新颖控制策略下统一电能质量控制器UPQC直接控制方法理论及实现

新颖控制策略下统一电能质量控制器UPQC直接控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 理论及实现 山东大学 硕士学位论文 新颖控制策略下统一电能质量控制器UPQC直接控制方法理论及 实现 姓名:何莉萍 申请学位级别:硕士 专业:电力电子与电力传动 指导教师:王广柱 20070415 摘要 作为现代社会的主要能源，电能在各行各业中有着广泛的应用，电能质量的 优劣关系到国民经济的总体效益。电能质量综合调节技术是以电力电子技术为基 础，属于用户电力技术(,,,,,,,,,,,)的重要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 之一。统一电能质量控制器 ,,,,是用户电力技术发展的最新趋势之一，它集电压补偿装置、电流补偿装 置和储能装置于一体，统一实现多重电能质量调节功能，具有较远的发展前景。 ,,,,是对配电系统电能质量问题进行全面综合治理及提高供电可靠性更加有 效的途径，己成为该领域的研究热点。 本文首先通过对改善供电电能质量实际出发，对统一电能质量控制器,,,, 的主电路及其控制技术进行了详细的理论分析，深入研究了,,,,的理论、拓 扑结构、补偿及控制问题，并对目前存在的主要控制模式和策略进行了优缺点比 较和前景性分析。直接补偿模式下，畸变量检测计算的精确性和实时性直接影响 着,,,,的补偿效果;而直接控制模式下，无需检测计算电压、电流畸变量， 电路简单，容易实现，且补偿实时性好，是一种很有前途的控制方法。基于上述 讨论，本文定位于对新颖控制策略下基本拓扑结构的单相,,,,直接控制模式 理论及具体实现进行研究。 本文通过对有源电力滤波器电源电流直接控制方法及其等效原理的学习，从 理论上验证了,,,,新颖控制策略的合理性和可行性。第三章、第四章运用新 颖控制策略下的直接控制方法对单相,,,,整体系统按其动态物理规律进行数 学模型建立，采用典型二型控制系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法分别对串、并联部分电压电流双闭 环控制模型进行设计，包括,,,,主电路、滤波电路、指令信号产生电路、控 制电路等参数的计算，并对其进行理想模型,,,,仿真和实际器件，,,,,,仿真， 验证所选择参数并进一步对其进行修正，以达到较为理想的补偿效果，从理论上 验证了设计方法的合理性、可行性和实际可操作性。除此之外，还重点讨论了电 流恒频滞环跟踪控制的原理，并对其进行了硬件调节器设计和仿真分析。 基于以上研究，本文对单相,,,,装置的单元硬件线路进行合理性选择、 设计及实验调试，包括功率开关器件的选择、某一功能模块的电路实现、控制模 块芯片、隔离电路的选择设计以及对补偿性能起关键作用的滤波电容、电感值的 设计等，并对实验结果进行了分析。最后，在单元电路调试通过的基础上，搭建 了新颖控制策略下单相,,,,系统的实验电路，并对其进行调试。 总之，本文深入研究了新颖控制策略下,,,,直接控制模式，并取得了丰硕 的成果，对,,,,将来的研究和应用起到一定的推动和指导作用。 关键词:统一电能质量控制器(,,,,)、有源滤波器(,,,)、电流恒频滞环 控制、直接控制、锁相环技术 ? ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,，,,,;,,,;,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,(,,,,,,;,,,;,,,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,;,,,,,(,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,？