随着世界能源危机的到来，太阳能光伏发电在能源结构中正在发挥着越来越大的作用。而太阳能光伏发电系统的核心部件并网逆变器的性能还需要进一步提高。为了迎合市场上对高品质、高性能、智能化并网逆变器的需求，我们将ARM+DSP架构作为并网逆变器的控制系统。本系统集成了ARM和DSP的各自的强大功能，使并网逆变器的性能和智能化水平得到了显著提高。本论文是基于山东大学鲁能实习基地“光伏并网逆变器项目”，目前已经试制出样机。本人主要负责并网逆变器控制系统的软硬件设计工作。本文主要研究内容有： @@ 1．本并网逆变器采用了内高频环逆变技术。文中详细分析了这种逆变器的优缺点，进行了充分的系统分析和论证。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink软件对并网逆变器的控制算法进行仿真，包括前级DC-DC变换的控制算法以及后级DC-AC逆变的控制算法。通过仿真验证了所设计算法的可行性，对DSP程序开发提供了很好的指导意义。 @@ 3．本文将ARM+DSP架构作为逆变器的控制系统，并设计了相应的硬件控制系统。DSP控制板硬件系统包括AD数据采集、硬件电流保护、电源、eCAN总线，SPI总线等硬件电路。ARM板硬件系统包括SPI总线、RS232总线、RS480总线、以太网总线、LCD显示、实时时钟、键盘等硬件电路。 @@ 4．本文设计和实现了两种最大功率点跟踪控制算法：功率扰动观察法或增量电导法；孤岛检测方法采用被动式和主动式两种检测方式，被动式所采用的方法是将过/欠电压和电压相位突变检测相结合的方式，主动式采用正反馈频率偏移法；为了实现并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，使用了软件锁相环控制技术。本文分别给出了以上各种算法的控制程序流程图。 @@ 5．本文也给出了AD数据采集、eCAN总线、RS232、RS485、以太网、PWM输出等程序流程图，以及DSP和ARM之间的SPI总线通信程序流程图。并且分别给出了ARM管理机控制系统主程序流程图和DSP控制机控制系统主程序流程图。 @@ 6．最后对并网逆变器样机进行实验结果分析。结果显示：该样机基本上实现了本文提出的设计方案所应完成的各项功能，样机的性能比较理想。 @@关键词：太阳能光伏；并网逆变器；SPWM； DSP； ARM
上传时间： 2013-07-02
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世界能源危机和环境恶化促使开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类当前的首要任务。而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步，光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充，更具备成为未来主要能源的潜力。当前，光伏发电不断向低成本、高效率和高功率密度方向发展，太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。 @@ 本文主要工作是研究一种光伏发电并网/独立双模式逆变器的控制策略，这种逆变器不仅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章对光伏发电应用形式和并网逆变器的分类进行了阐述，综合考虑可靠性、工作效率和成本，选择两级全桥结构逆变器作为研究对象，该拓扑结构多应用于小型并网逆变器。 @@ 通过分析比较各种电流控制方式，选择单极性SPWM控制方式来产生本文逆变器控制信号。根据系统具体情况，在不同的运行模式下应用不同的控制策略。并网运行时，电网决定逆变器的输出电压，逆变器看作电流源，采用电流双闭环控制输出电流；独立运行时，逆变器采用电流电压闭环控制输出电压。并利用MATLAB Simulink对两种模式下工作的单相和三相逆变器进行仿真。依据瞬时无功理论，提出一种应用在三相电路的软件锁相环，仿真结果显示该锁相环锁相效果良好。 @@ 双模式逆变器在两种模式间切换的时候，容易对负载、电网和电源本身造成冲击和干扰，需要采取有效的切换控制方法来减少这种影响。本文详细分析了独立模式和并网模式之间切换过程，并对不同的切换顺序进行比较，并给出一种两种模式间无缝切换的控制方法。利用MATLAB Simulink对单相和三相逆变器两种模式间切换过程进行建模仿真，结果证明了这种模式切换方法的可行性。 @@ 介绍了以DSP（TMS320F2812）为核心的控制电路，并对部分硬件设计进行了分析，给出了部分软件流程图。 @@关键字：光伏发电系统；逆变器；并网运行；独立运行；无缝切换
上传时间： 2013-04-24
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风能作为一种清洁可再生能源，迅速发展，已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。风力发电系统按照容量可以分为小型风力发电系统和大型风力发电系统，按照是否并网又分为离网系统和并网系统，文章着重研究小型并网风力发电系统。 本文在分析国内外风力发电系统的现状以及风电产业现状的基础上，研究了风力发电系统的总体结构、风力机的主要机型以及发电系统的分类。通过研究风力机和永磁同步发电机各自的特性，基于它们的数学模型分别建立了各自的仿真模型。基于上述仿真模型，分别建立了整个电压源型逆变器并网风力发电系统和电流源型逆变器并网风力发电系统的仿真模型。 在风力发电并网系统中，并网逆变器是核心部分，可以分为电流源型逆变器和电压源型逆变器。本文研究了三相电压源型逆变器实现并网所采用的控制方法，包括空间矢量调制法和锁相环技术。针对电流源型并网逆变器风力发电系统，研究了PWM电流源型整流器的空间矢量调制和PWM电流源型逆变器的三种脉宽调制策略。 文中电压源型逆变器并网风力发电系统的仿真模型，采用BOOST变换器稳定逆变器输入直流电压，采用SPWM方法控制电压源型逆变器实现风机的并网；在电流源型逆变器并网风力发电系统仿真模型中，用空间矢量调制方法控制PWM电流源型整流器和用SPWM控制电流源型逆变器的方法实现了系统的并网。本文对采用的控制方法进行了仿真验证，比较了两种并网系统的并网优缺点，最后对两种并网逆变器的区别进行了总结。
