随着电力系统自动化水平的提高以及新的变电站通信标准IEC61850的正式颁布，研究新型数字保护装置已经变的刻不容缓。本论文围绕设计和研制一套能符合IEC61850标准下变电站应用的新型数字保护装置这一课题，主要研究以太网通信在数字保护中应用的可行性并参与设计基于双网冗余的高速以太网通信网络的网络化数字保护平台，在基于网络化数字保护平台上移植嵌入式操作系统Vxworks，讨论基于VxWorks的微机保护任务的划分并详细介绍了实现馈线保护的功能和试验测试结果。 论文开始概述了目前国内外数字继电保护产品技术的发展现状并简单分析了变电站自动化通信网络和系统标准IEC61850，对未来保护装置发展趋势进行了展望，明确了微机继电保护装置网络化、平台化、标准化的发展方向。本课题组研制的网络化数字保护装置则充分的考虑了IEC61850标准分层的意义和未来变电站自动化系统发展的必然趋势，其研究对变电站改造和建设符合lEC61850标准的变电站自动化系统有重要意义。 论文首先分析数字式继电保护装置硬件平台的发展过程，介绍了基于以太网通信技术的通用网络化数字保护硬件平台设计构想，并说明了全网络化数字保护平台的优点。全网络化数字保护平台采用模件化设计，整个装置具体功能模件包括交流变换模件、数据采集模件、数据计算和逻辑处理模件、开入开出模件、以太网Hub模件、电源模件以及人机接口模件。 其次，概述以太网通信技术的发展和技术特点，并分析以太网通信技术应用于变电站自动化系统的可行性。根据提高以太网通信实时性的研究现状，介绍双网冗余高速以太网通信方案的实现，特别详细阐述了基于以太网控制芯片LAN91Clll的以太网通信接口的设计，给出LAN91C111的初始化、以太网通信发送模块以及以太网通信中断接受模块的流程。 再次，分析了在继电保护产品软件系统中应用前后台系统和嵌入式实时操作系统的区别，阐明在继电保护硬件平台上应用嵌入式实时操作系统VxWorks的优势。并重点阐述在嵌入式处理器AT91RM9200上移植VxWorks实时操作系统的过程。 论文分析了数字继电保护软件任务划分的基本原则，合理划分数字保护的任务和任务优先级，并通过调试工具WindView验证任务调度的正确性。详细的介绍网络化数字保护平台上实现馈线保护的具体功能和保护逻辑，最后通过试验测试，证明装置各项性能优越。 最后，对本论文所开展的工作作了总结，并对进一步研究的方向进行了展望。
上传时间： 2013-04-24
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变电站自动化系统在我国应用发展十多年来，为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂，自动化功能独立、堆砌，缺少集成应用和协同操作，数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高，作为输配电系统的信息源和执行终端，变电站数字化、信息化的要求越发迫切，数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能，高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障，特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象，结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践，展开专门研究，主要内容包括： ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵，通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议，更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征，包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例，对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法，即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定，这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850，而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值，则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑，在提出3种可能的构建方案的基础上，经过分析从中选择出作者认为最优的方案，并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上，针对标准以太网存在延时不确定的问题，总结了提高以太网实时性能的主要措施，并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别，针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度，指出过程子网目前较易实现，而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律：建