世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文根据逆变器结构以及光伏发电阵列特点，提出了基于DC-DC和DC-AC两级并网逆变器的结构。基于DC-DC和DC-AC电路的相对独立性，分别对DC-DC和DC-AC进行详尽分析，并提出了新的控制策略。在DC-DC转换器中，采用了Boost电路对太阳能阵列输出电压进行调制，并对系统进行最大功率点跟踪。针对固定电压法和扰动法跟踪最大功率点的缺点，提出三点最小二乘最大功率点跟踪的新算法，实验证明了该算法能够准确而迅速的跟踪系统最大功率点，从而提高系统的利用率，稳定系统的输出电压。在DC-AC转换器中，采用输出电流控制，根据正弦脉冲宽度调制的缺点，提出空间矢量脉冲宽度调制方法对逆变器进行控制，从而提高直流侧电压的利用率，减少谐波。基于SVPWM的控制原理，建立系统模型，结果表明输出电流与电网电压保持同相位，从而证明了该控制算法的可行性。 在提出新的控制策略的基础上，对2kW的三相并网逆变器进行硬件设计，包括主电路DC-DC和DC-AC，驱动电路以及电压电流检测电路，过零检测电路等，为类似结构的光伏并网逆变器提供了设计参考。
上传时间： 2013-07-16
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以谐波抑制，无功补偿为主要功能的有源电力滤波器的基本理论已经成熟，但是市场尚无成熟的谐波有源抑制产品，同时电网谐波问题日益突出，因此需要对有源电力滤波器进行产业化应用研究。并联有源电力滤波器以其安装、维护方便，成为商用化产品的主流。所以本文针对并联有源电力滤波器，展开产业化应用研究。 本文研究工作首先由如下工程问题引出：并联有源电力滤波器在补偿办公楼电气负载产生的谐波电流时，会出现谐波放大现象。办公楼电气负载主要是计算机、开关电源、不间断电源、电压型变频器等，这些都是电压型谐波源．本文以电容滤波型整流电路（电压型谐波源）的分析作为切入点，基于“分段线性化”方法，对并联有源电力滤波器补偿电容滤波型整流负载进行了稳态分析，得到系统的电流和电压波形，进而获得其频谱特性。通过本文所述稳态分析方法，可以从理论上理解并联有源电力滤波器补偿电容滤波型整流负载的工作过程，对有源电力滤波器的应用研究具有重要的理论和实际意义。 本文在分析办公楼负载电气特性的基础上，建立了有源电力滤波器补偿容性负载的简化模型，依据该模型分析了负载中容性元件的电容值与谐波电流放大之间的关系；为了克服谐波放大现象，本文首先通过负载电流采样环节后加装滤波器的方式，将电流谐振频率分量从采样值中滤除，虽然达到了抑制谐波放大的目的，但是由于延时的引入，使得补偿后网侧电流畸变率（THD）急剧升高；然后根据这一思路，采用基于快速傅立叶变换（FFT）的有选择谐波补偿方法将电流谐振频率分量从负载电流采样值中滤除，使得系统在谐振频率处变为开环控制，使系统稳定。经过对办公楼负载的实际并网谐波补偿实验证明基于FFT的有选择谐波补偿方法对于抑制谐波放大是有效的。本创新点的研究工作对于实际工程应用具有参考价值。 为了满足大容量的谐波抑制要求，本文提出了模块化有源电力滤波器并联补偿方案，该方案的特点是模块化结构及N+1冗余并联控制策略、主从总线结构及主机产生、负载电流检测方案以及并联均流策略。主机产生及负载电流检测是这一并联方案的突出特点，体现了本文的创新性工作。本文还对多模块并联系统进行了建模和稳定性研究；依据模块化并联补偿方案，在省科技计划重点项目的支持下，对有源电力滤波器进行产业化研究，从项目方案、设计、器件选型，样机调试、满功率运行及性能检测、楼宇负载与工业负载的实际并网实验，直至工业样机定型，对有源电力滤波器的产业化应用研究起了较大的推进作用，支撑项目目前已经有定型的工业化产品推出。 全文围绕上述三个方面展开，章节分排如下：（1）第一章从实际应用角度，总结阐述了有源电力滤波技术在谐波检测、电流跟踪控制、拓扑结构三个方面的研究进展；（2）第二章对并联有源电力滤波器补偿电容滤波型整流负载进行了稳态分析；（3）第三章分析了有源电力滤波器补偿容性负载时出现的谐波放大现象，并利用FFT方法使得系统在谐振频率处变为开环控制，达到抑制谐波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源电力滤波器模块化并联方案，并详细说明了模块化并联系统的设计和实验；（5）第六章对全文进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。
上传时间： 2013-04-24
