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不平衡电网下的改进型锁相环设计研究

电测与仪表 2022年第2期59卷 196-200页

作者：张华赢胡子珩李艳艾精文深圳供电局有限公司电力科学研究院广东深圳518020

针对电网三相不平衡时,常用锁相环方法存在电压测量偏移降低,检测准确度和抗低次谐波干扰能力弱的问题,提出一种基于改进型二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)的三相锁相环设计方案。分析了SOGI可提取出电压正... 详细信息

针对电网三相不平衡时,常用锁相环方法存在电压测量偏移降低,检测准确度和抗低次谐波干扰能力弱的问题,提出一种基于改进型二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)的三相锁相环设计方案。分析了SOGI可提取出电压正序基波分量的原理;通过对SOGI进行频域特性分析,找到传统SOGI抗直流分量和低次谐波干扰能力弱的原因。据此,提出一种能消除直流分量影响的改进型SOGI结构,并以此改进型SOGI为基础通过多个并联来达到消除低次谐波干扰的目的;利用PSCAD软件对基于传统型SOGI的锁相环、基于单个改进型SOGI的锁相环、基于多个改进型SOGI并联的锁相环进行多项对比仿真,仿真结果证明了所提锁相方案的有效性。

关键词：不平衡电网二阶广义积分器直流偏移抗谐波干扰锁相环 PSCAD

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双有源桥双向DC-DC变换器的研究

双有源桥双向DC-DC变换器的研究

作者：崔恒月江苏大学

学位级别：硕士

随着经济和生产力的发展,煤、石油与天然气等传统能源的消耗与日剧增,高效清洁的光伏发电、风力发电等新型能源发电技术逐步受到人们的重视。但是这些新能源受到自然条件的影响,具有不稳定的特点,常常需要采用储能装置来平抑系统的波动... 详细信息

随着经济和生产力的发展,煤、石油与天然气等传统能源的消耗与日剧增,高效清洁的光伏发电、风力发电等新型能源发电技术逐步受到人们的重视。但是这些新能源受到自然条件的影响,具有不稳定的特点,常常需要采用储能装置来平抑系统的波动。双向DC-DC变换器主要应用于太阳能电池阵列、不间断电源系统、燃料电池电源系统、端口混合供电系统及直流功率放大器,它可以实现能量的双向传输。本文的研究对象双有源桥(dual active bridge,DAB)双向DC-DC变换器就是一种应用在大功率场合的双向DC-DC变换器。它具有功率密度高、可以实现零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)、能双向传输功率、效率高、结构对称且控制方法简单等优点。本文首先介绍了双有源桥双向DC-DC变换器的三种常用的控制方法(移相控制、单PWM加移相控制、双PWM加移相控制),分别分析了它们的工作原理和工作特性。其次,针对移相控制下双有源桥双向DC-DC变换器会出现直流偏移的问题,具体分析了产生的原因,并提出一种死区时间补偿策略来消除直流偏移。然后,由于传统的移相控制在低载时会失去零电压开关的能力,且环路电流较高,而双PWM加移相控制适合在低载下运行,但是随着负载增加,电感电流会陡增,其大小甚至会超过单PWM加移相控制的情况,因此提出一种多模式控制策略。在低载时采用双PWM加移相控制,随着负载的增加切换到单PWM加移相控制,若负载继续增加,在移相角为π/2时自然切换到移相控制。另外将一种优化PWM加移相控制的方法应用到多模式控制策略中,可以在实现零电压开关的同时减小电感电流有效值和峰值,从而提高变换器的效率。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建了仿真模型,对提出的两种策略进行仿真。仿真结果表明死区时间补偿策略可很好地解决直流偏移的问题,而多模式控制策略使双有源桥双向DC-DC变换器在全负载范围内实现零电压开关,并获得更高的效率。

关键词：双有源桥双向DC/DC变换器零电压开关直流偏移多模式控制

NB-IoT发射机中模拟基带电路的研究与设计

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NB-IoT发射机中模拟基带电路的研究与设计

作者：史文杰天津理工大学

学位级别：硕士

窄带物联网(NB-IoT)是物联网技术发展的一个重要分支,相比传统通讯方式,NBIoT可以在不增加网络硬件设备的前提下,为物联网低速数据提供了功耗和成本更低,覆盖范围更广的解决方案。为了更好地满足NB-IoT系统的要求,本论文中芯片采用了全... 详细信息