上传时间： 2013-06-29
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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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本文以滤波技术飞速发展，小波滤波优越性的凸现，以及虚拟仪器的易操作等良好特性为背景，以简单易行和滤波效果良好为研究目的，展开本文信号滤波处理的研究工作。 在深入研究三种小波滤波方法原理和优缺点的基础上，本文提出了一种新的优化滤波方法，包括以下三个方面： 首先，将静态小波变换(SWT)应用于滤波处理。利用SWT的平移不变性和冗余性来进行含噪信号的分解，这样不仅弥补了正交小波变换的不足，而且提高了滤波性能。 然后，提出了基于空域相关的优化阈值函数滤波算法。该算法把小波系数间的相关性应用于阈值滤波。它是在构造出基于空域相关的显著性函数和基于显著性函数的阈值滤波过程的基础上，提出了基于空域相关的优化阈值函数，并且把极小化广义交叉验证(GCV)得到均方差(MSE)意义下的最优阈值作用于该优化阈值函数。该滤波算法不仅实现了噪声的有效去除，而且信号的重要特征也保留完好； 最后，引入了新型锁相环--正交锁相环(QPLL)。鉴于QPLL不仅具有锁定范围宽、入锁速度快、锁定后精度高的性能，而且还具有良好的抑制谐波、噪声的能力，以及对波形畸变不敏感等良好特性，所以QPLL的引入达到了信号锁定和优化滤波的目的，使优化滤波方法的设计更具新意，而且取得了更好的滤波效果。 为了验证优化滤波方法，本文搭建了实验平台，它是由FPGA信号采集部分和LabVIEW软件滤波处理两个部分构成。通过传感器采集信号，经过A/D转换后送入FPGA。以FPGA为CPU控制A/D转换，并进行波形数据缓存，在接收到LabVIEW的命令后，将存储的数据送给串口。在LabVIEW中，从串口检测所需的波形数据，然后通过优化滤波方法将数据进行滤波处理，最后在前面板中把实验结果显示出来。 实验结果表明，该优化滤波方法不仅能实现优良的滤波功能，而且简单易行，是一种有效的滤波方法。
上传时间： 2013-07-20
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随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，具有重要的现实意义。 太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。 首先，本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型。 其次，本文对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较，提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性，设计采用改进的间歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出，以提高系统的性能和最大功率点跟踪速度。 再次，针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 随后，详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，研制完成1.5kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。
上传时间： 2013-05-18
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随着我国工业化进程加快，各种电力负荷迅速增加，造成了电网无功功率消耗增加，使电能的传输和利用效率降低，电能质量中的无功功率补偿问题变得越来越重要。静止无功发生器(STATCOM)作为柔性交流输电系统的重要装置之一，是无功功率补偿发展的趋势。 论文首先介绍并比较了现有的无功补偿装置，分析了STATCOM相对于其他无功补偿装置的优越性。总结了STATCOM的间接电流控制和直接电流控制两种控制方式，并对两种控制方式所衍生的几种控制结构进行了介绍，说明了其控制原理。 详细讨论了直接电流控制的几种控制结构，并建立了相应的仿真模型，进行了仿真和比较分析。研究了它们在稳态性能和动态性能上的优缺点。其中重点讨论了采用空间电压矢量调制方法(SVPWM)跟踪给定电压矢量，来控制STATCOM的电流产生，并且采用直流侧电压可变给定。仿真结果证明此种方法具有直流侧电压利用率高、降低功率器件的开关损耗、适应电网电压不对称的环境的优点。 介绍了基于FPGA和DSP硬件开发平台设计方法。对FPGA的控制软件编程设计进行了详细讨论，其中重点讨论了应用DSP builder。工具箱实现全数字三相锁相环和SVPWM控制模块的方法。
上传时间： 2013-04-24
