随着环境污染和能源短缺问题的日趋严重，寻找一种储备大、无污染的新能源已经上升到世界各国的议事日程。太阳能作为当今最理想环保的能源之一，已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以光伏（Photovoltaic—PV）并网发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能、无污染回馈电网为主要目标，开展了光伏并网发电系统的理论研究和仿真，具有重要的现实意义。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中必不可少的设备之一，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资。本文主要研究适用于并网型光伏发电系统的逆变器。 本文以一个完整的光伏并网发电系统为研究对象，重点对单相光伏并网系统进行了全面的分析，并从并网系统的主电路拓扑、控制策略、孤岛效应以及系统的可靠性分析几个方面做了详细的分析和仿真实验。 首先，介绍了国内外光伏并网发电产业的现状，并对光伏并网发电系统的组成结构、优缺点、发展趋势及光伏并网发电系统对逆变器的要求做了简单介绍，对光伏并网发电系统建立了总体认识。 其次，讨论研究了逆变器主电路的拓扑形式，并根据实际情况，选择了无变压器的两级结构，即前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器，两部分通过DClink连接。前级的DC/DC模块采用Boost拓扑结构，后级的DC/AC逆变器采用逆变全桥实现逆变，向电网输送功率。讨论确定了逆变器输出电流的控制方式，并最终确定了光伏并网发电系统的总体方案。高性能的数字信号处理器芯片（Digital Signal Processor—DSP）的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控制成为可能。本文以TI公司的数字信号处理器芯片TMS320F2812为核心，设计了控制电路并给出了驱动电路、保护电路的设计以及系统的电磁兼容设计思想。应用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整个电路模型，进行了仿真实验研究。 再次，我们已经知道孤岛效应问题关系到光伏并网发电系统的安全问题。本文分析了孤岛效应产生的原因、对电网的危害和目前各种常用的被动和主动及外部孤岛效应的检测方法。根据本文涉及的光伏并网发电系统的特点，采用了电压前馈正反馈检测孤岛的方法，然后详细介绍了该方法的原理和实现过程， 并给出了逆变器的反孤岛效应模型和仿真实验结果。仿真结果证明，该方法是可行的，并且达到了IEEE Std．2000—929标准的规定。 光伏系统的可靠性研究对整个系统的经济运行乃至投资决策产生了重要影响。本论文以光伏并网发电系统的基本组成为线索，对各部分进行可靠性分析，对满足一定可靠性水平的光伏并网发电系统进行分析，从而对其的推广使用起到了理论指导作用。 关键词：光伏并网发电系统；逆变器；孤岛效应；DSP；可靠性分析
上传时间： 2013-04-24
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随着“节能环保”概念的提出，以解决电力紧张，环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到迅速的推广，使得分布式发电备受关注，即将成为世界各国重要的发电形式。带有分布式电源的配电网及电力电子装置的大量应用致使电能质量下降，如何将分布式发电系统的能量回馈至电网的同时有效改善电能质量是一个重要的问题，因此在分布式发电系统中起电能变换作用的逆变器成为研究的一个热点。本篇主要以电压型并网逆变器为研究对象，对并网逆变器的拓扑结构、控制策略、参数的选择、并网实验等方面作出了详细的分析和研究。 首先根据带有分布式发电的配电网的特点提出一种新的谐波治理思路，即将改善电能质量的有源滤波技术结合到分布式逆变电源中，设计一种新型的多功能并网逆变器。用开关函数法建立了并网逆变器小信号数学模型，确定了以PI闭环调节为核心的复合控制策略，同时为了使输出电流控制达到更好的效果，采用电网电压前馈补偿方法抵消电网电压扰动对并网电流的影响；基于瞬时无功功率的id-iq谐波电流检测算法能精确检测和分离所需要的有功和谐波分量；基于DSP的软件锁相控制算法能实现并网电流与电网电压同频同相。 