窄带物联网(NB-IoT)是物联网技术发展的一个重要分支,相比传统通讯方式,NBIoT可以在不增加网络硬件设备的前提下,为物联网低速数据提供了功耗和成本更低,覆盖范围更广的解决方案。为了更好地满足NB-IoT系统的要求,本论文中芯片采用了全集成片上系统(SOC),将数字电路,模拟电路和射频电路集成为一个单芯片的数字通信系统。本文结合NB-IoT的系统要求,通信原理,电路设计原理等相关知识,对NBIoT芯片发射系统的模拟基带部分进行了深入的研究。重点设计了完整的模拟基带电路,包括数模转换器(DAC)和低通滤波器(LPF),达到了NB-IoT系统的要求。本论文的设计基于UMC 55nm CMOS工艺,包括一个12bit的采样频率为1.92MHz的全差分DAC和一个截止频率为100kHz的可调谐有源低通滤波器。DAC的具体设计包括了单端转差分结构,开关阵列,电容阵列等,后仿真结果表明:在1.2V的工作电压、1.92MHz的采样频率下,DAC的有效位数可达到11.05bit,功耗约为278.28uW,无杂散动态范围(SFDR)可达到73.67dB,与传统通信芯片中DAC相比,符合NB-IoT系统对低功耗和DAC动态性能的要求。本文所设计的滤波器为跳耦(leapfrog)结构的五阶有源RC滤波器,这种结构的设计可以直接通过模拟无源LC电路的状态变量得到,所以不仅可以达到良好的滤波性能,又有着低的元件灵敏度。仿真结果显示,滤波器的可调节的截止频率范围为52kHz66kHz,1dB压缩点为4.49845dBm,功耗为272.75uW,满足NB-IoT发射机的性能要求。另外,为了得到更好的发射性能,本文在模拟基带部分加入I/Q失配抑制和直流偏移消除模块,这样可以减少电路模块的增加,降低电路设计的复杂度,降低功耗节约芯片面积。经过仿真和测试,这些电路模块工作性能良好,可以对发射机的镜像信号和载波泄露信号进行有效的抑制。综上所述,本文论述了整个发射机模拟基带部分的设计方案,包括从系统级、电路级、版图级到测试整个过程,模拟基带的测试通过发射机的整体性能测试获得,测试结果表明本设计达到的性能指标可应用于NB-IoT系统。

关键词：窄带物联网数模转换器低通滤波器 I/Q失配直流偏移低功耗

超高频射频识别定位系统中载波相位测量技术的研究

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超高频射频识别定位系统中载波相位测量技术的研究

作者：李畅西安电子科技大学

学位级别：硕士

由于RFID技术具有高精度和低成本的特点,它在室内定位中得到越来越多的应用。而传统的RFID系统主要功能在于识别目标,不能进行目标定位;另外,基于到达时间和接收信号强度的测距方法容易受到干扰,对仪器的精度要求高,实现难度大。所以本... 详细信息

由于RFID技术具有高精度和低成本的特点,它在室内定位中得到越来越多的应用。而传统的RFID系统主要功能在于识别目标,不能进行目标定位;另外,基于到达时间和接收信号强度的测距方法容易受到干扰,对仪器的精度要求高,实现难度大。所以本文采用基于到达相位差的测距方法,设计了一种载波相位测量系统,针对标签的到达相位进行测量,并对非理想因素进行分析和研究。本文基于NI公司的软件无线电平台,实现快速、高精度的载波相位测量系统。针对读写器产生的直流偏移和I/Q失配等非理想因素,提出消除直流偏移方法和I/Q失配因子检测方法,并建立延迟-相位模型对测量相位进行矫正。根据标签返回信号的特点,在I/Q数字基带信号的基础上设计载波相位测量系统,由滤波模块和载波相位测量模块组成。滤波模块对数字基带信号进行抽取和滤波,为满足协议要求的40kHz40 kHz返回数据率,本文设计一种由CIC滤波器和半带滤波器组成的可配置抽取率滤波器,达到降低数据率的目的,并通过FIR低通滤波器滤除带外噪声。载波相位测量模块对相位进行计算,包括求阈值模块、去直流模块和改进CORDIC算法模块,并针对传统CORDIC算法占用资源大和收敛域范围不能覆盖整个圆周的不足,在其基础上对旋转角度进行优化,同时将CORDIC算法的取值范围扩展到了0到360度,通过分析,其误差小于0.02度。通过对载波相位测量系统进行实验测试表明,相位值与距离的关系与预期相符,与理论值的误差在1 cm以内。通过对影响测量相位的因素进行实验表明,两种标签测得的相位值随距离变化基本相同;当信噪比大于34 dB时,相位变化对相位精度的影响很小;标签的旋转方向对相位值的影响较大,且对不同标签的相位值影响程度不同,实际应用中应根据应用场合选择旋转方向影响较小的标签。

