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单相光伏并网发电系统的控制策略研究

单相光伏并网发电系统的控制策略研究

作者：任甜中南大学

学位级别：硕士

在传统化石能源供应短缺及其环境污染问题层出不穷的背景下,存储量丰富、清洁安全、扩容方便的太阳能资源受到越来越多的关注。其中,光伏发电占据了太阳能应用领域中的重要地位,特别是光伏并网发电技术已经取得了令人瞩目的研究成果。... 详细信息

在传统化石能源供应短缺及其环境污染问题层出不穷的背景下,存储量丰富、清洁安全、扩容方便的太阳能资源受到越来越多的关注。其中,光伏发电占据了太阳能应用领域中的重要地位,特别是光伏并网发电技术已经取得了令人瞩目的研究成果。本论文的研究主要从光伏电池利用效率和并网质量方面出发,研究单相光伏并网发电系统的最大功率点跟踪技术及并网控制技术。论文首先从能源的角度引出了太阳能的光伏发电利用问题,概述了国内外光伏发电的发展状况及光伏并网发电技术的发展问题,对论文的主要研究内容进行了说明。然后分析了不同分类方式下的光伏并网主电路拓扑结构,选择了单相两级式结构作为本论文使用的光伏并网结构,设计了系统的整体控制方案,即系统前级DC/DC电路实现光伏电池的最大功率点跟踪控制、系统后级DC/AC电路实现单相光伏系统的并网控制并稳定中间直流母线电压。在系统前级的最大功率点跟踪控制部分,对光伏电池模型进行了分析与仿真,阐述了常用最大功率点跟踪方法及其优缺点,在此基础上采用了一种变步长自适应增量电导法,并通过仿真实验验证了该算法的优越性。在系统后级的并网控制部分,分析了并网逆变器的数学模型,制定了电流内环、电压外环的并网控制方案,具体设计了基于准比例谐振控制的并网电流控制器和基于自抗扰控制的直流母线电压控制器。最后,对整个单相光伏并网发电系统的控制效果进行了仿真和实验验证。仿真中,通过对比PI控制、比例谐振控制、准比例谐振控制下的电流控制效果,对比PI控制、自抗扰控制下的直流母线电压控制效果,证明了所设计的电流控制器和电压控制器的有效性与合理性。在硬件平台上进行实验,得到的实验结果与仿真结果基本一致,验证了控制方法的可行性。

关键词：光伏并网系统单相两级式结构最大功率点跟踪变步长自适应增量电导法准比例谐振控制自抗扰控制

电网故障条件下双馈感应电机励磁控制技术研究

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电网故障条件下双馈感应电机励磁控制技术研究

作者：廖威中南大学

学位级别：硕士

随着全球经济社会发展的能源需求与世界传统能源供应矛盾的日益深化和演变,风力发电等可再生能源迅速得到推广应用。目前风力发电系统大规模的接入主电网运行,其安全可靠运行直接关系着主电网的安全可靠运行。基于双馈感应电机的系统结... 详细信息

随着全球经济社会发展的能源需求与世界传统能源供应矛盾的日益深化和演变,风力发电等可再生能源迅速得到推广应用。目前风力发电系统大规模的接入主电网运行,其安全可靠运行直接关系着主电网的安全可靠运行。基于双馈感应电机的系统结构是风力发电系统最主要的体系结构之一。转子励磁控制实现了双馈感应电机的变速恒频发电,同时承担着双馈感应电机与电网之间转差功率的传送。并网运行的双馈感应电机在电网电压跌落时易出现脱网事故,为此本文针对电网故障条件下的双馈感应电机励磁控制技术进行研究。论文首先分析了正常工况下,基于电网电压定向控制的双馈感应电机的控制结构和运行特性。通过模型仿真和实验验证的方法分析了转子励磁控制的特性和变速恒频运行的机理。在此基础上,由双馈感应电机五阶模型推导出不损失电网电压暂态特性的双馈感应电机简化数学模型。该简化模型揭示了电网电压跌落与双馈感应电机暂态过电流及电磁转矩、输出功率波动等现象之间的关系。从电网电压作为扰动的角度出发,提出一种基于前馈结构的转子电流阻尼控制方法。该方法通过转子励磁电流产生转子补偿磁势,消减因定转子磁势自由分量产生的定转子过电流。为了协助电网恢复,提出一种转子无功电流协调控制方法,在电网故障期间输出无功功率协助电网电压稳定。论文通过仿真算例研究验证了所提控制策略和算法的有效性。

