太阳能发电在世界能源危机的今天飞速发展，已成为新能源的主流之一。逆变器作为主要的能量变换装置器件，其性能的好坏直接影响着整个光伏系统的效率。本文采用电压外环、电流内环的双环控制策略，保证了系统的动态响应速度快，稳态误差小。为此，论文主要对系统的电路拓扑结构、数学模型、控制方法以及基于FPGA的软件实现方法等技术进行了分析研究。 本文首先通过对几种常见的数学模型分析方法的比较，选择适合本文的数学建模方法。文中给出了逆变器的拓扑结构，详细论述了其工作原理，对该逆变器不同工作状态下的等效电路进行分析，并利用状态空间平均法建立了逆变器数学模型，确定主要元件的参数。 随后对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压电流双环控制的算法，具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点，保证系统的稳态误差小，动态响应速度快。通过分析几种最大功率跟踪算法各自的优缺点，最后给出了改进的最大功率跟踪算法，保证系统输出最大功率。 最后用FPGA实现了系统控制方案的设计。整机测试结果表明：该逆变器的性能指标基本达到了设计要求，验证了数学模型和控制策略的有效性和理论分析的正确性和可行性。
上传时间： 2013-07-25
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绕组励磁同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在工业大功率场合获得了广泛应用，因此研究和开发高性能的绕组励磁同步电机驱动系统具有重大的经济价值和社会效益。目前开发高性能绕组励磁同步电机驱动系统所采用的控制方案主要有两种：一种是直接转矩控制（DTFC）；另一种是磁场定向矢量控制（FOC）。绕组励磁同步电机的矢量控制策略具有控制结构简单，物理概念清晰，电流、转矩波动小，转速响应迅速，易实现数字控制等优点。因此，在交流传动领域中，越来越受到学者的关注。但是，无论在国内还是国外，交直交型绕组励磁同步电机矢量控制系统的研究还缺乏全面深入的理论研究，还没有建造起矢量控制系统的理论体系构架。本文对绕组励磁同步电机矢量控制系统进行了初步的理论探讨，并进行了详细的实践研究，为以后更深入、广泛地研究此系统，打好坚实的基础。本论文主要研究内容如下： @@ 通过广泛的查找文献，对几种常见的同步电机传动系统进行了综述，分析了同步电机变频调速原理，在此基础上，讲述了无传感器技术在同步电机中的应用现状。无传感器技术主要有两大类：基于基波量的检测方法和基于外加信号的激励法。随后，对转子初始位置的估计进行了综述，其方法有：基于电机定子铁芯饱和效应的转子位置估计，高频信号注入法，基于定子绕组感应电压的估计法和基于相电感计算法等。绕组励磁同步电机转子初始位置估计的研究还很少。 @@ 对绕组励磁同步电机矢量控制的理论进行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理论体系构架。 @@ 首先，基于磁势等效原理，将三相静止交流信号等效变换为两相旋转直流信号，将交流电机等效为直流电机进行控制。在Clarke变换和Park变换的基础上，得到凸极同步电机转子磁场定向的电压矩阵方程、功率方程和运动方程。根据上述方程，绘出dq轴的等值电路及矢量图，得到状态空间描述的dq轴数学模型。 @@ 其次，根据模型参考自适应原理，对同步电机转速进行估计。忽略同步电机d轴阻尼绕组的作用，取同步转速为零，得到同步电机αβ静止坐标系下 的数学模型。将不含有转子转速信息的方程作为参考模型，将含有转速参数的方程作为可调模型，根据波波夫超稳定性和正性原理，对转子转速进行估计。@@ 最后，根据模型参考自适应估计的转子转速，设计磁通观测器来估计转子磁通，实现磁通反馈闭环控制。磁通观测器采用降维观测器，仅对转子磁通分量进行重构，并通过极点配置算法，合理配置观测器的极点，使观测器满足系统的性能指标，达到磁通观测的目的。 @@ 新颖的空间矢量脉宽调制算法。从空间矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相对称电压与空间电压矢量之间的关系。由三相电压源型逆变器输出电压波形得到六个有效开关状态矢量，这六个开关矢量和两个零矢量合成一组等幅不同相的电压空间矢量，去逼近圆形旋转磁场。其次，根据空间电压矢量所在的扇区，选择相邻有效开关矢量，在伏秒平衡的法则下，计算各有效开关矢量的作用时间。并且，探讨了扇区判断和扇区过渡问题，定性分析了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的性能。最后，根据每个扇区中开关矢量作用时间，采用软件构造法，在TMS320LF2407A硬件上实现了SVPWM。实验结果表明，该算法简单易实现，能够有效的提高直流母线的电压利用率，具有在低频运行稳定，逆变器输出电流正弦度好等优点。 @@ 空间矢量过调制算法的研究。在上述线性调制的基础上，提出一种基于电压空间矢量的过调制方法。过调制区域根据调制度分成两种不同的模式，分别为模式Ⅰ（0．907
