隨著電力電子技術的發展，交流電源系統的電能質量問題受到越來越多的關注。傳統的整流環節廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網注入了大量的諧波及無功，造成了嚴重的污染。提高電網側功率因數以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數校正技術是減小用電設備對電網造成的諧波污染，提高功率因數的一項有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分： 1.分析了單位功率因數三相橋式整流的工作原理，這種整流拓撲從工作原理上可以分成兩部分：功率因數補償網絡和常規整流網絡。在此基礎上，為整流電路建立了精確的數學模型。 2.這種單位功率因數三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的，當負載發生變化時，其功率因數會降低。針對這種情況，提出了一種新的控制方法。常規整流網絡向電網注入的諧波可以由功率因數補償網絡進行補償，所以輸入功率因數相應提高。負載消耗的有功由電網提供，補償網絡既不消耗有功也不提供任何有功。根據功率平衡理論，可以確定參考補償電流。雙向開關的導通和關斷由滯環電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關工作在高頻下，因此輸入電感值相應降低。仿真和實驗結果都表明：新的控制方法下，負載變化時，輸入電流仍接近于正弦，功率因數接近1。 3.根據IEEE-519標準對諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數、有功消耗等性能指標，并進行優化，推導出最優電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優電流補償增益和相移的電流補償濾波器，得到補償后期望的電網電流，驅動雙向開關導通和關斷。仿真和實驗都收到了滿意的效果，使這一整流橋可以工作在較寬的負載范圍內。 4.單位功率因數三相橋式整流中直流側電容電壓隨負載的波動而波動，為提高其動、靜態性能，將簡單自適應控制應用到了直流側電容電壓的控制中，并提出利用改進的二次型性能指標修改自適應參數的方法，可以在實現對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大，與常規的PI型簡單自適應控制相比在適應律的計算中引入了控制量的增量和狀態誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側電壓設計了控制器，并進行了仿真與實驗研究，結果表明與PI型適應律相比，新的控制器能提高系統的動態響應性能，負載變化時系統的魯棒性更強。
上傳時間： 2013-06-15
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無功補償對于現代電力系統的運行與穩定性來說是必不可少的。靜止無功發生器(SVG)經過了三十多年的發展,已經在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優越的動態性能,可以大大提高電力系統的電壓調整能力和系統穩定性,進而提高電力系統的輸電能力。在我國,充分發揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發展概況,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的穩態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。接下來研究比較了SVG的兩種傳統控制策略,介紹了幾種PWM觸發技術,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電流間接閉環控制算法的SVG進行了系統級仿真實現,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缺點、電網本身的大擾動和電力系統對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的控制方法。其中電流內環采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據系統數學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環則采用系統動態電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環節的控制算法進行了仿真,并針對外環控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優越性,為基于雙閉環控制的SVG系統級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環系統的SVG進行了仿真實現,并對在電網不同情況下的補償效果與傳統電流間接控制的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性能。
上傳時間： 2013-04-24
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矢量控制變頻調速系統是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統，并實現了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統的軟件部分，給出了調速系統的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節器來代替傳統的PI調節器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統具有良好的動靜態性能，運行穩定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統。
