huán)運行的三相混合式步進電動機驅動系統(tǒng)中存在著振蕩和失步等不足之處。本文針對這種情況,通過對理想化三相混合式步進電動機數(shù)學模型的分析,把三相混合式步進電動機視為一種低速同步電動機。同時,結合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅動的工作原理,設計了基于數(shù)字信號處理器TMS320F2812的全數(shù)字三相混合式步進電動機正弦波細分驅動系統(tǒng)。 首先,本文從三相混合式步進電動機的數(shù)學模型出發(fā),對步進電動機的細分驅動方式進行了研究,分析了步進電動機連續(xù)均勻旋轉的工作機理。然后分析了步進電動機的運行特性及細分控制的必要性,進而分析了細分驅動對改善步進電動機運行性能的作用,并針對細分運行的一些不足之處,提出了均勻細分恒轉矩控制的方案。理論分析表明,在混合式步進電動機的三相定子繞組中通以互差120°的正弦波電流時,可得到類似同步機的轉矩特性,使電動機均勻旋轉。 本系統(tǒng)硬件電路以TMS320F2812為核心,采用正弦波細分和電流跟蹤型脈寬調制(PWM)技術實現(xiàn)三相混合式步進電動機的細分控制,使三相定子繞組電流嚴格跟蹤電流給定信號變化。應用IR公司的IR2130集成驅動芯片進行了步進電動機驅動系統(tǒng)的功率驅動環(huán)節(jié)的設計,節(jié)省了板上空間,減小了裝置體積。同時從裝置可靠性出發(fā),設計了一套安全可靠的硬件保護電路。 實驗結果表明,本文所設計的三相混合式步進電動機正弦波細分驅動器具有優(yōu)良的控制性能。細分運行時減弱了混合式步進電動機的低速振動和噪聲,使電動機運行平穩(wěn),并改善了其低頻運行性能。
上傳時間: 2013-06-27
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世界環(huán)境的日益惡化和傳統(tǒng)能源的日漸枯竭,促使了對新能源的開發(fā)和發(fā)展。具有可持續(xù)發(fā)展的太陽能資源受到了各國的重視,各國相繼出臺的新能源法對太陽能發(fā)展起到推波助瀾的作用。其中,光伏并網(wǎng)發(fā)電具有深遠的理論價值和現(xiàn)實意義,僅在過去五年,光伏并網(wǎng)電站安裝總量已達到數(shù)千兆瓦。而連接光伏陣列和電網(wǎng)的光伏并網(wǎng)逆變器便是整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關鍵。 本文根據(jù)逆變器結構以及光伏發(fā)電陣列特點,提出了基于DC-DC和DC-AC兩級并網(wǎng)逆變器的結構?;贒C-DC和DC-AC電路的相對獨立性,分別對DC-DC和DC-AC進行詳盡分析,并提出了新的控制策略。在DC-DC轉換器中,采用了Boost電路對太陽能陣列輸出電壓進行調制,并對系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。針對固定電壓法和擾動法跟蹤最大功率點的缺點,提出三點最小二乘最大功率點跟蹤的新算法,實驗證明了該算法能夠準確而迅速的跟蹤系統(tǒng)最大功率點,從而提高系統(tǒng)的利用率,穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出電壓。在DC-AC轉換器中,采用輸出電流控制,根據(jù)正弦脈沖寬度調制的缺點,提出空間矢量脈沖寬度調制方法對逆變器進行控制,從而提高直流側電壓的利用率,減少諧波?;赟VPWM的控制原理,建立系統(tǒng)模型,結果表明輸出電流與電網(wǎng)電壓保持同相位,從而證明了該控制算法的可行性。 在提出新的控制策略的基礎上,對2kW的三相并網(wǎng)逆變器進行硬件設計,包括主電路DC-DC和DC-AC,驅動電路以及電壓電流檢測電路,過零檢測電路等,為類似結構的光伏并網(wǎng)逆變器提供了設計參考。
標簽: 光伏并網(wǎng) 逆變器
上傳時間: 2013-07-16
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Sigma-Delta A/D轉換器利用過采樣,噪聲整形和數(shù)字濾波技術,有效衰減了輸出信號帶內的量化噪聲,提高了信噪比。與傳統(tǒng)的Nyquist轉換器相比,它降低了對模擬電路性能指標和元件精度的要求,簡化了模擬電路的設計,降低了生產成本。 本論文在對Sigma-Delta A/D轉換器原理研究的基礎上,基于TSMC0.18um工藝,采用1.8V工作電源,128倍的過采樣率,6.4MHz的采樣頻率,設計了一個主要應用于音頻信號處理的Sigma-Delta A/D轉換器,分辨率達到16位。在調制器的設計中,本文采用了多級噪聲整形MASH(2-1)級聯(lián)調制器結構,同時,考慮了各種非理想因素對系統(tǒng)性能的影響,在SDtoolbox工具的幫助下使用Simulink進行調制器系統(tǒng)設計。并使用Cadence Spectre對模塊電路進行設計仿真,包括運放,比較器,帶隙基準電壓源,CMOS開關,非交疊時鐘產生電路等。在數(shù)字抽取濾波器的設計中,采用了分級抽取技術,使用MATLAB軟件中的SPTool和FDATool工具對各級抽取濾波器進行優(yōu)化設計。并在原有的濾波器算法的基礎上,采用了CIC濾波器和半帶濾波器,設計出了運算量和存儲量都相對少的三級抽取濾波器系統(tǒng),大大降低了功耗和面積。 論文的仿真結果表明,所設計的Sigma-Delta A/D轉換器信噪比達到102.3dB,滿足系統(tǒng)需要的16位精度要求。 關鍵詞:Sigma-Ddta; 信噪比; 多級噪聲整形; 數(shù)字抽取濾波器
標簽: SigmaDelta 音頻 模數(shù)轉換器
上傳時間: 2013-06-27
