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微网中有源滤波器控制策略研究

微网中有源滤波器控制策略研究

作者：张宇上海电力学院

学位级别：硕士

近年来,电力电子技术的快速发展给人类带来了极大的便利,但大量非线性、不平衡负荷的引入也给电网带来了极大的威胁,即谐波污染。传统的无源滤波器(Passive Power Filter,PPF)虽然结构简单,但它只是能消除特定次的谐波,且易与电网发生... 详细信息

近年来,电力电子技术的快速发展给人类带来了极大的便利,但大量非线性、不平衡负荷的引入也给电网带来了极大的威胁,即谐波污染。传统的无源滤波器(Passive Power Filter,PPF)虽然结构简单,但它只是能消除特定次的谐波,且易与电网发生谐振。本文以并联型有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)为研究对象,旨在主要研究其内环电流的非线性控制策略,以简化控制器的设计、提高滤波效果,从而为SAPF的实用化奠定基础。首先,本文选择了一种最为典型的三相三线制两电平SAPF为研究对象,分别在静止abc和旋转dq坐标系下建立其数学模型。基于此模型,本文采用基于瞬时无功功率理论的i-i谐波检测方法进行谐波电流检测,设计了电压外环、电流内环的双环PI控制系统。仿真结果表明,双环PI控制策略在对谐波电流进行跟踪控制时会受增益和带宽的限制,从而导致补偿效果不理想。接着,针对传统的双环PI控制策略必须检测谐波电流、计算指令电流等缺点,本文对传统单周控制策略进行改进,提出将改进型单周矢量控制策略引入SAPF中。仿真结果表明,该改进方法下的SAPF能有效滤除谐波和无功电流,同时也能实现不平衡电网下的控制。其次,针对三相三线制SAPF忽略了对零序分量的处理这一缺点,将三相四线制SAPF作为研究对象,建立其在dq0坐标系下的Euler-Lagrange数学模型;同时,针对传统的双环PI控制策略结构复杂、需要调节的参数较多等缺点,本文提出将非线性无源控制理论引入SAPF内环电流控制中,且采用阻尼注入法对其进行简化设计。仿真结果表明,该方法下的SAPF能显著提高SAPF的动态响应速度,实现电网电流的进一步正弦化。最后,针对两电平SAPF受电压等级和开关器件的耐压值的限制等问题,本文研究了中点钳位型(Neutral Point Clamped,NPC)型三电平SAPF,并详细推导了其基于Lyapunov函数的非线性控制策略;同时从稳定性的角度出发,选取合适的控制参数,以保证线路参数变化时平衡/不平衡电网下系统的稳态和动态性能;其次,针对直流侧电压不平衡问题,采用基于电荷平衡原理改变SVPWM调制算法中正负小矢量作用时间的控制方法以维持直流侧电容电压的稳定和平衡。仿真结果表明,该非线性控制策略需要调节的参数少,且能在电网平衡/不平衡条件下进一步降低谐波含量并维持直流侧电压的平衡。

关键词：并联型有源滤波器非线性控制电网不平衡改进单周矢量控制三相四线制无源控制三电平 Lyapunov函数

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新型锂离子电池正极材料研究与探索

新型锂离子电池正极材料研究与探索

作者：张世明上海电力学院

学位级别：硕士

铁基磷酸盐锂离子电池正极材料因其结构稳定，资源丰富，安全，无毒等优点使其成为新一代深受人们青睐的锂离子电池正极材料。近年来，科学家们对LiFePO作了大量的研究。LiFePO正极材料在充电过程中，锂离子和相应的电子从LiFePO相中脱... 详细信息