上傳時間： 2013-05-25
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本課題來源于企業委托開發項目：大功率兩電平矢量控制變頻器的開發。課題以感應電動機變頻調速系統的產品化開發為目標，對感應電動機參數離線辨識技術和控制器進行了研究和試驗。本人除了參加整體系統的設計和制作任務外，獨立完成了參數離線辨識工作。文章介紹了一種實用的參數離線辨識方法，在綜合各種控制策略基礎上給出了一套基于DSP的數字化解決方案，通過整機進行了軟硬件調試，實現了設計目標。為產品化打下一定的基礎。 論文第1章介紹了矢量控制以及坐標變換，分析了電動機參數對矢量控制的影響，通過Matlab仿真了電動機參數變化對變頻器輸出的影響。 第2章對辨識主要介紹了參數辨識的算法，對感應電機靜態數學模型進行了化簡，得到各個參數與電壓電流之間的關系方程。通過單相直流試驗和單相交流試驗辨識電動機參數。采用迭代算法計算出非線性方程的數值，還介紹了一種基于電壓電流瞬時值計算電動機功率因數的方法。 第3章對控制器進行了研究，對當前比較先進的自抗擾控制，自適應控制，基于非線性的逆控制等控制策略進行了綜述。最后對基于PI轉速調節器的間接矢量控制系統進行了仿真，并給出了仿真結果。 第4章介紹了實驗室自主開發的基于TI公司DSP TMS320F2812的通用交流調速試驗裝置。根據通用試驗裝置的設計要求設計了控制板電路，電源板電路，功率板電路等電路，進行了調試，并應用到試驗之中，性能達到要求。 第5章介紹了整個系統的功能軟件設計和功能試驗結果，給出了部分程序流程圖和裝置的基本功能試驗波形。 最后就課題的研究進行了整體總結，為將來的后續研究提出建議。
上傳時間： 2013-06-25
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隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩態性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優勢。通過比較PI控制和狀態反饋控制，選取全狀態反饋來達到對系統的穩定控制。 將電網處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統閉環期望極點設計了控制系統。為消除電網這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網輸入的建模考慮進了觀測器，消除了電網輸入對狀態估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網側電感上，從而使對系統基于狀態空間的建模產生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩態指標，對狀態反饋后的系統設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統模型，進行了仿真；并對動靜態性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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本文以感應加熱電源為研究對象，闡述了感應加熱電源的基本原理及其發展趨勢。對感應加熱電源常用的兩種拓撲結構--電流型逆變器和電壓型逆變器做了比較分析，并分析了感應加熱電源的各種調功方式。在對比幾種功率調節方式的基礎上，得出在整流側調功有利于高頻感應加熱電源頻率和功率的提高的結論，選擇了不控整流加軟斬波器調功的感應加熱電源作為研究對象。針對傳統硬斬波調功式感應加熱電源功率損耗大的缺點，采用軟斬波調功方式，設計了一種零電流開關準諧振變換器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant)倍頻式串聯諧振高頻感應加熱電源。介紹了該軟斬波調功器的組成結構及其工作原理，通過仿真和實驗的方法研究了該軟斬波器的性能，從而得出該軟斬波器非常適合大功率高頻感應加熱電源應用場合的結論。同時設計了功率閉環控制系統和PI功率調節器，將感應加熱電源的功率控制問題轉化為Buck斬波器的電壓控制問題。 針對目前IGBT器件頻率較低的實際情況，本文提出了一種新的逆變拓撲-通過IGBT的并聯來實現倍頻，從而在保證感應加熱電源大功率的前提下提高了其工作頻率，并在分析其工作原理的基礎上進行了仿真，驗證了理論分析的正確性，達到了預期的效果。另外，本文還設計了數字鎖相環(DPLL)，使逆變器始終保持在功率因數近似為1的狀態下工作，實現電源的高效運行。最后，分析并設計了IGBT的緩沖吸收電路。 本文第五章設計了一臺150kHz、10KW的倍頻式感應加熱電源實驗樣機，其中斬波器頻率為20kHz，逆變器工作頻率為150kHz(每個IGBT工作頻率為75kHz)，控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片，簡化了系統結構。實驗結果表明，該倍頻式感應加熱電源實現了斬波器和逆變器功率器件的軟開關，有效的減小了開關損耗，并實現了數字化，提高了整機效率。文章給出了整機的結構設計，直流斬波部分控制框圖，逆變控制框圖，驅動電路的設計和保護電路的設計。同時，給出了關鍵電路的仿真和實驗波形。 實驗證明，以上分析和電路設計都是行之有效的，在實驗中取得很好的效果。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著能源消耗的不斷增長和生態環境的日益惡化，世界各國都在積極尋找一種可持續發展且無污染的新能源。太陽能作為一種高效無污染的新能源，尤其受到人類的重視。近年來，許多國家都非常重視發展太陽能光伏發電系統，光伏并網發電技術已成為太陽能光伏應用的主流。本文對光伏并網發電系統進行了詳細介紹，并對其控制方法進行了研究。太陽能光伏并網發電系統的兩大核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。其次，本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩定性，設計采用逐步逼近法實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。再次，基于光伏并網逆變器的控制目標，研究了光伏并網逆變器的常用控制方法，參考國內外資料，選擇重復-PI控制作為光伏并網逆變器的控制策略。最后，基于TMS320LF2407高速數字信號處理器，設計光伏并網發電系統，給出系統的硬件參數和軟件流程圖，并針對實驗和仿真波形進行分析。