上传时间： 2013-07-25
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随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。 本课题研究的是可并网三相光伏逆变电源，以追求体积小、效率高、精度大、方便实用为目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三级功率传输架构，设计中使用了SPWM技术、SVPWM技术、内高频环技术、DSP数字控制技术和数字锁相环技术等前沿实用技术。 直流DC—DC变换器采用内高频环技术，既实现了电气隔离又大大的减小了装置体积。这一部分本文不做涉及，本文所涉及的内容为本系统的DC—AC逆变电源部分，本论文的主要内容如下： 首先，分析了几种DC—AC逆变器的主电路拓扑结构，根据其优缺点与实际应用需要，选择三相四桥臂结构作为本文主电路结构，满足了电网负载的不平衡性。在选择了三相四桥臂结构的基础上，选取两种最新的SVM控制方法：基于三态滞环的瞬时空间电流相量控制法与二维空间矢量控制法，对两种方法作出详细分析比较，根据实用性原则，选取二维空间矢量控制法作为本文的控制方法。 其次，选取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，电路中的功能尽量数字化实现，既控制了电路体积，又大大提高了系统的安全性与可靠性。设计了本系统的控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路、滤波器电路等系统电路，本系统所有硬件电路均设计完毕。为了验证设计的正确性，大部分电路都用ORCAD—Pspice仿真软件进行仿真验证，小部分电路搭建实际电路，设计电路都能达到系统设计要求。 随后，简单介绍了DSP编程环境CCS。详细分析了SVPWM的工作原理，并给出二维空间矢量法在DSP中的实现方法。介绍几种MPPT方法，并选取本课题所选用的方法。 最后，给出系统仿真，分析了重点模块，得到了仿真结果。 关键词：光伏并网电源、空间矢量脉宽调制、内高频环、三相四桥臂
上传时间： 2013-05-19
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本文简要介绍了无刷直流电动机的发展历程和未来的发展趋势。通过分析无刷直流电动机工作的基本原理和无刷直流电动机的数学模型，建立了基于Simulink的动态仿真模型。通过对无位置传感器无刷直流电动机转子位置检测算法的分析和磁链与转子位置的相应关系的分析，本文使用磁链关系函数判断转子位置的算法，并基于Simulink建立了算法模型进行仿真分析验证，从仿真得到的结果可知，此位置检测算法是可行的。 @@ 在文中进行了转矩脉动原因分析，并对换相转矩脉动进行补偿。在低速时采用电流滞环进行补偿，高速时采用单斩波调制方式进行补偿。通过对三段式启动方法的分析和结合本文所采用的转子位置检测算法，本文采用两步启动方式，通过仿真分析证明是可行的。分析了经典PID调节算法和专家PID调节算法。对传统PID控制中出现的问题，本文把变参数PID调节算法应用到无位置传感器无刷直流电动机控制上。并建立了仿真模型，进行仿真分析。从仿真分析的结果可知其控制性能优于传统的PID调节算法。 @@ 文中介绍了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驱动器的结构和特点。在系统硬件设计中以TMS320LF2407A芯片为核心，设计了控制系统电路、功率驱动电路、电流电压检测电路、功率管过电压保护电路、启动限流电路、转速调节电路。 @@ 在系统软件设计中，主要实现了电机的起停、转子位置计算、转速计算和转速闭环控制的功能。用DSP实现脉冲调制输出和信号采样。 @@关键词：无位置传感器；无刷直流电动机；间接位置检测；磁链关系函数
上传时间： 2013-04-24