其次对并网逆变器控制系统的软硬件进行了分块设计：对逆变系统的A/D转换电路、逆变驱动电路、PWM信号发生电路等电路进行了详细地分析和说明。利用DSP主控芯片TMS320LF2407A内部的SCI异步串行通信接口实现了逆变器的人机交互功能，利用其内嵌的CAN控制模块实现了逆变器的并机通信功能；同时在TI DSP2000的运行环境下给出控制系统的主程序和周期中断子程序流程。 最后开发了以功率器件IPM构成的三相PWM变流桥主电路的多功能逆变电源实验平台和相关配套辅助电路，完成了逆变电源的输出有功功率及消除谐波的实验并给出了装置样机的实物图以及实验波形图。验证了逆变器工作原理分析的正确性和系统设计思路的可行性。 本文所做工作拓宽了带有分布式发电的配电网谐波治理的思路，对推动我国节能供电、新能源的利用以及改善电网电能质量等方面具有一定的理论意义和较强的实用价值。
上传时间： 2013-06-06
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随着电力电子技术的发展，高压换流设备在工业应用中日益广泛。其核心元件晶闸管（SCR）的电压与电流越来越高（已达到10KV/10KA以上），应用场合要求也越来越高。在国际上，晶闸管的光控技术发展日益成熟。根据对国内晶闸管技术发展前景和需求的展望，本文采用自供电驱动技术与光控技术相结合，研发光控自供电晶闸管驱动控制板，然后与晶闸管本体相结合即形成光控晶闸管工程化实现模型，其可作为光控晶闸管的替代技术。 在工程应用中，光控晶闸管的典型应用场合为四象限高压变频器和国家大型直流输变电系统等。随着国家节能工程的实施，高压变频器的应用范围越来越广泛，已成为工业节能中的重要环节。高压直流换流系统难度大，技术复杂，要求高，本论文研究的光控晶闸管替代技术只作为其储备技术之一。本论文以电流源型高压变频器作为该光控晶闸管替代技术的应用背景重点阐述。 电流源型高压变频器为了提高单机容量，通常是数个SCR串联使用。随着系统容量越来越大，装置对高压开关器件的要求也越来越高。如果一组串联SCR中某一个SCR该导通时没有导通，那么加在该组SCR上的电压都将加到该SCR上形成过电压，造成该器件的击穿损坏，甚至于一组串联SCR都被烧坏。为了克服上述问题，保证高压变频器中串联晶闸管能够安全可靠的工作，提高系统可靠性，有必要为晶闸管配备后备驱动系统。本文提出了给SCR驱动电路增设自供电驱动系统——SPDS （Self—Powered Drive System）的解决办法。SPDS基本功能是通过高位取能电路利用RC缓冲电路中的能量为监测电路和后备触发电路提供正常工作所需要的能量。它的优点是由于缓冲电路与晶闸管同电位，自供电驱动系统要求的电压隔离水平可以从几千伏降低到几百伏，节省了高压隔离变压器，节省了成本和体积，提高了系统可靠性。国外对相关内容已经有了深入研究，并将其应用在高压变频器产品中。在国内，目前还没有查到相关文献。本文为基于晶闸管的电流源型高压变频器设计了一种高压晶闸管自供电驱动系统，填补了国内空白，为自供电驱动系统的推广应用和其他高压开关器件自供电驱动系统的研制提供了参考。 本文详细介绍了串联高压晶闸管驱动系统的要求和RC缓冲电路的工作特 点，进而提出了SPDS的工作原理和具体实现方式，阐述了SPDS各部分组成及其功能。SPDS的核心技术是取能回路和触发方式的设计。本文在比较各种高压取能方式和触发方式优缺点的基础上，选择采用RC缓冲取能方式和光纤触发方式。 论文基于Multisim10仿真软件，结合高压晶闸管自供电驱动系统取能电路的原理，对高压晶闸管自供电驱动系统的核心部分——SPDS取能电路进行了仿真。通过搭建带SPDS取能电路的单相晶闸管仿真电路和电流源型高压变频器前侧变流电路的仿真模型，详细讨论了影响RC取能回路正常工作的各种因素。同时，通过设定仿真电路的参数，分析了其工作状况。根据得到的仿真波形图，证明了高压晶闸管自供电驱动系统可以达到有效触发晶闸管导通的设计目标，具有可行性。 为考察SPDS的实际工作性能，本文搭建了简易的SPDS低压硬件实验平台，为其高压条件下的工程化应用打好了基础。 在论文的最后，对高压晶闸管自供电驱动系统的发展方向进行了展望。 关键词：高压变频器；晶闸管驱动；自供电系统；高压换流；光控晶闸管
上传时间： 2013-05-26
