随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域,其中相当一部分负荷具有非线性或具有时变特性,使电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡问题日趋严重,给电网的供电质量造成严重的污染和损耗.因此,对电力系统进行谐波抑制和无功补偿,提高电网供电质量变得十分重要.电力有源滤波器(Active Power Filter,简称APF)与无源滤波器相比,APF具有高度可控制和快速响应特性,并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率和谐波功率,其特性不受系统影响,无谐波放大威胁.并联型电力有源滤波器(Shunt Active Power Filter,简称SAPF)更是得到了广泛的应用. 近年来,自适应算法中的递推最小二乘法(简称RLS)应用越来越广泛,该算法简单,收敛速度快.应用基于RLS自适应算法的滤波器(简称RLS滤波器),可以快速有效的滤除杂波,同时自动调整滤波器参数,不断改进滤波性能,最终得到所需的信号. 本文研究了基于平均功率和RLS自适应算法的并联型有源滤波器.它的参考电流是一个同电网相电压同相位的三相平衡的有功电流,它包含两个分量:一个是由实测的三相负载瞬时功率计算得到的,基于平均功率算法的电网应该为负载各相提供的有功电流瞬时参考值；另一个是为了维持有源滤波器中逆变器的直流母线电压基本恒定,主要通过RLS滤波器计算得出的电网各相应该提供的有功电流瞬时参考值.两个分量的计算共同构成了该有源滤波器参考电流的计算.补偿电流指令值与实际补偿电流比较生成控制逆变桥工作的PWM脉冲,生成补偿电流,达到补偿负载无功和抑制谐波的目的. 应用RLS滤波器得到维持直流母线电压恒定的直流侧有功系数A<,dc>,克服了传统PI控制中参数难以得到且由于参数过于敏感而导致补偿后电流纹波太大的问题.使得当稳态时SAPF自身的功率损耗和暂态负载变化时因为直流侧电容提供电网和负载之间的有功功率差而引起的电压的波动迅速反馈到指令电流的计算中.RLS算法收敛快,SAPF实时性大大提高.基于该方法的SAPF结构简单,无需锁相器. 根据本文的算法应用MATAB建立了仿真系统,仿真结果表明基于该算法的SAPF的可行性和实时性.
上传时间： 2013-04-24
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高速电机由于转速高、体积小、功率密度高，在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单，因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点，其主要问题在于：（1）转子机械强度和转子动力学；（2）转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗；通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括： 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比，利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗，通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明：3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响，在空载和负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小，转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑，2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量，其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转，11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转，这些谐波分量与转子异步，在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗，是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响，分析表明：永磁体的分块数和透入深度有关，对于本文设计的高速永磁无刷直流电机，当永磁体分块数大于12时，永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗；反之，永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