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP协议及其运行机制，提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术，建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型，对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究；依据CNDS实际承载的功能，建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型，围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标，对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察，得出了具有普遍适用性的结论和建议，为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例，建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础，在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息，即实现了遵循IEC 61850的过程层通信，为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验，验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性，为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。
上传时间： 2013-05-28
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超级电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供超大功率并具有超长的寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说，为了满足容量和电压等级的需要，一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时，单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此，为了提高储能效率，对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。 本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题，对超级电容器组充放电均衡技术进行了研究，通过对现有均衡技术的分析和讨论，确定采用单电容均压方案，并利用DSP控制技术，设计了一个基于DSP控制的超级电容组电压均衡系统，解决超级电容器串联电压均衡问题。该系统主要由参数采集、PWM信号输出、开关网络控制等部分组成。系统以DSP为控制核心，采用了一只电解电容器作为中间电容传递能量，通过实时电压、电流及温度监测将采集到的信号，经A/D转换器后，送入DSP处理，系统根据得到的电压、电流信息判断电容的充放电状态，控制PWM信号的输出，进而驱动开关网络的切换，使能量在单体电容器之间快速传递，从而实现均压控制。最后，对该系统进行了仿真和实验研究，通过对上述数据的分析比较可以看出，采用此种方案进行均衡后，超级电容组单体的电压在充电过程中达到了较好的一致性。 本文设计的超级电容组电压均衡系统用于串联超级电容组的充放电均衡控制，既可实现静态均衡也可实现动态均衡。与其他均衡方案相比，该系统具有电压均衡速度快，均衡效果好的优点。
上传时间： 2013-04-24
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随着环境污染的恶化和能源危机问题的凸现，低污染、高节能的电动汽车的研究和应用成为当今汽车产业的发展趋势。作为电动汽车所必须的辅助设备—充电电源，其安全性、高效性及便携性是影响电动汽车广泛推广的关键因素。因此，发展高效可靠的充电电源已成为电动汽车领域的重点研究方向之一。本论文以移相全桥直流变换器为基础，系统研究了移相全桥变换器控制策略和电路拓扑中的重要问题，研制一套适用于电动汽车的充电电源。论文的主要研究工作包括： 介绍电动汽车充电电源的充电方式以及软开关全桥技术，并对蓄电池的各种充电方式进行比较。 分析了移相全桥直流变换器的基本原理，对现今的几种零电压零电流（ZVZCS）移相全桥变换的主电路拓扑比较，选择一种具有副边简单辅助电路的移相全桥作为主电路拓扑，结合所需电源的具体参数，对主电路拓扑各元件进行设计，对主电路的工作过程分析，建立了其等效电路小信号模型。利用MATLAB中的SIMULINK仿真模块对主电路进行仿真，证明了主电路参数设计的合理性。 设计了以DSP为控制核心的电源系统，实现移相全桥控制、输出电流电压调制和过流过压保护等功能，采用中断功能实现移相PWM脉冲的软件生成方法，给出了系统主程序、中断服务程序、键盘及LCD显示的程序流程图。 最后给出样机的实验结果和分析。结果表明，在任何负载下，超前臂能够较好的实现零电压开关，在小于半载的情况下，滞后臂能够较好实现零电流开关。
上传时间： 2013-05-29
