电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，具有重要的现实意义。 太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。 首先，本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型。 其次，本文对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较，提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性，设计采用改进的间歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出，以提高系统的性能和最大功率点跟踪速度。 再次，针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 随后，详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，研制完成1.5kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。
上传时间： 2013-05-18
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近年来随着能源短缺和供电设备对供电电源的性能和可靠性要求的提高，逆变电源并联运行技术得到了大力发展。在逆变电源并联技术中，最重要的是如何限制模块间的环流，并使并联模块最终达到同步运行。传统方法被证明已经不能满足要求，随着DSP数字信号处理器运算速度越来越快，将DSP应用到逆变电源并联系统中已经成为一种趋势。本文在比较了国内外的并联系统控制策略的基础上，提出了将工业自动化领域热门的现场CAN总线技术引用到系统中，实现了真正的分布式控制和并联逆变电源系统的智能化，提高了实际运行中系统的可靠性。在研究和分析了单台三相逆变电源的数学模型的基础上，设计了基于SVPWM调制和电压闭环反馈控制的三相逆变电源，作为并联系统的基础。在并联运行技术的研究中，重点分析了并联系统的环流特性，电压特性和功率特性，提出了一种基于CAN总线的功率均分控制策略。仿真结果证明，这种方法对于环流的抑制和并联模块的同步运行是行之有效的。针对并联逆变电源系统，本文设计了CAN总线的接口电路和相应的通信模块，并在DSP上实现，确保了在并联运行过程中数据传输的完整性和实时性。最后在TMS320LF2407平台上，给出了逆变器控制和并联相关的硬件电路和软件流程图，并用MATLAB对本文涉及到的关键算法进行了仿真分析，给出了相应的波形。
上传时间： 2013-06-08
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社会发展对内燃机车柴油机安全、节能、低污染等方面提出了更高的要求，传统的机械式控制已很难满足这些新要求。对机车柴油机采用电子控制技术成为当前提高柴油机乃至整车性能的一种有效方法。柴油机电子控制技术包含的范围很广，其中标定技术决定了电控系统中最佳控制参数的获取，从而影响着柴油机的工作性能，而喷油泵特性的标定是标定众多内容中首先要解决的问题，因此本文将机车柴油机电控系统中的油量特性标定作为研究重点，首先对电控单体泵的组成和原理进行了分析，确定了其作为机车应用的合理性；其次完成了电子燃油喷射控制单元的设计，并对其实验方法进行了研究。 喷油泵在匹配任何一种类型柴油机之前，其数学模型和控制特性应该基本确定，能不能使得被匹配的柴油机性能达到最佳水平，将取决于能否通过有效的标定方法来获得准确的喷油控制参数。本文在电子控制单元基本功能完成的基础上，充分利用现场总线技术的优势，在实现物理层和数据链路层接口的同时，针对标定应用进行了扩展，制订出一套完整的通信协议，并开发出上位机标定软件，使得电子控制单元与上位机之间建立起了良好的通信平台。标定系统的建立同时为机车故障诊断技术带来了新思路，本文提出了一种基于分布式机车控制网络的故障诊断策略，多个智能化节点可以共同来完成复杂的故障诊断操作，性能完备的网络构成和通讯协议使得大量故障信息的交互显得有条不紊。这种思路，对电控系统乃至整车的故障诊断技术的发展产生着深远的影响。 方案的确定，软硬件的设计，实验方法的分析，都必须结合真正的台架实验，在实验过程中不断的改进。本文最后，介绍了在机车厂单体泵试验台上进行的电磁阀驱动和油泵特性标定实验，从中获得了机车柴油机电控系统研究的宝贵经验，为后期的柴油机匹配实验打下了坚实的基础。
上传时间： 2013-04-24