度，在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用，在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明：尽管铜环中会产生涡流损耗，但正是由于铜环良好的导电性，其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量，使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降，整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响，研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小，当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时，转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸，设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机，通过研究表明：电感越大，电流变化越平缓，电流的谐波分量越低，转子涡流损耗越小，因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响，结果表明：平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子：单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析，实验研究表明：由于转子设计不合理，单端式轴承支撑结构的转子转速达到40，000rpm以上时，保护环和定子齿部发生了摩擦，破坏了转子动平衡，导致电机运行失败，而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响，研究表明：铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗，使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2；斩波控制会引入高频电流谐波分量，使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法，得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升，有限元分析和实验计算结果基本吻合，验证了铜屏蔽环的有效性。
上传时间： 2013-05-18
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电子式互感器与传统电磁式互感器相比，在带宽、绝缘和成本等方面具有优势，因而代表了高电压等级电力系统中电流和电压测量的一种极具吸引力的发展方向。随着信息技术的发展和电力市场中竞争机制的形成，电子式互感器成为人们研究的热点；越来越多的新技术被引入到电子式互感器设计中，以提高其工作可靠性，降低运行总成本，减小对生态环境的压力。本文围绕电子式互感器实用化中的关键技术而展开理论与实验研究，具体包括新型传感器、双传感器的数据融合算法、数字接口、组合式电源、低功耗技术和自监测功能的实现等。 目前电子式电流互感器(ECT)大多数采用单传感器开环结构，对每个环节的精度和可靠性的要求都很高，严重制约了ECT整体性能的提高，影响其实用化。本文介绍了新型传感器～铁心线圈式低功率电流传感器(LPET)和印刷电路板(PCB)空心线圈及其数字积分器，在此基础上设计了一种基于LPCT和PCB空心线圈的组合结构的新型电流传感器。该结构具有并联的特点，结合了这两种互感器的优点，采用数据融合算法来处理两路信号，实现高精度测量和提高系统可靠性，并探索出辨别LPET饱和的新方法。试验和仿真结果表明，这种新型电流传感器可以覆盖较大的电流测量范围，达到IEC 60044-8标准中关于测量(幅值误差)、保护(复合误差)和暂态响应(峰值)的准确度要求，能够作为多用途电流传感器使用。 在电子式电压互感器方面，基于精密电阻分压器的新型传感器在原理、结构和输出信号等方面与传统的电压互感器有很大不同，本文设计了一种可替代10kV电磁式电压互感器的精密电阻分压器。通过试验研究与计算分析，得出其性能主要受电阻特性和杂散电容的影响，并给出了减小其误差的方法。测试结果表明，设计的10kV精密电阻分压器的准确度满足IEC 60044-7标准要求，可达0.2级。 电子式互感器的关键技术之一是内部的数字化以及其标准化接口，本文以10kV组合型电子式互感器为对象设计了一种实用化的数字系统。以精密电阻分压器作为电压传感器，电流传感器则采用基于数据融合算法的LPCT和PCB空心线圈的组合结构。本文首先解决了互感器间的同步与传感器间的内部同步问题，进而依照IEC61850-9-1标准，实现了组合型电子式互感器的100M以太网接口。 