关键词： RFID定位载波相位测量直流偏移滤波器 CORDIC算法

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电流传感器的电磁敏感度分析及改进方法研究

电流传感器的电磁敏感度分析及改进方法研究

作者：邓兴电子科技大学

学位级别：硕士

现代电子工业对器件的电磁兼容性能普遍提出了基本的需求,要求在复杂的电磁环境下仍能够正常的工作,即要求电子器件的电磁敏感度(EMS,Electromagnetic Susceptibility)应尽可能的低。电流传感器作为电子行业的重要设备之一,受到周围环... 详细信息

现代电子工业对器件的电磁兼容性能普遍提出了基本的需求,要求在复杂的电磁环境下仍能够正常的工作,即要求电子器件的电磁敏感度(EMS,Electromagnetic Susceptibility)应尽可能的低。电流传感器作为电子行业的重要设备之一,受到周围环境电磁辐射的影响时,会产生较大的零点输出误差,导致超出允许的误差范围,进一步影响到整个系统的性能。本文致力于快速准确的分析出电磁场对电流传感器的影响,以及电路中易受电磁干扰的敏感元器件,并仿真和实验测试了敏感电路模块在电磁干扰下的工作状态,最终提出了三种降低电磁敏感度的改进方案。本文工作可总结如下:1.仿真电磁场在电流传感器微带线上产生的感应电压。在场分析软件导入电流传感器的三维模型,其模型电参数与实物一致。依据辐射抗扰度的电磁兼容标准在场分析软件设置了相应的电磁场场强、入射方向等参数,并将电路中的有源器件采用无源电阻代替,使其数值结果易收敛且不会影响数值模拟结果。将每个电路模块仿真得到的感应电压带入电路仿真中,即可模拟出电路模块在电磁干扰下的工作状态。2.分析高频干扰对运算放大器芯片的影响。通过之前的场路联合分析可得出运放在电磁辐射下易受到干扰,其原因是运放为小信号输入,辐射在微带线上产生的感应电压很容易影响运放的输入信号。虽然运放不会对高频信号放大,但是由于运放内部的寄生电容,导致运放的第一级差分电路MOS管两端电压并未对称,进而在第一级差分电路输出直流偏移电压,再被二三级电路放大导致产生较大的输出误差。3.仿真和实验验证电磁场对运放的影响。通过电路软件建立运放第一级差分电路的高频模型,用电压源模拟电磁场的干扰,仿真得到直流偏移与频率、寄生电容的关系。采用运放设计电压跟随器的实际电路,通过实验验证当射频信号输入时,在输出端有直流偏移产生,其趋势与仿真结果保持一致4.提高电流传感器抗干扰能力的研究方案。因为监测大电流的原因,金属全屏蔽太危险不易采用。所以分别讨论了部分屏蔽、增大寄生电容、低通滤波、交叉耦合对抗干扰能力的提升,并用实验验证了低通滤波方案的可行性。

关键词：电流传感器场路联合仿真运算放大器差模共模干扰直流偏移低通滤波

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一种鲁棒的无线MIMO信道半盲辨识方法

微计算机信息 2007年第34期23卷 265-267页

作者：李梦醒梁健何飞肖卫初刘泽民北京邮电大学电信工程学院湖南城市学院湖南益阳413000

提出了一种时间和频率双选择性衰落环境下MIMO系统信道半盲辨识方法。提出的方法分为两个阶段:训练和跟踪。在训练阶段,用改进的卡尔曼滤波器,称之为鲁棒卡尔曼滤波器,对信道脉冲响应进行辨识。之后,进入跟踪模式,鲁棒卡尔曼滤波器和最... 详细信息

提出了一种时间和频率双选择性衰落环境下MIMO系统信道半盲辨识方法。提出的方法分为两个阶段:训练和跟踪。在训练阶段,用改进的卡尔曼滤波器,称之为鲁棒卡尔曼滤波器,对信道脉冲响应进行辨识。之后,进入跟踪模式,鲁棒卡尔曼滤波器和最小均方误差判决反馈均衡器相互协作完成信道辨识。推导了基于信道脉冲响应精确已知和以往判决准确无误条件下波特率采样最小均方误差判决反馈均衡器。通过非常简单的方法有效抑制了由于采用零中频接收技术而产生的未知直流偏移对辨识精度的影响。仿真结果验证了方法的有效性。