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隨著電力電子技術的發(fā)展,對大功率、高性能的開關電源要求也越來越高。功率因數(shù)校正(PFC)技術是當前電力電子技術研究的熱點問題。大多數(shù)電力電子裝置通過整流器與電網(wǎng)接口,而傳統(tǒng)的二極管或晶閘管整流裝置會產生大量的諧波電流,對電網(wǎng)造成污染。許多國家和國際組織相繼制定了一系列限制用電設備諧波的標準。有源功率因數(shù)校正技術能夠有效的消除整流裝置的諧波,因此具有廣泛的應用前景。 本文首先分析了開關電源的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展要求,詳細地闡述了開關電源的基本構成和基本組態(tài)。然后研究了ZVT-Boost軟開關PFC電路的基本結構、基本工作原理及軟開關實現(xiàn)原理,在此基礎上確定了主電路結構,并制定了控制系統(tǒng)方案。 鑒于功率要求,本文采用兩級PFC電路。因此對常見的DC-DC變換器的拓撲結構、原理特性進行分析。并針對各自的變換器建立了簡化模型,基于所建立的模型分析了變換器的特性,列出各變換器的優(yōu)缺點及在設計開關電源時的選用原則。最后,對所設計的系統(tǒng)進行了仿真分析。 本文根據(jù)用戶的要求研究設計了一種大功率高性能開關電源。該開關電源分為前級和后級,前級為采用BOOST結構的單相有源功率因數(shù)校正電路,后級為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。最后研制出了實驗樣機,并給出了實驗樣機的功率因數(shù)校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
標簽: BOOST 變換器 高功率因數(shù)
上傳時間: 2013-04-24
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異步電動機的軟起動研究,是一項重要的研究課題。本文以分級變頻理論為基礎,利用數(shù)學分析的方法對分級變頻的子頻率系統(tǒng)進行了深入的研究,總結了各級子頻率系統(tǒng)的電壓相序情況以及最優(yōu)的觸發(fā)角度。并且對傳統(tǒng)異步電動機軟起動器的主電路結構進行了改進,提出了從較低頻率開始分五級起動的分級變頻調壓軟起動形式,而且各級子頻率的起動都能實現(xiàn)最優(yōu)的正序電壓組合,保證了起動轉矩的最大化。通過對分級變頻調壓軟起動形式的建模和仿真試驗,證明了此方法可以在降低起動電流的同時實現(xiàn)異步電機的高轉矩起動,驗證了此方法的有效性和可行性?;谝陨涎芯康某晒?,本文介紹了以TMS320LF2407ADSP芯片為核心的軟起動軟硬件設計方法。最后對本課題的進一步研究提出了展望。
上傳時間: 2013-04-24
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交錯并聯(lián)反激變換器具有電路結構簡單,控制方便等優(yōu)點,并且可以實現(xiàn)電氣隔離。但是其升壓比不高,變換器中主開關管電壓應力較大,且工作中開關管處于硬開關狀態(tài),限制了變換器的效率。 針對交錯并聯(lián)反激變換器所存在的問題,本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯(lián)反激變換器的優(yōu)點,兩個并聯(lián)單元互補工作,分擔功率損耗,輸出電壓的脈動頻率為主開關管的兩倍。不同的是,該變換器具有較高的升壓比,變換器中主開關管的電壓應力較小,克服了交錯并聯(lián)反激變換器的問題。在軟開關方面,變換器使用有源箝位軟開關電路,使主開關管與箝位開關管都實現(xiàn)了零電壓軟開關動作,提高了變換器的效率與使用壽命。因此,它與交錯并聯(lián)反激變換器相比,更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應用變換場合。 在該變換器的基礎上,針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大,本文還提出了經(jīng)過改進的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩,減小了二極管的電壓應力,提高了變換器的效率。 最后,本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關Boost變換器及其改進型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間: 2013-05-20
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逆變器作為光伏陣列和電網(wǎng)接口的主要設備,它的性能決定著整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。為了將光伏陣列產生的電能最大限度地饋入電網(wǎng),并提高其運行的穩(wěn)定度、可靠性和精確度,必須對并網(wǎng)逆變器的主電路拓撲選擇、濾波器參數(shù)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(fā)電的國內外發(fā)展現(xiàn)狀和應用前景,對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的種類、結構和并網(wǎng)標準進行了綜述。針對眾多適用于光伏并網(wǎng)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(wǎng)電壓220V的逆變器拓撲及其主電路參數(shù),對其輸出濾波器參數(shù)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(wǎng)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(wǎng)工作模式下的瞬時電流控制策略。根據(jù)選定的控制策略分別對其控制系統(tǒng)進行了建模和閉環(huán)參數(shù)設計,并利用Sabet軟件進行系統(tǒng)仿真,驗證了系統(tǒng)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(wǎng)逆變器輸出電流的控制,實現(xiàn)了光伏陣列的MPPT,并給出了設計方案和實驗驗證。 最后,根據(jù)以上分析結果,研制了一臺基于DSP控制的光伏并網(wǎng)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。
標簽: 單相 光伏并網(wǎng) 逆變器
上傳時間: 2013-04-24
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