电子式电流互感器在高电压等级的应用研究中，ECT高压侧的电源问题是关键技术之一。论文首先分析了两种电源方案：取电CT电源和激光电源。取电CT电源通过一个特制的电流互感器(取电CT)，直接从高压侧母线电流中获取电能。在取电CT和整流桥之间设计一个串联电感，大大降低了施加在整流桥上的的感应电压并限制了取电CT的输出电流，起到了稳定电压和保护后续电路的作用。激光电源方案以先进的光电转换器、半导体激光二极管和光纤为基础，单独一根上行光纤同时完成供能和控制信号的传输，在不影响光供能稳定性的情况下，数据通信完成在短暂的供能间隔中。在高电位端控制信号通过在能量变换电路中增加一个比较器电路被提取出来。本文还提出了一种将两种供能方式结合使用的组合电源，并设计了这两种电源之间的切换方法，解决了取电CT电源的死区问题，延长了激光器的使用寿命。作为综合应用实例，设计并完成了以LPCT为传感器、由组合电源供能、采用低功耗技术的高压电子式电流互感器。互感器高压侧的一次转换器能够提供两路传感器数据通道，并且具有温度补偿和采集通道的自校正功能，在更宽温度、更大电流范围内保证了极高的测量精度：互感器低电位端的二次转换器具有数字和模拟接口，可以接收数据并发送命令来控制一次转换器，包括同步和校正命令在内的数据信号可以通过同一根供能光纤传送到一次转换器。该互感器具有在线监测功能，这种预防性维护和自检测功能够提示维护或提出警告，提高了可靠性。系统测试表明：具有低功耗光纤发射驱动电路的一次转换器平均功耗在40mw以下：上行光纤中通信波特率可以达到200kb/s，下行光纤中更是高达2Mb/s；系统准确度同时满足IEC6044-8标准对0.2S级测量和5TPE级保护电子式互感器的要求。
上传时间： 2013-06-09
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随着电力电子技术、微处理器技术以及控制技术的发展，基于转子磁链定向的交流电机矢量控制系统以其优良的性能受到了广泛应用。采用SVPWM逆变器的异步电动机矢量控制系统在转速参考值变化或者负载转矩参考值变化的动态情况下，参考电压矢量可能会超出基本空间矢量构成的正六边形，此时便出现动态过调制，需要用过调制策略将超出的电压矢量重新限定在正六边形边界内。不同的过调制策略会给整个系统带来不同的动态性能，本文在对过调制策略进行完善的基础上，针对三种过调制策略对交流电动机动态性能的影响进行了研究，并对其机理进行了理论分析与探讨。 @@ 本文首先以三相异步电动机在两相静止坐标系下的动态方程为基础，按照转子磁链定向，设计了转子磁链观测器，完成了励磁电流分量和转矩电流分量的解耦，并构建了基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，电流控制对系统性能具有重要影响。为了改善系统性能，所设计的矢量控制系统采用了同步电流控制，并对反电势进行了前馈补偿。 @@ 在分析了现有的三种过调制策略之后，对过调制策略进行了完善，并构建了异步电动机矢量控制系统的过调制仿真模型。过调制中，当原参考电压矢量位于正六边形中任意两个扇区交界附近时，过调制策略2和3所得到的新电压矢量仍会超出正六边形边界，过调制算法不再适用于此区域。针对以上不足，本文对过调制策略2和3进行了完善，使过调制算法适用于所有区域。采用完善后的过调制策略对转速参考值变化和负载转矩参考值变化的异步电动机矢量控制系统进行仿真，发现在加速与加载的条件下，过调制策略2的动态性能好于过调制策略1，而过调制策略3的动态性能最佳，具有最小的动态响应时间，暂态性能优良；在减载的条件下，过调制策略1和2能够很快的进入稳定状态，但是过调制策略3却出现问题，动态响应时间很长，说明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探讨了三种过调制策略导致不同动态性能的内在机理，通过对三种过调制策略中电压矢量的幅值和相位进行分析，理论上解释了出现不同动态响应时间的原因。出现过调制时，过调制策略2中新电压矢量的幅值总是大于过调制策略1中新电压矢量的幅值，所以动态性能更好。在加速和加 载条件下，过调制策略3中新电压矢量的相位总是超前于过调制策略1和2中新电压矢量的相位，因此可以获得更快的动态响应，暂态性能更佳。但是在减载条件下，过调制策略3中新电压矢量与原电压矢量间的相位关系处于无规律的超前滞后状态，导致过调制策略3出现问题，动态响应时间很长，说明此过调制策略有其不足之处，有待于改进。@@关键词：SVPWM；矢量控制；过调制；动态性能
上传时间： 2013-06-27