,,,,,,，,,,,,,,,,,,, ,,,;,,,,,;,,;,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,, (,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,—,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,，,,,;,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,(,,,,,,,, ,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,, 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,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,？,,,,,,， ,;,，,,, ，, 符号说明 “，一一电网电压 ,,一电网电流 心一一负载电压 毛一一负载电流 ,一一滞环跟踪电感 ？,一直流侧电容 ,一一初相角 ,一一角频率 ,一一功率 ,,,一一变压器的变比 ,一一滞环跟踪控制宽度 肘一一变压器互感 玩,一负载电压指令值幅值 正一一开关信号频率 ，麒一一电网电流指令值幅值 ,一一单稳态触发器时间常数 ,，,一一电网电流指令值 【,?一一负载电压指令值 ,,，,，,一一直流侧电容电压实际值 玑，,„，,一一直流电容电压指令值 屹，球。一一串联有源滤波器补偿电压 ,，,一一并联有源滤波器补偿电流 ,乙，;二一一单稳态触发器外接电路 „，,一一并联有源滤波器补偿电流指 电阻、电容 令值 ,，‰一一电网基波电压和高次谐波 ,,,(,，,,。一一负载基波电压和高次谐 波 电压 电压 ,。;，。一一串联有源滤波器的输出无 ,:;，:一一并联有源滤波器的输出无 源滤波器 源滤波器 „，„，„一一负载的基频有功电流、基 „一一串联变压器二次测电流 频无功电流和高次谐波电流 附件一: 原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名:鸳益亟 日期: 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 (保密论文在解密后应遵守此规定) 做储虢珥导师繇姓日期:巡 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 ,(,引言 电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源方式，又 是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。 如今，电能作为走进市场的商品，与其他商品一样，无疑也讲求质量。 电能质量问题的提出由来已久，在电力系统发展的早期，电力负荷的组成比 较简单，主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成，因此 衡量电能质量的指标也比较简单，主要有频率偏移和电压偏移两种。 ,,世纪,,年代以来，随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装 置在现代工业中得到了广泛应用，同时，为了解决电力系统自身发展存在的问题， 直流输电和,,,,,技术不断投入实际工程应用，调速电机以及无功功率补偿电 容器也大量投入运营。这些设备的运行使得电网中电压和电流波形畸变越越严重， 谐波水平不断上升。另外，冲击性、波动性负荷，例如电弧炉、大型轧钢机、大 型吊车、电力机车等，运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且还会产生电压波 动、闪变、三相不平衡等电能质量问题，这严重恶化了供电可靠性和电能质量,,,。 但另一方面，随着信息产业和其它高新技术产业、金融股市等的飞速发展以 及传统产业、现代商业采用计算机管理和先进自动控制手段，如:变频调速设备、 自动化生产线、精密数控机床、高精度测量仪器、计算机信息管理系统等的日益 广泛应用，对供电可靠性和电能质量敏感的负荷所占比重越来越大。这些设备和 计算机系统对电源的波动和各种干扰十分敏感，对供电质量的要求也更高，即要 求系统无论是处于正常状态还是故障状态，均需保证幅值偏差很小的基波正弦电 力的可使用性。任何电能质量问题都可能会造成产品质量的下降或管理秩序的紊 乱，造成重大的经济损失和不良的社会影响。同时，人们的现代生活也更加依赖 于电能质量的提高，良好的电能质量成为人们生活质量不断提高的桥梁。 