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使用二极管和晶闸管实现的不控和可控整流器，电流波形畸变给电网注入大量谐波和无功功率，造成严重的电网污染。随着电力电子技术的发展，人们开始研究PWM整流技术。电压型PWM整流器具有交流侧电流低谐波、高功率因数、直流电压输出稳定等诸多优点，因此，成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。由于PWM整流器具有以上优点，在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域，具有越来越广阔的应用前景。本论文对三相PWM整流器进行了研究，主要完成以下工作： 首先，对PWM整流器的工作原理做了介绍，给出了三相PWM整流器的拓扑结构，分析了PWM整流器的换流过程，给出了PWM整流器的数学模型，对交流侧电感和直流侧电容进行了设计。 其次，对电流滞环控制、电流PI控制、空间电压矢量控制三种控制方法分别进行了介绍、模型搭建和仿真分析。在直流电压的控制中加入分段PI控制，使超调量和稳态误差限制在很小的范围以内。在起动过程中串接入限流电阻，使起动电流限定允许范围以内。 最后，在进行了以上三种控制方式仿真后，针对电压空间矢量控制存在的电流误差问题，采用电流超前给定策略和基于旋转坐标系的空间电压矢量控制策略解决了电流误差问题。 仿真结果表明，论文所设计的三相电压型PWM整流器实现了高功率因数运行，实现了直流电压的稳定控制，解决了传统意义上的整流电路中存在谐波含量大、功率因数低等问题，具有良好的工程实用价值。
上传时间： 2013-06-16
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有源电力滤波器（Active Power Filter，简称 APF）是近年来治理电力系统谐波污染的非常有效的装置。众所周知，电力电子装置和非线性负载的广泛使用，使谐波电流和无功电流大量注入电网，严重威胁电网和电气设备的安全运行与正常使用，并且产生大量的能源浪费。随着我国“十一五”规划中关于建设节约型社会的战略方针的提出，应用APF进行谐波和无功治理的研究工作将会有很广阔的应用前景。 本文阐述了有源电力滤波器的基本原理，介绍了当前主要的几种APF的分类以及电路拓扑结构，分别对三相三线和三相四线制APF的结构进行分析，建立了两种数学模型，指出三相三线制APF在实际供电系统中应用的局限性。本文介绍了三种当前广泛采用的电流控制方法和一种比较先进的空间矢量控制方法。对于APF系统的核心--谐波检测，本文介绍了三种谐波检测理论，着重对本文设计的APF所采用的瞬时无功功率理论进行详细的理论分析，在MATLAB软件中建立一个三相四线制基于瞬时无功功率理论的APF系统仿真模型，验证瞬时无功功率理论的可行性。 在进行大量理论分析和验证的基础上，设计一台采用单片机和DSP双CPU的有源电力滤波器。硬件上设计单片机的时钟电路、仿真器接口电路；设计DSP的时钟电路，外接存储器扩展电路；设计APF系统的电压周期检测电路，电流绝对值转换电路等等。软件上编写单片机的主程序和中断程序、DSP的主程序和启动搬运程序，调试并给电进行实际测试和实验分析。
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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随着用户对供电质量要求的进一步提高，模块化UPS 并联系统获得了越来越广泛的应用。本文以模块化UPS为研究对象，根据电路结构，将其分为直流部分模块化和交流部分模块化分别进行讨论。整流环节对Boost-PFC 电路进行并联控制，实现直流部分的模块化；逆变环节在瞬时电压PID 控制的基础上，引入了瞬时均流的并联控制策略，实现交流部分的模块化。 介绍了有源功率因数校正技术的基本原理和控制思路，分析了单管双Boost-PFC电路的工作过程，并将其简化等效成常规的Boost 电路进行分析和控制。根据控制系统的结构，分别对电流控制环和电压控制环进行了分析，得出了电感电流主要受电流指令的影响，而输入输出电压差的影响则相对比较小；输出电压主要受参考给定指令电压、缓启给定指令电压以及输出电流等因素的影响。根据电流环和电压环的解析表达式，给出了并联控制的方法及原理。 对单相电路、三相电路以及多模块并联电路分别进行了仿真验证，对多模块的并联系统进行了实验验证。建立了单相逆变器的数学模型，并加入PID 控制器，得到了输出电压的解析表达式，得出逆变器输出电压与参考给定电压和输出电流有关。