變電站自動化系統在我國應用發展十多年來，為保障電網安全經濟運行發揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應用和協同操作，數據缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數字化水平不高、缺乏能夠完備實現信息標準化和設備之間互操作的變電站通信標準造成的。 電力工業發展和市場化改革的深入對供電質量和電網安全經濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統的信息源和執行終端，變電站數字化、信息化的要求越發迫切，數字化變電站成為變電站自動化系統的發展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關等智能化一次設備的誕生使建設數字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網絡以及完備的通信系統標準是數字化變電站實現的保障，特別是最新頒布的變電站通信網絡與系統的國際標準-IEC 61850為建設數字化變電站提供了全面規范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡為研究對象，結合新架構的全網絡化數字保護平臺與試驗系統研制的具體實踐，展開專門研究，主要內容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數字化變電站的內在關聯。 ②總結了IEC 61850的內涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協議，更多意味的是變電站自動化系統的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術特征，包括功能分層的變電站、面向對象的信息模型、功能與通信的解耦、變電站配置語言和面向對象的數據自描述等。 ④從“類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對信息模型的屬性和服務進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應用研究①從系統和設備兩個層面總結了實踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時間及時間同步等通信模型的特殊通信服務映射。 ④討論了信息模型實體的構建方法，即如何讓設備的實際功能、運行機制和數據能夠準確和完備的實現設備對應信息模型的所有細節。IEC 61850沒有對實現標準的具體方法作出規定，這給各廠商在技術實現上留出了足夠的自由發揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內涵和應用價值，則可能無法實現IEC 61850的預定目標或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構建方案的基礎上，經過分析從中選擇出作者認為最優的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡(CNDS)的研究①在分析以太網介質訪問控制方法的基礎上，針對標準以太網存在延時不確定的問題，總結了提高以太網實時性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網的一般局域網的區別，針對CNDS在網絡可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應對措施和解決方案。 ③提出了過程子網和全站惟一網絡2種組網方案。通過分析各自的特點與實現難度，指出過程子網目前較易實現，而全站惟一網絡將憑借信息高度共享等優勢成為CNDS的最終形態。闡述了VLAN、由交換機實現網絡冗余等組網技術在SAS中的應用方法及IED自身通信冗余的實現方法。 ④歸納了CNDS數據流的類型和到達時間規律：建立了簡單數據流模型為表征數據流、研究數據流業務特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協議及其運行機制，提出了TcP應用于CNDS的優化方法。 ⑤利用OPNET網絡仿真技術，建立了EMAC和TCP/IP仿真節點模型，對以太網、TCP和交換式以太網的基本特征等進行了仿真研究；依據CNDS實際承載的功能，建立了過程子網和站級網絡的動態仿真模型，圍繞網絡延時和端到端延時等網絡性能指標，對不同組網方式和應用功能下的網絡性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的設計與實現①闡述了一種新架構的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的軟硬設計和實現方法。提出了適用于數字保護的RTOS多任務劃分方法。 ②以饋線保護測控裝置為例，建立了平臺的IEC 61850信息模型。以此為基礎，在平臺內部實現了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850系統和數字化變電站做好了準備。 ③進行了保護測量功能和過程層通信試驗，驗證了平臺的可用性和過程層通信的可靠性，為類似設計方法在間隔層IED上的應用提供了可信依據。