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风光互补发电系统作为新能源技术应用的重要组成部分越来越受到人们的青睐，所以将此作为新能源研究的切入点，进行一些有益的尝试和探索。 本文从太阳能电池的光生伏打效应入手，推导出太阳能电池的U-I曲线，并以此作为最大功率跟踪(MPPT)技术的理论基础。针对小风机的发电技术也存在的MPPT技术，文章进行了统一性研究，给出了新的控制策略--变步长扰动观察控制。为了提高系统的充放电效率，文章还对三段式充放电、均衡充电、温度补偿等蓄电池充电理论进行了阐述。 根据上述理论，结合工程实际，设计了风光互补控制器的电路。利用电压霍尔和电流霍尔实现了风机电压、太阳能电池电压、蓄电池电压和充电电流的实时采样，利用TMS320F2812DSP的EVA与AD模块软件实现对蓄电池欠压、过压、运行等模式的智能充放电管理。针对风力发电机的输出电压波动大的问题，系统提供了硬件和软件的风机过速智能保护系统。本系统采用MPPT的控制策略提高了整个系统的效率，设计提供了一套LCD显示界面和一组LED指示灯增强系统管理的友好性。为了解决风光互补控制器芯片的供电问题，设计了一套以UC3843PWM芯片为核心的反激式辅助电源。该电源用硬件实现了电流内环、电压外环的双环控制策略，提高了系统供电的可靠性和稳定性。 研制出了一台风光互补控制器样机，进行了有关实验、检测与调试。实验波形和数据都显示该系统运行稳定可靠，达到了设计要求。该方案可为风光互补控制器的工程设计提供一定的参考。
上传时间： 2013-04-24
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随着功率开关器件的进步，大量的电力电子变流装置在国民经济各领域获得了广泛应用，但是这些变流装置大部分都需要整流环节。传统的不控整流或相控整流存在网侧功率因数低、电流畸变严重等缺点。PWM整流器可实现正弦的网侧电流、单位或可调的功率因数、能量的双向流动，是一种真正意义上的“绿色环保”电力电子装置。PWM整流器可分为电压型PWM整流器(Voltage—SourceRectifier，VSR)和电流型PWM整流器(Current—SourceRectifier，CSR)。CSR具有直接控制输出电流、动态响应快、限流能力强等特点，在一些中、大功率应用场合，较之VSR，在经济和技术上更具优势。 本文针对电网电压平衡、不平衡情况、多模块直接并联几个方面，对三相CSR及其控制策略展开了深入研究，论文的主要工作和取得的创新性成果如下： 1、在电网电压平衡情况下，提出了三相CSR的直流电流非线性解耦控制策略和交流电流非线性解耦控制策略，实现了有功功率和无功功率的独立、解耦控制，获得了线性的动态响应。直流电流非线性解耦控制策略是直流电流控制和网侧无功电流控制并行的控制策略，具有较快的直流电流响应速度；交流电流非线性解耦控制策略是直流电流(或电压)控制和网侧电流控制级联的控制策略，具有结构简单，便于独立设计直流和交流控制器的特点。 2、考虑了电网电压不平衡和滤波器参数三相不对称的情况，提出了基于瞬时有功功率调节的三相CSR的不平衡补偿策略，消除了直流电流脉动分量，实现了网侧可控的功率因数和正弦的交流电流；提出了基于滑模控制的交流电流控制策略，简化了控制器结构，实现了对网侧电流的无差跟踪。 3、建立了多模块直接并联CSR的环流模型；对任一并联模块，提出了总直流电流控制器外加2个均流控制器的直流侧控制器结构，保证了流过各模块上、下桥臂的电流均相等，并且各模块仅共享总直流电流控制器输出信号，最大可能地保证了各模块控制的独立性。 4、建立了三相CSR实验系统，进行了初步的实验研究。
上传时间： 2013-04-24
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随着世界能源危机的到来，太阳能光伏发电在能源结构中正在发挥着越来越大的作用。而太阳能光伏发电系统的核心部件并网逆变器的性能还需要进一步提高。为了迎合市场上对高品质、高性能、智能化并网逆变器的需求，我们将ARM+DSP架构作为并网逆变器的控制系统。本系统集成了ARM和DSP的各自的强大功能，使并网逆变器的性能和智能化水平得到了显著提高。本论文是基于山东大学鲁能实习基地“光伏并网逆变器项目”，目前已经试制出样机。本人主要负责并网逆变器控制系统的软硬件设计工作。本文主要研究内容有： @@ 1．本并网逆变器采用了内高频环逆变技术。文中详细分析了这种逆变器的优缺点，进行了充分的系统分析和论证。