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三相电压不平衡度是衡量电网电能质量的一个重要指标。在三相系统中，引起电压不平衡的主要原因是发电机的输出电压不平衡和负载不平衡两方面，电压不平衡比较严重时，会给系统带来诸多危害。近年来，STATCOM因其动态响应速度快，电流谐波含量小，装置体积小等优点，在电压不平衡补偿中的应用越来越广。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主电路。为了获得更高的输出电压，通常需要将IGCT串联使用。然而在器件串联使用时，由于其特性的差异会产生暂态电压分配不均衡，导致个别器件上产生过电压而威胁器件的安全，严重时会烧毁器件。因此需要采用均压电路来保证串联结构中电压的平均分配。本文重点对IGCT串联均压电路和缓冲电路进行了设计，在分析串联均压电路的同时，计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围。而后，对缓冲电路进行了Pspice仿真，通过仿真验证了均压电路的工作效果。结果表明，吸收电容和吸收电阻的取值合适，能够对IGCT的串联运行起到很好的保护作用。本文还对100Kvar/660VSTATCOM的主电路进行了参数设计，对IGCT的型号和各主要元件进行了选择。 本文重点研究了不平衡系统中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的数学模型；根据STATCOM的电流暂态模型，对电流电压进行序分解，并做D—Q坐标变换，建立STATCOM在静止坐标系下的正、负序数学模型。基于建立的负序模型，研究STATCOM在不平衡情况下的控制策略，本文采用无差拍控制方法；根据实际补偿时遇到的问题：收敛速度慢、依赖固定的负载模型、鲁棒性差等，对无差拍控制方法进行了优化设计。该优化方法在传统无差拍的基础上引入了参考电流观测器和状态观测器；文中具体设计了这个改进无差拍控制器和其相关电路。经分析与仿真验证了本文提出的优化控制方法，将该方法应用于STATCOM不平衡补偿器，取得了良好的不平衡补偿性能、快速的动态响应和良好的鲁棒性。
上传时间： 2013-06-05
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随着电力系统的迅速发展和电力电子技术的广泛应用，电能污染日益严重，电能质量问题已经成为电力部门及电力用户越来越关注的问题。电能质量的各项指标若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电设备带来不同程度的危害。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益，因此对电能质量进行检测和分析从而提高和改善电能质量具有非常重要的意义。 本文首先介绍了电能质量的基本概念，对各种电能质量问题的分类、特征及产生原因和危害作了详细的阐述。通过对电能质量各项指标（供电电压偏差、频率偏差、公用电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动与闪变）的分析，以传统的傅立叶变换理论为基础，针对目前电能质量分析的难点即对突变的、暂态的、非平稳的信号的检测与分类，提出了基于快速傅立叶变换的暂态电能质量分析方法。 在系统的研究了电能质量分析的相关理论和检测技术的基础上，针对电能质量分析系统中需要支持复杂算法和保持实时性的特殊要求，研制了基于DSP与ARM构架的嵌入式电能质量分析系统的硬件平台和软件系统。重点分析了DSP与ARM的选型依据、结构特点、具体应用等。并且详细的介绍了硬件平台的各部分组成和电路原理图。随后，提出了该装置软件部分设计思想，其中重点介绍了DSP部分的FFT算法设计、ARM部分的UC/OS-II操作系统移植和MiniGUI图形界面开发。最后对论文的主要工作进行了总结，对以后可深入研究的方向进行了展望。 关键词：电能质量；傅立叶变换；快速傅立叶变换；UC/OS-Ⅱ；MiniGUI
上传时间： 2013-06-15
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本文分析了永磁同步直线电动机的运行机理与运行特性，并通过坐标变换，分别得出了电机在a—b—c，α—β、d—q坐标系下的数学模型。针对永磁同步直线电机模型的非线性与耦合特性，采用了次级磁场定向的矢量控制，并使id=0，不但解决了上述问题，还实现了最大推力电流比控制。为了获得平稳的推力，采用了SVPWM控制，并对它算法实现进行了研究。 针对速度环采用传统PID控制难以满足高性能矢量控制系统，通过对传统PID控制和模糊控制理论的研究，将两者相结合，设计出能够在线自整定的模糊PID控制器。将该控制器代替传统的PID控制器应用于速度环，以提高系统的动静态性能。 在以上分析的基础上，设计了永磁同步直线电机矢量控制系统的软、硬件。其中电流检测采用了新颖的电流传感器芯片IR2175，以解决温漂问题；速度检测采用了增量式光栅尺，设计了与DSP的接口电路，通过M/T法实现对电机的测速。最后在Matlab/Simlink下建立了电机及其矢量控制系统的仿真模型，并对分别采用传统PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系统进行仿真，结果表明采用模糊PID控制具有更好的动态响应性能，能有效的抑制暂态和稳态下的推力脉动，对于负载扰动具有较强的鲁棒性。