上傳時間： 2013-05-28
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近年來，隨著汽車工業的迅速發展，環境污染、全球變暖、能源短缺的壓力使傳統的內燃機汽車面臨前所未有的挑戰，燃料電池電動汽車已成為汽車工業新的熱點。由于燃料電池輸出特性的特殊性，輸出端必須連接DC/DC變換器，使之與驅動器配合。因此，DC/DC變換器是燃料電池電動汽車的關鍵零部件之一。 本論文主要對燃料電池電動轎車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)用DC/DC變換器的主電路拓撲結構、參數設計及電磁兼容(EMC)問題進行了研究。重點針對升降壓和雙向DC/DC變換器進行分析研究。 首先介紹分析了幾種傳統升降壓直流變換器的工作原理和優缺點。針對燃料電池的特性和電動汽車對升降壓DC/DC變換器的性能指標要求，分析比較了非隔離式直流變換器的一些優點和缺點，提出了Buck-Boost級聯的升降壓主電路方案并提出相關的控制策略。然后運用模擬仿真軟件MATLAB仿真分析了控制策略的正確性。 其次分析研究了雙向DC/DC變換器的應用與設計，綜合比較現有的各種隔離與非隔離方案，結合車用要求，選擇了非隔離式的Buck-Boost拓撲。針對其工作原理、特點進行了雙向DC/DC變換器主電路與控制電路的設計研究，重點研究其過渡過程的控制策略。在利用MATLAB進行各種過渡過程的仿真分析的基礎上，選取了最佳的過渡控制方案。并利用該控制策略編制DSP控制程序，制作了小功率1kW數字控制雙向DC/DC變換器。 最后深入討論了DC/DC變換器中的電磁兼容問題。分析了DC/DC變換器主電路中存在的主要干擾源、干擾產生的機理以及干擾傳播途徑，然后以此出發，重點討論了各種抑制電磁騷擾(EMI)和電磁抗干擾(EMS)的方法及措施，給出具體方案。
上傳時間： 2013-05-24
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高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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電流互感器是電力系統中最重要的高壓設備之一。它被廣泛應用于繼電保護、系統監測、電力系統分析之中，關系到電力系統的安全性與可靠性。隨著電力系統向高電壓、大容量和數字化方向的發展，傳統的電磁式電流互感器很難滿足電力系統發展的進一步要求。因此，研究基于計算機技術、現代通信技術及數字處理技術的以電子式電流互感器(ECT)為代表的、新型的高精度電流互感器成了大勢所趨。在電子式電流互感器的應用研究中，ECT高壓側的電源問題是關鍵技術之一。 本文對國內外電子式電流互感器發展的現狀進行了描述，并對已有的電子式電流互感器的高壓側供能方式進行了總結。論文根據本課題組所研究的電子式電流互感器的特點，對電子式電流互感器的高壓側供能系統的設計進行了研究，提出一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法。 本文首先設計了一種應用于高壓電子式電流互感器的數字化激光電源，包括大功率激光器的驅動電路、基于16位低功耗單片機MSP430的過流保護電路和恒溫控制電路、輸入電路、顯示電路、以及高壓側變換電路。其供能部分由低電位側的大功率激光光源產生激光輸出，經光纖將激光能量傳輸到達高電位側的光電池，再由光電池進行光功率到電功率的光電變換后，形成滿足光電電流互感器傳感頭部分所需的電壓輸出。實驗結果表明，該電源可以提供穩定的6V電壓，其功率不少于300mW。 本文又設計了了一種應用于高壓側電子裝置中的CT電源方案：通過一個特制的電流互感器(CT)，直接從高壓側一次母線電流獲取電能，憑借在CT和整流橋之間串聯的一個電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應電壓并限制了CT的輸出電流，起到了穩定電壓和保護后續電路的作用。實驗結果表明，該電源能輸出穩定的5V直流電壓，紋波不超過25mV。 最后，本文提出了一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區問題，延長了激光器的使用壽命。
上傳時間： 2013-06-05