铁基磷酸盐锂离子电池正极材料因其结构稳定，资源丰富，安全，无毒等优点使其成为新一代深受人们青睐的锂离子电池正极材料。近年来，科学家们对LiFePO作了大量的研究。LiFePO正极材料在充电过程中，锂离子和相应的电子从LiFePO相中脱出形成新的FePO相。在放电过程中，锂离子和相应的电子嵌入FePO相形成新的LiFePO相，因此FePO也可以作为锂离子电池正极材料。磷酸铁作为锂离子电池的正极材料有诸多优点：(1)合成工艺简单，合成过程中没有Fe(II)组分，不需要气氛保护，省去了相应的设备和成本投入;(2)磷酸铁材料的合成为二元合成体系，更方便合成条件的控制和优化;(3)采用Fe(III)化合物为原料，使合成原料来源更广。以上优点可使磷酸铁正极材料更具低成本，规模化生产的优势，可望成为LiFePO锂离子电池正极材料的后起之秀。本研究以TritonX-100/环己烷/正丁醇/水等四相微乳液体系和水热法作为基本的合成方法来展开研究。通过TG/DCS，XRD，场发射扫描电镜(FE-SEM)等方法研究其组成，结构与形貌;采用循环伏安，交流阻抗，充放电测试等技术研究其电化学性能。通过微乳液法合成纳米级磷酸铁正极材料，研究了纳米化及晶型对其电化学性能的影响。我们还对磷酸铁进行改性研究，包括掺杂改性，导电物质的包覆，磷酸铁与纳米碳管CNT和石墨烯的复合材料等。通过EIS和CV等方法对磷酸铁的扩散系数进行计算。在实验的过程中，我们发现了一种新型的锂离子电池正极材料——羟基磷酸铁。研究发现，引入羟基之后，不但提高了羟基磷酸铁的理论比容量，还改善了磷酸铁的电化学性能。通过水热法得到了不同形貌的羟基磷酸铁，研究其形貌和电化学性能之间的关系，采用Au及C等导电材料对羟基磷酸铁进行包覆改性。此外，采用第一性原理的方法对磷酸铁及羟基磷酸铁的能带结构，态密度，平均电位，扩散路径及能垒进行计算。具体内容，结果及结论如下：第一章本章对锂离子电池进行全面的介绍，包括锂离子电池的发展，正极材料的类型，扩散系数的计算方法，纳米磷酸铁的合成技术，锂离子电池正极材料磷酸铁和羟基磷酸铁的研究进展等。第二章本章对实验方法，表征手段，电极的制备和组装等方面作了简要的介绍。第三章(1)对微乳液法合成条件的优化证明微乳液体系的反应温度及表面活性剂对微乳液法合成纳米磷酸铁正极材料有重要的影响。对反应温度优化得TritonX-100/环己烷/正丁醇/水体系的最佳反应温度为45℃。对表面活性剂类型得曲拉通X-100(TritonX-100)作表面活性剂时，其效果较好。以TritonX-100/环己烷/正丁醇/水微乳液体系在45℃反应3h得到颗粒大小为20nm左右的纳米FePO材料。因此，采用微乳液法合成纳米材料时，应该根据合成的材料选择适宜的反应温度和表面活性剂。 (2)我们对FePO晶体结构，颗粒大小，形貌及其电化学性能的关系进行了系统的研究。结果表明：当煅烧温度为380℃和460℃时，FePO的晶体结构为无定形结构，颗粒为球形形貌，且分布均匀，大小为20nm左右;当煅烧温度为550℃，FePO开始由无定形结构转化为三角晶型结构，其晶粒开始长大，小的晶粒开始发生二次团聚形成较大颗粒的二次粒子;当煅烧温度为650℃时，其具有结晶度良好的三角晶型的晶体结构，晶粒长大呈块状结构。FePO正极材料在煅烧温度为380℃，460℃，550℃和650℃条件下的首次放电比容量分别为141.4mAh/g，119.6mAh/g，105.6mAh/g和55mAh/g。充放电循环显示煅烧温度为460℃时，放电比容量开始3个循环有较大衰减，然而，20次循环以后，其放电比容量保持在120mAh/g。结果证实，颗粒大小和晶体结构对FePO的电化学性能有重大的影响，纳米化颗粒和无定形结构有利于提高FePO正极材料的电化学性能和循环稳定性及倍率性能。第四章研究不同晶体类型的FePO和颗粒大小对其扩散动力学性能的影响，我们选择在煅烧温度为380℃，460℃，550℃和650℃条件下得到FePO正极材料作电极材料。通过循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)两种电化学方法计算锂离子在煅烧温度为460℃时的正极材料FePO中的扩散系数分别为1.06×10-13cm2s-1，8.28×10-14cm2s-1。结果说明：煅烧温度为460℃时所得的正极材料的锂离子扩散动力学性能最好，这证明纳米化和无定形结构有利于改善锂离子在FePO中的扩散动力学性能。第五章(1)采用简单的水热法合成新型锂离子电池正极材料羟基磷酸铁，其化合物结构为Fe(PO)(OH)。在pH值为2.5，水热温度150℃下反应24h得到颗粒大小约1μm的球形，且颗粒大小分布均匀的Fe(PO)(OH)。充放电结果显示：在充放电倍率为0.1C，0.3

