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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本文分析了永磁同步直线电动机的运行机理与运行特性，并通过坐标变换，分别得出了电机在a—b—c，α—β、d—q坐标系下的数学模型。针对永磁同步直线电机模型的非线性与耦合特性，采用了次级磁场定向的矢量控制，并使id=0，不但解决了上述问题，还实现了最大推力电流比控制。为了获得平稳的推力，采用了SVPWM控制，并对它算法实现进行了研究。 针对速度环采用传统PID控制难以满足高性能矢量控制系统，通过对传统PID控制和模糊控制理论的研究，将两者相结合，设计出能够在线自整定的模糊PID控制器。将该控制器代替传统的PID控制器应用于速度环，以提高系统的动静态性能。 在以上分析的基础上，设计了永磁同步直线电机矢量控制系统的软、硬件。其中电流检测采用了新颖的电流传感器芯片IR2175，以解决温漂问题；速度检测采用了增量式光栅尺，设计了与DSP的接口电路，通过M/T法实现对电机的测速。最后在Matlab/Simlink下建立了电机及其矢量控制系统的仿真模型，并对分别采用传统PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系统进行仿真，结果表明采用模糊PID控制具有更好的动态响应性能，能有效的抑制暂态和稳态下的推力脉动，对于负载扰动具有较强的鲁棒性。
上传时间： 2013-07-04
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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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随着电力电子技术的迅速发展，电力电子装置正在向着高频化、大容量、小体积的方向发展，其电磁环境也变得更为复杂，随之带来的辐射电磁干扰也日益严重。在电力电子装置设计初期开展电磁兼容数值仿真和预测对解决复杂的电磁干扰问题意义重大。 本文介绍了国内外电力电子装置电磁兼容的研究现状。针对电力电子装置电磁兼容的复杂性，讨论了使用仿真软件进行电力电子装置电磁兼容分析的策略，主要面向电源印制电路板(PCB)、控制箱和变流器机柜全波电磁仿真的具体应用进行了研究。 首先对PCB电源板进行电磁兼容预测。采用软件Protel99SE和CST微波工作室(R)(CST MICROWAVE STUDIO(R)，简称CST MWS(R))相结合进行分析，得到．PCB板的表面电流和电场分布图。根据分布图，分析电源板的辐射特性，提出提高PCB电磁兼容性的优化设计的设想，在PCB设计过程中加入对PCB电磁兼容性分析的场仿真，使PCB的电磁兼容分析有一个直观的参照物，有助于指导PCB的布局布线，对PCB优化设计，提高产品性能有重要作用。根据仿真结果将PCB电源板近似等效成电偶极子模型。 其次应用CST MICROSTRIPESTM软件计算控制箱的屏蔽效能，并在控制箱插入PCB电源板后进行辐射特性分析。 最后应用全波电磁仿真软件CST MWS(R)对变流器机柜进行电磁辐射干扰瞬态仿真，分析过程中考虑到了IGBT的开关尖峰、线缆和易产生干扰的电子元器件以及整个机箱机柜。运用线性网络理论对仿真结果进行标定，由此提出改进措施—采用unit cell和微扰理论设计屏蔽网，有效地抑制了电磁辐射。
上传时间： 2013-04-24
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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用，已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一，是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点，如开关损耗大和共模电流大等，因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此，开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容： 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上，结合数学模型，分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害，给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上，提出一种新的共模电压抑制SVPWM；还阐述了死区产生的原因及其影响，以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源，对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计，是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制； 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上，根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法，将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段，逐渐编制相应的控制程序，并进行调试，并完成整个程序的编制和调试。此外，还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题，如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机，并且采用的是文章中研究的调制算法，效果良好，达到设计的目的； 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路，重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后，系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势，对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析，发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低，分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法，并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC，得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-07-09