在我国，近几年来为了满足广大电力用户不断增长的用电需求，国家电力公 司进行了大规模的城网、农网改造，供电质量和可靠性得到了明显改善，基本上 满足了大多数一般电力用户的要求。但是对特殊的敏感电力用户来说，供电可靠 山东大学硕士学位论文 性和电能质量还需进一步提高，这种情况在高新技术产业开发区最为明显，特别 是中国加入,,,后供电质量问题将更为突出。因此，原国家电力公司制订的 ,,,,,,,,,,,,,,年科技发展规划中明确将“电能质量的分析与控制技术”列为 重点研究课题，可见电能质量分析与控制技术的研究不仅是电力工业适应市场竞 争和可持续发展所必需的，而且也是国民生产生活趋于国际化发展的紧迫现实需 求。 综上所述，有效地提高电能质量成为目前研究的热点，也是电力行业需要解 决的重要课题。对现代电能质量问题的治理，应从两方面入手，即:既要防止非 线性负荷对电网的污染，又面临如何向负荷提供高质量的电能。 ,(,电能质量问题 ,(,(,电能质量的基本要求及定义 为保证电能安全经济地输送、分配和使用，理想供电系统的运行具有如下基 本特性,,,: (,)以单一恒定的电网标称频率(,,,,或,,，,，,，我国采用,,,,)、 规定的 若干电压等级和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电，并且这些运行参数不 受用电负荷特性的影响。 (,)始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证 最大传输效率，即达到单位功率因数，同时各用电负荷之间互不干扰。 (,)电能的供应充足，即向用户的供电不中断，始终保证电气设备的正常工 作与运转，并且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。 上述理想供电系统的基本特性构成了供电系统对电能质量的基本要求，也即 供电系统电能质量的三个基本要求。虽然人们不断地提及电能质量这一术语，但 是至今未能有一个准确统一的电能质量定义，这是因为人们看问题的角度不同所 致。国际电气电子工程师协会，,,,标准化协调委员会已正式采用“,,,,, ,,,,,,,”(电能质量)这一术语，并给出了相应的技术定义:合格电能质量的概念 是指提供给敏感设备的电力和设置的接地系统是适合于该设备正常工作的。我国 国家标准中已正式更名采用国际通用的英文名字。关于电能质量的定义还有很 多，但是，不论如何表达，从技术含义上讲电能质量问题主要应包括以下两个方 , 山东大学硕士学位论文 面: (,)电压质量和供电可靠性，这主要是对供电部门的供电要求，包括过电压、 欠电压、频率偏差、电压跌落、电压突升、电压波动、电压波形畸变、三相电压 不平衡、电压中断等。 (,)电流质量，这主要是对电力用户的用电要求，包括电流谐波、无功电流、 三相电流不平衡等。 ,(,(,电能质量的一般分类 为了系统地分析和研究电能质量现象，并能够对其测量结果进行分选识别， 从中找出引起电能质量问题的原因和采取针对性的解决方法，因此对电能质量进 行分类是很重要的。，,,,第,,标准协调委员会(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,)和其他国际学术委员会最新采用,,种专用术语来表述电能质量的 主要扰动(如图,(,所示),,,，具体说明如下: (,)电压中断或,,(，,,,,,,,,,,,，,,,,,,):在一定时间内， 一相或多相完全 失去电压(低于,(,,(,()称为断电，断电按持续时间长短分为三类:瞬时断电(,(, 周期,,,)，暂时断电(,,,,,,)，持续断电(大于,,,)。 (,)频率偏差(,,,？,,,;,,,,,,,,,,):各国对此均已 做出具体规定。 (,)电压凹陷或电压下跌(,,,，,,,)，也称电压暂降:持续时间为,(,周 期, ,,,,,，幅值为,(,,(,(,,(,,(,(，系统频 率仍为标称值。 (,)电压上升(,,,,,):持续时间为,(,周期,,,,,，幅值为,(,,(,(, ,(,,(,(， 系统频率仍为标称值。 (,)瞬时脉冲或突波(，,,,,,,，,,,,,,,,,):瞬时脉冲是在极短 时间内在两个连 续稳态之间发生的一种电压变化，瞬时脉冲可以是任一极性的单方向脉冲，也可 是发生在任一极性的阻尼振荡波第一个尖峰。 (,)电压波动与闪变(,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,, ,):电压波动是在包络线内 的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出,(,,(,(,,(,,(,(电压范围的一系列电 压随机变化;闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。 (,)电压切痕?,;,):电压切痕是一种持续时间小于,(, 周期的周期性电压扰 动，电压切痕主要是由于电力电子装置在相关的两相间发生瞬时短路时电流从一 相转换到另一相而产生。电压切痕的频率很高，用常规的谐波分析仪很难测量出 , 山东大学硕士学位论文 来，最近才正式列入电压扰动内容。 (,)谐波(,,,,,,,;,):含有基波整数倍频率的电压或电流称为谐波，谐 波是 由于电力系统和电力负荷的非线性特性造成的。 (,)间谐波(，,,;,,,,,,,,;,):含有基波非整数倍频率的电压或电 流称为间谐 波，小于基波频率的分数次谐波也属于这一类。间谐波的主要来源是静止变频器 和电弧发生装置等，间谐波会使显示装置发生视觉闪变。 (,,)过电,,(,,,,,,,,,,,):过电压是指电压幅值超过标称电压且 持续时间大 于,,,,，过电压的幅值为,(,,(,(,,(, ,…,频率仍为标称值。 (,,)欠电,,(,,,,,,,,,,,,):欠电压是指电压幅值小于标称电压 且持续时间 大于,,,,，欠电压的幅值为,(,,(,(,,(,,(,(，频率 仍为标称值。 上述的各种电能质量扰动以及三相电压、电流不平衡(含有负序、零序分量)， 会造成生产、生活的非计划停电或设备损坏，使用户遭受相当大的经济损失。 (,)守,?—?,萨断电 (,),?)。凸吲? „,)屯,口?口凸呵,、,,电压下跌 口,气舻频率谝麓 (,) 电压上升 ,) 瞬时艨冲(或突波) (,)，,气,,凸 (,)、?垒,赴审 泸哼,气惝电压波动 „,),了凸??气了凸?乒;口? 占、梢电压切癯 ,谐波畸变 图,(,电能质量的,种主要扰动 ,(,电能质量控制技术研究现状 电力系统电能质量控制是以提高最终供给用户的电能的电压、频率及波形的 水平为目标的。电能质量补偿装置、控制装置实际上是连接在供电系统和用户负 荷之间，并且通过它们的调节作用以改变系统或用户侧的各项电能质量参数的一 类设备。近年来，用户电力技术(,,,,,,)成为研究和实用的热点，它是一种 , 山东大学硕士学位论文 面向低压配电系统快速发展起来的新型电力技术，主要解决供电的可靠性和电能 质量控制问题。随着电力电子器件的高频化和集成化，,,,,,,技术更方便、更 灵活、更实用的推广开来，成为控制电能质量的主要工具。其中不乏有源电力滤 波器(,,,)、不间断供电电源(,,,)、开关稳压电源、动态电压恢复器(,?,)、 静止无功补偿器(,,,)、静止无功功率调节器(,,,,,,,)、晶闸管投切电容 器组(,,,)、固态断路器(,,,)、超导磁能存储系统(,加巳,)等等，其主要 功能如表,所示: 表,各种电能质量调节装置所具有的主要功能 装鬣电壤电糍瞬辑避电父屯电鹱电愿电攮电漉 名称,铁新电,升辣冲撬难游渡谤壤渡旃,潇渡 ,,,一,?,, ,,,?,? ,,,,?? ,,,,?一,,?，, ,,,一?, ,,,,???, ,，虹:,,?,,?,? ,,,? ,,,?,，一 ,,, ,,,,年麦卡锡等人第一次使用人工智能(,,,,,,;,,,，,,,,,, ,,,;,，简称,，) 这一术语，它与空间技术、能源技术并称为,,世纪世界三大尖端技术。随着智 能控制理论、技术的发展及高级数学工具的应用，人们开始将专家系统、模糊控 制、人工神经网络以及遗传算法等几种智能技术应用于电能质量控制中，为电能 质量诊断与控制提供了新的研究方向和新的强有力的工具【”。 目前，新一代电能质量控制装置分为三类:?并联型补偿装置包括 ,,,,,,,、并联,,,等;?串联型补偿装置包括串联有源滤波器,,,、,,,, 等;?串、并联型，如,,,,,,,,;,,，,,,,等。串联型补偿装置适合解决电压 质量问题，用于调节电网提供给负荷的电压，以保障负荷侧的电压质量;而并联 型补偿装置适合解决电流问题，用于调节负荷注入电网的电流，以降低最终注入 电网的无功和谐波电流含量等,,,,,。