作为新一代直流输电技术，基于电压源换流器的高压直流输电凭借其独特的技术优点取得了飞速的发展，并已在新能源发电系统联网、电网非同步互联、无源系统供电、无功补偿等场合得到实际工程应用。在我国，VSC-HVDC的研究尚处于起步阶段。本论文着重开展了VSC-HVDC技术的数学建模和控制策略的研究。论文的主要工作和取得的创新性成果如下： 1．建立了系统标么值模型，分析了VSC-HVDC的运行原理和稳态功率特性。明确了系统主电路参数对运行特性的影响，在此基础上提出了一种功率定义下的换流电抗、直流电压和直流电容以及频域下的交流滤波器参数设计方法。 2．设计了一种基于无差拍控制的VSC-HVDC直接电流离散控制器。针对控制系统存在的VSC电压输出能力限制、PI控制器积分饱和现象和离散采样时间延迟问题，提出了相应的解决方法，推导了其电流内环控制器与功率外环离散控制器的设计原则。 3．推导了换流站网侧与VSC交流侧功率节点以及换流电抗与损耗电阻上的瞬时功率方程，在此基础上提出了一种换流站网侧功率节点控制并补偿换流电抗与损耗电阻消耗二倍频功率的不平衡控制策略，设计了该控制策略下的双序矢量控制器模型。同时针对传统dq软件锁相环在电压不平衡时锁相速度慢的缺点，提出了一种基于前置相序分解的频率自适应dq锁相环，提高了不平衡控制算法的动态性能与稳态特性。 4．对VSC阀在交流电网低电压故障下的过流现象进行分析并提出了一种考虑正负序分量影响的指令电流限制器，保证了故障限流效果。分析比较了VSC阀电流裕度穿越法和指令电流限制器穿越法的特性，在此基础上提出一种结合正负序指令电流限制器与控制模式切换的交流电网低电压穿越控制方法，从而解决交流电网低电压故障时系统稳定与VSC过流问题。 5．在分析现有VSC-HVDC拓扑的基础上，从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构三个方面出发，将传统直流输电中常用的变压器隔离式多模块结构引入VSC-HVDC系统，并针对该模块级联式拓扑提出一种系统协调控制与模块独立运行相结合的新型控制策略。针对该拓扑下送端站存在的各模块直流侧电容电压均衡问题，提出了一种基于有功分量调节的直流侧电压控制方法。
上传时间： 2013-06-03
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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。双馈电机变速恒频(VSCF)发电是通过对转子绕阻的控制来实现的，而转子回路流动的功率是由发电机运行范围所决定的转差功率，因而可以将发电机的同步转速设定在整个运行范围的中间。如果系统运行的转差率范围为±30％，则最大转差功率仅为发电机额定功率的30％，因此交流励磁变换器的容量可大大减小，从而降低成本。该变换器如果加上良好的控制策略，则系统运行将具有优越的稳态和暂态运行性能，非常适用于风能这种随机性强的能源形式。本文对变速恒频双馈机风力发电系统的若干关键技术，如空载柔性并网、带载柔性并网、解列控制、最大功率点跟踪、电网电压不平衡运行、低电压故障穿越等问题进行了深入研究，论文的主要工作如下： 根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点，将电网电压定向的矢量控制方法应用在双馈发电机的并网发电控制上。研究了一种基于电网电压定向的双馈机变速恒频风力发电柔性并网控制策略，在变速条件下实现无电流冲击并网和输出有功、无功功率的解耦控制，建立了交流励磁发电机柔性并网及稳态运行的控制模型，对柔性并网及其逆过程的解列分别进行了仿真和实验研究。 提出了一种以向电网输送净电能最多为目标的最大功率点跟踪控制策略，在不检测风速情况下，能够自动寻找并跟随最大功率点，且不依赖风力机最佳功率特性曲线，提高了发电系统的净输出能力，具有良好的动、静态性能。仿真和实验结果证明了本控制策略的正确性和有效性。 对网侧变换器分别进行了幅相控制和直接电流控制策略的研究。结果表明：幅相控制策略简单实用，可以得到正弦波电流，且波形谐波小，实现了单位功率因数运行，但响应速度相对较慢；而直接电流控制策略具有网侧电流闭环控制，使网侧电流动、静态性能得到提高，实现对系统参数的不敏感，增强了电流控制系统的鲁棒性，但算法相对复杂。 在电网不平衡条件下，如果以传统的电网电压平衡控制策略设计PWM整流器，会使系统出现不正常的运行状态。为了提高三相PWM整流器的运行性能，本文对电网电压不平衡情况下三相PWM整流器运行控制策略进行了改进，研究了消除负序电流和抑制输入功率二次谐波的控制策略，实现了线电流正弦、负序输入电流为零及总无功功率输入为最小的目标。 为了提高VSCF风力发电系统的运行能力，本文对电网故障时双馈风力发电系统低电压穿越控制(LVRT)进行了研究，在不改变系统硬件结构的情况下，通过改变励磁控制策略来实现LVRT；在电网故障时使电机和变换器安全穿越故障，保持不脱网运行，提高系统的稳定性和安全性。
