作為新一代直流輸電技術，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術優(yōu)點取得了飛速的發(fā)展，并已在新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)非同步互聯(lián)、無源系統(tǒng)供電、無功補償?shù)葓龊系玫綄嶋H工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術的數(shù)學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創(chuàng)新性成果如下： 1．建立了系統(tǒng)標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩(wěn)態(tài)功率特性。明確了系統(tǒng)主電路參數(shù)對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數(shù)設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統(tǒng)存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現(xiàn)象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內(nèi)環(huán)控制器與功率外環(huán)離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網(wǎng)側與VSC交流側功率節(jié)點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網(wǎng)側功率節(jié)點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統(tǒng)dq軟件鎖相環(huán)在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環(huán)，提高了不平衡控制算法的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)特性。 4．對VSC閥在交流電網(wǎng)低電壓故障下的過流現(xiàn)象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網(wǎng)低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網(wǎng)低電壓故障時系統(tǒng)穩(wěn)定與VSC過流問題。 5．在分析現(xiàn)有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯(lián)數(shù)目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發(fā)，將傳統(tǒng)直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結構引入VSC-HVDC系統(tǒng)，并針對該模塊級聯(lián)式拓撲提出一種系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與模塊獨立運行相結合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調(diào)節(jié)的直流側電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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無功補償對于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行與穩(wěn)定性來說是必不可少的。靜止無功發(fā)生器(SVG)經(jīng)過了三十多年的發(fā)展,已經(jīng)在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優(yōu)越的動態(tài)性能,可以大大提高電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性,進而提高電力系統(tǒng)的輸電能力。在我國,充分發(fā)揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發(fā)展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結構進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和標幺值數(shù)學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現(xiàn)。接下來研究比較了SVG的兩種傳統(tǒng)控制策略,介紹了幾種PWM觸發(fā)技術,其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統(tǒng)電流間接閉環(huán)控制算法的SVG進行了系統(tǒng)級仿真實現(xiàn),在與電流直接控制的SVG仿真結果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結合以上算法各自的優(yōu)缺點、電網(wǎng)本身的大擾動和電力系統(tǒng)對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環(huán)的控制方法。其中電流內(nèi)環(huán)采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環(huán)則采用系統(tǒng)動態(tài)電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環(huán)節(jié)的控制算法進行了仿真,并針對外環(huán)控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優(yōu)越性,為基于雙閉環(huán)控制的SVG系統(tǒng)級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的SVG進行了仿真實現(xiàn),并對在電網(wǎng)不同情況下的補償效果與傳統(tǒng)電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結果表明該控制方式具有更好的動態(tài)性能。
