电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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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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由于世界能源危机的日益严重和全球环境的不断恶化，大规模开发清洁可再生能源成为当前能源战略的主要方向。太阳能作为当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一，得到了各界的广泛关注。在太阳能的利用中，光伏发电并网又是其主要发展方向之一。 由于光伏产业界目前还没有统一的标准，又因为功率等级及应用场合的不同，使各种拓扑结构的光伏并网变流器都得以尝试使用。本文就是在此背景下，对当前使用的各类光伏并网变流器的拓扑结构和控制方法进行比较，并结合光伏并网系统实际应用中暴露的主要缺陷，从适应光伏阵列输出特性和提高系统整体的可靠性两方面入手，提出Z-source变换器结合PWM整流器的拓扑结构。 文章首先介绍了光伏并网系统中并网变流器的三种隔离回路方式，及应用于小功率和中大功率场合的不同主电路拓扑结构及控制策略，比较其优缺点，提出了Z-source变换器结合PWM整流组成的光伏发电系统。这种拓扑结构可以减小系统中电解电容的体积容量，并解决由太阳能电池板输出电压大范围变化所带来一系列问题，同时可以在一定程度上改善系统的可靠性问题。其次，文中分析介绍了Z-source变换器的工作原理，对比了三种升压控制的实现方式和性能差异，并简述了逆变器的三种SPWM电流控制策略及其优缺点。最后，结合整体系统需要，将Z-source变换器的升压控制与PWM整流器的并网控制融合，提出完成逆变并网功能和最大功率点跟踪的控制思想。 根据上述分析和研究，选定整体光伏系统的硬件结构和控制方案。详细阐述了系统硬件部分的设计计算，提供了系统主电路结构、参数计算、元件选型和控制电路的设计的详细说明，并完成了主电路硬件的制作。根据空间状态方程法对光伏发电系统进行仿真建模，仿真模型包括主电路拓扑及各控制子模块，文中简要说明各控制模块的功能，给出仿真结果并进行分析。验证该系统可以较好的实现本文提出的控制方案所应完成的各项功能，系统工作稳定可靠，性能良好。
上传时间： 2013-07-12
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随着锂电池技术的发展和节能环保概念的普及，大容量锂离子电池在大功率场合的应用前景也越来越广阔，比如电动汽车、电动自行车、混合动力汽车、太阳能发电系统等新能源以及航空航天领域。 但是锂离子电池组串联使用时容量不均衡的问题大大限制其广泛应用，加入均衡电路是有效的解决方法。尤其是对于大容量的锂电池组，价格昂贵，更是需要有效可靠的均衡电路与均衡策略。可以说，要实现大容量锂离子电池在大功率场合的广泛应用，电池单体的有效均衡是目前的技术瓶颈之一。因此深入研究锂离子电池组均衡电路的关键问题很有意义。 本文主要研究了以下几个方面的内容： 1．总结和比较了现在均衡电路的研究现状，包括均衡拓扑和控制策略。 2．结合均衡电路的需要，对锂电池的特性做了详细的测试和深入的研究，得出了对均衡有指导意义的结论。 3．介绍了本课题所采用的锂离子电池组均衡电路的工作原理和设计流程，并给出了具体电路和参数设计的结果。 4．基于锂离子电池的特性，提出了新颖的过均衡加滞环控制的方案。最后，给出了实验和仿真结果，验证了方案的可行性。 5．基于本文的研究工作对串联锂离子电池的均衡做了一些总结和展望。
上传时间： 2013-06-11