关键词：锂离子电池正极材料磷酸铁羟基磷酸铁微乳液法水热法纳米化扩散动力学包覆改性掺杂改性 FePO4/CNT FePO4/graphene Fe1.5(PO4)(OH)/C Fe1.5(PO4)(OH)/Au 第一性原理计算平均电位扩散能垒

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考虑偏置温度不稳定性的软差错率分析

电子与信息学报 2017年第7期39卷 1640-1645页

作者：王真江建慧陈乃金上海电力学院计算机科学与技术学院上海200090 同济大学软件学院上海201804 安徽工程大学计算机与信息学院芜湖241000

纳米工艺下,老化效应与软差错共同引发的集成电路可靠性问题至关重要。该文分析偏置温度不稳定性(BTI),包括负偏置温度不稳定性(NBTI)和正偏置温度不稳定性(PBTI)对软差错率的影响,提出从关键电荷值和延迟两个因素综合考虑。首先分析BT... 详细信息

纳米工艺下,老化效应与软差错共同引发的集成电路可靠性问题至关重要。该文分析偏置温度不稳定性(BTI),包括负偏置温度不稳定性(NBTI)和正偏置温度不稳定性(PBTI)对软差错率的影响,提出从关键电荷值和延迟两个因素综合考虑。首先分析BTI效应下两个因素如何变化,推导了延迟受BTI影响的变化模型,介绍关键电荷的变化机理。然后探讨将两个因素结合到软差错率(SER)评估中,推导了融入关键电荷值的SER计算模型,提出将延迟的变化导入到电气屏蔽中的方法。基于ISCAS89基准电路上的实验验证了综合两种因素考虑BTI效应评估SER的有效性和准确性。

关键词：集成电路偏置温度不稳定性软差错率关键电荷值延迟

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三相电流型PWM整流器的控制与应用

三相电流型PWM整流器的控制与应用

作者：王鹤霖上海电力学院

学位级别：硕士

伴随着一系列绿色能源的兴起,PWM整流技术占据了电力电子研究领域不可或缺的地位。作为连接电网和用电设备之间的重要变流装置,PWM整流器尽量达到降低谐波污染、可调功率因数的目标。按照拓扑结构来看,大致有电压型(VSR)和电流型PWM整流... 详细信息

伴随着一系列绿色能源的兴起,PWM整流技术占据了电力电子研究领域不可或缺的地位。作为连接电网和用电设备之间的重要变流装置,PWM整流器尽量达到降低谐波污染、可调功率因数的目标。按照拓扑结构来看,大致有电压型(VSR)和电流型PWM整流器(CSR)两种。目前VSR的研究已经较为成熟,而CSR在交流侧增加了LC滤波环节,并且采用大电感进行储能,这使得CSR控制对象的耦合性和非线性更强,并且增加了系统阶次,提高了CSR对象的控制难度。因此,一些成熟的VSR的控制策略不能简单地引入到CSR的控制上来。由于CSR具有输入功率因数可调、谐波电流抑制、短路保护和降压等优点,它很适合应用于某些工业现场(如感应加热、大功率金属工业和电化学产业等),因此,CSR控制策略和应用领域的研究是十分必要和有价值的。本文以三相CSR为研究对象,对其进行了数学建模、调制技术、控制策略和应用领域等几大方面的分析研究,具体完成的工作如下：首先,对比三相VSR与三相CSR拓扑结构的异同,分析了三相CSR的工作原理。分别建立了三相静止、两相静止和两相旋转3种坐标系下的数学模型,目的是为后续章节的研究提供理论基础。接着,介绍了电流型PWM整流器的调制技术。以正弦脉宽调制(SPWM)为例,阐述了PWM信号的发生过程。又进一步研究了基于空间矢量调制(SVPWM)方法,并且在Matlab仿真平台进行了CSR双环解耦SVPWM的仿真,还与SPWM调制方式进行了仿真对比分析。然后,分别进行了三相CSR的间接电流控制、直接电流控制、瞬时功率控制和离散化状态解耦控制共4种控制策略研究。具体阐述了每种控制策略的工作原理,给出其Matlab/Simulink的仿真模型,并将它们的仿真结果进行对比分析,从而可以直观准确地比较每种控制方法的特点,以期实现最优控制目标,提高了系统的运行效率及可靠性。最后,选取了光伏并网系统和超导储能系统两个三相CSR的应用场合。针对前者,具体阐述了最大功率点跟踪(MPPT)技术原理,MPPT采用扰动观测的实现方法,其控制部分采用直接电流控制策略,探究了在不同属性的负载和并网条件下三相电流型PWM逆变器(CSI)的工作性能。针对后者,建立了超导储能系统所用的电流型变流器(CSC)的数学模型,采用离散化状态反馈控制策略,着眼于控制系统的动态性能仿真,并对结果作出分析。本文创新点在于：改进了传统的状态反馈控制,对其进行了离散化处理,实现了对CSC进行独立地有功、无功功率四象限调节控制,并且全面地综合比较了在相同外部条件下三相CSR不同控制策略的仿真效果。

