隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： @@ 1．本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 @@ 3．本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 @@ 4．本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 @@ 5．本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 @@ 6．最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。 @@關鍵詞：太陽能光伏；并網逆變器；SPWM； DSP； ARM
上傳時間： 2013-07-02
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世界能源危機和環境惡化促使開發利用可再生能源和各種綠色能源以實現可持續發展成為人類當前的首要任務。而隨著太陽能電池和電力電子技術的不斷進步，光伏發電技術和產業不僅是當今能源的一個重要補充，更具備成為未來主要能源的潛力。當前，光伏發電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發展，太陽能光伏利用的主要形式將是并網發電系統。 @@ 本文主要工作是研究一種光伏發電并網/獨立雙模式逆變器的控制策略，這種逆變器不僅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章對光伏發電應用形式和并網逆變器的分類進行了闡述，綜合考慮可靠性、工作效率和成本，選擇兩級全橋結構逆變器作為研究對象，該拓撲結構多應用于小型并網逆變器。 @@ 通過分析比較各種電流控制方式，選擇單極性SPWM控制方式來產生本文逆變器控制信號。根據系統具體情況，在不同的運行模式下應用不同的控制策略。并網運行時，電網決定逆變器的輸出電壓，逆變器看作電流源，采用電流雙閉環控制輸出電流；獨立運行時，逆變器采用電流電壓閉環控制輸出電壓。并利用MATLAB Simulink對兩種模式下工作的單相和三相逆變器進行仿真。依據瞬時無功理論，提出一種應用在三相電路的軟件鎖相環，仿真結果顯示該鎖相環鎖相效果良好。 @@ 雙模式逆變器在兩種模式間切換的時候，容易對負載、電網和電源本身造成沖擊和干擾，需要采取有效的切換控制方法來減少這種影響。本文詳細分析了獨立模式和并網模式之間切換過程，并對不同的切換順序進行比較，并給出一種兩種模式間無縫切換的控制方法。利用MATLAB Simulink對單相和三相逆變器兩種模式間切換過程進行建模仿真，結果證明了這種模式切換方法的可行性。 @@ 介紹了以DSP（TMS320F2812）為核心的控制電路，并對部分硬件設計進行了分析，給出了部分軟件流程圖。 @@關鍵字：光伏發電系統；逆變器；并網運行；獨立運行；無縫切換
上傳時間： 2013-04-24
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21世紀，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，能源問題越來越突出，太陽能等可再生能源逐漸成為人類關注的焦點。時至今日，人類對光伏系統的研究越來越深入廣泛，但在光伏系統的研發過程中，太陽能電池由于受日照強度、環境溫度影響較大，導致實驗成本過高，研發周期變長。太陽能電池陣列模擬器便能較好地解決這一問題。 @@ 本文首先對比了模擬式太陽能電池模擬器和數字式太陽能電池模擬器的優缺點，選取了數字式太陽能電池陣列模擬器作為研究對象，并對研究太陽能電池陣列模擬器的實際意義作了闡述。隨后描述了太陽能電池的輸出特性，討論了適合工程計算的太陽能電池陣列數學物理模型。 @@ 本文研究的太陽能電池陣列模擬器由功率電路和控制電路兩部分組成。功率電路選取了半橋型DC/DC電路作為主電路拓撲，對其工作過程進行了分析，并對各部分電路進行了設計。然后設計了電壓電流雙閉環調節器，在此基礎之上用PSIM仿真軟件對所設計的太陽能電池陣列模擬器進行了仿真，包括靜態工作點的仿真以及動態響應速度的仿真，通過仿真驗證了模擬器能夠達到所要求指標。 @@ 控制電路板是整個模擬器的核心控制部分，通過控制運算提供輸出電壓的參考值，進而提供控制功率管開通關斷的PWM信號。本文選取了microchip公司的dsPIC30F2023作為主控制芯片，分析了該型號微處理芯片的性能特點，介紹了模擬信號采樣電路、232通訊電路、人機交互界面電路等外圍電路的硬件設計，調節器采用了數字PID控制。 @@ 在MPLAB集成開發環境中進行了軟件方案的設計，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采樣、故障處理、人機交互程序等，介紹了各個模塊的程序流程。 @@ 軟硬件系統設計完成后，最終實現了太陽能電池陣列模擬器，可以為光伏系統的研究提供一個良好的實驗平臺。 @@關鍵詞：太陽能電池陣列模擬器；半橋型DC/DC變換器；dsPIC30F2023