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逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，随着现代电力电子技术的迅猛发展，逆变电源在许多领域的应用也越来越广泛，同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量主要包括三个方面：一是输出稳定精度高；二是动态性能好；三是带负载适应性强。因此开发既具有结构简单，又具有优良动、静态性能和负载适应性的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。本文对逆变电源三闭环控制方案、输出相位控制、逆变电源数字化控制系统进行研究，以期得到具有高品质和高可靠性的逆变电源。 本文研究了单相全桥逆变电源与三相桥式逆变电源主电路参数，包括逆变器、吸收电路、驱动电路、变压器和滤波器，并对逆变电源变压器的偏磁产生原因进行了深入分析，最后给出了有效的抗偏磁措施。针对三相桥式逆变电源通常不能保证三相电压输出平衡，研究了一种可以带不平衡负载的三相逆变电源。研究了逆变电源的控制原理，建立了逆变电源系统动态模型，在此基础上对逆变电源的各种控制方案的性能进行了对比研究，从而确定了一种新颖的高性能逆变电源多闭环控制方案。另外，针对逆变电源输出相位存在固有滞后问题，采用了一种利用电压瞬时值内环对逆变电源滞后的相角进行补偿控制的策略，分析表明上述控制策略虽然有效，但无法做到输出相角稳态无差，对此，提出一种移相控制方案设想，相当于在原多环控制方案的基础上加了一个相位控制环。这样可以使逆变电源输出相位误差得到有效的补偿，输出相位精度更高。文章设计了逆变电源数字控制系统，采用TMS320LF2407A控制产生SPWM波，给出控制系统DSP程序运行流程图，并用DSP对其进行了实现数字化。多环反馈控制系统的采用，使系统具有优异的稳态特性、动态特性和对非线性负载的适应性，使逆变电源的性能得到有效提高。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着大规模集成电路的飞速发展，微控制器和数字信号处理器的性价比不断提高，数字控制技术已逐步应用于大中功率高频开关电源。相对于传统模拟控制方式，数字控制方式具有电源设计灵活、外围控制电路少、可采用较先进的控制算法、具有较高可靠性等优点。 高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高、输出纹波小等特点，现已逐步成为现代通讯设备的新型基础电源系统。针对传统开关电源中损耗较大、超调量较大、动态性能较差等问题，本文采用基于DSP的全桥软开关拓扑结构。全桥软开关移相控制技术由智能DSP系统完成，采样信号采用差分传输，控制算法采用模糊自适应PID算法，产生数字PWM波配合驱动电路控制全桥开关的通断。在输入端应用平均电流控制法的有源功率因数校正，使输入电流跟随输入电压的波形，从而使功率因数接近1。最后通过Matlab仿真结果表明模糊自适应PID控制算法比传统PID控制算法在超调量，调节时间，动态特性等性能上具有优越性。 论文以高频开关电源的设计为主线，在详细分析各部分电路原理的基础上，进行系统的主电路设计、辅助电路设计、控制电路设计、仿真研究、软件实现。重点介绍了高频变压器的设计及模糊自适应PID控制器的实现。并将辅助电源及控制电路制成电路板，以及在此电路板基础上进行各波形分析并进行相关实验。
上传时间： 2013-04-24
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现场总线技术是当前自动化技术中的一个热点，但目前国际上常用的多种现场总线协议均由世界级厂商提出和垄断。CAN总线是公认的最具发展前景的现场总线之一，其应用层协议有国外公司的CANopen和DeviceNet，由广州致远电子推出的现场总线iCAN协议以其简洁方便的特点受到广泛关注，尤其得到国内用户的积极相应。为了在高校的现场总线教学中推广具有我们国家自主知识产权的现场总线应用，需要为学生提供一套功能完善、综合性强的基于iCAN协议现场总线技术的实验室教学系统。本课题正是针对这一问题而构建基于现场总线iCAN协议的综合测试系统，力求使学生通过该系统的学习掌握现场总线iCAN协议相关知识，为将来快速进入相关工作岗位打下基础。 本文首先介绍基于现场总线iCAN协议综合测试系统的研究背景、目的及其意义，详细介绍了现场总线技术和CAN总线的相关知识，对iCAN协议进行了详细的介绍和分析。所设计的基于现场总线iCAN协议的综合测试系统由基本系统和扩展系统两部分构成。基本测试系统设计面向基本的标准实验设备，利用广州致远的iCAN系列功能模块构成；扩展系统设计面向测试系统的综合性设计，实现iCAN网络与其它控制网络如PLC网络的互连，并通过CANET-100转换器实现iCAN总线与上位PC机的通信。测试系统的上位监控界面设计采用工业组态软件MCGS完成，MCGS与总线的数据交互采用OPC方式实现。通过OPC实现iCAN网络与MCGS间的数据传输。在完成基于现场总线iCAN协议综合测试系统的基础上，本文还进一步讨论了如何采用基于DSPTMS320LF2407A主控芯片设计iCAN综合数据采集卡，叙述了其整体设计思想， 给出了具体的硬件和软件设计以及如何实现对iCAN协议的解析。本文的最后通过设计三个实际的实验例子，进一步展示了系统的构成和功能。 综上所述，该测试系统由基本测试系统和综合测试系统构成，并提供iCAN综合数据采集卡的设计方法和三个实验例程，可为学生提供分层学习、综合学习以及设计开发平台，实践证明该系统具有良好的新颖性和实用性。本课题研究的测试系统模式同样适用于其它工业现场总线测试系统。 关键词：CAN总线，iCAN协议，DSP，PLC，组态软件
