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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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上，結合數學模型，分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區產生的原因及其影響，以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上，根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調試，并完成整個程序的編制和調試。此外，還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后，系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析，發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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以諧波抑制，無功補償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產品，同時電網諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進行產業化應用研究。并聯有源電力濾波器以其安裝、維護方便，成為商用化產品的主流。所以本文針對并聯有源電力濾波器，展開產業化應用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯有源電力濾波器在補償辦公樓電氣負載產生的諧波電流時，會出現諧波放大現象。辦公樓電氣負載主要是計算機、開關電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點，基于“分段線性化”方法，對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析，得到系統的電流和電壓波形，進而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩態分析方法，可以從理論上理解并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載的工作過程，對有源電力濾波器的應用研究具有重要的理論和實際意義。 本文在分析辦公樓負載電氣特性的基礎上，建立了有源電力濾波器補償容性負載的簡化模型，依據該模型分析了負載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關系；為了克服諧波放大現象，本文首先通過負載電流采樣環節后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補償后網側電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補償方法將電流諧振頻率分量從負載電流采樣值中濾除，使得系統在諧振頻率處變為開環控制，使系統穩定。經過對辦公樓負載的實際并網諧波補償實驗證明基于FFT的有選擇諧波補償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創新點的研究工作對于實際工程應用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯補償方案，該方案的特點是模塊化結構及N+1冗余并聯控制策略、主從總線結構及主機產生、負載電流檢測方案以及并聯均流策略。主機產生及負載電流檢測是這一并聯方案的突出特點，體現了本文的創新性工作。本文還對多模塊并聯系統進行了建模和穩定性研究；依據模塊化并聯補償方案，在省科技計劃重點項目的支持下，對有源電力濾波器進行產業化研究，從項目方案、設計、器件選型，樣機調試、滿功率運行及性能檢測、樓宇負載與工業負載的實際并網實驗，直至工業樣機定型，對有源電力濾波器的產業化應用研究起了較大的推進作用，支撐項目目前已經有定型的工業化產品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節分排如下：（1）第一章從實際應用角度，總結闡述了有源電力濾波技術在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓撲結構三個方面的研究進展；（2）第二章對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補償容性負載時出現的諧波放大現象，并利用FFT方法使得系統在諧振頻率處變為開環控制，達到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯方案，并詳細說明了模塊化并聯系統的設計和實驗；（5）第六章對全文進行了總結，并對今后的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱 APF）是近年來治理電力系統諧波污染的非常有效的裝置。眾所周知，電力電子裝置和非線性負載的廣泛使用，使諧波電流和無功電流大量注入電網，嚴重威脅電網和電氣設備的安全運行與正常使用，并且產生大量的能源浪費。隨著我國“十一五”規劃中關于建設節約型社會的戰略方針的提出，應用APF進行諧波和無功治理的研究工作將會有很廣闊的應用前景。 本文闡述了有源電力濾波器的基本原理，介紹了當前主要的幾種APF的分類以及電路拓撲結構，分別對三相三線和三相四線制APF的結構進行分析，建立了兩種數學模型，指出三相三線制APF在實際供電系統中應用的局限性。本文介紹了三種當前廣泛采用的電流控制方法和一種比較先進的空間矢量控制方法。對于APF系統的核心--諧波檢測，本文介紹了三種諧波檢測理論，著重對本文設計的APF所采用的瞬時無功功率理論進行詳細的理論分析，在MATLAB軟件中建立一個三相四線制基于瞬時無功功率理論的APF系統仿真模型，驗證瞬時無功功率理論的可行性。 在進行大量理論分析和驗證的基礎上，設計一臺采用單片機和DSP雙CPU的有源電力濾波器。硬件上設計單片機的時鐘電路、仿真器接口電路；設計DSP的時鐘電路，外接存儲器擴展電路；設計APF系統的電壓周期檢測電路，電流絕對值轉換電路等等。軟件上編寫單片機的主程序和中斷程序、DSP的主程序和啟動搬運程序，調試并給電進行實際測試和實驗分析。
上傳時間： 2013-04-24
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交錯并聯反激變換器具有電路結構簡單，控制方便等優點，并且可以實現電氣隔離。但是其升壓比不高，變換器中主開關管電壓應力較大，且工作中開關管處于硬開關狀態，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯反激變換器所存在的問題，本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯反激變換器的優點，兩個并聯單元互補工作，分擔功率損耗，輸出電壓的脈動頻率為主開關管的兩倍。不同的是，該變換器具有較高的升壓比，變換器中主開關管的電壓應力較小，克服了交錯并聯反激變換器的問題。在軟開關方面，變換器使用有源箝位軟開關電路，使主開關管與箝位開關管都實現了零電壓軟開關動作，提高了變換器的效率與使用壽命。因此，它與交錯并聯反激變換器相比，更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應用變換場合。 在該變換器的基礎上，針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大，本文還提出了經過改進的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩，減小了二極管的電壓應力，提高了變換器的效率。 最后，本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器及其改進型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間： 2013-05-20