上傳時間： 2013-07-28
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隨著環境污染和能源短缺問題的日趨嚴重，尋找一種儲備大、無污染的新能源已經上升到世界各國的議事日程。太陽能作為當今最理想環保的能源之一，已經得到了人類越來越廣泛的應用。本文以光伏（Photovoltaic—PV）并網發電系統為研究對象，以最大限度利用太陽能、無污染回饋電網為主要目標，開展了光伏并網發電系統的理論研究和仿真，具有重要的現實意義。光伏并網逆變器是光伏并網發電系統中必不可少的設備之一，其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個光伏發電系統的性能和投資。本文主要研究適用于并網型光伏發電系統的逆變器。 本文以一個完整的光伏并網發電系統為研究對象，重點對單相光伏并網系統進行了全面的分析，并從并網系統的主電路拓撲、控制策略、孤島效應以及系統的可靠性分析幾個方面做了詳細的分析和仿真實驗。 首先，介紹了國內外光伏并網發電產業的現狀，并對光伏并網發電系統的組成結構、優缺點、發展趨勢及光伏并網發電系統對逆變器的要求做了簡單介紹，對光伏并網發電系統建立了總體認識。 其次，討論研究了逆變器主電路的拓撲形式，并根據實際情況，選擇了無變壓器的兩級結構，即前級DC/DC變換器和后級DC/AC逆變器，兩部分通過DClink連接。前級的DC/DC模塊采用Boost拓撲結構，后級的DC/AC逆變器采用逆變全橋實現逆變，向電網輸送功率。討論確定了逆變器輸出電流的控制方式，并最終確定了光伏并網發電系統的總體方案。高性能的數字信號處理器芯片（Digital Signal Processor—DSP）的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網的控制成為可能。本文以TI公司的數字信號處理器芯片TMS320F2812為核心，設計了控制電路并給出了驅動電路、保護電路的設計以及系統的電磁兼容設計思想。應用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整個電路模型，進行了仿真實驗研究。 再次，我們已經知道孤島效應問題關系到光伏并網發電系統的安全問題。本文分析了孤島效應產生的原因、對電網的危害和目前各種常用的被動和主動及外部孤島效應的檢測方法。根據本文涉及的光伏并網發電系統的特點，采用了電壓前饋正反饋檢測孤島的方法，然后詳細介紹了該方法的原理和實現過程， 并給出了逆變器的反孤島效應模型和仿真實驗結果。仿真結果證明，該方法是可行的，并且達到了IEEE Std．2000—929標準的規定。 光伏系統的可靠性研究對整個系統的經濟運行乃至投資決策產生了重要影響。本論文以光伏并網發電系統的基本組成為線索，對各部分進行可靠性分析，對滿足一定可靠性水平的光伏并網發電系統進行分析，從而對其的推廣使用起到了理論指導作用。 關鍵詞：光伏并網發電系統；逆變器；孤島效應；DSP；可靠性分析
上傳時間： 2013-04-24
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由于傳統照明技術存在的種種弊端和能源的日益短缺，現代生產和生活的發展迫切需要一種高效節能、無污染、無公害的綠色照明技術取代傳統照明技術。固體LED光源作為一種新型節能環保光源，顯示出了巨大的發展潛力。 論文首先介紹了一種市電供電的兩級變換的發光二極管冗余驅動電路，通過第一級電路將市電整流并穩壓輸出，供電給第二級N+1冗余DC/DC變換電路，通過電流型閉環反饋對負載輸出恒定的電流電壓。通過PSIM仿真軟件進行分析，發現該電路不但輸出穩定，而且具有很高的安全性。其次，論文對軟開關變換技術進行了較為詳細的介紹，分析討論了適用于Buck電路的多種軟開關變換方法，著重研究了零電壓轉換PWM變換器在LED驅動電路中的應用。論文的最后一部分結合太陽能發電技術分析了太陽能LED路燈系統的組成結構和工作原理，重點論述了太陽能路燈設計中太陽能組件最大功率跟蹤、蓄電池安全高效充放電、LED燈具散熱等問題，提出了一種新型的最大功率跟蹤方法以及一種安全性較高的蓄電池供電方法。結合實際設計了一套太陽能LED路燈的參數以及組件選型，為實際設計太陽能LED路燈提供了部分理論依據。 關鍵詞：LED；驅動冗余電路；軟開關；太陽能LED路燈；最大功率跟蹤；鉛酸蓄電池；LED燈具散熱
上傳時間： 2013-05-23
