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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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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高精度惯性加速度计能够实现实时位移检测，在当今民用和军用系统如汽车电子、工业控制、消费电子、卫星火箭和导弹等中间具有广泛的需求。在高精度惯性加速度计中，特别需要稳定的低噪声高灵敏度接口电路。事实上，随着传感器性能的不断提高，接口电路将成为限制整个系统的主要因素。 本论文在分析差动电容式传感器工作原理的基础上，设计了针对电容式加速度计的全差分开环低噪声接口电路。前端电路检测传感器电容的变化，通过积分放大，产生正比于电容波动的电压信号。 本论文采用开关电容电路结构，使得对寄生不敏感，信号灵敏度高，容易与传感器单片集成。为了得到微重力加速度性能，设计电容式位移传感接口电路时，重点研究了噪声问题和系统建模问题。仔细分析了开环传感器中的不同噪声源，并对其中的一些进行了仿真验证。建立了接口电路寄生电容和寄生电阻模型。 为了更好的提高分辨率，降低噪声的影响如放大器失调、1/f噪声、电荷注入、时钟馈通和KT/C噪声，本论文采用了相关双采样技术（CDS）。为了限制接口电路噪声特别是热噪声，着重设计考虑了前置低噪声放大器的设计及优化。由于时钟一直导通，特别设计了低功耗弛豫振荡器，振荡频率为1．5M。为了减小传感器充电基准电压噪声，采用两级核心基准结构设计了高精度基准，电源抑制比高达90dB。 TSMC 0．18μm工艺中的3．3V电压和模型，本论文进行了spectre仿真。 关键词：MEMS；电容式加速度计；接口电路；低噪声放大器；开环检测
上传时间： 2013-05-23
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统一潮流控制器(UPFC)作为一种典型的FACTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，能同时或选择地控制线路的基本参数(电压、阻抗、相角)，也可交替地控制线路上的有功和无功潮流，还可独立地提供可控的并联无功补偿。因此UPFC被认为是最有创造性，功能最强大的FACTS元件。 首先，本文详细分析了统一潮流控制器的基本结构和工作原理。采用开关函数法建立了电压源型变流器的数学模型，并推导了统一潮流控制器在abc三相坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型，该模型考虑到直流环节电容储能的动态变化过程，从而使其更适合于系统的动态特性分析。本文讨论的UPFC控制采用基于两相旋转坐标系下的非线性解耦控制方案，在UPFC的精确模型下具有可快速跟踪给定值的优点，且在dq坐标系下可以实现有功和无功功率的独立控制；在电容电压PI调节中加入电流反馈，使其更接近真实值。 其次，本论文在分析UPFC数学模型的基础上建立了UPFC在MATLAB平台上的仿真模型；然后利用MATLAB建立了三相环形电力系统，将UPFC模型应用到该系统中，着重研究了UPFC对电网电能质量的影响。首先研究了UPFC对故障系统中电网功率的影响以及UPFC对提高故障系统功率稳定性的作用；同时，对UPFC能够抑制无故障系统中系统接入电网时的功率冲击进行了研究。最后，通过仿真波形研究了UPFC对电网故障中电压跌落的补偿作用以及UPFC对正常系统电压的影响，结果发现，UPFC可以保持故障中的系统电压为正弦波。
上传时间： 2013-04-24
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静电除尘器是环保行业的重要设备，在工业粉尘的回收处理方面有着非常重要的应用。课题的主要内容是研制用于静电除尘的高频大功率高压直流电源，满足国内市场的需要。本文从实际应用的角度出发，对该高压直流电源进行研究并给出了主要研制过程。 第一章首先介绍了静电除尘器的工作原理和除尘器的电特性，然后介绍了几种当前工业界常用的除尘电源的供电方式，并指出了静电除尘电源的发展方向是高频逆变化。在分析了高频化静电除尘电源在国内外的研究现状和发展趋势后，结合课题的要求，提出了本文需要解决的问题。 第二章首先对逆变电路的功率变换技术进行了分析。接着分析了除尘电源采用PWM硬开关方式的电路特性，并利用PSpice软件进行了仿真分析，估算出了采用这种方式开关管的损耗。然后重点分析了采用串联负载串联谐振和LCC串并联负载串联谐振这两种谐振软开关工作方式时的电路特性，推导了电路所满足的条件。在利用PSpice软件仿真分析的基础上估算出了开关管的损耗。最后通过电路损耗和可行性的比较，选择LCC串并联负载串联谐振电流断续的软开关工作方式应用于大功率高频高压电源。 