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink软件对并网逆变器的控制算法进行仿真，包括前级DC-DC变换的控制算法以及后级DC-AC逆变的控制算法。通过仿真验证了所设计算法的可行性，对DSP程序开发提供了很好的指导意义。 @@ 3．本文将ARM+DSP架构作为逆变器的控制系统，并设计了相应的硬件控制系统。DSP控制板硬件系统包括AD数据采集、硬件电流保护、电源、eCAN总线，SPI总线等硬件电路。ARM板硬件系统包括SPI总线、RS232总线、RS480总线、以太网总线、LCD显示、实时时钟、键盘等硬件电路。 @@ 4．本文设计和实现了两种最大功率点跟踪控制算法：功率扰动观察法或增量电导法；孤岛检测方法采用被动式和主动式两种检测方式，被动式所采用的方法是将过/欠电压和电压相位突变检测相结合的方式，主动式采用正反馈频率偏移法；为了实现并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，使用了软件锁相环控制技术。本文分别给出了以上各种算法的控制程序流程图。 @@ 5．本文也给出了AD数据采集、eCAN总线、RS232、RS485、以太网、PWM输出等程序流程图，以及DSP和ARM之间的SPI总线通信程序流程图。并且分别给出了ARM管理机控制系统主程序流程图和DSP控制机控制系统主程序流程图。 @@ 6．最后对并网逆变器样机进行实验结果分析。结果显示：该样机基本上实现了本文提出的设计方案所应完成的各项功能，样机的性能比较理想。 @@关键词：太阳能光伏；并网逆变器；SPWM； DSP； ARM
上传时间： 2013-07-02
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世界能源危机和环境恶化促使开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类当前的首要任务。而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步，光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充，更具备成为未来主要能源的潜力。当前，光伏发电不断向低成本、高效率和高功率密度方向发展，太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。 @@ 本文主要工作是研究一种光伏发电并网/独立双模式逆变器的控制策略，这种逆变器不仅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章对光伏发电应用形式和并网逆变器的分类进行了阐述，综合考虑可靠性、工作效率和成本，选择两级全桥结构逆变器作为研究对象，该拓扑结构多应用于小型并网逆变器。 @@ 通过分析比较各种电流控制方式，选择单极性SPWM控制方式来产生本文逆变器控制信号。根据系统具体情况，在不同的运行模式下应用不同的控制策略。并网运行时，电网决定逆变器的输出电压，逆变器看作电流源，采用电流双闭环控制输出电流；独立运行时，逆变器采用电流电压闭环控制输出电压。并利用MATLAB Simulink对两种模式下工作的单相和三相逆变器进行仿真。依据瞬时无功理论，提出一种应用在三相电路的软件锁相环，仿真结果显示该锁相环锁相效果良好。 @@ 双模式逆变器在两种模式间切换的时候，容易对负载、电网和电源本身造成冲击和干扰，需要采取有效的切换控制方法来减少这种影响。本文详细分析了独立模式和并网模式之间切换过程，并对不同的切换顺序进行比较，并给出一种两种模式间无缝切换的控制方法。利用MATLAB Simulink对单相和三相逆变器两种模式间切换过程进行建模仿真，结果证明了这种模式切换方法的可行性。 @@ 介绍了以DSP（TMS320F2812）为核心的控制电路，并对部分硬件设计进行了分析，给出了部分软件流程图。 @@关键字：光伏发电系统；逆变器；并网运行；独立运行；无缝切换