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LED顯示屏自問世以來經歷了飛速發展，如今已經成為了平板顯示器的一個重要產品。LED顯示屏具有亮度高、功耗小、顏色鮮艷等特點，能完成實時性、多樣性、動態性的信息發布任務，勝任各種戶外公共場合。高效節能和保護環境已成為當今世界發展的重要議題。因此，為LED顯示屏提供高效節能的電源及其驅動技術，就成為了LED大屏幕顯示技術得到推廣普及的關鍵性問題。 本文設計了一種低功耗、小成本的LED顯示屏驅動電源，并在此基礎上研究了LED顯示屏的一種時序掃描算法。采用半橋式開關電源作為LED顯示屏驅動電源的基本拓撲，完成了EMI濾波器、主電路和控制驅動電路的設計工作：利用FPGA和VHDL語言設計了基于PWM技術的閉環反饋控制，實現了恒壓電源的基本要求；并在電源輸出整流側采用同步整流的設計方案，利用低導通阻抗的電力MOSFET，使整流損耗得到了大大降低。研究了LED顯示屏的基本掃描算法，介紹了LED顯示屏的一些基本常識和概念，利用FPGA和VHDL語言設計了一種簡易的LED顯示陣列。仿真和實驗研究表明該電路結構簡單、控制方便，掃描算法簡易可行，滿足了LED顯示屏時序掃描控制的基本要求。
上傳時間： 2013-06-23
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應用，而其控制策略和電路拓撲等已成為了研究熱點。相對傳統的兩電平逆變器，它具有效率高動態性能好，對電動機產生的諧波少，適合高壓大容量等優點。但隨著電平數的增加，基本控制算法越來越復雜，同時還存在中點電壓不平衡等問題。將DSP數字控制技術應用于多電平逆變器不僅簡化了系統的硬件控制電路，提高了系統性能，還可以實現系統的優化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓撲結構和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進行了深入的分析，在開關函數的基礎上建立了三電平逆變器的數學模型。在此基礎上，對空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）算法進行了改進，并詳細推導了該調制算法的計算公式，結合中點電位控制來確定開關矢量的作用順序，使仿真和實現都比較容易。然后重點分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡問題產生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側電容中點電位平衡的電壓空間矢量脈寬調制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法和中點電位平衡控制方法進行了仿真分析，證明了該調制算法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-05-20
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近年來，光伏發電技術取得了長足的進步，太陽能已經成為當今能源的一個重要補充。光伏并網發電是太陽能大規模利用的必然趨勢。本文以光伏并網發電系統的核心設備并網逆變器為研究對象，首先給出了單相光伏并網逆變器的詳細的硬件設計過程，然后對光伏陣列的最大功能點跟蹤、逆變器的特性及控制方法、并網系統的人機交互子系統等進行了深入的研究。 并網逆變器的硬件設計是整個系統的基礎和難點之一。本文設計了1套額定功率為3KW的兩級式光伏并網逆變器，采用F2812DSP作為系統的控制核心。文章對整個硬件的設計過程和電路原理進行了詳細分析。 為提高系統效率，光伏陣列都要求工作在最大功率點處。本文在分析了各種MPPT方法的優缺點的基礎上，提出了基于移相全橋電路的電導增量法，給出了整個算法在DSP中的實現過程。 并網逆變器輸出級的跟蹤控制技術是系統設計的關鍵點之一。本文詳細分析了逆變器輸出級的電路工作模式和數學模型，深入分析了T型輸出濾波器的原理及電網電壓對輸出電流的影響，提出了基于前饋補償的數字PI控制，并給出了其在DSP中的實現過程。 為完成對并網系統的監控和設置，設計了人機交互子系統，該系統是一個小型嵌入式系統，用MODBUS協議實現了子系統和控制系統的通信。本文詳細分析了整個子系統的軟硬件設計過程。 最后，對整個系統進行了實驗驗證，結果表明了系統方案的可行性，系統實現了穩定可靠運行。
上傳時間： 2013-05-26
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射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是一種允許非接觸式數據采集的自動識別技術。其中工作在超高頻(Ultra High Frequency，UHF)頻段的無源RFID系統，由于在物流與供應鏈管理等領域的潛在應用，近年來得到了人們的廣泛關注。這種系統所使用的無源標簽具有識別距離長、體積小、成本低廉等突出特點。目前在市場上出現了各種品牌型號的UHF RFID無源標簽，由于不同品牌型號的標簽在設計與制造工藝上的差異，這些標簽在性能表現上各不相同，這就給終端用戶選擇合適自己應用的標簽帶來了困難。RFID基準測試就是在實際部署RFID系統前對RFID標簽的性能進行科學評估的有效手段。