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開關電源以其效率高、功率密度高在電源領域中占主導地位。開關電源多數是通過整流器與電力網相接的，經典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，其輸入電流波形呈脈沖狀，交流網側功率因數很低，在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率而污染電網，成為電力公害。開關電源己成為電網最主要的諧波源之一。因此，進行網側功率因數校正成為目前研究的熱點之一。目前研究和應用得較多的高功率因數變換器要用兩級：DC／DC開關變換器串聯。這種電路的最大缺點是需要多個元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率場合應用時很不經濟。現在國內外正在開發研究單級功率因數校正電路，具有很高的功率因數且成本低。因而研究單級功率因數校正及變換技術對抑制諧波污染、開創綠色電源以及實現當今開關電源的小型輕量化具有重大意義。 近年來隨著電子信息產業的高速發展，人們對開關電源的需求與日俱增，開關電源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成為發展前景十分誘人的朝陽產業。隨著開關電源的廣泛應用，開關電源PFC集成控制器顯示出了強大的生命力，它具有集成度高、性價比高、外圍電路簡單和性能指標優良等優點，現已成為開發各類電源及開關電源模塊的優選集成電路。 本文首先闡述了電網污染的危害、功率因數的定義，總結了各種功率因數校正變換器的典型拓撲，對各種拓撲的特點、應用場合及控制方法作了比較分析，著重詳細介紹了反激拓撲的功率因數校正變換器的應用及優缺點。最后采用功率因數校正芯片SA7527進行了一個小功率電源的功率因數校正的設計，用實驗驗證了該設計的可行性，結果顯示功率因數能達到0.95左右，達到了較好的功率因數校正效果。
上傳時間： 2013-06-30
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近年來，以電池作為電源的微電子產品得到廣泛使用，因而迫切要求采用低電源電壓的模擬電路來降低功耗。目前低電壓、低功耗的模擬電路設計技術正成為微電子行業研究的熱點之一。 在模擬集成電路中，運算放大器是最基本的電路，所以設計低電壓、低功耗的運算放大器非常必要。在實現低電壓、低功耗設計的過程中，必須考慮電路的主要性能指標。由于電源電壓的降低會影響電路的性能，所以只實現低壓、低功耗的目標而不實現優良的性能(如高速)是不大妥當的。 論文對國內外的低電壓、低功耗模擬電路的設計方法做了廣泛的調查研究，分析了這些方法的工作原理和各自的優缺點，在吸收這些成果的基礎上設計了一個3.3 V低功耗、高速、軌對軌的CMOS/BiCMOS運算放大器。在設計輸入級時，選擇了兩級直接共源一共柵輸入級結構；為穩定運放輸出共模電壓，設計了共模負反饋電路，并進行了共模回路補償；在偏置電路設計中，電流鏡負載并不采用傳統的標準共源-共柵結構，而是采用適合在低壓工況下的低壓、寬擺幅共源-共柵結構；為了提高效率，在設計時采用了推挽共源極放大器作為輸出級，輸出電壓擺幅基本上達到了軌對軌；并采用帶有調零電阻的密勒補償技術對運放進行頻率補償。 采用標準的上華科技CSMC 0.6μpm CMOS工藝參數，對整個運放電路進行了設計，并通過了HSPICE軟件進行了仿真。結果表明，當接有5 pF負載電容和20 kΩ負載電阻時，所設計的CMOS運放的靜態功耗只有9.6 mW，時延為16.8ns，開環增益、單位增益帶寬和相位裕度分別達到82.78 dB，52.8 MHz和76°，而所設計的BiCMOS運放的靜態功耗達到10.2 mW，時延為12.7 ns，開環增益、單位增益帶寬和相位裕度分別為83.3 dB、75 MHz以及63°，各項技術指標都達到了設計要求。
標簽： CMOSBiCMOS 低壓 低功耗
上傳時間： 2013-06-29
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RS-232／RS-485 無源轉換電路設計
上傳時間： 2013-06-30
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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、穩態性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯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勢。通過比較PI控制和狀態反饋控制，選取全狀態反饋來達到對系統的穩定控制。 將電網處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統閉環期望極點設計了控制系統。為消除電網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，并把對電網輸入的建模考慮進了觀測器，消除了電網輸入對狀態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，電網進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網側電感上，從而使對系統基于狀態空間的建模產生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩態指標，對狀態反饋后的系統設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統模型，進行了仿真；并對動靜態性能進行了分析，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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應用于煤礦、石化等易燃易爆環境的電子設備必須滿足防爆的要求，本質安全型是最佳的防爆形式。本質安全型開關電源具有重量輕、體積小、制造工藝簡單、成本低、安全性能高等優點，因而具有廣闊的發展前景。單端反激變換器是開關變換器的一種基本的拓撲結構，在實際中應用比較廣泛，因此對單端反激變換器進行本質安全特性分析是本質安全開關電源設計的重要基礎。本質安全型開關變換器的設計，主要是對變換器中的儲能元件進行設計，即變換器中的電感和輸出濾波電容進行設計。 本文對變換器的靜態特性進行了深入分析，指出反激變換器存在三種工作模式：CISM-CCM、IISM-CCM和DCM：得出了變換器工作在整個動態范圍內的最大輸出紋波電壓、最大電感電流和最大輸出短路釋放能量。對單端反激變換器的本質安全特性進行了分析，得出輸出本質安全型單端反激變換器的非爆炸判斷方法，并通過安全火花試驗裝置對變換器進行爆炸性試驗，驗證了輸出本安判據的正確性。得出輸出本質安全型單端反激變換器的設計方法，以同時滿足輸出紋波電壓和輸出本安要求作為約束條件，得到了本質安全型單端反激變換器電感、電容參數的設計范圍。給出了具體實例，并進行仿真和試驗研究，仿真和實驗結果驗證了理論分析的正確性和設計方法的可行性。
上傳時間： 2013-06-25
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