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近年来，世界各国竞相发展绿色可再生能源，太阳能因其洁净、储量巨大等优点倍受青睐。在太阳能的各种应用中，光伏发电倍受关注。随着光伏组件价格的不断降低和电力电子技术的发展，光伏发电的系统容量和变换设备的转换效率不断增加，体积逐渐减小，对光伏发电系统相关设备的设计和制造提出了新的要求。 本文从提高光伏发电系统整体效率的角度出发，以光伏发电系统中电能变换装置作为研究目标，研究光伏发电中的关键性技术之一——光伏阵列的最大功率点跟踪技术。主要研究适用于光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的拓扑；研究光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的控制方法。论文在分析研究光伏电池的工作原理及输出特性的基础上，分析研究了几种基于DC/DC变换器的最大功率跟踪算法及各自优缺点和适用场合。在拓扑研究方面，分析研究了Buck、Boost和全桥电路应用于光伏发电中的优缺点以及适用的最佳功率等级，并对这三种电路的功率损耗进行分析，通过仿真进行验证。探讨了把软开关技术、三电平技术应用于光伏发电系统的可行性，并详细分析了应用于光伏发电系统的移相全桥ZVS DC/DC变换器电路的换流过程。在理论分析的基础上，论文设计实现了应用移相全桥软开关DC/DC变换电路作为主电路的MPPT变换器，构建了1000W小型独立光伏发电系统，进行仿真和实验，对实验结果进行损耗分析。证实了移相全桥ZVS DC/DC变换电路作为中小型光伏发电系统的前级变换器，可以在实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪的同时，保证开关管实现软开关，从而提高了系统的转换效率和功率密度。
上传时间： 2013-05-23
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电梯在垂直升降的过程中，由于功率变化范围很大，节能潜力巨大。本文主要工作在于结合电梯系统的特点，对超级电容储能系统中超级电容容量需求及其他相关参数的设置进行详细讨论。也对与之配套的双向DC/DC变换器进行研究。 本文在研究了电梯系统的结构和运行特点的基础上，对其运行过程中能量状态的变化进行了详细分析，得到了储能装置中超级电容器容量的计算方法，并在此基础上，根据超级电容器容量需求与系统前级双向整流器功率的关系，提出了一套简单有效的能量管理方案，减少了储能装置中超级电容器的容量需求。并且对于超级电容容量设置给出了一般的原则。 储能装置与系统直流母线之间需要双向变换器进行能量传递，本文对于各种双向直流变换器拓扑的优缺点进行了比较，结合在超级电容储能装置中的具体应用需要，得出BUCK/BOOST型变换器更适合本文中的应用。 本文为储能装置设计了基于DSP（数字信号处理器）全数字控制的具有多种工作方式的双向DC/DC变换器的小功率样机，在电容器放电时，以恒流模式向直流母线输送能量；在电容器充电时，以分段恒流模式或恒压模式进行充电。文中给出了详细的硬件电路以及数字控制部分的设计过程，并通过实验进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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在低功率应用领域中，为了降低成本，单级功率因数校正(PFC)技术越来越受到人们的关注。单级PFC技术是把PFC变换器和DC/DC变换器结合在一起，共用一个开关管和一套控制电路，同时提高功率因数和对输出电压进行快速调节。本文针对单级PFC技术进行了较详细的分析。首先研究了基本Boost型单级PFC变换器，详细分析了其工作原理和特性，指出在现有的单级PFC变换器中，必须解决两个问题，即如何提高变换器的效率和控制中间储能电容电压在450V以下。同时分析了Boost型单级PFC变换器的三端和两端拓扑结构，并讨论了两者之间的联系。接着引用了直接功率传递原理(DPT)，研究了一种新型的可实现直接功率传递的单级PFC变换器。详细分析了该变换器的工作原理和特性。该变换器在引入直接功率传递原理的基础上，相对于一般单级PFC变换器来说，具有更高的效率和良好的功率因数校正效果。同时可以将单级PFC变换器中间储能电容电压的值限制在450V以下。最后，本文用仿真分析验证了理论的正确性，证明了这种新型的单级PFC变换器比一般的单级PFC变换器性能更优越。
上传时间： 2013-05-19