这两种类型的调节装置都只针对电能质量问 题的一个方面进行处理，因此都会存在一些不足，难以达到理想的补偿效果。若 针对每一种电能质量问题都分别采取一种类型的调节装置，这样多种装置同时使 , 山东大学硕士学位论文 用将会大大增加治理措施的成本，还会增加装置运行维护的复杂程度，并且各装 置之间还存在着协调配合问题，影响联合运行的可靠性，即不经济，又不现实。 于是集串联型和并联型装置于一体的综合型电能质量调节装置的研究便由此产 生。 日本学者,(,,,,,在,,,,年分析有源滤波器新趋势一文中，首次提出由 串、并联有源滤波器整合起来所构成的统一电能质量调节器,,,,(,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)，结合了电压型补偿装置和电流型补偿装置两者的功 能,,,，不仅可以补偿由非线性负载产生的谐波、无功、负序电流，还可以调节负 载端电压为幅值额定的三相对称电压，使用户免受电网电压不平衡和幅值波动的 影响，具有综合的调节功能，被公认为是极有发展前途的一种串一并补偿调节装 置。 ,(,本文主要工作 随着配电网结构和电力负荷成分的日趋复杂，若干种电能质量问题在同一配 电系统中或在同一用电负荷中同时出现的情况也会越来越多。统一电能质量控制 器,,,,作为用户电力技术,,,,,,,,,,,的新兴装置，集电压补偿装置、电流 补偿装置和储能装置于一体，统一实现多重电能质量调节功能，一机多能，具有 更高的性价比，是用户电力技术发展的最新趋势和关键设备，也是,,，,,,,技 术中的关键设备。因此统一电能质量控制器,,,,的更深入研究具有更实际的 意义，也是一个必然的趋势，其在电力行业中的实际应用也只是技术成熟和时间 早晚的问题。 本文在详细分析了统一电能质量控制器,,,,研究现状的基础上，选择对 新颖控制策略下基本拓扑结构的,,,,直接控制模式的理论及其实现进行深入 研究，对其进行了仿真研究，并设计了硬件实验电路。主要工作如下: ,(对统一电能质量控制器,,,,的基本理论及其控制技术进行了详细的理 论研究，深入分析了,,,,的拓扑结构、原理、检测和控制问题，明确了,,,, 的多重电能质量调节功能，并对目前存在的主要控制模式和策略进行了优缺点比 较和前景性分析，最终选择对新颖控制策略下基本拓扑结构的单相,,,,直接 控制模式进行研究，重点考虑其具体实现。 ,(对有源电力滤波器电源电流直接控制方法及其等效原理进行了详细分 , 山东大学硕士学位论文 析，对,,,,新颖控制策略一直接控制模式的可行性及其工作机理进行了详细 讨论，并对主电路指令信号的恒频跟踪控制进行了参数值计算及修正、仿真分析 和实验。 ,(运用新颖控制策略下的直接控制方法对,,,,整体系统按其动态物理规 律进行数学模型建立，初步设计,,,,主电路、滤波电路、控制电路、隔离电 路等参数，并对其进行理想模型,,,,仿真和实际器件，,,,,,仿真，验证所选择 参数并进一步对其进行修正，以达到较为理想的补偿效果，从理论上验证了该设 计方法的合理性、可行性和实际可操作性。 ,(对统一电能质量控制器,,,,的单元硬件线路进行合理性选择、设计以 及实验调试，包括开关器件的选择、某一功能模块的电路实现、控制模块芯片、 隔离电路的选择设计以及对补偿性能起关键作用的滤波电容、电感值的设计等， 并对实验结果进行分析。 ,(在单元电路调试通过的基础上，搭建了新颖控制策略下单相,,,,系统 的实验电路，并对其进行调试。 , 山东大学硕士学位论文 第二章,,,,主电路及其控制技术研究 自,,,;概念提出后，其相关技术和实验研究主要集中在日本、德国和美 国等少数发达国家，研究重点主要集中在内部机理分析上，并取得部分成果。但 近几年来随着电力电子器件的高频化和集成化，高性能数字处理芯片,,,速度 的提高与应用的普及，各个学科的交叉渗透均以令人难以置信的速度发展， ,,,,实现的复杂性与难度都在降低。与几年前相比，,,,,在理论，拓扑结 构、补偿检测及控制等方面得到了广泛的研究，并有长足进展。从,,,,的诞 生开始就与有源滤波器紧密相关。 ,(,,,,,的拓扑结构 ,(,(,有源滤波器的基本电路结构 ,,,,年美国西屋公司的,(,,,,,,提出了用脉宽调制(,,,)逆变器电路 构 成并联有源电力滤波器，从原理上讲，并联的,,,逆变电路是一个可控电流源， 它产生谐波补偿电流„注入电源系统中抵消谐波和无功电流分量„，使电流源„ 成为正弦波，且功率因数接近,。