標簽： 無功發(fā)生器 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡技術研究是自動控制領域發(fā)展的一個熱點。在各種工業(yè)現(xiàn)場總線中，CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應用于各領域。CIA(CAN in Automation)協(xié)會發(fā)布了完整的CANopen協(xié)議，定義了應用層和通訊子協(xié)議，為基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)的廣泛應用提供了解決之道。 本文研究國內(nèi)外現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀后，以改善現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)的運行效率，提高實時性和信息處理能力為前提，淺析CAN總線高層通訊協(xié)議CANopen，分析了主、從節(jié)點的各個功能，說明了功能的設計和實現(xiàn)方案。 然后，本文將CANopen協(xié)議應用于分布式控制系統(tǒng)，詳細論述了基于PIC18控制器的從節(jié)點和基于DSP控制器的主節(jié)點的實現(xiàn)過程。主、從節(jié)點具有基于CANopen協(xié)議的總線通信功能。從節(jié)點具有數(shù)字量和模擬量輸入輸出功能。主節(jié)點可以通過鍵盤對各節(jié)點運行狀態(tài)和各節(jié)點參數(shù)進行調(diào)整，還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節(jié)點運行狀態(tài)。PC機能在線監(jiān)測CAN報文數(shù)據(jù)流。本文對兩種類型節(jié)點的設計思想、硬件組成和軟件設計均做了詳盡的闡述，并給出了部分關鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后，把已開發(fā)的從節(jié)點和主節(jié)點組成一個溫度測控系統(tǒng)和一個電機控制系統(tǒng)。經(jīng)過實驗室測試，證明系統(tǒng)具有良好的實時性，通訊穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)CAN總線節(jié)點通訊可控性差，無法靈活設置的問題。對目前國內(nèi)CAN總線應用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發(fā)，少有使用上層軟件協(xié)議的習慣，起到了一定的推動意義，提高了應用水平。
標簽： CANopen 協(xié)議 分布式控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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三相逆變器作為交流供電電源的主要部分，廣泛地應用于電動車、電力設備、產(chǎn)業(yè)設備、交通車輛等領域。逆變器的并聯(lián)控制技術以其廣泛的應用前景也得到越來越深入地研究。人們對逆變電源的要求越來越高，高性能、高可靠性的大功率逆變器就是當今逆變電源的發(fā)展趨勢之一。提高逆變電源容量主要有兩個途徑，設計大功率的逆變器和采用逆變器并聯(lián)技術實現(xiàn)電源模塊化。 為此，本文以兩臺400kVA組合式三相逆變器為對象，采用全數(shù)字化控制方式，主要研究了大功率三相逆變器的波形控制技術和并聯(lián)控制技術。本文圍繞大功率組合式三相逆變器，對其主電路結構、系統(tǒng)的數(shù)學模型、波形控制技術以及并聯(lián)系統(tǒng)模型、并聯(lián)控制方案進行了較為詳細的分析和研究。分析了適用于大功率的組合式三相逆變器結構，并給出了400kVA組合式三相逆變器的主電路設計。建立和分析了組合式三相逆變器在ABC、αβ、dq 坐標系下的數(shù)學模型。針對大功率組合式三相逆變器，采用在dq 坐標系下的三相電壓閉環(huán)統(tǒng)一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質(zhì)量，采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復控制并聯(lián)結合的控制方案。分析了PID 控制器和重復控制器的原理，并針對400kVA 三相逆變器的系統(tǒng)性能，給出了相應數(shù)字PID 控制器和重復控制器的設計。并利用Matlab 建立了系統(tǒng)的仿真模型，給出了理論研究結果。提出了有效提高系統(tǒng)動態(tài)性能的兩種方法：加負載電流前饋和動態(tài)過程中強制改變改變調(diào)制比。介紹了大功率三相逆變器的短路限流保護技術，提出了采用瞬時值限流電路和單獨的軟件限流環(huán)相結合的方案，保證大功率三相逆變器在短路時自動限流保護。對兩臺大功率三相逆變器組成的并聯(lián)系統(tǒng)的結構、環(huán)流特性及逆變器的輸出功率進行了分析。詳細分析了輸出阻抗特性不同時，逆變器環(huán)流和輸出功率分配的差異，得出了輸出阻抗對環(huán)流和功率影響的一般規(guī)律。針對大功率三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，采用基于功率誤差的分散邏輯控制方案。分析了基于功率誤差的分散邏輯控制原理，逆變器輸出功率的檢測和母線信號綜合的脈寬調(diào)制原理。根據(jù)400kVA 三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗特性，采用了無功調(diào)節(jié)輸出電壓幅值和同步鎖相實現(xiàn)相位同步的并聯(lián)控制策略。 本文最后在兩臺400kVA組合式三相逆變器樣機上得到了實驗驗證。實驗結果進一步驗證了大功率三相逆變器的波形控制和并聯(lián)控制策略有效可行性。