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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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轻型高压直流输电系统在解决交流系统非同步互联、向偏远地区的无源负荷供电、满足保护环境要求等方面具有很大的优势。在传统的基于两电平或三电平电压源型换流器的轻型高压直流输电系统中，换流器交流侧需要使用体积庞大和笨重的滤波装置，桥臂的高电压需要功率开关器件直接串联来实现等，增大了换流站的占地空间，降低了换流器的工作效率。 本文针对传统轻型高压直流输电系统所存在的缺点，采用一种新的模块化多电平换流器作为轻型高压直流输电系统的换流器。分析了模块化多电平换流器的工作原理，并提出将其应用于轻型高压直流输电系统的调制算法和控制策略。最后对控制系统的具体实现方案进行一定的探讨。通过仿真验证所提出的调制算法和控制策略的正确性。具体说来，全文的主要工作体现在以下几个方面： 1、详细讲述模块化多电平换流器的拓扑结构、子模块的具体实现形式及工作原理，并提出适合该换流器的调制算法。 2、详细介绍组成轻型高压直流输电系统的电压源型换流器的工作原理，分析电压源型换流器的间接电流和直接电流控制策略。 3、对基于模块化多电平换流器的轻型高压直流输电系统进行仿真，验证所提出控制策略的正确性。 4、探讨解决模块化多电平换流器子模块直流侧电容电压的均衡问题，提出一种较为简单有效的控制方法。 5、提出基于模块化多电平换流器结构的轻型高压直流输电控制系统的实现方法，并重点讲述子模块的数字逻辑电路的实现方法。
上传时间： 2013-04-24
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传统开环运行的三相混合式步进电动机驱动系统中存在着振荡和失步等不足之处。本文针对这种情况，通过对理想化三相混合式步进电动机数学模型的分析，把三相混合式步进电动机视为一种低速同步电动机。同时，结合电流跟踪型PWM控制方式及恒流斩波驱动的工作原理，设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的全数字三相混合式步进电动机正弦波细分驱动系统。 首先，本文从三相混合式步进电动机的数学模型出发，对步进电动机的细分驱动方式进行了研究，分析了步进电动机连续均匀旋转的工作机理。然后分析了步进电动机的运行特性及细分控制的必要性，进而分析了细分驱动对改善步进电动机运行性能的作用，并针对细分运行的一些不足之处，提出了均匀细分恒转矩控制的方案。理论分析表明，在混合式步进电动机的三相定子绕组中通以互差120°的正弦波电流时，可得到类似同步机的转矩特性，使电动机均匀旋转。 本系统硬件电路以TMS320F2812为核心，采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制（PWM）技术实现三相混合式步进电动机的细分控制，使三相定子绕组电流严格跟踪电流给定信号变化。应用IR公司的IR2130集成驱动芯片进行了步进电动机驱动系统的功率驱动环节的设计，节省了板上空间，减小了装置体积。同时从装置可靠性出发，设计了一套安全可靠的硬件保护电路。 实验结果表明，本文所设计的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动器具有优良的控制性能。细分运行时减弱了混合式步进电动机的低速振动和噪声，使电动机运行平稳，并改善了其低频运行性能。
上传时间： 2013-06-27
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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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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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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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