换句话说，有源电力滤波器将提供给负载所需 的谐波电流，而电源就只需供给负载基波电流。并联,,,的基本原理结构如图,(, 所示，使得如下方程式成立: 图,(,并联,,,的基本原理结构 „一屹，,。(,,,,) 屯,,，屯(,,,,) 匕,—„“(,一,;) , 山东大学硕士学位论文 ,,,,,，,;,,,,(,,,,) 式中,为负载电流的基波分量，„为有源滤波器的理想补偿电流，屯负载电流 的谐波分量。而且实际应用中，有源滤波器补偿的电路,往往还包括无功分量和 不对称分量(三相电路)。 串联电力有源滤波器是,,,,年,,(,,,,等人提出来的，串联,,,的基本结 构一般由逆变器通过变压器串联在主电路中，变压器主电路侧往往产生一个谐波 电压，用来抵消电网谐波电压。这个谐波电压的产生往往通过变压器对高次谐波 的高阻抗分压得到，后边负载对高次谐波电流阻抗不能太高，所以串联有源滤波 器一般不单独使用，有较多优势的一种结构是将串联,,,与并联无源滤波器,, 一共使用。串联,,,的基本电路如图,(,所示，使得如下方程式成立: (, 甸 , 图,(,，联,,,的基本电路结构 (,,,,) 屹。,一,,, (,(,,) ,，,“旷，“曲，,,，, (,,,;) ?，，,“曲，?“盯 “工暑“,—,，,,,“驴(,,,,) 式中?驴为电网基频标准电压，?。为有源滤波器的理想补偿电压，“,电网电压 的谐波分量，,,，，电网基频电压的波动? ,(,(,,,,,的基本结构: 统一电能质量控制器,,,,的基本结构如图,(,所示:其核心部分主要由串 联单元、并联单元两部分通过直流电容;耦合而成，其中串联单元由串联型有 , 山东大学硕士学位论文 源滤波器及串联变压器,,,组成，并联单元由并联型有源滤波器及并联变压器 ,,,组成。这种结构的,,,,既可用于三相系统，也可用于单相系统，给电压 和电流波形都很敏感的重要负荷提供电源，还可消除非线性负荷和冲击性负荷对 系统的影响，相当于在负载和系统之间进行了隔离。主要功能如下: (,)在供电电压出现暂态或是稳态故障时，,,,,可以维持负载侧的电压 为标称值。 (,),,,,可以提供非线性负载需要的谐波电流，从而保证系统电流的质 量。 (,),,,,可以提供负载所需要的无功，使系统电流和电压同相，提高负载 的功率因数，不需要额外的功率因数校正装置。 (,)不需要额外的整流装置提供串联单元直流测能量，这部分能量由并联单 元提供，因此不会对系统电流产生额外的干扰。 厂、,,, 秒,,审馏 ，串联型有并联型有， :源滤波嚣,,,,源滤波器: ,…一…一…一…一一…一 一 图,(,,,,,的基本拓扑结构图 一一, ,(,(,,,,,的其他拓扑结构 由于,,,,的串联和并联两部分公用直流单元，因此在电网和装置之间必 须进行隔离，否则会出现电容直通、相间短路等情况。现有的,,,,采用的隔 离方法基本上都是在并联或串联单元接入系统的地方增加隔离变压器，即图,(, 所示的,,,、,,,。变压器的接入不仅为装置和系统提供了隔离，还扩大了装置 的容量，使得器件的选择更加灵活。但是，由于变压器是非线性的，它的引入也 带来许多不利影响，如增加功率损耗和谐波损耗、谐波通过频带窄以及移相、瞬 间涌流等，影响,,,,装置的性能。为此，清华大学提出了一种新型的,,,,结 构——直流隔离型,,,,,,，如图,(,所示:利用,组相同大小的并联电容通过 电子开关的切换在并联侧和串联侧之间传递能量和隔离，可省略变压器。一方面 ,, 山东大学硕士学位论文 可降低,,,,的造价，另一方面在电压等级较低或开关器件容量足够的情况下 又可避免变压器带来的负面影响，实现较好的补偿性能。 ,,， 甲联逆受嚣且沉翻并联逆娈器 图,(,直流隔离型,,,,拓扑结构 基本的,,,,拓扑结构由于电力电子器件的限制，要实现大功率电路相当 困难，而且成本很高，因此在实际应用中通常与无源补偿装置联合使用。日本学 者,,,,,,(在提出,,,;基本拓扑结构后，于,,,,年在，,,,杂志上发表了另一 种,,,,结构,”，,，,,,,,基本结构与无源装置(晶闸管开关电容器或无源滤 波器)的联合运行。随着国内外对,,,,研究的不断发展，其功能得到了不断 扩展和完善，如文献【,,根据电力电子技术发展现状和用户实际应用水平提出了一 种经济实用型,,,,的拓扑结构，如图,(,所示: ,，,, 非线 性， 九 章对 称、 画楚一 敏感 率 负荷 ,,, 驴 咧烈。。