上传时间： 2013-07-09
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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用，已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一，是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点，如开关损耗大和共模电流大等，因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此，开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容： 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上，结合数学模型，分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害，给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上，提出一种新的共模电压抑制SVPWM；还阐述了死区产生的原因及其影响，以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源，对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计，是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制； 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上，根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法，将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段，逐渐编制相应的控制程序，并进行调试，并完成整个程序的编制和调试。此外，还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题，如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机，并且采用的是文章中研究的调制算法，效果良好，达到设计的目的； 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路，重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后，系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势，对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析，发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低，分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法，并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC，得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-07-09
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励磁系统是电力系统控制的重要组成部分，它直接影响着发电机的运行可靠性、经济性和电力系统运行的稳定性。励磁系统性能的优化与控制策略的研究，对发电机乃至整个电力系统的安全运行具有决定性的意义。 本文针对300MW同步发电机的技术特点，全面论述了励磁系统主电路拓扑及辅助电路的工作原理。为提高励磁系统的控制精度与实时性，本文以16位DSP为控制核心，对励磁调节单元软硬件的实现进行研究，以满足发电机在不同运行工况下对励磁系统控制性能的要求。 其次，本文在详细阐述PID+PSS控制和线性最优励磁控制理论的基础上，客观分析了两种控制方式的优点与不足，综合二者的优点引出了综合励磁控制的研究方法并在微机上成功实现。通过实验发现，综合励磁控制器的性能更优越，其提高了励磁系统的控制精度，改善了机组运行的稳定性。同时针对单参量PSS存在反调的不足，进行了算法改进，给出了加速功率型PSS的数学推理与软件实现；根据机组的运行结果可知，该算法的改进不仅解决了传统PSS的反调问题，而且优化了PSS抑制低频振荡的性能。 最后，本文利用发电机park微分方程，推导了发电机起励与灭磁的数学方程。在Matlab/Simulink仿真环境下，建立了起励与灭磁的仿真模型。给出了发电机自并起励、他励起励和故障灭磁的仿真结果，并对结果进行客观地分析，得出了有用的结论。
