隨著電力電子技術的發展，高壓換流設備在工業應用中日益廣泛。其核心元件晶閘管（SCR）的電壓與電流越來越高（已達到10KV/10KA以上），應用場合要求也越來越高。在國際上，晶閘管的光控技術發展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發展前景和需求的展望，本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合，研發光控自供電晶閘管驅動控制板，然后與晶閘管本體相結合即形成光控晶閘管工程化實現模型，其可作為光控晶閘管的替代技術。 在工程應用中，光控晶閘管的典型應用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統等。隨著國家節能工程的實施，高壓變頻器的應用范圍越來越廣泛，已成為工業節能中的重要環節。高壓直流換流系統難度大，技術復雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術的應用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量，通常是數個SCR串聯使用。隨著系統容量越來越大，裝置對高壓開關器件的要求也越來越高。如果一組串聯SCR中某一個SCR該導通時沒有導通，那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓，造成該器件的擊穿損壞，甚至于一組串聯SCR都被燒壞。為了克服上述問題，保證高壓變頻器中串聯晶閘管能夠安全可靠的工作，提高系統可靠性，有必要為晶閘管配備后備驅動系統。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統——SPDS （Self—Powered Drive System）的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能量為監測電路和后備觸發電路提供正常工作所需要的能量。它的優點是由于緩沖電路與晶閘管同電位，自供電驅動系統要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏，節省了高壓隔離變壓器，節省了成本和體積，提高了系統可靠性。國外對相關內容已經有了深入研究，并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內，目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統，填補了國內空白，為自供電驅動系統的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅動系統的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯高壓晶閘管驅動系統的要求和RC緩沖電路的工作特 點，進而提出了SPDS的工作原理和具體實現方式，闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術是取能回路和觸發方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發方式優缺點的基礎上，選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發方式。 論文基于Multisim10仿真軟件，結合高壓晶閘管自供電驅動系統取能電路的原理，對高壓晶閘管自供電驅動系統的核心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側變流電路的仿真模型，詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時，通過設定仿真電路的參數，分析了其工作狀況。根據得到的仿真波形圖，證明了高壓晶閘管自供電驅動系統可以達到有效觸發晶閘管導通的設計目標，具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能，本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺，為其高壓條件下的工程化應用打好了基礎。 在論文的最后，對高壓晶閘管自供電驅動系統的發展方向進行了展望。 關鍵詞：高壓變頻器；晶閘管驅動；自供電系統；高壓換流；光控晶閘管
上傳時間： 2013-05-26
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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點取得了飛速的發展，并已在新能源發電系統聯網、電網非同步互聯、無源系統供電、無功補償等場合得到實際工程應用。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技術的數學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創新性成果如下： 1．建立了系統標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩態功率特性。明確了系統主電路參數對運行特性的影響，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。針對控制系統存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內環控制器與功率外環離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網側與VSC交流側功率節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側功率節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dq軟件鎖相環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，提高了不平衡控制算法的動態性能與穩態特性。 4．對VSC閥在交流電網低電壓故障下的過流現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低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網低電壓故障時系統穩定與VSC過流問題。 