工坤 图,(,经济实用型,,,,拓扑结构 图,(,中的经济实用型,,,,由,,,,本体和新型晶闸管快速投切电容器 组,,,,(,,,,,;烈，,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,)采,无源电力滤波器,,组成。其 中的,,,,可快速动态补偿无功电流，可承担补偿负荷中大量的基波无功任务; ,,可根据负荷谐波情况具体设计为单调谐滤波器、高通滤波器等类型，其中单 调谐滤波器可有针对性地滤除负荷中的某次谐波，高通滤波器可滤除负荷中某次 山东大学硕士学位论文 以上的高次谐波并可兼顾滤除,,,,中逆变器产生的高频开关谐波，,,也可同 时承担补偿负荷中基本不变的基波无功。而其余的电能质量问题由,,,,负责 统一协调解决，更好地发挥,,,,的长处，使其工作重点突出、事半功倍。这 样就可大大减:,、,,,,本体的容量，进一步降低整体装置的造价，使其具有更 高的性能价格比，更适合实际工程应用。 另外，关于单相,,,,的拓扑结构，有人提出了简装结构【,,,，即用,个 或,个开关代替原来串一并联变流器的,个开关器件，由原来的全桥(,,,,(,,,,,,) ,,,,转变成半桥(,,,,,,,,,,,),,,,或三桥臂(,,,,;,，,,),,,,，选择适当 的控制策略，也能达到比较理想的补偿效果，同时减少了投资成本。 ,(,,,,,控制技术简介 ,、,,,,的控制策略 在目前的,,,,控制策略中，如上所述，一般的做法是将串联有源滤波器 通过耦合变压器连接在电网和负载之间，按受控电压源方式工作，主要用来补偿 电压谐波和不平衡，以及调节电压幅值为电网电压的额定值。并联有源滤波器并 接在负载端，按受控电流源方式工作，补偿无功、谐波和不平衡电流，并调节两 个有源滤波器之间的直流母线电压恒定。通过这样的补偿策略，负载端的电压变 为标准的纯正弦电压，并且电网输入电流也变为与电网基波电压同相的纯正弦电 流。,,,,串联单元实际上具有动态电压恢复器,,,的功能，并联单元实际上 具有有源电力滤波器,,,和静止无功发生器,,,的功能。本文将其称为传统的 ,,,,控制策略。 近年来，在分析系统功率平衡的基础上有人提出了一种完全相反的控制策 略，本文称之为新颖的控制策略。在这种控制策略中，串联有源滤波器被控制为 正弦电流源以使输入电流为正弦，而并联有源滤波器则被控制为正弦电压源来使 得负载端电压为标准正弦值，输入功率因数为,。关于该新颖控制策略的详细内 容将在第三章进行介绍。 ,、,,,,的控制模式分类 无论是传统控制策略下的,,,,，还是新颖控制策略下的,,,,，目前其控 制模式都可以分为两大类:直接控制和直接补偿。 直接补偿法是主要的控制模式:首先检测电网电压波动和谐波电压、负载无 山东大学硕士学位论文 功电流和谐波电流，作为目标畸变量，然后通过逆变器跟踪输出这些目标量。在 这种模式下，畸变量的检测是一个问题，其精确性和实时性直接影响着,,,,的 补偿效果。而直接控制法则打破了,,,,的传统控制，是一种新颖的控制模式: 直接控制电网流入负载的电流为同步正弦电流，直接控制负载电压为同步标准正 弦电压，无需检测计算畸变量，电路简单，容易实现，且实时性好，是一种很有 前途的控制模式。 ,(,,,,,控制器的基本组成 ,(,(,有源滤波器电力电子器件的控制 ,,,,由串联与并联有源电力滤波器混合而成，而以电力电子器件构成的 电力滤波器主回路是需要采用一定的控制方法来调制输入信号，使输入信号成为 功率信号作用于被补偿对象。采用何种控制策略控制电力电子器件也是有源电力 滤波器控制的一个基本问题。 为了提高有源电力滤波器的跟踪速度，人们对有源电力滤波器电力电子器件 的控制多从两个方面思考，一种控制的思想就是把电力电子器件的控制直接纳入 系统控制之中(如图,(,所示);另一种控制的思想是将有源电力滤波器的控制 分为内外两层(如图,(,所示)，其中内层控制直接面向电力电子主回路，根据给 定的参考信号采用一定控制方法来控制电力电子器件，外层控制面向被补偿对 象，根据系统控制目标为内层控制提供参考信号,,”。 图,(,直接电力电子器件控制的有源滤波器结构 ,一一一一一一一一一, 图,(,两层控制结构的有源滤波器结构图 山东大学硕士学位论文 图,(,所示的系统结构图中，由于逆变器控制宜接接受给定参考值与反馈值 之间的误差控制，当误差较小时，逆变器中电力电子器件开关频率较高，理论上 会出现无穷高的开关频率，否则永远不会使控制误差为零，显然实际实现时无法 满足。