第三章首先确定了三相晶闸管可控整流，电压型全桥IGBT逆变，高频变压器升压和高压硅堆全桥整流的主电路拓扑结构。然后给出了高压直流电源的整流电路、逆变电路、主功率回路以及高频升压变压器的设计过程。整流电路的设计包括晶闸管的选取以及交流电抗器和直流母线滤波电容的设计；逆变电路选用IGBT并联来实现开关管，并详细分析了IGBT驱动器的选择以及在并联形式下的应用；主功率回路的设计主要是包括迭层母线板的设计。 第四章首先简单介绍了高压直流电源在静电除尘应用中的控制策略。然后详细分析了各部分保护电路的工作原理。 第五章给出了样机的实验结果和重要波形，验证了设计的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的发展，交流电源系统的电能质量问题受到越来越多的关注。传统的整流环节广泛采用二极管不控整流和晶闸管相控整流电路，向电网注入了大量的谐波及无功，造成了严重的污染。提高电网侧功率因数以及降低输入电流谐波成为一个研究热点。功率因数校正技术是减小用电设备对电网造成的谐波污染，提高功率因数的一项有力措施。本文所做的主要工作包括以下几部分： 1.分析了单位功率因数三相桥式整流的工作原理，这种整流拓扑从工作原理上可以分成两部分：功率因数补偿网络和常规整流网络。在此基础上，为整流电路建立了精确的数学模型。 2.这种单位功率因数三相桥式整流的输入电感是在额定负载下计算出的，当负载发生变化时，其功率因数会降低。针对这种情况，提出了一种新的控制方法。常规整流网络向电网注入的谐波可以由功率因数补偿网络进行补偿，所以输入功率因数相应提高。负载消耗的有功由电网提供，补偿网络既不消耗有功也不提供任何有功。根据功率平衡理论，可以确定参考补偿电流。双向开关的导通和关断由滞环电流控制确定。在这一方法的控制下，双向开关工作在高频下，因此输入电感值相应降低。仿真和实验结果都表明：新的控制方法下，负载变化时，输入电流仍接近于正弦，功率因数接近1。 3.根据IEEE-519标准对谐波电流畸变率的要求，为单位功率因数三相桥式整流提出了另一种控制方法。该方法综合考虑单次谐波电流畸变率、总谐波畸变率、功率因数、有功消耗等性能指标，并进行优化，推导出最优电流补偿增益和相移。将三相负载电流通过具有最优电流补偿增益和相移的电流补偿滤波器，得到补偿后期望的电网电流，驱动双向开关导通和关断。仿真和实验都收到了满意的效果，使这一整流桥可以工作在较宽的负载范围内。 4.单位功率因数三相桥式整流中直流侧电容电压随负载的波动而波动，为提高其动、静态性能，将简单自适应控制应用到了直流侧电容电压的控制中，并提出利用改进的二次型性能指标修改自适应参数的方法，可以在实现对参考模型跟踪的同时又不使控制增量过大，与常规的PI型简单自适应控制相比在适应律的计算中引入了控制量的增量和状态误差在k及k+1时刻的采样值。利用该方法为直流侧电压设计了控制器，并进行了仿真与实验研究，结果表明与PI型适应律相比，新的控制器能提高系统的动态响应性能，负载变化时系统的鲁棒性更强。
上传时间： 2013-06-15
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由于高频PWM整流器可以提供正弦化低谐波的输入电流，可控功率因数，及双向能量流动，因此得到越来越广泛的应用。网侧单电感滤波会带来一些问题，首先要想得到较好的滤波效果，必须增大电感值，这样系统的动态性能会变差，而且成本增加。另外，整流器的功率比较大时，交流侧的滤波的损耗也会增大。为了解决上述问题，本文研究了基于LCL滤波的高频PWM整流器。在交流侧应用LCL 滤波器可以减少电流中的高次谐波含量,并在同样的谐波要求下,相对纯电感型滤波器可以降低电感值的大小，提高系统的动态响应。 文章首先对高频PWM整流器的工作原理做了详细的介绍，并对基于L和LCL两种不同的滤波器，分别在ABC静止坐标系，αβ静止坐标系和dq旋转坐标系中建立了数学模型。文章中将L滤波的电压型三相PWM整流器的控制方法应用于LCL滤波情况。基于dq轴模型，提出了双闭环的控制策略，电流内环采用前馈解耦控制。为了提高电流的跟随性能，按照典型Ⅰ型系统设计电流调节器。为了提高电压环的抗干扰性，按照典型Ⅱ型系统设计电压调节器。 文章还详细讨论了LCL滤波器带来的谐振问题，以及参数设计方法，列出了实际系统LCL滤波器参数的设计步骤。文章在MATLAB/SIMULINK环境下建立了PWM整流器仿真模型对系统进行了仿真，按照文章提出的理论设计的仿真系统具有良好的动态和稳态性能。 文章最后基于TMS320LF2407A设计了整流器装置的控制系统硬件和软件，并得到了初步实验结果，能满足控制要求，从而验证了控制方案的正确性。
上传时间： 2013-07-01