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數字技術、電力電子技術以及控制論的進步推動弧焊電源從模擬階段發展到數字階段。數字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規模集成、方便升級，成為焊機的發展方向，推動了焊接產業的巨大發展。針對傳統的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結構的焊機主電路實現方法和基于“MCU+DSP”的數字化埋弧焊控制系統的設計方案。 本文詳細介紹了埋弧焊的特點和應用，從主電源、控制系統兩個方面闡述了數字化逆變電源的發展歷程，對數字化交流方波埋弧焊的國內外研究現狀進行了深入探討，設計了雙逆變結構的數字化焊接系統，實現了穩定的交流方波輸出。 根據埋弧焊的電弧特點和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結構設計焊機主電路，一次逆變電路選用改進的相移諧振軟開關，二次逆變電路選用半橋拓撲形式，并研究了兩次逆變過程的原理和控制方式，進行了相關參數計算。根據主電路電路的設計要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機主控系統來實現焊接電源的控制。其中主控板單片機ATmega64L主要負責送絲機和行走小車的速度反饋及閉環PI運算、電機PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負責焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環PI運算以及控制焊接時序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉編碼器進行焊接參數和焊接狀態的給定，預置和顯示各種焊接參數，快速檢測焊機狀態并加以保護。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協議交換數據。通過軟件設計，實現焊接參數的PI調節，精確控制了焊接過程，并進行了抗干擾設計，解決了影響數字化埋弧焊電源穩定運行的電磁兼容問題。 系統分析了交流方波參數的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設計的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時序，并可以有效抑制功率開關器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數字化交流方波埋弧焊的控制系統和焊接試驗進行了總結，分析了系統存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；數字化；逆變；軟開關技術
上傳時間： 2013-04-24
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隨著“節能環保”概念的提出，以解決電力緊張，環境污染等問題為目的的新能源利用方案得到迅速的推廣，使得分布式發電備受關注，即將成為世界各國重要的發電形式。帶有分布式電源的配電網及電力電子裝置的大量應用致使電能質量下降，如何將分布式發電系統的能量回饋至電網的同時有效改善電能質量是一個重要的問題，因此在分布式發電系統中起電能變換作用的逆變器成為研究的一個熱點。本篇主要以電壓型并網逆變器為研究對象，對并網逆變器的拓撲結構、控制策略、參數的選擇、并網實驗等方面作出了詳細的分析和研究。 首先根據帶有分布式發電的配電網的特點提出一種新的諧波治理思路，即將改善電能質量的有源濾波技術結合到分布式逆變電源中，設計一種新型的多功能并網逆變器。用開關函數法建立了并網逆變器小信號數學模型，確定了以PI閉環調節為核心的復合控制策略，同時為了使輸出電流控制達到更好的效果，采用電網電壓前饋補償方法抵消電網電壓擾動對并網電流的影響；基于瞬時無功功率的id-iq諧波電流檢測算法能精確檢測和分離所需要的有功和諧波分量；基于DSP的軟件鎖相控制算法能實現并網電流與電網電壓同頻同相。 其次對并網逆變器控制系統的軟硬件進行了分塊設計：對逆變系統的A/D轉換電路、逆變驅動電路、PWM信號發生電路等電路進行了詳細地分析和說明。利用DSP主控芯片TMS320LF2407A內部的SCI異步串行通信接口實現了逆變器的人機交互功能，利用其內嵌的CAN控制模塊實現了逆變器的并機通信功能；同時在TI DSP2000的運行環境下給出控制系統的主程序和周期中斷子程序流程。 最后開發了以功率器件IPM構成的三相PWM變流橋主電路的多功能逆變電源實驗平臺和相關配套輔助電路，完成了逆變電源的輸出有功功率及消除諧波的實驗并給出了裝置樣機的實物圖以及實驗波形圖。驗證了逆變器工作原理分析的正確性和系統設計思路的可行性。 本文所做工作拓寬了帶有分布式發電的配電網諧波治理的思路，對推動我國節能供電、新能源的利用以及改善電網電能質量等方面具有一定的理論意義和較強的實用價值。
上傳時間： 2013-06-06