关键词：多输入多输出信道辨识判决反馈均衡鲁棒卡尔曼滤波直流偏移

电动汽车用双有源桥双向DC-DC变换器充放电控制研究

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电动汽车用双有源桥双向DC-DC变换器充放电控制研究

作者：付宏程合肥工业大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,人类社会迈进了高速发展的新时代,汽车行业也迅猛发展,汽车已进入千家万户。但随着不可再生能源的日益消耗以及环境污染的日益加剧,人们意识到必须大力发展清洁、可再生能源汽车,例如电动汽车、氢能源汽车、燃料电池汽车... 详细信息

进入21世纪以来,人类社会迈进了高速发展的新时代,汽车行业也迅猛发展,汽车已进入千家万户。但随着不可再生能源的日益消耗以及环境污染的日益加剧,人们意识到必须大力发展清洁、可再生能源汽车,例如电动汽车、氢能源汽车、燃料电池汽车等,这其中,电动汽车在近10年来发展势头最猛。电动汽车的三大核心技术包括电池技术、电驱技术、电控技术,双向DC-DC变换器广泛应用于电池模块与电驱模块之间,主要用来实现功率的双向传输。因此本文以双有源桥双向DC-DC变换器为研究对象,它是一种适合在大功率场合应用的双向DC-DC变换器,不仅功率密度高、能够实现双向传输功率,还可以实现零电压开关以有效降低电路损耗,另外还具有传输效率高、电路结构是对称的、易于控制等特点,因此研究双有源桥双向DC-DC变换器对于电动汽车技术的发展有着重要的工程意义。本文首先介绍双有源桥双向DC-DC变换器的背景、国内外研究现状及前景。其次分析双有源桥双向DC-DC变换器常见的三种控制策略,即移相控制、单PWM加移相控制以及双PWM加移相控制,并分析上述三种控制方法的工作原理、数学模型以及对应的工作特性。双有源桥双向DC-DC变换器存在直流偏移问题,本文分析了直流偏移现象产生的原因,继而提出了一种基于补偿死区时间的控制方法来优化直流偏移,随后指出单PWM加移相控制以及双PWM加移相控制策略可以有效地降低电感电流。但另一方面,双PWM加移相控制策略更适于在低载工况下运行,因为随着负载逐渐增加,电感中的电流会激增,其幅值甚至比单PWM加移相控制的幅值还要大。因此本文提出了一种复合式控制方案,在系统处于低负载工况时采取双PWM加移相控制策略,随着系统负载的逐渐增加,则切换为单PWM加移相控制策略,随着负载的继续增大,在系统移相角为π/2时转换到传统的移相控制策略。最后,在Matlab/Simulink环境中搭建了具体的仿真模型,对上述控制方案进行仿真。最终的仿真结果证实了补偿死区时间的策略能够较好地解决上述直流偏移问题,而复合控制方案可令双有源桥双向DC-DC变换器在所有的负载范围内均可以实现零电压开关,并让电路系统获得更高的转换效率。

关键词：双有源桥直流偏移双向DC-DC变换器零电压开关

UHF RFID单芯片读写器模拟基带滤波器的设计

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UHF RFID单芯片读写器模拟基带滤波器的设计

作者：陈将天津大学

学位级别：硕士

射频识别(RFID, Radio Frequency Identification)是一种利用无线射频方式在标签与读写器之间进行非接触通信的技术。由于具有工作距离长、可识别运动目标、非接触、适于恶劣环境等优点,射频识别技术已经在多个重要领域广泛应用。而又... 详细信息