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随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。 本文以实际项目为背景，详细地分析了30kVA三相光伏并网逆变电源的研制过程。论文的主要工作如下： 首先，概述了光伏发电的意义以及我国光伏产业的发展现状及前景；介绍了本课题的来源及其主要研究的内容；分析了三相逆变器的数学模型；总结了三相逆变器的各种抗三相不平衡的拓扑结构，从中选择了三相四桥臂作为逆变电源的主电路结构；对四桥臂的各种抗三相不平衡控制策略进行了比较，具体分析了二维空间矢量法的原理，考虑到实际的软硬件条件的限制，对该方法提出了进一步简化应用的方案。 接着，根据项目指标，研制了30kVA三相光伏逆变电源样机的主电路；采用了独立运行时为LC结构，并网运行时为LCL结构的滤波模式，并总结了滤波器参数设计的步骤，给出了滤波器的相关参数；独立地设计和研制了以TMS320F2812芯片为核心的主控板，以及液晶显示、保护、采样、锁相等控制电路，并总结了印制电路板设计中需要注意的事项。 随后，介绍了DSP的编程环境：详细地分析了显示键盘程序、七段式的电压空间矢量PWM程序以及相关的主程序和中断程序并给出了流程图；总结了编程注意事项；构思了光伏逆变电源并网运行的整个过程；具体地说明了锁相环和捕获单元的应用方法；概述了孤岛效应的产生与防治。 最后，设计了独立运行时的MATLAB仿真试验，在闭环中采用了最大误差控制法，取得了良好的仿真效果，并在此基础上，进行了30kVA三相光伏并网逆变电源样机的安装，顺利完成了独立运行的调试，并给出了实验波形。
上传时间： 2013-07-02
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本文以感应加热电源为研究对象，阐述了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对感应加热电源常用的两种拓扑结构--电流型逆变器和电压型逆变器做了比较分析，并分析了感应加热电源的各种调功方式。在对比几种功率调节方式的基础上，得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高的结论，选择了不控整流加软斩波器调功的感应加热电源作为研究对象。针对传统硬斩波调功式感应加热电源功率损耗大的缺点，采用软斩波调功方式，设计了一种零电流开关准谐振变换器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant)倍频式串联谐振高频感应加热电源。介绍了该软斩波调功器的组成结构及其工作原理，通过仿真和实验的方法研究了该软斩波器的性能，从而得出该软斩波器非常适合大功率高频感应加热电源应用场合的结论。同时设计了功率闭环控制系统和PI功率调节器，将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电压控制问题。 针对目前IGBT器件频率较低的实际情况，本文提出了一种新的逆变拓扑-通过IGBT的并联来实现倍频，从而在保证感应加热电源大功率的前提下提高了其工作频率，并在分析其工作原理的基础上进行了仿真，验证了理论分析的正确性，达到了预期的效果。另外，本文还设计了数字锁相环(DPLL)，使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作，实现电源的高效运行。最后，分析并设计了IGBT的缓冲吸收电路。 本文第五章设计了一台150kHz、10KW的倍频式感应加热电源实验样机，其中斩波器频率为20kHz，逆变器工作频率为150kHz(每个IGBT工作频率为75kHz)，控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片，简化了系统结构。实验结果表明，该倍频式感应加热电源实现了斩波器和逆变器功率器件的软开关，有效的减小了开关损耗，并实现了数字化，提高了整机效率。文章给出了整机的结构设计，直流斩波部分控制框图，逆变控制框图，驱动电路的设计和保护电路的设计。同时，给出了关键电路的仿真和实验波形。 实验证明，以上分析和电路设计都是行之有效的，在实验中取得很好的效果。
上传时间： 2013-05-20
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本课题是针对陕西美泰电气有限公司的一个开发研究项目。在国内,中频大功率感应加热电源虽然有许多研究,但是在控制方式上与选取的功率元件上却有不同,特别是针对DSP控制与选取IGBT作为功率元件的相关文献较少。数字化控制将是一种趋势,而IGBT控制灵活,驱动简单,从而将逐步取代晶闸管,GTO等元件。 本课题主要以并联谐振型感应加热电源为研究对象,采用了IGBT为功率开关元件的主电路,比较了直流调功和逆变调功的优缺点,最终选择了三相全控晶闸管整流的调功方式,同时也描述了重叠时间对逆变器的影响。计算分析了整流侧和逆变侧的必要参数以及并联谐振槽路的参数,本文在MATLAB/Simulink环境下建立了10kHz/500kW并联谐振型感应加热系统的仿真模型,对整流调功、锁相环频率跟踪、逆变器的启动等仿真波形进行了重点分析并得出结论。在此理论基础上,设计了基于DSPTMS320F2812 10kHz/500kW感应加热电源的控制器,其中重点研究了闭环调功控制系统、锁相环频率跟踪系统、重叠时间、整流侧晶闸管脉冲触发产生和相序判断以及逆变器启动的全数字化控制。同时,设计了过压过流保护电路以及外围采样电路、检测电路,特别是过压保护,本文给出了一种箝位思想并对此思想进行了仿真证明了其正确性和可行性,以便使电源和IGBT更安全的工作。最后,对本文所提出的控制方案进行实验验证,证明了本文理论计算分析的正确性和控制方案的可行性。
上传时间： 2013-06-09
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