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近年来，在电气传动领域中三电平变频器得到了广泛的应用。三电平逆变器拓扑结构的出现为高电压、大功率变频器的实现提供了一个有效的途径。研究和开发三电平大功率变频器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。本文围绕三电平大功率通用变频器的实用化技术进行了深入分析和研究。 论文首先介绍了三电平逆变器主电路的拓扑结构、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及调试中存在的问题和相关的解决方法。 中点电位不平衡是三电平拓扑结构的一个固有问题。针对这一问题，本论文分析了中点电压不平衡的根本原因，采用了一种基于滞环控制的电压平衡控制方法。该方法根据负载电流方向的不同组合，通过调整小矢量的冗余状态和作用时间，并充分考虑到中矢量对中点平衡的影响，动态调整两个电容器上的电压，同时，详细地分析了当参考电压矢量落到具有一种或两种冗余小矢量的小三角形区间时开关状态的选择、开关序列的顺序以及作用时间的分配。 基于载波的调制策略是三电平变频器采用的主要调制方式之一。本论文对所采用的基于载波的调制策略，作了深入分析，得出了相应的谐波特性。基于谐波总含量，对调制特性的优劣进行了比较，同时得出了不同载波调制策略输出电压谐波含量与调制度变化的对应关系，并通过实验和仿真对相关结果进行了验证。 主电路和控制电路的硬件设计将直接影响到变频器的运行性能。本论文介绍了在现场实际运行中变频器的主回路及其控制回路的硬件设计，采用理论计算与实践验证相结合的方法得出器件相关参数，并且针对变频器内外RCD缓冲电路在工作时所产生的电压不平衡作了分析，详细的给出了其缓冲吸收电路算法。 最后，把本文的部分研究结果应用于实际工业现场中，研制了690V/600kW的大功率中压变频器，给出了现场运行结果。运行结果表明该变频器输出波形良好，性能满足要求。
上传时间： 2013-08-04
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超声波电源广泛应用于超声波加工、诊断、清洗等领域，其负载超声波换能器是一种将超音频的电能转变为机械振动的器件。由于超声换能器是一种容性负载，因此换能器与发生器之间需要进行阻抗匹配才能工作在最佳状态。串联匹配能够有效滤除开关型电源输出方波存在的高次谐波成分，因此应用较为广泛。但是环境温度或元件老化等原因会导致换能器的谐振频率发生漂移，使谐振系统失谐。传统的解决办法就是频率跟踪，但是频率跟踪只能保证系统整体电压电流同频同相，由于工作频率改变了而匹配电感不变，此时换能器内部动态支路工作在非谐振状态，导致换能器功率损耗和发热，致使输出能量大幅度下降甚至停振，在实际应用中受到限制。所以，在跟踪谐振点调节逆变器开关频率的同时应改变匹配电感才能使谐振系统工作在最高效能状态。针对按固定谐振点匹配超声波换能器电感参数存在的缺点，本文应用耦合振荡法对换能器的匹配电感和耦合频率之间的关系建立数学模型，证实了匹配电感随谐振频率变化的规律。给出利用这一模型与耦合工作频率之间的关系动态选择换能器匹配电感的方法。经过分析比较，选择了基于磁通控制原理的可控电抗器作为匹配电感，通过改变电抗控制度调节电抗值。并给出了实现这一方案的电路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812为核心设计出实现这一原理的超声波逆变电源。实验结果表明基于磁通控制的可控电抗器可以实现电抗值随电抗控制度线性无级可调，由于该电抗器输出正弦波，理论上没有谐波污染。具体采用复合控制策略，稳态时，换能器工作在DPLL锁定频率上；动态时，逐步修改匹配电抗大小，搜索输出电流的最大值，再结合DPLL锁定该频率。配合PS-PWM可实现功率连续可调。该超声波换能系统能够有效的跟随最大电流输出频率，即使频率发生漂移系统仍能保持工作在最佳状态，具有实际应用价值。
上传时间： 2013-04-24
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本文分别建立了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型，对三相电压型PWM整流器多种电流控制策略进行了研究和对比，并对三相电压型PWM整流器控制系统的设计进行了研究。 通常情况下，PWM整流器控制系统需要用到交流电压、电流传感器以及直流电压传感器，以实现直流电压和交流电流的双闭环控制。利用传感器可以快速、便捷地获得电压电流参数，但也导致了系统体积大、成本较高，并降低了系统运行可靠性。为此，本文研究和总结了三相电压型PWM整流器无交流电流传感器的三种控制策略：基于直流侧电流检测的控制策略、基于直流电压检测的控制策略和基于状态空间平均技术的控制策略。并通过Matlab中的Simulink仿真软件对前两种控制策略进行了仿真验证分析。 在以上理论的分析基础上，本文设计并实现了一套以TMS320F2812 DSP为控制核心的无交流电流传感器的PWM整流器的控制系统的解决方案，包括控制系统的硬件解决方案和软件解决方案，搭建了实验平台并进行了调试。
上传时间： 2013-04-24
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