射频识别(RFID, Radio Frequency Identification)是一种利用无线射频方式在标签与读写器之间进行非接触通信的技术。由于具有工作距离长、可识别运动目标、非接触、适于恶劣环境等优点,射频识别技术已经在多个重要领域广泛应用。而又因为单芯片的集成方案具有芯片面积小,系统便于移动等优点,所以本文对应用在超高频射频识别(UHF RFID)单芯片读写器模拟基带的滤波器进行了深入的研究。本文的主要工作有: (1)对UHF RFID协议进行了分析,明确了运用在UHF RFID单芯片读写器模拟基带滤波器的带宽指标。 (2)分析了滤波器的类型,相关参数以及结构,确定了设计的滤波器为切比雪夫低通滤波器。 (3)分析了高阶滤波器的实现方法,明确了使用经典的级联实现来设计本文的高阶滤波器。 (4)对Tow-Thomas结构进行了研究,了解到Tow-Thomas结构值与Q值相对于各无源器件灵敏度和其他双积分滤波器灵敏度相比处于同一水平,但是增益相对于各无源器件灵敏度比同类型滤波器更有优势。从而明确本文设计的滤波器采用Tow-Thomas结构。 (5)分析并确定了滤波器中的关键电路模块的设计方法,包括运算放大器,共模反馈电路,带隙基准电路,直流偏移消除电路(DCOC)以及多带宽的实现方法。将直流偏移消除结构附加到零中频接收机中的滤波器上和滤波器具有可变带宽的性能这两点都是本文的创新所在。 (6)本文设计的单带宽的带有DCOC结构的六阶滤波器和可变带宽的四阶滤波器完成了版图的绘制并进行了仿真,由仿真结果可知带有直流偏移消除结构的六阶滤波器的带宽是125kHz,且能够很好地抑制静态的直流偏移和变化慢的直流偏移。而可变带宽的四阶Tow-Thomas结构滤波器的带宽是100kHz, 400kHz, 600kHz,800kHz, 1MHz和1.3MHz六个值内可调。它们共用的运算放大器的增益是62dB,单位增益带宽是60MHz;共模反馈电路能够稳定输出电平;带隙基准能够提供优良的电压源。芯片采用的工艺是UMC 0.18? m CMOS,并且六阶滤波器在增加适当的面积后相对于四阶滤波器具有更加良好的抑制带外谐波的性能。 (7)对可变带宽的滤波器芯片进行了测试,明确了下一步努力的方向。

关键词：射频识别技术直流偏移多带宽共模反馈带隙基准

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交直流碰线故障后保护动作时序及风险分析

交直流碰线故障后保护动作时序及风险分析

作者：冯家伟华南理工大学

学位级别：硕士

随着高压直流输电工程的建设,电网中交直流线路混联运行,交流-直流线路交叉跨越现象十分常见。交流-直流跨越线路由于交流线路与直流线路间距离较近,容易出现碰线故障。由于交直流电气特征差异较大,交直流跨线故障下故障特征更加复杂。... 详细信息

随着高压直流输电工程的建设,电网中交直流线路混联运行,交流-直流线路交叉跨越现象十分常见。交流-直流跨越线路由于交流线路与直流线路间距离较近,容易出现碰线故障。由于交直流电气特征差异较大,交直流跨线故障下故障特征更加复杂。这将对直流保护和交流保护构成严重挑战,甚至关系到电网系统安全稳定运行。目前,国内外对交直流碰线故障对交直流继电保护的影响的研究还处于探索阶段。直流保护虽然已经配置了交直流碰线保护,但是其应对交直流碰线故障时的适应性仍缺乏针对性的研究。交流保护未设置针对性的交直流碰线故障保护,对于可能发生交直流碰线故障的、相互独立的直流系统以及交流系统间的保护配合及其潜在的风险,仍缺少相关的研究。本文主要以理论分析为主,结合电磁暂态仿真软件的实际高压直流输电工程模型仿真,开展交直流碰线故障后保护时序以及风险的研究。首先基于实际直流工程搭建交直流交叉跨越模型,并在不同的故障条件下进行故障仿真。搭建模型时,由于国内两类主流的直流技术在控制及保护方面有较大区别,因此将分别建立模型并进行分析。碰线后交流与直流系统均出现接地故障特征与碰线故障特征,且受故障条件以及系统自身状态影响。其次,根据故障特性分析现有直流保护以及交流保护对交直流碰线故障的适应性。由于交流量的进入导致直流保护的动作出现离散性,而交流保护动作特性与发生高阻接地故障时类似。然后,结合交流与直流的保护特性,分析发生交直流碰线故障后整个系统可能发生的所有故障处理时序。最后,结合上文中的研究内容,分析现有电力系统在应对交直流碰线故障时所存在的风险。详尽分析与梳理所有可能的状况后发现,现有保护设置存在很大隐患:可能出现交流线路电流偏移、直流过电压以及由于交流、直流保护配合不当导致的保护拒动。在上述分析的基础上,本文提出了对交直流碰线保护的整定、保护出口以及交流保护逻辑的改进建议。

关键词：交直流碰线故障保护动作离散性保护动作时序直流偏移容升效应