上傳時間： 2013-06-06
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目前以IGBT為開關器件的串聯諧振感應加熱電源在大功率和高頻下的研究是一個熱點和難點,為彌補采用模擬電路搭建而成的控制系統的不足,對感應加熱電源數字化控制研究是必然趨勢。本文以串聯諧振型感應加熱電源為研究對象,采用TI公司的TMS320F2812為控制芯片實現電源控制系統的數字化。 首先分析了串聯諧振型感應加熱電源的負載特性和調功方式,確定了采用相控整流調功控制方式,接著分析了串聯諧振逆變器在感性和容性狀態下的工作過程確定了系統安全可靠的運行狀態。本文設計了電源主電路參數并在Matlab/Simulink仿真環境下搭建了整個系統,仿真分析了串聯諧振型感應加熱電源的半壓啟動模式及鎖相環頻率跟蹤能力和功率調節控制。 針對感應加熱電源的數字控制系統,在討論了晶閘管相控觸發和鎖相環的工作原理及研究現狀下詳細地分析了本課題基于DSP晶閘管相控脈沖數字觸發和數字鎖相環(DPLL)的實現,得出它們各自的優越性,同時分析了感應加熱電源的功率控制策略,得出了采用數字PI積分分離的控制方法。本文采用TI公司的TMS320F2812作為系統的控制芯片,搭建了控制系統的DSP外圍硬件電路,分析了系統的運行過程并編寫了整個控制系統的程序。最后對控制系統進行了試驗,驗證了理論分析的正確性和控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-05-25
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風能作為一種清潔可再生能源，發展迅速，已經成為世界新能源最主要的發展方向之一。本文以863計劃項目"MW級風力發電機組電控系統研制"為研究背景，介紹了1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發電系統，研究了變流系統中逆變器的控制方法。 本文首先對風力發電進行了概述，介紹了我國和世界風電發展狀況以及技術發展趨勢。當今風力發電技術，大功率直驅化和雙饋是兩個發展方向，本課題1.2MW風力發電系統就是采用了永磁同步電機加交直交變流系統的結構模式，中間省去了齒輪箱，減少了維護，具有較好的發展前景。 論文第二章首先對風輪機葉片的空氣動力特性進行了分析，介紹了不同風速下風力發電機的控制策略。就直驅技術與變速箱/感應電機技術--目前風力發電領域變速恒頻技術的兩大發展方向作了較為詳細的介紹分析。 在變流系統中，逆變并網是重要的環節，起到了將電能傳輸到電網的作用。文章中重點分析了三相并網逆變器的主電路結構、原理和工作方法，并進行了理論推導和公式說明。 本文對1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發電系統的主電路參數的選擇作了理論推導和計算，包括主電路直流側電容，網側電感，三重化升壓電感，網側濾波電容等，還確定了斬波和逆變部分所采用的開關管和六相整流所采用的二極管，并在額定正常工作情況下，分別計算斬波和逆變部分開關管的損耗和開關管的結溫。 本課題采用瞬時電流法對并網逆變器進行控制。在實驗中上確定了電壓外環和電流內環的PI參數，順利完成了閉環控制實驗。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根據控制流程圖對其控制進行了軟硬件設計，實現了控制板上的信號采集、運算、故障檢測、電路驅動等功能。并進行了小功率試驗，得到了較好的電壓電流波形，并對波形進行了詳細分析，驗證了本文采用方法的正確性。
上傳時間： 2013-07-06
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開關電源具有體積小、重量輕、效率高、發熱量低、性能穩定等優點，廣泛應用于電子整機與設備中，在以往的AC-DC電路中，由二極管組成的不可控整流器與電力網相接，為在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率而污染電網，使得功率因數較低。為了提高AC-DC電路輸入端的功率因數，采用了功率因數校正。 本文采用TMS320F2812實現開關電源的功率因數校正，分析了DSP實現功率因數校正的控制方法和具體實現，對于軟件中參數的標么值實現進行了理論推導，為了使輸出功率在輸入電壓變化的一定范圍內保持不變，采用了前饋電壓，對于數字PI調節環采用了抑制積分飽和的方法，以防止系統失控。 論文中通過對AC-DC整流電路和加入Boost功率因數校正后的電路進行了Matlab的仿真，通過輸入電壓和輸入電流波形的比較，可以很容易地看到功率因數的提高。 在具體的電路實現中，采用霍爾元件檢測輸入電感電流、輸入電壓和輸出電壓，經過DSP的A/D采樣后，在DSP內部經過程序計算，輸出PWM波形驅動MOSFET的開通與關斷，使輸入電感電流波形與輸入電壓波形一致。 本文實現了系統仿真，給出了仿真波形，分析了硬件設計電路并完成了電路的局部仿真，軟件編程方面給出了主程序和各個子程序的軟件流程圖，提出了以后研究的方向。
上傳時間： 2013-06-17
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