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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高压TSC（Thyristor Switch Capacitor）装置是指额定工作电压为6kV-35kV晶闸管投切电容器补偿装置，是一种典型静止无功补偿器，其对增强系统稳定性、提高系统运行经济性，保证电压质量及改善电能质量都能发挥良好的作用。目前国内对高压TSC装置研制与生产还处于起步阶段，加速高压TSC装置的国产化，对在我国电力系统中早日推广与应用高压TSC装置具有重大意义。 首先在无功功率的测量上，如何在有谐波干扰等复杂环境下准确检测无功功率，本文采用了基于快速傅立叶变换的方法，可以很好的完成无功功率的采集。在主电路结构上，晶闸管开关阀是高压TSC装置的关键构成部件，高压TSC装置要求晶闸管开关应具有良好的电气性能，要求晶闸管开关应是有效和可靠的。本文通过晶闸管特性和串联技术的研究，给出了晶闸管串联开关的静态均压和动态均压方法，设计出合理使用的电路结构。通过仿真分析，验证了均压电路的效果。 电容器无涌流投入技术也是TSC主要研究点，由于在高压系统中器件两端承受的电压较高，低压TSC系统中常用的过零固态继电器或集成过零触发芯片满足不了耐压的需要，本文设计了专门的过零检测及触发电路，在器件两端电压过零时触发，避免了由于电容器残压过高而造成的巨大冲击电流，从而在硬件电路上实现电容器组的无过渡过程投切，电路简单可靠。同时，在控制策略上将几种投切判据进行了比较，采用了电压无功复合投切判据，以无功功率作为主判据，电压作为辅助判据，有效地克服了仅以功率因数作为投切判据的控制方式中的轻载时容易产生投切振荡而重载时容易出现补偿不充分的缺点。
上传时间： 2013-05-24
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蓄电池组已越来越广泛地应用于交通运输、电力、通信等诸多领域和部门，其寿命直接关系到能源的有效利用以及相应系统的整体寿命、可靠性和成本。本课题从提高电池寿命的角度研究串联蓄电池组的充电问题，基于前人使用磁放大器作后级调整的基础上，提出了一种新颖的基于开关管MOSFET后级调整和高频母线的蓄电池组分布式单体充电方法。所有二次侧电路通过高频母线的形式共用一个一次侧电路；在兼顾效率、体积和成本的前提下有效的解决了串联蓄电池组的充电不均衡问题。 论文对采用双管正激拓扑的高频母线产生电路的设计给出了说明；同时也介绍了几种后级调整方法及各自优缺点。针对后级调整中的同步问题，提出了几种产生同步锯齿波的解决方案。最后利用同步脉冲产生电路，采用最常见的UC3843芯片，产生稳定可靠的同步锯齿波，实现后级调整开关动作与母线方波电压的同步。并且针对多路后级调整场合下，采取措施减小了母线电压毛刺，同时也改善了电流采样波形。 论文设计了一套单体3500mAh、3．7V锂离子电池组的单体独立充电器，以双管正激电路为原边电路作为主模块，次级是以MOSFET作后级调整电路实现充电功能作为充电电路模块。试验中采用了四个充电电路模块，同时对四个锂离子电池单体分别独立充电。充电电路模块中，通过控制MOFET开关，可实现锂电池的恒流、恒压充电和满充切断，充电电压和充电电流可精确控制在1％以内。该充电电路并能显示电池充电状态，并在单体充电电路间传递充电状态信号，最后反馈给母线电路以控制母线电压输出的开通与关断。特别指出的是该电路的过放电检测功能，是直接利用电池自身电压来检测得出电池自身是否处于过放电状态判定信号，并在充电模块间传递，最后得出蓄电池组过放电判定信号。整机有较低的待机功耗，并均使用了低成本器件，进一步降低了成本。 论文给出了详细的设计过程，最后通过实验将该方案与串联充电方案比较，验证了该充电方案的可靠性与优越性。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的发展，对大功率、高性能的开关电源要求也越来越高。功率因数校正(PFC)技术是当前电力电子技术研究的热点问题。大多数电力电子装置通过整流器与电网接口，而传统的二极管或晶闸管整流装置会产生大量的谐波电流，对电网造成污染。许多国家和国际组织相继制定了一系列限制用电设备谐波的标准。有源功率因数校正技术能够有效的消除整流装置的谐波，因此具有广泛的应用前景。 本文首先分析了开关电源的发展现状及发展要求，详细地阐述了开关电源的基本构成和基本组态。然后研究了ZVT-Boost软开关PFC电路的基本结构、基本工作原理及软开关实现原理，在此基础上确定了主电路结构，并制定了控制系统方案。 鉴于功率要求，本文采用两级PFC电路。因此对常见的DC-DC变换器的拓扑结构、原理特性进行分析。并针对各自的变换器建立了简化模型，基于所建立的模型分析了变换器的特性，列出各变换器的优缺点及在设计开关电源时的选用原则。最后，对所设计的系统进行了仿真分析。 本文根据用户的要求研究设计了一种大功率高性能开关电源。该开关电源分为前级和后级，前级为采用BOOST结构的单相有源功率因数校正电路，后级为采用移相控制软开关技术的全桥变换器。最后研制出了实验样机，并给出了实验样机的功率因数校正电路和移相全桥软开关变换电路的实验波形。