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多电平逆变器在大容量、高压场合得到了广泛的应用。在多电平逆变器的多种控制策略中，空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点，成为人们关注的热点。 本文首先对电力电子技术的发展前景和多电平逆变器控制技术的发展状况进行了综述。在分析两电平逆变器工作原理的基础上对三电平逆变器进行了研究，综合比较了三电平逆变电路三种典型拓扑结构的优缺点；介绍了二极管箝位型三电平逆变器，分析了二极管箝位型三电平逆变器相对于传统两电平逆变器的优点，体现了课题研究的重要意义。其次，本文以中点箝位式三电平逆变器的基本拓扑结构为基础，着重分析了三电平空间电压矢量调制基本原理，提出了一种将最近的三个矢量合成参考矢量的空间矢量脉宽调制算法，给出大扇区和小三角形区域判断规则以及合成参考电压矢量的相应输出作用顺序，并优化了开关矢量的作用顺序，利于实现对中点电压的控制，使算法易于实现。再次，论文分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡产生的原因，分析了大、中、小矢量对中点电位的影响，提出了能够影响中点电位波动的关键矢量，并通过分配成对小矢量的作用时间实现了对中点电位的控制。最后，采用MATLAB软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真分析，结果证明了算法的可行性。
上传时间： 2013-08-01
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本文主要研究变速风力发电系统最大功率点的跟踪问题，以使风力机在处于额定风速以下时能够实现最大风能捕获。风力发电系统所采用的功率变流器和最大功率点的跟踪控制策略提供了基本的研究平台，以完成本课题的研究。 为了将风能输送给电网，变速风力机要有变流器将发电机发出的电压和频率都不断改变的电能转换成恒频恒压的电能，再传输给电网。本文采用了变速风力机，永磁发电机，三相AC-DC-DC-AC变流器，变压器等构建了变速风力发电系统。AC-DC-DC-AC变流器用于将永磁发电机发出的电压和频率都不断改变的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性，本文专门研究了单重Sepic变换器和双重Sepic变换器在变速风力发电系统中所起的作用。 一个先进的变速风力发电系统的最大功率点跟踪控制策略要对所控制的风力机起到良好的控制效果，不仅与风电系统所采用的变流器的拓扑结构有关，也与自身的控制方式有关。本文在对常用的几种最大功率点的跟踪控制策略分析研究的基础上提出了以风力机的输出功率和系统储能的变化率以及风力机转速等相关数据来确定风力机的实际工作点的最大功率点跟踪控制策略，该策略的实施不依赖于风力机自身的特性，不需要测量风速等。 由于对变速风力机的建模和仿真是理解和验证风力发电系统特性和最大功率点跟踪控制策略的可行性的重要手段。因此本文在Matlab软件的Simulink环境下对所研究的变速风力发电系统作了建模和仿真。仿真结果充分证明了本文所提出的变速风力发电系统最大功率点跟踪控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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近几十年来,由于大功率电力电子装置的广泛应用,使公用电网受到谐波电流和谐波电压的污染日益严重,功率因数低,电能利用率低。为了抑制电网的谐波,提高功率因数,人们通常采用无功补偿、有源、无源滤波器等对电网环境进行改善。近年来,功率因数校正技术作为抑制谐波电流,提高功率因数的行之有效的方法,备受人们的关注。 本文在参阅国内外大量文献的基础上,综述了近年来国内外功率因数校正的发展状况,简要分析了无源功率因数与有源功率因数的优、缺点,并详细分析了有源功率因数校正的基本原理和控制方法。在通过对主电路拓扑与控制方法的优、缺点比较后,选择BOOST变换器作为主电路拓扑,采用基于平均电流控制的UC3854控制器,设计了容量为300W的两级有源功率因数校正电路的前一级电路,计算了主电路与控制电路的元件参数。根据此参数,基于MATLAB环境下对功率因数校正前、后的电路进行了仿真,通过仿真波形的分析。最后搭建实验电路进行实验,采集实验波形,对实验结果进行分析,进-步验证了本设计参数的正确性与准确性。 本文功率因数校正电路的设计,使电路的功率因数得到了明显的改善,达到了设计要求,同时电路的总谐波畸变因数控制在了一定的范围,减少了对电网的污染。并且电路的输出电压稳定,为后一级的电路设计奠定了基础。
上传时间： 2013-05-22
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