上傳時間： 2013-07-03
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光伏發(fā)電是集開發(fā)可再生能源、改善生態(tài)環(huán)境于一體的重大課題，有巨大的經(jīng)濟、社會效益和學術研究價值。 本文首先介紹了3kW光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的組成和結構。3kW光伏并網(wǎng)逆變器采用兩級式結構，主電路由前級Boost變換器和后級的單相逆變橋組成。控制部分以DSP(DSP56F803)為核心，實現(xiàn)了光伏陣列最大功率點的跟蹤控制，以及產(chǎn)生與電網(wǎng)壓同頻同相的正弦電流，實現(xiàn)并網(wǎng)的功能。本文重點對逆變器系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制進行研究。 針對基于外特性建立的光伏陣列模型雖然簡單、參數(shù)易解，但精度低的問題，本文建立了基于物理特性的光伏陣列模型，并考慮光照強度、環(huán)境溫度對光伏陣列的影響，模型參數(shù)與實際參數(shù)嚴格對應。將幾種最大功率點跟蹤算法應用于所建立的光伏陣列模型使用MATLAB進行仿真，分析仿真結果，比較各種算法的優(yōu)缺點，總結出每種算法所適用的環(huán)境，并給出了最大功率點跟蹤控制在并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的實現(xiàn)策略。 設計了適用于額定功率為100W的光伏陣列最大功率點跟蹤的Boost電路，分別給出了利用PIC單片機16F873實現(xiàn)擾動觀察法和增量電導法的程序流程圖，實現(xiàn)了這兩種算法控制下光伏陣列的最大功率點跟蹤，并分析了兩種算法的跟蹤性能。
標簽： 3kW 光伏并網(wǎng) 逆變器
上傳時間： 2013-04-24
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氙燈作為高強度氣體放電燈，其較好的顯色性，高光效等優(yōu)點大大超過傳統(tǒng)的鹵鎢燈，越來越受到市場的青睞，與其配套的電子鎮(zhèn)流器的研制也成了熱點。鑒于氙燈復雜的啟動特性，與模擬控制相比，數(shù)字控制因其較大的靈活性在此控制方面顯示了較大的優(yōu)勢。本文將以數(shù)字控制的汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器為研究課題，對其一些關鍵的問題加以研究和探討。 論文的緒論部分將首先介紹汽車頭燈的發(fā)展歷史，接著對汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器存在的難點問題做簡要的分析，指出目前其所處的現(xiàn)狀，并結合汽車頭燈未來發(fā)展趨勢談談本次課題的可行性和必要性。 第二章首先給出了目前氙燈電子鎮(zhèn)流器的基本電路結構，考慮到第一級直流升壓變流電路的重要性，較詳細討論了目前具備升壓功能的幾個典型電路的特點。鑒于氙燈較高的點火要求，對幾種典型的點火電路做了分析比較，最后討論了控制模式及其具體的控制方式。 第三章對汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器進行了全面的設計。依據(jù)汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器的主要技術指標，較詳細給出了主電路的設計過程，并還對其做了相應的損耗分析及效率估計。接著介紹了單級電壓遞升式點火電路設計，模數(shù)控制方式的原理，及控制回路中典型控制電路的設計，最后通過實際樣機的制作，論證其設計的合理性。 第四章詳細分析了高強度氣體放電燈的啟動特性，并根據(jù)金鹵燈和氙燈各自啟動特點及相應要求，分別提出了適合各自啟動要求的控制方法。此外，在大量文獻閱讀的基礎上，比較了當前典型的恒功率控制方案。在這個基礎上，提出了基于數(shù)?；旌峡刂频男滦秃愎β士刂品桨?。最后通過實驗驗證了這些控制方法的可行性及正確性。
標簽： 數(shù)字控制 汽車頭燈 電子鎮(zhèn)流器
上傳時間： 2013-07-09
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隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網(wǎng)的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網(wǎng)安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩(wěn)態(tài)性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網(wǎng)相連的并聯(lián)電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優(yōu)勢。通過比較PI控制和狀態(tài)反饋控制，選取全狀態(tài)反饋來達到對系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 將電網(wǎng)處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統(tǒng)閉環(huán)期望極點設計了控制系統(tǒng)。為消除電網(wǎng)這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網(wǎng)輸入的建?？