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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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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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三相逆变器作为交流供电电源的主要部分，广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域。逆变器的并联控制技术以其广泛的应用前景也得到越来越深入地研究。人们对逆变电源的要求越来越高，高性能、高可靠性的大功率逆变器就是当今逆变电源的发展趋势之一。提高逆变电源容量主要有两个途径，设计大功率的逆变器和采用逆变器并联技术实现电源模块化。 为此，本文以两台400kVA组合式三相逆变器为对象，采用全数字化控制方式，主要研究了大功率三相逆变器的波形控制技术和并联控制技术。本文围绕大功率组合式三相逆变器，对其主电路结构、系统的数学模型、波形控制技术以及并联系统模型、并联控制方案进行了较为详细的分析和研究。分析了适用于大功率的组合式三相逆变器结构，并给出了400kVA组合式三相逆变器的主电路设计。建立和分析了组合式三相逆变器在ABC、αβ、dq 坐标系下的数学模型。针对大功率组合式三相逆变器，采用在dq 坐标系下的三相电压闭环统一控制方案。为了使大功率三相逆变器得到较好的输出电压波形质量，采用PID 瞬时值电压反馈控制和重复控制并联结合的控制方案。分析了PID 控制器和重复控制器的原理，并针对400kVA 三相逆变器的系统性能，给出了相应数字PID 控制器和重复控制器的设计。并利用Matlab 建立了系统的仿真模型，给出了理论研究结果。提出了有效提高系统动态性能的两种方法：加负载电流前馈和动态过程中强制改变改变调制比。介绍了大功率三相逆变器的短路限流保护技术，提出了采用瞬时值限流电路和单独的软件限流环相结合的方案，保证大功率三相逆变器在短路时自动限流保护。对两台大功率三相逆变器组成的并联系统的结构、环流特性及逆变器的输出功率进行了分析。详细分析了输出阻抗特性不同时，逆变器环流和输出功率分配的差异，得出了输出阻抗对环流和功率影响的一般规律。针对大功率三相逆变器并联系统，采用基于功率误差的分散逻辑控制方案。分析了基于功率误差的分散逻辑控制原理，逆变器输出功率的检测和母线信号综合的脉宽调制原理。根据400kVA 三相逆变器并联系统的输出阻抗特性，采用了无功调节输出电压幅值和同步锁相实现相位同步的并联控制策略。 本文最后在两台400kVA组合式三相逆变器样机上得到了实验验证。实验结果进一步验证了大功率三相逆变器的波形控制和并联控制策略有效可行性。
上传时间： 2013-07-03
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光伏发电是集开发可再生能源、改善生态环境于一体的重大课题，有巨大的经济、社会效益和学术研究价值。 本文首先介绍了3kW光伏并网逆变器系统的组成和结构。3kW光伏并网逆变器采用两级式结构，主电路由前级Boost变换器和后级的单相逆变桥组成。控制部分以DSP(DSP56F803)为核心，实现了光伏阵列最大功率点的跟踪控制，以及产生与电网压同频同相的正弦电流，实现并网的功能。本文重点对逆变器系统的最大功率点跟踪(MPPT)控制进行研究。 针对基于外特性建立的光伏阵列模型虽然简单、参数易解，但精度低的问题，本文建立了基于物理特性的光伏阵列模型，并考虑光照强度、环境温度对光伏阵列的影响，模型参数与实际参数严格对应。将几种最大功率点跟踪算法应用于所建立的光伏阵列模型使用MATLAB进行仿真，分析仿真结果，比较各种算法的优缺点，总结出每种算法所适用的环境，并给出了最大功率点跟踪控制在并网逆变器系统的实现策略。 设计了适用于额定功率为100W的光伏阵列最大功率点跟踪的Boost电路，分别给出了利用PIC单片机16F873实现扰动观察法和增量电导法的程序流程图，实现了这两种算法控制下光伏阵列的最大功率点跟踪，并分析了两种算法的跟踪性能。
上传时间： 2013-04-24
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随着对电能应用高效率的要求，基于电力电子技术的非线性负载等开关设备的应用越来越普遍，这些开关设备造成的谐波成分对电网的污染也越来越严重。这些谐波会影响其它电气设备的正常工作，危及电网安全。电力有源滤波器由于能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，得到了广泛的研究。 本文是在课题组380V、260kVA纯有源电力滤波器项目方案的论证阶段，为提高大容量单台纯有源滤波器的效率和动、稳态性能而做的分析、设计和仿真验证工作。论文首先介绍了通过LCL滤波器与电网相连的并联电力有源滤波器的主电路结构，进而分析了这种主电路结构在大容量和低开关频率场合对开关纹波衰减的优势。通过比较PI控制和状态反馈控制，选取全状态反馈来达到对系统的稳定控制。 将电网处理为扰动输入，对LCL主电路在静止abc坐标系中进行了建模，然后选取系统闭环期望极点设计了控制系统。为消除电网这个外部输入对指令电流跟踪的影响，引入了电压前馈，并从理论上推导了前馈的具体关系式。之后引入了观测器，并把对电网输入的建模考虑进了观测器，消除了电网输入对状态估计和补偿输出造成的偏差。在电力有源滤波器实际安装时，电网进线和变压器的电感是不确定的，其会加在LCL的网侧电感上，从而使对系统基于状态空间的建模产生偏差，因此文章研究了所设计的控制器对LCL网侧电感变化的适应性。为保证电力有源滤波器的稳态指标，对状态反馈后的系统设计了重复控制器。 最后，基于设计的控制器在MATLAB/Simulink环境下建立了对1MW不控整流负载进行补偿的电力有源滤波器系统模型，进行了仿真；并对动静态性能进行了分析，验证了设计和理论分析的正确性。
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