利用极点配置的方法得到了模拟域PID 控制器参数的计算公式，并采用后向差分法，将其转换到数字域，得到了数字PID 控制器参数与模拟域参数的换算关系。通过实验测试和曲线拟合的办法，得到了实际逆变器的电路参数。通过对所设计的数字PID 控制器进行仿真和实验，验证了理论分析和计算。建立了PID 电压闭环的多逆变器并联系统数学模型，分析得出并联系统的输出电压主要由系统中各模块的平均给定电压决定，同时也受较高次的输出谐波电流影响，受输出基波电流影响相对较小；环流主要受模块的给定电压与系统平均给定电压的偏差影响。针对环流产生的原因，提出了一种瞬时均流控制策略来减小系统环流对给定电压偏差的增益，从而达到瞬时均流的目的。 对两逆变模块并联的系统在各种工况下进行了仿真和实验，验证了理论分析的正确性和这种瞬时均流控制策略的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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当今高新技术不断发展，越来越多的高精度仪器设备对输入电源，特别是对输入交流电源的稳压精度要求越来越高。与此同时，随着我国经济的发展和用电负载的急剧增加，电压波动和波形畸变等供电质量问题日趋突出，不能满足高精度仪器设备的需要，因而就需要在电网和这些设备之间增加高稳压精度、宽稳压范围的交流稳压电源。基于Delta逆变技术的交流稳压电源既能进行瞬时的交流电压稳定补偿，又能提高整流输入端的功率因数，减少谐波对电网的污染，因而具有重要的实际意义和研究价值。 本文采取串联补偿型变换器作为主电路的拓扑结构，并从能量双向传输方面对主电路进行了详细阐述。针对Delta逆变器工作特点对交流稳压电源的工作原理进行了分析，并提出一种正向补偿采取整流加高频斩波，负向补偿采取有源箝位Buck变换器的工作模式。建立Delta逆变器与电网相互作用的等效电路模型，得出了理想补偿电压与实际补偿电压定量关系式，分析了逆变输出滤波器的结构、位置对滤波效果的影响和电气参数对实际补偿效果的作用规律。完成了逆变器的输出滤波器、补偿变压器的设计和PWM整流器电容参数的计算。 针对稳压系统中Delta逆变器和PWM整流器两个主体环节，对Delta逆变器的前馈、反馈控制特性和PWM整流器的间接、直接电流控制特性分别进行了综合比较，并应用MATLAB软件建立了改进前馈控制与直接电流控制的仿真模型，对Delta逆变交流稳压速度和精度进行了系统仿真分析，给出了仿真波形，验证了文中所述控制策略的可行性。
上传时间： 2013-07-10
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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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在能源枯竭环境污染日益严重的今天，光伏发电结合其自身的特点，日益得到各国的重视并将成为各国竞向发展的热点。而光伏并网发电又是光伏利用中的发展趋势，基于此，本文对单相并网发电系统进行了研究，并设计了一台1.5KW的单相光伏并网装置。在对主电路拓扑、MPPT、防孤岛效应、逆变并网控制方法详细分析的基础上，选用了一种双重BOOST前级电压匹配、后级全桥逆变的非隔离型的主电路拓扑结构，这种结构具有前级DC/DC变换控制简单、中间直流母线电压波动小、效率高、体积小等优点。MPPT采用后级实现方式；防孤岛效应采用有被动和主动两种方式；逆变并网控制是光伏并网发电系统中最为重要的环节，其功能作用是把前级的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电与电网并联，并使其输出电流为单位功率因数、总谐波畸变率小于5％，本文对各种逆变并网控制策略分析比较的基础上，采用了带有电网电压前馈补偿的瞬时电流控制方式来实现。系统整体以UC3875和TMS320LF2812为控制核心，前级有UC3875进行双环控制直流母线电压，后级最大功率跟踪、防孤岛效应、逆变并网、并联通讯及故障保护有TMS320LF2812来实现。本文总体工作包括详细的理论分析、主电路设计、软件及硬件电路的设计、调试及实验波形分析等。
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。
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