关键词：风力发电双馈感应电机低电压穿越技术励磁控制

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永磁直驱风电系统的电网故障穿越策略研究

永磁直驱风电系统的电网故障穿越策略研究

作者：龙熹中南大学

学位级别：硕士

风能作为一种重要的可再生能源受到了世界各国的高度重视。风力发电作为目前利用风能最有效的形式之一获得了迅速发展。但是随着电网中风电装机容量所占比例的提高,风电场在电网故障时的可靠性对电网的安全稳定运行产生影响也越来越大,... 详细信息

风能作为一种重要的可再生能源受到了世界各国的高度重视。风力发电作为目前利用风能最有效的形式之一获得了迅速发展。但是随着电网中风电装机容量所占比例的提高,风电场在电网故障时的可靠性对电网的安全稳定运行产生影响也越来越大,为此各国都对风电系统的故障穿越性能提出了严格要求。永磁直驱风力发电技术由于其效率高、适用范围广、易于维护等优点在低风速陆地风电场以及海上风电场中占到了相当大的比例,所以对基于永磁直驱风力发电系统的电网故障穿越策略进行研究具有重要的意义。本文对基于永磁同步电机的直驱型风力发电系统进行了建模和分析,提出了永磁直驱风电机组的常规控制策略。大功率永磁直驱型风电变流器由于受开关频率较低以及电网电压畸变影响,并网电流中低频谐波含量难以降低,本文提出一种高性能的比例多谐振(P-MR)电流环控制器来提高电流环的谐波抑制能力和跟踪控制性能。本文对该控制器进行了仿真和实验验证,结果表明了该控制器具有较高的谐波抑制和跟踪控制能力。电网不平衡故障期间常规并网控制方法将产生并网功率低频脉动、风电机组输入输出功率之间不平衡的问题,这些问题都将引起直流电压的波动幅度过大。为在抑制功率脉动的同时保证变流器的最大功率输出,尽量减少功率不平衡的程度,本文提出了最大化网侧变流器有功输出的控制策略。为进一步解决电网故障期间由于电网电压严重跌落造成的不平衡功率过大而直流电压无法稳定的问题,本文提出了基于风力发电机转子动能储能的电机侧变流器控制策略。本文最后对网侧变流器和机侧变流器分别采用上述控制策略的风电机组在各种电网故障下的运行状态进行了仿真验证,结果表明采用所提控制策略的风力发电机组能够安全穿越电网故障保证其稳定运行。本文最后对所作研究进行了总结和展望,提出了存在的相关问题以及进一步改进的方向。

关键词：永磁直驱风力发电电网故障穿越功率波动抑制转子动能储能比例多谐振控制器(P-MR)

基于嵌入式实时操作系统的电子医疗仪器UPS设计研究

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基于嵌入式实时操作系统的电子医疗仪器UPS设计研究

作者：李金中南大学

学位级别：硕士

本文致力于单相在线式不间断电源(UPS,Uninterruptible Power Supply)的设计实现,旨在研究其工程应用技术,为精密电子医疗仪器UPS电源的研制奠定一定的理论和技术基础。本文以在线式UPS的研究为核心内容,根据UPS数字化、绿色化、高频... 详细信息

本文致力于单相在线式不间断电源(UPS,Uninterruptible Power Supply)的设计实现,旨在研究其工程应用技术,为精密电子医疗仪器UPS电源的研制奠定一定的理论和技术基础。本文以在线式UPS的研究为核心内容,根据UPS数字化、绿色化、高频化的要求,改进了目前常用的单相桥式逆变器的拓扑结构,提出了单相三变换在线式UPS,并从实用化的角度设计了一台小容量的基于DSP和嵌入式实时操作系统的单相在线式UPS。逆变器作为UPS的核心,在很大程度上决定了整个UPS的性能。本文应用开关函数分析了逆变电路的输入输出关系,建立了基于等效受控源的UPS逆变电路稳态数学模型,在此基础上应用二端口网络变换的概念,推导了UPS逆变器输入端和输出端等效电路,详细讨论了直流电源内阻、负载非线性和死区效应对逆变性能的影响,并设计了逆变电路的输出滤波器。同时本文应用状态空间平均法,建立了逆变电路的小信号模型,并分析了逆变电路的稳定性。文中详细论述了构成三变换在线式UPS的功率因数校正电路、蓄电池充电电路、升压供电电路以及输出逆变电路的主电路和控制电路的设计,并依据设计的技术性能指标,对所用到的器件参数进行了选取。本文详细阐述了基于DSP的UPS控制器设计过程,给出了时钟电路、存储器扩展电路、复位电路、ADC电路和功率接口电路等的设计和实现方案,并分析了系统的抗干扰措施。最后,本文分析了系统软件的特点。针对其实时性的要求,引入了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,分析了μC/OS-Ⅱ的特点,并将其移植到了F2407 DSP。在此基础上,实现了基于μC/OS-Ⅱ的在线式UPS的中断管理、多任务管理及任务之间的信息传递,并给出了主要任务的程序流程和代码。