上传时间： 2013-07-04
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由于日趋严重的环境问题以及风能利用的成本低廉和技术成熟等原因，风力发电成为电力系统中相对增长最快的新能源发电技术，发展风电成为改善电力系统经济运行极为重要的措施。近几年，风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大，但风力的随机性和间歇性会对电力系统稳定运行产生一定的影响。因此对于含有风电场的电力系统，需要建立正确的风电场数学模型和进行风电场的短期风速预测。 首先，运用时间序列和神经网络相结合的预测方法，对风电场的风速序列进行短期预测。该方法用时间序列模型来选择神经网络的输入变量，而神经网络分别运用了BP和GRNN神经网络进行比较，发现使用时间序列结合GRNN网络预测效果比较令人满意，其对风电场和电力系统的稳定性运行具有重要的意义。 其次，建立了风速、风电机组和风电场的数学模型。风电机组的数学模型主要包括风力机模型、传动机构模型和异步发电机模型，仿真分析了风电机组对于风速的响应。在风电场模型研究中，考虑了尾流效应因素，风电场中各台风机位置处的风速并不相同，因此研究了风能分布的Jensen模型和Lissaman模型，并进行了案例计算分析，结果表明了风能分布模型在大规模风电场模型分析中的重要性。本文还提出了风电场等值模型的建立，降低了仿真研究的复杂性，使得分析大规模风电场并网运行成为可能。 最后，实现了包含风电场的电力系统潮流计算，采用牛顿—拉夫逊法极坐标形式的方法，为研究风电场稳定性运行提供了前提条件。同时提出了基于电力系统暂态稳定性分析的风电场穿透功率极限计算方法，并揭示了频率波动对风电场稳定运行的影响。
上传时间： 2013-07-31
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DC/DC变换器的并联技术是提高DC/DC变换器功率等级的有效途径，而如何实现并联模块间输出电流的平均分配是实现并联的核心技术.目前的并联均流技术多是在并联模块参数差异不大的情况下实现的，对于并联系统在并联模块参数差异较大的极限情况下的稳态和暂态性能则很少涉及.该文着重对并联系统在参数差异很大的条件下的工作情况进行了研究.首先利用基于状态空间平均法的小信号分析对最大均流法的均流原理进行了分析，并对并联系统的稳定性进行了讨论.之后针对已有的均流方案的局限性提出了一种新的具有限流功能的三环控制均流策略.为了验证所提出的方案的可行性，建立了MATLAB仿真平台，利用模块化仿真的思想进行了系统仿真，初步验证了方案的合理性.最后搭建了实际的DC/DC并联系统试验平台，对采用该方案的并联系统的稳态和暂态性能进行了全面的考察，得到了令人满意的结果，证明了具有限流功能的三环控制均流策略是切实可行的.
上传时间： 2013-04-24
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随着电力系统的迅速发展和电力电子技术的广泛应用，电能污染日益严重，电能质量问题已经成为电力部门及电力用户越来越关注的问题。电能质量的各项指标若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电设备带来不同程度的危害。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益，因此对电能质量进行检测和分析从而提高和改善电能质量具有非常重要的意义。 本文首先介绍了电能质量的基本概念，对各种电能质量问题的分类、特征及产生原因和危害作了详细的阐述。通过对电能质量各项指标（供电电压偏差、频率偏差、公用电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动与闪变）的分析，以传统的傅立叶变换理论为基础，针对目前电能质量分析的难点即对突变的、暂态的、非平稳的信号的检测与分类，提出了基于快速傅立叶变换的暂态电能质量分析方法。 在系统的研究了电能质量分析的相关理论和检测技术的基础上，针对电能质量分析系统中需要支持复杂算法和保持实时性的特殊要求，研制了基于DSP与ARM构架的嵌入式电能质量分析系统的硬件平台和软件系统。重点分析了DSP与ARM的选型依据、结构特点、具体应用等。并且详细的介绍了硬件平台的各部分组成和电路原理图。随后，提出了该装置软件部分设计思想，其中重点介绍了DSP部分的FFT算法设计、ARM部分的UC/OS-II操作系统移植和MiniGUI图形界面开发。最后对论文的主要工作进行了总结，对以后可深入研究的方向进行了展望。
上传时间： 2013-05-22
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