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石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環境場合，其中的電站子系統由數臺柴油發電機組及其相應的控制系統構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統或SCR直流調速系統來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統和SCR直流傳動系統）對電力系統帶來諧波污染，尤其是對柴油發電機組小電網系統，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統的功率因數較低，也給小電網系統帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統為典型的多諧波源系統，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統，采用有源濾波器+動態無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統諧波進行的分析和計算，為兩系統諧波抑制的方案選型和系統優化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發電機組小電網供電系統的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統設計了動態無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以單元機組協調控制系統為研究對象，在分析了協調控制系統特性的基礎上，總結了實際運行的協調控制系統中存在的問題和影響控制效果的原因。把汽包鍋爐單元機組簡化為一個具有雙輸入、雙輸出的被控對象以及做了一些合理假設的前提下對協調控制系統建立的動態數學模型進行分析。 從快速滿足電網負荷指令的需求，抑制各種干擾，保證機組的穩定運行的中心任務出發，首次提出采用智能PID控制器作為汽機的主控制器，解決常規單自由度PID控制器不能兼顧目標跟蹤特性和抗干擾特性的問題，并在一定程度上解決了協調控制系統對鍋爐前饋回路過分依賴的問題。 針對鍋爐對象大遲延特性，利用模糊預估策略對過程的輸出進行預測。補償了鍋爐側純延遲帶來的不利影響；而且還具備了模糊控制不依賴于系統的數學模型，具有對系統參數變化不敏感，對于非線性、時變時滯等特性，呈現出較好的魯棒性等特點，當出現較大的誤差時，可以把系統從很大的偏離中拉回來，提高了系統的響應速度和安全性。仿真試驗表明采用模糊預估能夠降低系統的超調，取得較好的控制效果。 由于單元機組中的鍋爐與汽機為強耦合系統，為了實現一對一的單一控制，決定采用神經網絡多變量解禍控制，通過仿真證明，達到了很好的解耦效果。 為了從全局上優化系統的控制行為，采用模糊控制策略對鍋爐和汽機的指令進行智能化的調整和約束。根據不同的負荷階段、主要參數的變化情況及時調整有關的指令，使協調控制系統向著有利于全局優化的方向調節。 本文將神經網絡、模糊控制思想引入協調控制系統，并在此基礎上構造神經網絡、模糊自適應控制的智能PID控制方案。通過理論分析和仿真實驗證明了這一控制方法在電廠協調控制系統中的實用價值，和傳統的PID控制比較，這種智能控制算法有效的提高了負荷的響應速率，保證了系統的品質，取得了很好的控制效果。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結構簡單，運行可靠，維護更方便。現代電氣傳動控制的發展趨勢之一是開發新的交流調速與伺服系統。無論在矢量控制還是標量控制中，轉速與位置的閉環控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統，并加入了反映電機系統模型誤差和環境干擾的系統噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉子位置與轉速作為系統狀態變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統中。通過仿真，與電機實際運行狀態進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統狀態變量，建立新的完全線性化的系統方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統協方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數調節任務，易于數字化實現，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統模型不確定性與測量噪聲體現在系統方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎，以永磁同步電機為對象，以數字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態觀測系統的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉子位置與轉速。本系統可以代替傳統速度傳感器，為電機控制系統提供轉子位置和轉速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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