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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由于下一代微处理器的工作电压越来越低，所需电流越来越大，现有的5V、12V输入的电压调节模块（VRM）已经不能满足它的要求了，因此把VRM的输入母线电压提高到48V是必然的趋势。这样做能够减小输入电流从而使得母线损耗减小，有利于效率提高，同时可以大大减小输入滤波器体积。 本课题首先分析了VRM的发展现状和常用拓扑，以及未来的发展趋势，并在此基础上介绍了级联式流馈推挽DC/DC变换器的概念。接着，具体分析了Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器、双通道交错并联型Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器的原理和工作过程。再接着，分别介绍了Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器、双通道交错并联型Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器及其控制同路的建模和设计方法，并给出设计实例。最后，分别用这两种拓扑结构制作了两台48V输入、3．3V/10A输出的样机，并对两者进行了一定的实验比较研究，以验证设计的有效性。
上传时间： 2013-07-29
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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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开关电源以其效率高、功率密度高在电源领域中占主导地位。开关电源多数是通过整流器与电力网相接的，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，其输入电流波形呈脉冲状，交流网侧功率因数很低，在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，成为电力公害。开关电源己成为电网最主要的谐波源之一。因此，进行网侧功率因数校正成为目前研究的热点之一。目前研究和应用得较多的高功率因数变换器要用两级：DC／DC开关变换器串联。这种电路的最大缺点是需要多个元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率场合应用时很不经济。现在国内外正在开发研究单级功率因数校正电路，具有很高的功率因数且成本低。因而研究单级功率因数校正及变换技术对抑制谐波污染、开创绿色电源以及实现当今开关电源的小型轻量化具有重大意义。 近年来随着电子信息产业的高速发展，人们对开关电源的需求与日俱增，开关电源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成为发展前景十分诱人的朝阳产业。随着开关电源的广泛应用，开关电源PFC集成控制器显示出了强大的生命力，它具有集成度高、性价比高、外围电路简单和性能指标优良等优点，现已成为开发各类电源及开关电源模块的优选集成电路。 本文首先阐述了电网污染的危害、功率因数的定义，总结了各种功率因数校正变换器的典型拓扑，对各种拓扑的特点、应用场合及控制方法作了比较分析，着重详细介绍了反激拓扑的功率因数校正变换器的应用及优缺点。最后采用功率因数校正芯片SA7527进行了一个小功率电源的功率因数校正的设计，用实验验证了该设计的可行性，结果显示功率因数能达到0.95左右，达到了较好的功率因数校正效果。
上传时间： 2013-06-30
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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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