5．在分析現有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯數目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發，將傳統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，并針對該模塊級聯式拓撲提出一種系統協調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節的直流側電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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世界環境的日益惡化和傳統能源的日漸枯竭，促使了對新能源的開發和發展。具有可持續發展的太陽能資源受到了各國的重視，各國相繼出臺的新能源法對太陽能發展起到推波助瀾的作用。其中，光伏并網發電具有深遠的理論價值和現實意義，僅在過去五年，光伏并網電站安裝總量已達到數千兆瓦。而連接光伏陣列和電網的光伏并網逆變器便是整個光伏并網發電系統的關鍵。 本文根據逆變器結構以及光伏發電陣列特點，提出了基于DC-DC和DC-AC兩級并網逆變器的結構。基于DC-DC和DC-AC電路的相對獨立性，分別對DC-DC和DC-AC進行詳盡分析，并提出了新的控制策略。在DC-DC轉換器中，采用了Boost電路對太陽能陣列輸出電壓進行調制，并對系統進行最大功率點跟蹤。針對固定電壓法和擾動法跟蹤最大功率點的缺點，提出三點最小二乘最大功率點跟蹤的新算法，實驗證明了該算法能夠準確而迅速的跟蹤系統最大功率點，從而提高系統的利用率，穩定系統的輸出電壓。在DC-AC轉換器中，采用輸出電流控制，根據正弦脈沖寬度調制的缺點，提出空間矢量脈沖寬度調制方法對逆變器進行控制，從而提高直流側電壓的利用率，減少諧波。基于SVPWM的控制原理，建立系統模型，結果表明輸出電流與電網電壓保持同相位，從而證明了該控制算法的可行性。 在提出新的控制策略的基礎上，對2kW的三相并網逆變器進行硬件設計，包括主電路DC-DC和DC-AC，驅動電路以及電壓電流檢測電路，過零檢測電路等，為類似結構的光伏并網逆變器提供了設計參考。
上傳時間： 2013-07-16
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逆變器作為光伏陣列和電網接口的主要設備，它的性能決定著整個光伏發電系統的性能。為了將光伏陣列產生的電能最大限度地饋入電網，并提高其運行的穩定度、可靠性和精確度，必須對并網逆變器的主電路拓撲選擇、濾波器參數設計及其控制策略選取等進行深入研究。 論文首先分析了光伏發電的國內外發展現狀和應用前景，對光伏并網發電系統的種類、結構和并網標準進行了綜述。針對眾多適用于光伏并網的逆變器拓撲進行了詳細的比較分析，最終確定了一臺單相滿載功率1kW、并網電壓220V的逆變器拓撲及其主電路參數，對其輸出濾波器參數進行設計，并對其進行了幅頻特性分析。 其次，詳細分析和研究逆變器的并網控制策略，確定了在獨立工作模式下的瞬時電壓控制策略和在并網工作模式下的瞬時電流控制策略。根據選定的控制策略分別對其控制系統進行了建模和閉環參數設計，并利用Sabet軟件進行系統仿真，驗證了系統建模和設計的正確性。 接著，在分析光伏陣列特性的基礎上，總結和比較了常用的幾種MPPT（Maximum Power Point Tracking）控制方法，通過擾動觀測法對并網逆變器輸出電流的控制，實現了光伏陣列的MPPT，并給出了設計方案和實驗驗證。 最后，根據以上分析結果，研制了一臺基于DSP控制的光伏并網逆變器的試驗樣機，并詳述了其軟硬件的設計方案，給出了相關實驗結果。
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、產業設備、交通車輛等領域。逆變器的并聯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技術實現電源模塊化。 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、系統的數學模型、波形控制技術以及并聯系統模型、并聯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統一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質量，采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復控制并聯結合的控制方案。分析了PID 控制器和重復控制器的原理，并針對400kVA 三相逆變器的系統性能，給出了相應數字PID 控制器和重復控制器的設計。并利用Matlab 建立了系統的仿真模型，給出了理論研究結果。提出了有效提高系統動態性能的兩種方法：加負載電流前饋和動態過程中強制改變改變調制比。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系統的結構、環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，逆變器環流和輸出功率分配的差異，得出了輸出阻抗對環流和功率影響的一般規律。針對大功率三相逆變器并聯系統，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制原理。根據400kVA 三相逆變器并聯系統的輸出阻抗特性，采用了無功調節輸出電壓幅值和同步鎖相實現相位同步的并聯控制策略。 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控制策略有效可行性。
上傳時間： 2013-07-03