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由于世界能源危机的日益严重和全球环境的不断恶化，大规模开发清洁可再生能源成为当前能源战略的主要方向。太阳能作为当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一，得到了各界的广泛关注。在太阳能的利用中，光伏发电并网又是其主要发展方向之一。 由于光伏产业界目前还没有统一的标准，又因为功率等级及应用场合的不同，使各种拓扑结构的光伏并网变流器都得以尝试使用。本文就是在此背景下，对当前使用的各类光伏并网变流器的拓扑结构和控制方法进行比较，并结合光伏并网系统实际应用中暴露的主要缺陷，从适应光伏阵列输出特性和提高系统整体的可靠性两方面入手，提出Z-source变换器结合PWM整流器的拓扑结构。 文章首先介绍了光伏并网系统中并网变流器的三种隔离回路方式，及应用于小功率和中大功率场合的不同主电路拓扑结构及控制策略，比较其优缺点，提出了Z-source变换器结合PWM整流组成的光伏发电系统。这种拓扑结构可以减小系统中电解电容的体积容量，并解决由太阳能电池板输出电压大范围变化所带来一系列问题，同时可以在一定程度上改善系统的可靠性问题。其次，文中分析介绍了Z-source变换器的工作原理，对比了三种升压控制的实现方式和性能差异，并简述了逆变器的三种SPWM电流控制策略及其优缺点。最后，结合整体系统需要，将Z-source变换器的升压控制与PWM整流器的并网控制融合，提出完成逆变并网功能和最大功率点跟踪的控制思想。 根据上述分析和研究，选定整体光伏系统的硬件结构和控制方案。详细阐述了系统硬件部分的设计计算，提供了系统主电路结构、参数计算、元件选型和控制电路的设计的详细说明，并完成了主电路硬件的制作。根据空间状态方程法对光伏发电系统进行仿真建模，仿真模型包括主电路拓扑及各控制子模块，文中简要说明各控制模块的功能，给出仿真结果并进行分析。验证该系统可以较好的实现本文提出的控制方案所应完成的各项功能，系统工作稳定可靠，性能良好。
上传时间： 2013-07-12
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光伏发电是集开发可再生能源、改善生态环境于一体的重大课题，有巨大的经济、社会效益和学术研究价值。 本文首先介绍了3kW光伏并网逆变器系统的组成和结构。3kW光伏并网逆变器采用两级式结构，主电路由前级Boost变换器和后级的单相逆变桥组成。控制部分以DSP(DSP56F803)为核心，实现了光伏阵列最大功率点的跟踪控制，以及产生与电网压同频同相的正弦电流，实现并网的功能。本文重点对逆变器系统的最大功率点跟踪(MPPT)控制进行研究。 针对基于外特性建立的光伏阵列模型虽然简单、参数易解，但精度低的问题，本文建立了基于物理特性的光伏阵列模型，并考虑光照强度、环境温度对光伏阵列的影响，模型参数与实际参数严格对应。将几种最大功率点跟踪算法应用于所建立的光伏阵列模型使用MATLAB进行仿真，分析仿真结果，比较各种算法的优缺点，总结出每种算法所适用的环境，并给出了最大功率点跟踪控制在并网逆变器系统的实现策略。 设计了适用于额定功率为100W的光伏阵列最大功率点跟踪的Boost电路，分别给出了利用PIC单片机16F873实现扰动观察法和增量电导法的程序流程图，实现了这两种算法控制下光伏阵列的最大功率点跟踪，并分析了两种算法的跟踪性能。
上传时间： 2013-04-24
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无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高和转动惯量小等优点，另外它还具有和直流电机一样的调速特性，而没有直流电机复杂的机械换相设备，所以被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等工业领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能提出了更高的要求。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。 直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法，它已经成熟的应用在感应电机和永磁同步电机上，实现了优良的稳态性能和动态响应特性。本文通过大量的文献资料阅读，对无刷直流电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解，在此基础上，详细分析了无刷直流电机的数学模型，并提出了一套相应的直接转矩控制方案，建立了仿真和试验平台，进行了仿真分析和实验研究，获得了有价值的研究成果。 本文的主要研究内容包括： (1)详细分析了无刷直流电机的运行机理和数学模型，在此基础上阐述无刷直流电机直接转矩控制的基本控制机理，包括基于逆变器二二导通模式的空间电压矢量的定义和针对无刷直流电机具有非正弦波反电动势这一特点而推导的转矩计算公式等。 (2)提出了一套无刷直流电机直接转矩控制的具体实施方案，并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型，对所提出的控制方案进行了仿真分析。仿真结果验证了该方案在理论上的可行性。 (3)在理论研究的基础之上，设计研制了一套基于DSP+IPM的无刷直流电机直接转矩控制实验系统，编写了控制程序软件，进行了无刷直流电机直接转矩控制的实验。实验结果达到了预期的要求，证实了直接转矩控制在改善无刷直流电机动态调速性能上的优势。 本论文开展了继异步电机和永磁同步电机之后对无刷直流电机实现直接转矩控制的探索性研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的经验和结论，为课题的进一步深入开展奠定了基础。