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的发展，各类电力电子装置应运而生，这些产品在出厂前需要根据不同的需要进行相应的测试和校验。传统的负载测试存在着能耗大、灵活性差等诸多缺点，已经越来越不能满足各种测试场合的要求，特别是一些要求用动态变化的负载、非线性负载、具有负阻特性的负载以及有源负载等测试场合。因此针对这一问题，本文利用电力电子技术结合计算机技术、控制技术等设计了一种通用的交流电子负载模拟装置，以满足各种测试场合的要求。 @@ 交流电子负载是一种可以模拟真实负载的电力电子装置，它不但可以模拟传统的线性负载，也可以模拟各种非线性负载、有源负载等其他形式的负载。目前国内外对电子负载的研究还不成熟，有些是使交流电源按照一定的功率放电，但是输出电流却与真实负载测试下的电流有较大的差别；而有些虽然能够准确控制电源的放电电流取得和真实负载一样的效果，但试验电能完全被消耗掉，造成很大的浪费。本文研究的新型交流电子负载克服了以上电子负载方案的缺点，可以满足各种试验场合的测试需求，能够在很大程度上减少能量浪费，丰富试验样式且节约试验成本。 @@ 本文分析了能馈式交流电子负载的模拟原理，确定了采用中间直流环节的交-直-交主电路结构，其一端接待测交流电源，另一端接低压交流电网。前级负载模拟环节和后级能量回馈环节均采用可四象限运行的电压型PWM（Pulse Width Modulation）变换器。负载模拟环节直接与待测电源连接，采用电流滞环瞬时值比较方式，使电源输出的实际电流信号准确、快速的跟踪其指令电流信号值，使得电子负载对待测电源呈现设定的负载形式，完成电子负载的模拟功能；能量回馈环节与电网连接，通过控制输出电流与电网电压同频、同相位，实现试验电能的单位功率因数回馈电网的目的，变换器的控制采用常规的双闭环控制方式，电流内环控制实际电流跟踪指令值的变化，电压外环通过控制输出电流的大小使直流侧母线电压稳定为设定指令值。 @@ 电子负载系统在负载模拟部分通过人机接口设定具体负载形式和负载属性，为了更加准确快速的得到电流指令信号值，文中采用更加直接的数值计算方 法，由数字信号处理器实时计算出该给定负载模式下的指令电流值。使用交流小信号分析法得到了系统的频域方块图，并对主电路元件参数以及调节器进行了优化设计。针对大功率开关管开关频率存在的限制，本文提出了几种提高电流跟踪精度的改进方法，取得了良好的效果。整个系统在PSIM平台上进行了不同工作模式下的仿真，仿真结果表明方案切实可行。最后依据仿真方案设计基于TMS320F2812的控制系统和功率电路，使用PROTEL软件进行了原理图的绘制。@@关键词：电子负载；能量回馈；电压型变换器；滞环PWM电流控制；双闭环；PWM整流器
上传时间： 2013-05-26
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21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对光伏系统的研究越来越深入广泛，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池由于受日照强度、环境温度影响较大，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器便能较好地解决这一问题。 @@ 本文首先对比了模拟式太阳能电池模拟器和数字式太阳能电池模拟器的优缺点，选取了数字式太阳能电池阵列模拟器作为研究对象，并对研究太阳能电池阵列模拟器的实际意义作了阐述。随后描述了太阳能电池的输出特性，讨论了适合工程计算的太阳能电池阵列数学物理模型。 @@ 本文研究的太阳能电池阵列模拟器由功率电路和控制电路两部分组成。功率电路选取了半桥型DC/DC电路作为主电路拓扑，对其工作过程进行了分析，并对各部分电路进行了设计。然后设计了电压电流双闭环调节器，在此基础之上用PSIM仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行了仿真，包括静态工作点的仿真以及动态响应速度的仿真，通过仿真验证了模拟器能够达到所要求指标。 @@ 控制电路板是整个模拟器的核心控制部分，通过控制运算提供输出电压的参考值，进而提供控制功率管开通关断的PWM信号。本文选取了microchip公司的dsPIC30F2023作为主控制芯片，分析了该型号微处理芯片的性能特点，介绍了模拟信号采样电路、232通讯电路、人机交互界面电路等外围电路的硬件设计，调节器采用了数字PID控制。 @@ 在MPLAB集成开发环境中进行了软件方案的设计，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采样、故障处理、人机交互程序等，介绍了各个模块的程序流程。 @@ 软硬件系统设计完成后，最终实现了太阳能电池阵列模拟器，可以为光伏系统的研究提供一个良好的实验平台。 @@关键词：太阳能电池阵列模拟器；半桥型DC/DC变换器；dsPIC30F2023
上传时间： 2013-07-28
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