关键词：三相电流型PWM整流器 SVPWM调制技术电流控制离散化状态反馈控制光伏并网系统超导储能系统

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CdS薄膜的制备、结构和光致发光性能

微纳电子技术 2014年第5期51卷 324-327页

作者：王军超朱燕艳上海电力学院上海200090

CdS薄膜是一种n型半导体材料,用于CdTe多晶薄膜太阳电池的窗口层,其质量直接影响太阳电池的光电转换效率和寿命。用磁控溅射法制备了CdS薄膜,通过对薄膜进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光和紫外-可见光谱等测试,研究了... 详细信息

CdS薄膜是一种n型半导体材料,用于CdTe多晶薄膜太阳电池的窗口层,其质量直接影响太阳电池的光电转换效率和寿命。用磁控溅射法制备了CdS薄膜,通过对薄膜进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光和紫外-可见光谱等测试,研究了CdS薄膜的制备工艺对薄膜结晶度、表面形貌和禁带宽度的影响关系。研究发现,随着CdS薄膜溅射功率的升高,薄膜的结晶度变好,晶粒增大,薄膜增厚,光致发光峰强度增加,禁带宽度减小;随着溅射气压减小,薄膜厚度增大,光致发光峰强度减小,禁带宽度减小。

关键词： CdS薄膜 X射线衍射(XRD) 光致发光磁控溅射法太阳电池

机器人直赛道赛跑方案和走直线控制策略的设计与实现

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微计算机信息 2005年第9X期21卷 153-156页

作者：徐春梅杨平曾婧婧蒋式勤彭道刚上海同济大学控制科学与工程系 200090上海电力学院信息与控制技术系上海电力学院信息与控制技术系

提出了用能力风暴机器人进行直赛道赛跑的一种方案。设计了直赛道竞赛台,确定了比赛规则。为了机器人具有快速性和走直线的能力,专门讨论了两轮分别驱动式机器人如何实现走直线的问题。分析和使用了已有走直线控制策略后提出了新的控制... 详细信息

提出了用能力风暴机器人进行直赛道赛跑的一种方案。设计了直赛道竞赛台,确定了比赛规则。为了机器人具有快速性和走直线的能力,专门讨论了两轮分别驱动式机器人如何实现走直线的问题。分析和使用了已有走直线控制策略后提出了新的控制策略,所设计控制策略已通过试验验证,验证结果表明新策略比旧策略优越。

关键词：能力风暴机器人机器人技术控制策略赛跑

CO2在微通道内节流制冷的实验研究与理论计算

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CO2在微通道内节流制冷的实验研究与理论计算

作者：刘腾辉上海电力学院

学位级别：硕士

微通道技术广泛应用于电子设备散热、汽车空调、航空航天和生物医学工程等领域。微型节流制冷器是利用实际气体的焦耳-汤姆逊效应制冷的微型制冷器,通常包括回热换热器、节流机构和蒸发腔等部分。结合微通道技术制作而成的微通道节流制... 详细信息