然而為了在常規實驗室條件下得到準確公正的測試結果，需要對基準測試的性能指標及測試方法學開展進一步的研究。本文正是研究符合EPC Class1 Gen2標準的RFID標簽基準測試。 本文首先分析了當前廣泛應用的超高頻無源RFID標簽基準測試性能指標與測試方法上的局限性與不足之處。例如，在真實的應用環境中，由于受到各種環境因素的影響，對同一品牌型號的標簽，很難得到一致的識讀距離測試結果。另外，在某些測試場景中，使用識讀速率作為測試指標，所得到的測試結果數值非常接近，以致分辨度不足以區分不同品牌型號標簽的性能差異。在這些分析基礎上，本文把路徑損耗引入了RFID基準測試，通過有限點的測量與數據擬合分別得到不同類型標簽的路徑損耗方程，結合讀寫器天線的輻射方向圖，進一步得到各種標簽受限于讀寫器接收靈敏度的覆蓋區域。無源標簽由于其被動式能量獲取方式，其實際工作區域仍然受限于前向鏈路。本文通過實驗測試出這些標簽的最小激活功率后，得出了各種標簽在一定讀寫器發射功率下的激活區域。完成這些步驟后，根據這兩種區域的交集可以確定標簽的工作區域，從而進行標簽間的比較并達到基準測試的目的，并能找出限制標簽工作范圍的瓶頸。 本文最后從功率損耗的角度研究了標簽之間的相互干擾，為用戶在密集部署RFID標簽的場景中設置標簽之間的最小間隔距離具有重要的參考意義。
上傳時間： 2013-04-24
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逆變電源的發展是和電力電子器件的發展聯系在一起的，隨著現代電力電子技術的迅猛發展，逆變電源在許多領域的應用也越來越廣泛，同時對逆變電源輸出電壓波形質量提出了越來越高的要求。逆變電源輸出波形質量主要包括三個方面：一是輸出穩定精度高；二是動態性能好；三是帶負載適應性強。因此開發既具有結構簡單，又具有優良動、靜態性能和負載適應性的逆變電源，一直是研究者在逆變電源方面追求的目標。本文對逆變電源三閉環控制方案、輸出相位控制、逆變電源數字化控制系統進行研究，以期得到具有高品質和高可靠性的逆變電源。 本文研究了單相全橋逆變電源與三相橋式逆變電源主電路參數，包括逆變器、吸收電路、驅動電路、變壓器和濾波器，并對逆變電源變壓器的偏磁產生原因進行了深入分析，最后給出了有效的抗偏磁措施。針對三相橋式逆變電源通常不能保證三相電壓輸出平衡，研究了一種可以帶不平衡負載的三相逆變電源。研究了逆變電源的控制原理，建立了逆變電源系統動態模型，在此基礎上對逆變電源的各種控制方案的性能進行了對比研究，從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環控制方案。另外，針對逆變電源輸出相位存在固有滯后問題，采用了一種利用電壓瞬時值內環對逆變電源滯后的相角進行補償控制的策略，分析表明上述控制策略雖然有效，但無法做到輸出相角穩態無差，對此，提出一種移相控制方案設想，相當于在原多環控制方案的基礎上加了一個相位控制環。這樣可以使逆變電源輸出相位誤差得到有效的補償，輸出相位精度更高。文章設計了逆變電源數字控制系統，采用TMS320LF2407A控制產生SPWM波，給出控制系統DSP程序運行流程圖，并用DSP對其進行了實現數字化。多環反饋控制系統的采用，使系統具有優異的穩態特性、動態特性和對非線性負載的適應性，使逆變電源的性能得到有效提高。
上傳時間： 2013-04-24
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風光互補發電系統作為新能源技術應用的重要組成部分越來越受到人們的青睞，所以將此作為新能源研究的切入點，進行一些有益的嘗試和探索。 本文從太陽能電池的光生伏打效應入手，推導出太陽能電池的U-I曲線，并以此作為最大功率跟蹤(MPPT)技術的理論基礎。針對小風機的發電技術也存在的MPPT技術，文章進行了統一性研究，給出了新的控制策略--變步長擾動觀察控制。為了提高系統的充放電效率，文章還對三段式充放電、均衡充電、溫度補償等蓄電池充電理論進行了闡述。 根據上述理論，結合工程實際，設計了風光互補控制器的電路。利用電壓霍爾和電流霍爾實現了風機電壓、太陽能電池電壓、蓄電池電壓和充電電流的實時采樣，利用TMS320F2812DSP的EVA與AD模塊軟件實現對蓄電池欠壓、過壓、運行等模式的智能充放電管理。針對風力發電機的輸出電壓波動大的問題，系統提供了硬件和軟件的風機過速智能保護系統。本系統采用MPPT的控制策略提高了整個系統的效率，設計提供了一套LCD顯示界面和一組LED指示燈增強系統管理的友好性。為了解決風光互補控制器芯片的供電問題，設計了一套以UC3843PWM芯片為核心的反激式輔助電源。該電源用硬件實現了電流內環、電壓外環的雙環控制策略，提高了系統供電的可靠性和穩定性。 研制出了一臺風光互補控制器樣機，進行了有關實驗、檢測與調試。實驗波形和數據都顯示該系統運行穩定可靠，達到了設計要求。該方案可為風光互補控制器的工程設計提供一定的參考。
上傳時間： 2013-04-24
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