上传时间： 2013-04-24
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随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS)，是电动车产业化的关键。本课题配合“基于开关磁阻电机的电动汽车的研制”，研制适用于纯电动汽车的电池管理系统。 电池管理系统直接检测及管理电动汽车的储能电池运行的全过程，包括电池基本信息测量、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断几个方面。 本论文主要工作是研制适用于纯电动汽车的蓄电池管理系统。研究铅酸蓄电池二阶模型的建立与剩余容量的卡尔曼滤波估算方法。分析铅酸蓄电池的基本工作原理和影响蓄电池组剩余容量SOC(state of charge)的主要因素。 介绍了基于DSP2407的蓄电池组控制器的硬件平台，完成DSP小系统、电池数据采集电路、信号调理电路、CAN总线相关电路等硬件电路设计、调试、完善。独立完成系统所有软件设计，包括：主程序设计，电池基本信息检测子程序设计，电池剩余电量卡尔曼滤波估算程序设计，电池状态检测子程序设计，CAN收发子程序设计，EEPROM读写子程序设计。 最后，在电动汽车上搭建实验平台，将铅酸蓄电池组与设计的软硬件系统联合进行调试、试验。测得了相关数据。试验结果表明，本文介绍的电池管理系统硬件电路可靠、经济、抗干扰能力强。可以实现：电池电压、电流、温度的模拟量采集；剩余电量的计算和电池状态的判断；实时显示，故障时报警等BMS相关功能。
上传时间： 2013-06-11
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社会发展对内燃机车柴油机安全、节能、低污染等方面提出了更高的要求，传统的机械式控制已很难满足这些新要求。对机车柴油机采用电子控制技术成为当前提高柴油机乃至整车性能的一种有效方法。柴油机电子控制技术包含的范围很广，其中标定技术决定了电控系统中最佳控制参数的获取，从而影响着柴油机的工作性能，而喷油泵特性的标定是标定众多内容中首先要解决的问题，因此本文将机车柴油机电控系统中的油量特性标定作为研究重点，首先对电控单体泵的组成和原理进行了分析，确定了其作为机车应用的合理性；其次完成了电子燃油喷射控制单元的设计，并对其实验方法进行了研究。 喷油泵在匹配任何一种类型柴油机之前，其数学模型和控制特性应该基本确定，能不能使得被匹配的柴油机性能达到最佳水平，将取决于能否通过有效的标定方法来获得准确的喷油控制参数。本文在电子控制单元基本功能完成的基础上，充分利用现场总线技术的优势，在实现物理层和数据链路层接口的同时，针对标定应用进行了扩展，制订出一套完整的通信协议，并开发出上位机标定软件，使得电子控制单元与上位机之间建立起了良好的通信平台。标定系统的建立同时为机车故障诊断技术带来了新思路，本文提出了一种基于分布式机车控制网络的故障诊断策略，多个智能化节点可以共同来完成复杂的故障诊断操作，性能完备的网络构成和通讯协议使得大量故障信息的交互显得有条不紊。这种思路，对电控系统乃至整车的故障诊断技术的发展产生着深远的影响。 方案的确定，软硬件的设计，实验方法的分析，都必须结合真正的台架实验，在实验过程中不断的改进。本文最后，介绍了在机车厂单体泵试验台上进行的电磁阀驱动和油泵特性标定实验，从中获得了机车柴油机电控系统研究的宝贵经验，为后期的柴油机匹配实验打下了坚实的基础。
上传时间： 2013-04-24
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由于绝缘栅双极晶体管IGBT具有工作频率高、处理功率大和驱动简单等诸多优点,在电力电子设备、尤其是中大型功率的电力电子设备中的应用越来越广泛。但是,IGBT失效引发的设备故障往往会对生产带来巨大影响和损失,因此,对IGBT的失效研究具有十分重要的应用意义。 本文在深入分析IGBT器件工作原理和工作特性的基础上,采用双极传输理论联立求解电子和空穴的传输方程,得到了稳态时电子和空穴电流的表达式,对造成IGBT失效的各种因素进行了详细分析。应用MATLAB软件,对硅参数的热导率、载流子浓度、载流子寿命、电子迁移率、空穴迁移率和双极扩散系数等进行了仿真,深入研究了IGBT的失效因素,得到了IGBT失效的主要原因是发生擎住效应以及泄漏电流导致IGBT延缓失效的有用结论。并且,进行了IGBT动态模型的设计和仿真,对IGBT在短路情况下的失效机理进行了深入研究。 考虑到实际设备中的IGBT在使用中经常会发生反复过流这一问题,通过搭建试验电路,着重对反复过流对IGBT可能带来的影响进行了试验研究,探讨了IGBT因反复过流导致的累积失效的变化规律。本文研究结果对于正确判断IGBT失效以及失效程度、进而正确判断和预测设备的可能故障,具有一定的应用参考价值。