上传时间： 2013-04-24
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在以节能、环保和安全为中心的现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，用新的42V车载电源系统取代现有的14V电源系统将是大势所趋。目前车载开关电源大都采用模拟控制方案，具有很多缺点，因此非常有必要研究数字控制方案，以便提高变换性能。鉴于此，开展了以车载数字开关电源的理论与设计为对象的研究内容： 基于L4981B的Boost DC/DC变换器的实现。在Boost DC/DC变换器理论分析的基础上，利用有源PFC电路板，基于模拟控制器L4981B制作成最大输出功率1kW的24VDC-42VDC变换器。 基于TL494的推挽DC/DC和Boost DC/DC变换器的实现。在推挽变换器理论分析的基础上，基于模拟控制器TL494进行了功率电路、控制电路和保护电路的原理图设计和PCB设计，制作成最大输出功率0.5kW、系统效率87％的24VDC-42VDC车载开关电源。利用此电路板，基于模拟控制器TL494制作成最大输出功率1kW的24VDC-42VDC变换器。 基于TMS320F2808的Boost DC/DC变换器和单相逆变器的实现。在Boost DC/DC变换器和单相逆变器相关理论分析的基础上，采用数字PI控制，基于数字控制器TMS320F2808进行了功率电路、输出电压闭环控制电路、检测电路和驱动电路的原理图设计和PCB设计以及软件设计，制作成额定输出功率0.5kW、系统效率86％的24VDC-42VDC车载数字开关电源和24VDC-97VDC-330VDC、42VDC-24VAC变换器。
上传时间： 2013-07-04
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当今世界，环境污染严重，能源出现危机，机动车辆排气污染已占城市大气污染的很大比重，电动汽车作为无污染交通工具，在市场上具有很大的优越性。而电动汽车充电技术也在不断发展，不断优化。奥运临近，我国为把2008年北京奥运会办成真正的绿色奥运，将在奥运村及北京很多范围内使用电动汽车。本论文针对2008北京奥运会用电动汽车，对其充电电源进行了系统的研究设计。本文提出了以零电压零电流(ZVZCS)全桥软开关变换器为主拓扑的充电电源系统，实现了较高功率因数与高效率的充电设备。文中首先总结了电动汽车充电电源的研究现状和充电控制策略，进行了多种全桥软开关拓扑比较，最终选择采用副边简单辅助电路的ZVZCS变换器拓扑，该拓扑使用一个电容和两个二极管构成副边辅助电路，无需有损元件和有源开关器件，辅助电路构成简单，控制方法简单，能很好的实现主开关器件的ZVZCS，也能嵌位副边整流电压。以可靠性为大前提，对充电电源进行了参数设计。另外，本文针对轻载情况下，超前臂不能实现零电压开通的问题，对变换器进行了改进，实现了全负载范围的软开关。实验结果验证了该拓扑应用于电动汽车充电电源的可行性。
上传时间： 2013-07-13
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点，现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中，它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来，随着数字信号处理技术的日益完善、成熟，微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高，数字控制在以实现复杂的控制策略，采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性，并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心，利用模糊PID控制，建立电压环单环控制结构，直接生成数字PWM波形，经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点，又能发挥PID控制的稳态精度高的优点，能较好的适应开关电源的非线性，实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心，用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外，本文按照高频开关电源的设计步骤，采用基于DSP的数字控制方式，最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能，算法实现比较简单，同时控制模块设计简单，可靠性高，是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间： 2013-07-01
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