上传时间： 2013-07-11
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随着对电能应用高效率的要求，基于电力电子技术的非线性负载等开关设备的应用越来越普遍，这些开关设备造成的谐波成分对电网的污染也越来越严重。这些谐波会影响其它电气设备的正常工作，危及电网安全。电力有源滤波器由于能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，得到了广泛的研究。 本文是在课题组380V、260kVA纯有源电力滤波器项目方案的论证阶段，为提高大容量单台纯有源滤波器的效率和动、稳态性能而做的分析、设计和仿真验证工作。论文首先介绍了通过LCL滤波器与电网相连的并联电力有源滤波器的主电路结构，进而分析了这种主电路结构在大容量和低开关频率场合对开关纹波衰减的优势。通过比较PI控制和状态反馈控制，选取全状态反馈来达到对系统的稳定控制。 将电网处理为扰动输入，对LCL主电路在静止abc坐标系中进行了建模，然后选取系统闭环期望极点设计了控制系统。为消除电网这个外部输入对指令电流跟踪的影响，引入了电压前馈，并从理论上推导了前馈的具体关系式。之后引入了观测器，并把对电网输入的建模考虑进了观测器，消除了电网输入对状态估计和补偿输出造成的偏差。在电力有源滤波器实际安装时，电网进线和变压器的电感是不确定的，其会加在LCL的网侧电感上，从而使对系统基于状态空间的建模产生偏差，因此文章研究了所设计的控制器对LCL网侧电感变化的适应性。为保证电力有源滤波器的稳态指标，对状态反馈后的系统设计了重复控制器。 最后，基于设计的控制器在MATLAB/Simulink环境下建立了对1MW不控整流负载进行补偿的电力有源滤波器系统模型，进行了仿真；并对动静态性能进行了分析，验证了设计和理论分析的正确性。
上传时间： 2013-06-20
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在低功率应用领域中，为了降低成本，单级功率因数校正(PFC)技术越来越受到人们的关注。单级PFC技术是把PFC变换器和DC/DC变换器结合在一起，共用一个开关管和一套控制电路，同时提高功率因数和对输出电压进行快速调节。本文针对单级PFC技术进行了较详细的分析。首先研究了基本Boost型单级PFC变换器，详细分析了其工作原理和特性，指出在现有的单级PFC变换器中，必须解决两个问题，即如何提高变换器的效率和控制中间储能电容电压在450V以下。同时分析了Boost型单级PFC变换器的三端和两端拓扑结构，并讨论了两者之间的联系。接着引用了直接功率传递原理(DPT)，研究了一种新型的可实现直接功率传递的单级PFC变换器。详细分析了该变换器的工作原理和特性。该变换器在引入直接功率传递原理的基础上，相对于一般单级PFC变换器来说，具有更高的效率和良好的功率因数校正效果。同时可以将单级PFC变换器中间储能电容电压的值限制在450V以下。最后，本文用仿真分析验证了理论的正确性，证明了这种新型的单级PFC变换器比一般的单级PFC变换器性能更优越。
上传时间： 2013-05-19
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在功率电路中，电压的检测相对于电流的检测要简单和容易得多。电压的检测可以很方便地进行而不会对电路性能产生明显影响；而对电流的检测却要复杂得多，电流的检测必须引入测量电流的检测器，检测器的引入将影响电路的性能。根据具体的电路，选择合适的电流检测方案，并进行正确的电路设计，是功率电路设计成败的关键之一。 在开关电源设计中，电流检测技术起着至关重要的作用，是开关电源设计成功与否的关键因素。本文首先详细分析和比较了目前开关电源中常用的电阻检测、磁检测、MOSFET检测等几种电流检测方法。并根据各自的特点，将各种技术加以区别，为各种开关电源选择合适的检测技术指明了方向。在此基础上，本文提出了两种适用于电流型控制开关电源的新型电流检测电路。该电路结合了场效应晶体管导通电阻特性和电流镜像原理，能即时、快速地检测流过功率开关管的电流，以有效地进行开关控制和过流保护。论文最后还介绍了一种无检测电路的控制，并提出了一种分析无电流传感器控制斜坡补偿的分析方法，从理论上证实了电流型控制斜坡补偿的意义。
上传时间： 2013-06-07
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