关键词：不间断电源状态空间平均法 DSP μC/OS-II

基于磁阀式可控电抗器的配电网无功补偿系统研究

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基于磁阀式可控电抗器的配电网无功补偿系统研究

作者：刘鹏升中南大学

学位级别：硕士

摘要：经济的发展必然需要电力作为保障,我国电力系统伴随着经济的高速增长而不断发展。在电力系统的发展过程中,无功功率的影响越来越大。虽然电力系统无功功率平衡能够保证系统元器件的可靠运行和电能的稳定传输,但无功功率失衡将造... 详细信息

摘要：经济的发展必然需要电力作为保障,我国电力系统伴随着经济的高速增长而不断发展。在电力系统的发展过程中,无功功率的影响越来越大。虽然电力系统无功功率平衡能够保证系统元器件的可靠运行和电能的稳定传输,但无功功率失衡将造成电能的损失,电能质量的降低,甚至是电力系统的振荡。因此,保证无功功率平衡是电力系统任何时刻都不能忽视的。在现有条件下,无功补偿是保证无功功率平衡的有效方法。由于输电网和配电网的任务不同,所以对无功补偿的要求也有不同。本文主要研究配电网无功补偿,其目的是保证功率因数达标。在众多无功补偿装置中,磁阀式可控电抗器型配电网无功补偿装置最适合我国进行发展利用。论文进行了基于磁阀式可控电抗器的无功补偿系统的研究。论文以可控饱和电抗器的介绍为基础,展开了对磁阀式可控电抗器的工作原理的分析、电磁方程的建立、等效电路的推导、控制特性的求解,在Matlab/Simulink仿真平台上进行了相应仿真分析;根据配电网常见负载和磁阀式可控电抗器的特性,设计了符合生产要求的无源滤波器,利用有理插值方法建立了工作电流和触发控制角之间的直接关系,将瞬时功率理论进行了方便利用的等效代换,将对称分量法应用于不平衡负载的补偿,分析了开环控制方式和闭环控制方式的优缺点,搭建起了整个无功补偿系统的闭环控制框架;在进行无功补偿系统控制器设计前,等效推导出了磁阀式可控电抗器的传递函数,据此先后进行了PI控制器设计和改进前后的滑模变结构控制器设计,并各自进行了仿真分析,总结出改进后滑模控制器的优点。由于高压实验条件有限,论文利用进行了符合实际情况的仿真分析。根据某钢铁厂的实测数据,设置了两种仿真负载参数,两种负载在不同时段内投入工作。仿真结果证明了基于磁阀式可控电抗器的无功补偿系统的有效性、稳定性和快速性,为以后进行高压试验验证打好了基础,同时这也是在我国电力系统中实际推广应用的前提。

关键词：配电网无功补偿功率因数磁阀式可控电抗器滑模控制

基于正交频分复用的宽带电力线通信关键技术研究

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基于正交频分复用的宽带电力线通信关键技术研究

作者：冯威中南大学

学位级别：硕士

接入网是用于实现终端用户与广域的通信网之间的互联,广大用户通过接入网可以获得各种通信服务。然而,用于实现、安装、维护接入网的成本非常高,因此在保证通信正常运行的前提条件下,网络运营商总是试图以尽可能低的成本来实现接入网布... 详细信息

接入网是用于实现终端用户与广域的通信网之间的互联,广大用户通过接入网可以获得各种通信服务。然而,用于实现、安装、维护接入网的成本非常高,因此在保证通信正常运行的前提条件下,网络运营商总是试图以尽可能低的成本来实现接入网布设,以提高自身的竞争能力。电力线通信(PLC,Power Line Communication)技术为接入网络的实现提供了一个非常有前途的解决方案,是目前发展前景十分看好的宽带接入技术,是利用配电网低压线路传输高速数据、话音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式。随着Internet技术的飞速发展,利用220V低压电力线传输高速数据的价值越来越被人们所重视,因为它具有不用布线、覆盖范围广、连接方便等显著特点,被认为是提供宽带网络接入解决方案最具竞争力的技术之一。本文首先介绍了电力线载波通信的概念及应用前景,研究了电力线通信信道的基本特点,建立了电力线通信信道的模型,并基于电力线信道的特点提出一种基于正交频分复用(OFDM,OrthogonalFrequence Division Multiplexing)技术的电力线通信技术。在本系统中,着重分析了过高峰均比(PAPR,peak-to-average power ratio)产生的原因,在总结了现有方法的基础上,提出了一种能有效降低系统峰均比的预留子载波方法——受控修剪算法。经过大量的仿真实验,证明了该算法的可行性和基于OFDM的宽带电力线通信系统的有效性。