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為了解決現有環形線圈車檢器在工程應用中出現的誤檢問題，尤其是對同一輛大車的多次誤觸發問題，本文深入研究導致誤檢現象的具體原因，并在這基礎上提出了一套軟硬件的解決方法，以減少誤觸發現象，提高檢測的準確率。 為了方便測量與調試，本文設計了一個PC端軟件。它與實驗室原有的頻率采集工具一塊配合工作，能實時而直觀地察看車檢器的工作狀況，從而有利于實驗數據的采集與問題分析。通過實驗分析，本文總結了誤檢現象的若干情形，以及導致誤檢問題的主要原因。 針對上述分析的發現—車檢器采用的單一閾值法不能適應復雜的應用環境，本文對檢測算法作了改進：對車輛到達的檢測，仍采用單一閾值法；對車輛離開的檢測，則采用平坦性判定法。后者利用了在車輛離開時，線圈頻率從非平坦變為平坦這一特征。它有簡單、易移植和防誤檢的特點。 為了從應用層面解決問題，本文設計了一種基于改進算法的車檢器。與同類車檢器相比，它除了集成上述車檢算法外，還提供一個RS-232的測試端口，按一定的數據協議與PC端的診斷軟件通訊，能夠幫助現場測試工作的開展。 本文還利用了新車檢器做了兩組的實驗：實驗室環境與高速公路車輛檢測現場環境下的實驗。第一組驗證了改進算法的防誤檢性能，并計算它的檢測延遲。其中檢測延遲的計算，有助于協調車輛檢測系統中線圈、車檢器與攝像頭三者間的工作。第二組驗證了新車檢器的檢測性能，包括識別和延遲兩方面內容。兩組實驗結果都證實了改進算法的實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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諧振變換器相對硬開關PWM變換器，具有開關頻率高、關斷損耗小、效率高、重量輕、體積小、EMI噪聲小、開關應力小等優點。而LLC諧振變換器具有原邊開關管易實現全負載范圍內的ZVS，次級二極管易實現ZCS諧振電感和變壓器易實現磁性元件的集成，以及輸入電壓范圍寬等優點，因而得到了廣泛的關注。 本文對諧振變換器的基本分類和各種諧振變換器的優缺點進行了比較和總結，并與傳統PWM變換器進行了對比，總結出LLC諧振變換器的主要優點。并以400W LLC諧振變換器為目標設計，LLC前級使用APFC電路，后一級是LLC諧振變換器。 首先，基于FHA(基波分析法)的方法對LLC諧振變換器進了穩態電路的分析，并詳細闡述了LLC諧振變換器在各個開關頻率范圍內的工作原理和工作特性。隨后，文章詳細比較了LLC諧振變換器與傳統的諧振變換器和半橋PWM變換器不同之處。 然后，文章分別采用分段線性法和擴展描述函數法建立了LLC諧振變換器的小信號模型。由于分段線性法建立的小信號模型僅考慮了LLC諧振變換器工作在滿負載的情況下，為了建立更具一般性的模型，論文又采用了擴展描述函數法建模，用以指導控制環路的設計。 接著，論文對整個系統進行了綜合設計。文章給出了APFC部分的主電路和控制補償回路的具體設計；同時，也做出了LLC諧振變換器主電路的具體設計，而LLC諧振變換器控制回路的設計，仍需要更深一步的研究，并需提出一種切實可行的設計方法。 最后，采用Pspiee軟件建立了仿真模型。仿真結果得出LLC諧振變換器能在負載和輸入電壓變化范圍都很大的情況下實現輸出電壓的穩定調節，并能實現場效應管和二極管的軟開關，驗證了理論分析的正確性；由于實驗條件的限制，制作的實驗電路板處于調試之中，希望進一步驗證理論設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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光伏發電是集開發可再生能源、改善生態環境于一體的重大課題，有巨大的經濟、社會效益和學術研究價值。 本文首先介紹了3kW光伏并網逆變器系統的組成和結構。3kW光伏并網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，實現了光伏陣列最大功率點的跟蹤控制，以及產生與電網壓同頻同相的正弦電流，實現并網的功能。本文重點對逆變器系統的最大功率點跟蹤(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、環境溫度對光伏陣列的影響，模型參數與實際參數嚴格對應。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，比較各種算法的優缺點，總結出每種算法所適用的環境，并給出了最大功率點跟蹤控制在并網逆變器系統的實現策略。 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實現擾動觀察法和增量電導法的程序流程圖，實現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。
上傳時間： 2013-04-24
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高壓直流電源廣泛應用于醫用X射線機，工業靜電除塵器等設備。傳統的工頻高壓直流電源體積大、重量重、變換效率低、動態性能差，這些缺點限制了它的進一步應用。而高頻高壓直流電源克服了前者的缺點，已成為高壓大功率電源的發展趨勢。本文對應用在高輸出電壓大功率場合的開關電源進行研究，對主電路拓撲、控制策略、工藝結構等方面做出詳細討論，提出實現方案。 高壓變壓器由于匝比很大，呈現出較大的寄生參數，如漏感和分布電容，若直接應用在PWM變換器中，漏感的存在會產生較高的電壓尖峰，損壞功率器件，分布電容的存在會使變換器有較大的環流，降低了變換器的效率。本文選用具有電容型濾波器的LCC諧振變換器為主電路拓撲，它可以利用高壓變壓器中漏感和分布電容作為諧振元件，減少了元件的數量，從而減小了變換器的體積。 LCC諧振變換器采用變頻控制策略，可以工作在電感電流連續模式(CCM)和電感電流斷續模式(DCM)，本文對這兩種工作模式進行詳細討論。針對CCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，用基波近似法推導出變換器的穩態模型，給出一種詳盡的設計方法，可以保證所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關，減小電流應力和開關頻率的變化范圍，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為41kV，功率為23kW的高頻高壓電源，實驗結果驗證了分析與設計的正確性。 針對DCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，該變換器可以實現零電流開關，有效地減小IGBT拖尾電流造成的關斷損耗。論文通過電路狀態方程推導出變換器的電壓傳輸比特性，在此基礎上對主電路參數進行設計，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為66kV，功率為72kW的高頻高壓電源，實驗結果表明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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