紤]進了觀測器，消除了電網(wǎng)輸入對狀態(tài)估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網(wǎng)進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網(wǎng)側電感上，從而使對系統(tǒng)基于狀態(tài)空間的建模產(chǎn)生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網(wǎng)側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩(wěn)態(tài)指標，對狀態(tài)反饋后的系統(tǒng)設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了對1MW不控整流負載進行補償?shù)碾娏τ性礊V波器系統(tǒng)模型，進行了仿真；并對動靜態(tài)性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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高頻開關電源系統(tǒng)具有體積小、重量輕、高效節(jié)能、輸出紋波小等優(yōu)點，現(xiàn)已開始逐步成為現(xiàn)代電源系統(tǒng)的主流。但是在傳統(tǒng)的開關電源技術中，它通常是采用模擬電路來實現(xiàn)電壓或電流控制的。近年來，隨著數(shù)字信號處理技術的日益完善、成熟，微處理器/微控制器和數(shù)字信號處理器性價比的不斷提高，數(shù)字控制在以實現(xiàn)復雜的控制策略，采用數(shù)字控制具有更高的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，并本文對開關電源的常用拓撲結構、模糊控制、模糊PID控制理論、PWM產(chǎn)生原理進行了研究，在此基礎上設計了一種新型數(shù)字化的開關電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)以TMS320LF2407為控制核心，利用模糊PID控制，建立電壓環(huán)單環(huán)控制結構，直接生成數(shù)字PWM波形，經(jīng)過IR2118驅(qū)動主電路的功率開關管(MOSFET)。 本系統(tǒng)采用模糊PID控制策略。該控制策略既能發(fā)揮模糊控制的動態(tài)響應快、超調(diào)量小、較好的適應性的特點，又能發(fā)揮PID控制的穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點，能較好的適應開關電源的非線性，實時性控制的需要。整個電源系統(tǒng)以DSP為控制核心，用單個TMS320LF2407 DSP芯片來集中實現(xiàn)電源輸出調(diào)壓和過壓過流保護等要靈活地選擇不同的控制功能。 另外，本文按照高頻開關電源的設計步驟，采用基于DSP的數(shù)字控制方式，最后對本開關電源主電路進行了PID控制和模糊PID控制的對比仿真研究。仿真結果表明這種控制策略具有很好的控制性能，算法實現(xiàn)比較簡單，同時控制模塊設計簡單，可靠性高，是一種比較實用、易于實現(xiàn)的控制算法。
上傳時間： 2013-07-01
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由于永磁無刷直流電機既具備交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又兼有普通有刷直流電機調(diào)速特性好、運行效率高的優(yōu)點，因此它在當今國民經(jīng)濟各個領域得到了越來越廣泛的應用。本文對基于DSP的無刷直流電機控制系統(tǒng)進行了設計和研究。 本論文首先回顧了無刷直流電機的產(chǎn)生、發(fā)展歷程，介紹了目前的熱點研究方向和最新研究成果。 第二章對無刷直流電機的組成環(huán)節(jié)、結構、工作原理、運行特性進行了分析，并且建立了無刷直流電機的數(shù)學模型，對其控制方法進行了討論。同時，DSP控制器由于其高速的處理能力和豐富的片上資源，已經(jīng)廣泛的應用于電機控制領域。 第三章介紹了TI的高性能DSP芯片 TMS320LF2407A的結構和性能，提出了基于 TMS320LF2407A 的 BLDCM 的控制方案，并且對系統(tǒng)的相關環(huán)節(jié)進行了討論和分析。 第四、五兩章分別完成了硬件和軟件的設計。此系統(tǒng)是基于PWM技術和PID算法的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。硬件電路包括了控制電路、主電路、檢測電路、保護電路幾個部分；軟件采用模塊化的編程思想，編制了各程序模塊的控制流程圖，并論述了其實現(xiàn)方面的若干問題。 第六章給出了系統(tǒng)的仿真實驗結果及分析。 第七章對全文內(nèi)容進行了總結，并對無刷直流電機控制系統(tǒng)提出了展望。
標簽： DSP 無刷直流電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，逆變電源的應用越來越廣泛。同時，各行各業(yè)對逆變電源的性能也提出了更高的要求。好的逆變電源輸出波形要求不但具有高的穩(wěn)態(tài)性能，還應有快的動態(tài)響應。單一的控制策略很難同時滿足這兩方面的要求。因此，各種控制策略取長補短、相互滲透，構成復合控制器，是一種趨勢所在。 本文討論了當今各種比較流行的數(shù)字控制策略的優(yōu)缺點，重點分析了無差拍控制和重復控制這兩種控制策略的控制原理，并對其控制算法做了適當改進。無差拍控制動態(tài)性能極佳，但其穩(wěn)態(tài)性能不理想，尤其是在帶非線性負載時輸出電壓波形的總諧波畸變較大；而重復控制恰恰相反，它有著很好的穩(wěn)態(tài)性能，但由于周期延遲環(huán)節(jié)的存在，控制指令不是立即輸出，而是滯后一個參考周期才輸出，使其動態(tài)性能較差。本文采用單相全橋拓撲結構為逆變器主電路，建立了它的連續(xù)狀態(tài)空間模型和離散狀態(tài)空間模型，分析了它的開環(huán)輸出特性，并分別闡述了改進的無差拍控制器和重復控制器參數(shù)的設計方法。 文章提出將改進的無差拍控制和重復控制這兩種控制策略相結合，組成復合控制策略。利用MATLAB建立了控制系統(tǒng)的仿真模型，仿真實驗結果證明該復合控制策略能使逆變電源獲得理想的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。最后介紹了以高性能數(shù)字信號處理器TMS320F2812為控制核心的逆變電源控制系統(tǒng)的軟硬件設計。
標簽： DSP 逆變電源數(shù)字 控制技術
上傳時間： 2013-07-31
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