关键词：正交频分复用峰均比预留子载波电力线通信

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光伏系统平衡部件关键技术和问题的研究

光伏系统平衡部件关键技术和问题的研究

作者：封焯文中南大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,太阳能利用受到世界各国的普遍关注,而太阳能光伏发电是太阳能利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。近几年,国家新能源政策的逐步深入和光伏制造业产业链的日趋完善极大地推动了我国太阳... 详细信息

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,太阳能利用受到世界各国的普遍关注,而太阳能光伏发电是太阳能利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。近几年,国家新能源政策的逐步深入和光伏制造业产业链的日趋完善极大地推动了我国太阳能光伏发电行业的发展。本文就是在此背景下,对光伏发电系统中的平衡部件进行了研究,具有重要的现实意义。本文首先分析了光伏电池输出特性及光伏发电系统平衡部件的要求,并针对目前光伏发电系统中传统的DC-DC变换器的不足,结合光伏发电系统对DC-DC变换器性能指标的要求,设计了一种新型的具有升降压功能的双向交错式并联DC-DC变换器,阐述了DC-DC变换器关键元件参数的选取和控制器的设计,实验结果表明该DC-DC变换器具有较高的效率和良好的静动态性能。其次,在研究蓄电池充放电原理的基础上,分析了蓄电池作为光伏发电系统储能元件的充电策略,并针对传统充电策略的缺点,提出了一种安全高效的改进型智能充电策略,该策略能延长电池寿命并具有较快的充电速度最后,以多电平技术为基础,分析了传统三电平逆变器的中点电位不平衡的原因,设计了一种新的拓扑结构,仿真和实验结果表明该拓扑能极大地改善三电平逆变器中点电位不平衡问题。本文搭建了一套由光伏电池、蓄电池、充放电管理电路、三电平逆变电路组成的光伏发电系统实验平台,测试结果表明文中设计的光伏发电系统结构合理、电能转换效率高、电能质量好。本论文的研究为光伏发电系统进一步推广应用奠定了坚实的基础。

关键词：光伏系统双向交错式DC-DC变换器蓄电池充电策略三电平逆变器

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三电平逆变器控制策略的研究

三电平逆变器控制策略的研究

作者：贾煜中南大学

学位级别：硕士

二极管箝位式三电平逆变器作为一种常用的三电平逆变器拓扑结构,广泛应用于高压大功率的场合。这种逆变器具有耐压要求低、输出电压谐波含量小等优点而越来越成为变频器领域中的热点研究问题。由于三电平逆变器开关器件数目众多,因此它... 详细信息

二极管箝位式三电平逆变器作为一种常用的三电平逆变器拓扑结构,广泛应用于高压大功率的场合。这种逆变器具有耐压要求低、输出电压谐波含量小等优点而越来越成为变频器领域中的热点研究问题。由于三电平逆变器开关器件数目众多,因此它的控制复杂,对三电平逆变器的控制技术就成为了研究的核心内容。本文主要对它的控制技术进行研究,以此拟作为今后进一步研究的基础。首先以载波调制为基本的调制方式,分析了三电平逆变器的拓扑结构与工作原理,并给出仿真;此外,本文重点研究了三电平的空间矢量调制,对它的调制算法进行了深刻的研究,并给出了每步算法的仿真;在此基础上,针对三电平拓扑结构存在的中点电位不平衡的问题,分析了不平衡的原因,并对现有的控制方式进行分析对比,最后提出了一种新的控制方式并仿真验证了采用这种控制方式的有效性。本文还设计了一套二极管箝位式三电平逆变器系统。其中,硬件设计包括逆变主电路设计,外围电路设计和控制电路的设计。软件设计基于先进的TMS320F2812DSP,设计了改进的三角载波层叠式调制方法的控制程序。结果表明,该算法非常适用于DSP数字化控制软件的实现,控制性能稳定。

关键词：二极管箝位三电平逆变器空间矢量调制中点电位平衡数字信号处理器