上传时间： 2013-08-04
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-06-11
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电力变压器性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。变压器绕组温度是变压器安全、经济运行以及使用寿命的决定性因素，已经成为变压器状态监测中健康隐患和故障发展的重要表现形式。通过对变压器绕组温度进行实时监测并判断其健康状况，以此来进行变压器的负荷调整和预知性维修，避免因绕组过热导致的变压器故障，可以提高变压器安全、经济运行水平，为电网安全运行带来重要保证。 传统的检测电力变压器温度的方法主要有红外温度检测、热电阻、热电偶温度检测等。红外测温为非接触测量，它只能测量变压器的表面温度，易受环境温度及周围磁场的干扰，且需人工操作，无法实现在线测量。对于热电阻、热电偶等测量法，在高频交变场中，导线会拾取噪声并由于涡流效应而发热。电导线的热导还会导致被测温度的扰动，测量效果不很理想。光纤光栅传感技术以其体积小、电绝缘、抗电磁干扰、易复用、传感信号可远距离传输、便于实现实时在线测量等优点，为电力变压器温度的测量提供了很好的技术手段。 本文在对国内外光纤光栅传感技术及其解调方案进行深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调所需的硬件和软件，并进行了实验研究。论文涉及的主要工作有： 介绍了光纤的基本结构、布拉格光栅的工作机理及其制作方法，分析了光纤布拉格光栅作为传感元件时的基本参数，推导了光纤布拉格光栅的温度传感模型；详细介绍了目前常用的布拉格光纤光栅解调技术。 重点分析了监测系统的硬件电路设计及其原理，主要有微控制器相关电路的设计、光电转换电路、前置放大及滤波电路、AD转换电路、以太网通讯电路及液晶显示电路等。在硬件平台的基础上设计并测试了相关模块的驱动，实现温度的实时采集和发送。主要工作包括uC/OS—Ⅱ在LPC2148上的移植，利用LwIP实现以太网通讯等。 最后，搭建了系统光路，对监测系统进行了测试，得到了有益的数据，为下一步工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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磁通反向电机(FRM)是一种新型的双凸极永磁(DSPM)电机,它把高磁能的永磁体放在定子极的表面,永磁体易于安装.随着转子旋转,FRM定子绕组所交链的永磁磁通改变极性,这意味着比磁通脉振产生更大的磁通变化.由于FRM的绕组利用率高、结构简单、转动惯量小及适于高速运转等优点,可广泛应用于汽车制造业、航空航天等工业领域.本文将从模型建立、分析方法、性能分析等方面对该电机进行深入研究.首先,为了解FRM基本理论和掌握其基本规律,写出FRM的基本方程式;由于电机的双凸极结构以及饱和和非线性的影响,整个系统为一强非线性系统.对该电机作适当简化,建立其线性数学模型,这样有利于对FRM的定性分析,弄清其内部的基本电磁关系和基本特性.讨论了绕组电感、绕组磁链、感应电动势及绕组电流、电磁转矩等静态特性,推导出FRM的功率密度计算公式.其次,为准确计算FRM性能,要考虑磁路饱和、铁磁材料的非线性以及永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响等因素,要建立FRM的非线性模型,提出用变网络等效磁路法进行分析.具体方法是建立FRM的非线性变网络等效磁路模型,推导等效磁路中各部分磁导的计算公式,用节点磁位法建立相应的方程,通过求解该非线性等效磁路方程,得到磁路各部分的磁通分布,进一步求得静态特性,计算出电磁参数.然后用FRM样机的实验结果验证理论分析的正确性.样机的理论分析结果同实验结果进行比较表明,本文所介绍的FRM变网络等效磁路模型具有较好的精度及通用性,基于等效磁网络模型的FRM电磁计算是可行的,计算结果是正确的.最后对磁通反向汽车发电机的功率密度进行分析.导出了磁通反向汽车发电机功率密度的计算公式,分析了影响电机功率密度的因素,并与电励磁汽车发电机进行了比较.
上传时间： 2013-07-30
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