微通道技术广泛应用于电子设备散热、汽车空调、航空航天和生物医学工程等领域。微型节流制冷器是利用实际气体的焦耳-汤姆逊效应制冷的微型制冷器,通常包括回热换热器、节流机构和蒸发腔等部分。结合微通道技术制作而成的微通道节流制冷器包含多层微通道,具有体积小、结构紧凑、制冷效果好的特点。本文以CO气体为流体工质,对矩形微通道内的流动与换热特性进行了理论分析与实验研究。1)基于气体分子论,以克努森数Kn为依据对流动区域进行分类,包括连续流、滑移流、过渡流和自由分子流,并阐述了各个流动机制下的数学模型。对矩形微通道内CO气体的稀薄效应进行的计算表明,该流动处于连续流区域。2)根据微通道内的压降经验关联式,对微通道内CO气体的流动阻力进行了理论计算,包括沿程阻力和局部阻力。结果表明,微通道内的压力损失主要存在于高低压回热段以及节流段,而局部阻力的影响较小。与常规通道相比,微通道内流体流动的压力损失明显增大,反映了微通道气体的流动特性。3)利用CO气体的积分节流效应,对不同工况下的节流温差进行了计算,表明温度的降低主要在于节流段。4)采用开式制冷系统,对两个微通道换热器试件进行了不同工况的实验研究。测得最低制冷温度可达到-48.4℃,满足一定的制冷要求。实验结果表明,相同温度下,进气压力越高,制冷温度越低;相同的压力下,进气温度越低,制冷温度越低。试件二由于通道数和宽度的增加,气体流量增加,在较低的压力下取得了较好的制冷效果。本文对微通道节流制冷器内的流动和换热特性的理论与实验研究取得了一定的成果,为微通道节流制冷器的设计提供了参考。

关键词：微通道节流制冷器二氧化碳理论计算实验研究

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电容电流补偿的滞环控制Buck变换器分析

电力电子技术 2017年第1期51卷 90-92页

作者：张苏捷赵晋斌杨旭红刘争光上海电力学院上海200090

基于输出电容电流的反馈能够检测到负载电流的瞬间变化这一特性,提出了一种具有输出电容电流补偿的新型滞环控制方法。以Buck变换器为例,介绍了其工作原理并推导了小信号模型,在此基础上,对新型滞环控制Buck变换器进行了频域仿真和分析... 详细信息

基于输出电容电流的反馈能够检测到负载电流的瞬间变化这一特性,提出了一种具有输出电容电流补偿的新型滞环控制方法。以Buck变换器为例,介绍了其工作原理并推导了小信号模型,在此基础上,对新型滞环控制Buck变换器进行了频域仿真和分析。最后利用时域仿真和实验对频域分析结果进行了验证。仿真和实验结果表明,新型滞环控制具有很好的负载动态响应特性。

关键词：变换器滞环控制电容电流补偿

一种分布式能量有效的无线传感器网络分簇路由协议

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传感技术学报 2013年第7期26卷 1014-1018页

作者：魏春娟杨俊杰张志美上海电力学院电子与信息工程学院上海200090 沈阳师范大学物理科学与技术学院沈阳110034

提出了一种分布式能量有效的无线传感器网络分簇路由协议DEEC(Distributed Energy-efficient Clustering Routing)。该协议采用基于时间的簇首选择算法,广播时间取决于自身剩余能量和其邻居节点的剩余能量。在数据传输阶段,采用簇内单... 详细信息

提出了一种分布式能量有效的无线传感器网络分簇路由协议DEEC(Distributed Energy-efficient Clustering Routing)。该协议采用基于时间的簇首选择算法,广播时间取决于自身剩余能量和其邻居节点的剩余能量。在数据传输阶段,采用簇内单跳与簇间多跳相结合的方式,引入权值函数优化簇首中继节点的选择。仿真实验结果表明,与LEACH,PEGASIS协议相比,DEEC能够有效地节约单个节点能量、均衡网络能耗、延长网络生存周期。

关键词：无线传感器网络路由协议分簇剩余能量