图,(,所示的系统结构中，由于内层控制与外层控制相对独立工作，即外 层控制的结果不会影响内层逆变器电力电子器件的控制，这样逆变器的输出可以 独立于外层控制而设计;同样外层控制也可完全独立于逆变器，只需根据系统补 偿目标来设计;这在实际中具有较好的可操作性。 ,,,(,,,,,控制器组成 根据上述有源滤波器的控制基本思想，由于,,,,具有两套逆变器，其电 力电子器件开关直接控制更具复杂性，因此基本都考虑采用两层控制结构，其控 制系统结构框图如图,(,所示: 图,(,,,,,控制系统结构图 ,,,,的内层控制实际上就是由电力电子器件构成的逆变电路的控制，其控 制性能的好坏直接影响主电路的损耗、开关频率、逆变器输出滤波器的设计以及 逆变器直流侧电压利用率。目前，由电力电子器件构成的逆变电路主要控制方式 有两种: (,)脉宽调制(,,,)方式 (,)滞环控制(,,,,,,,,,;,, ,,,,,)方式 ,,,控制方式中，由于选取的载波频率固定，电力电子器件的开关频率相 对固定，因此，电路中所含的无用谐波频率与载波频率有关，当输出波形的有用 频率远低于载波频率时，逆变器输出无用谐波成分比较容易地通过适当滤波器加 以滤除。也就是说，从信号处理的角度考虑,,,控制方式比较有利，但是，提 ,, 山东大学硕士学位论文 高逆变器的直流电压利用率和减少开关次数也是很重要的。提高逆变器直流电压 利用率，可提高逆变器的低频输出能力，降低电力电子器件的耐压要求。减少电 力电子器件的开关次数可以降低开关损耗。 采用滞环控制方式，其电压利用率的提高和减少电力电子器件开关次数的能 力与滞环控制中的容许误差有关。当容许误差较大时，电压利用率可得到提高同 时器件开关次数可降低，但牺牲的是逆变器对高频信号的跟踪能力。滞环控制精 度较高且响应快，但开关频率可能波动很大，因此，有人提出了滞环恒频控制方 法，比如恒频无偏差跟踪控制,,，,，以及基于优化电压矢量的定频滞环控制,,,,等。 本文针对,,,,串、并联部分的内层控制采用恒频滞环控制，将在第三章中进 行详细介绍。 总之，在电力有源滤波器中，无论采用,,,控制还是滞环控制，只要采用 适当的输出滤波器两种控制方式均可应用。 ,(,,,,,直接补偿模式 ,(,(,直接补偿模式的基本原理 在直接补偿模式下，无论是,,,,的基本结构还是其派生结构，对于串联 或并联有源滤波器都需要通过检测系统电流或安装点电压，从中分离出需补偿的 分量，也即上述,,,,控制器的外层控制。图,(,给出了传统控制策略下,,,, 系统的一个等效电路图，图中各下标的含义是，,表示电网，,表示负荷，,表 示基波，,表示谐波，,,表示电能质量控制器。图中?。和。分别表示,,,;等 效的受控电压源和受控电流源。 图,(,,,,,系统等效原理图 我们希望负荷侧得到一个稳定的电压‰，且不含谐波成分，如果电源电压 山东大学硕士学位论文 含有谐波‰和幅值低于符合需要的稳定电压‰时，,,,,的串联补偿器部分就 需要对此进行补偿，其原理用公式(,—,)描述;对于电源侧发出的电流希望不 含有谐波，如果因为负荷的影响使电源电流含有比较大的谐波时，,,,,的并 联调节器部分就需要对此进行补偿，其原理同样可以用公式(,—,)描述: ,(,,,‰，(,,一,,)(,,,,) ,,，。，,,(,—,) 从以上工作原理可知，控制系统应当满足的基本要求是;从电源电压中检测 出谐波和与负荷理想电压的偏差，并控制串连逆变器产生与之对应的电压;从负 荷电流中检测出谐波电流么，并控制并联逆变器产生与么大小相等、方向相反 的谐波电流。 由于,,,,是建立在采用高频电力电子器件构成的新一代电力电子装置的 基础上，与采用晶闸管等器件构成的相控电力电子装置不同，,,,,的检测控 制系统必须采用高速微计算机系统组成，这样,,,,的采样、计算、控制量的 输出应在一个采样周期内完成，对实时性和精确性要求较高。 ,(,(,电能质量信号检测技术比较分析 电能质量信号的检测技术一直是人们研究的热点问题。最初的检测方法主要 有用模拟滤波器直接提取基波分量法、基于,,,,,时域分析有功电流分离法、基 于,不分解的频域分析法等，这些方法都由于实时性较差以及一些固有的缺点而 不能适应现代滤波、补偿技术发展的需要。 ,,年代以来，由于科技的发展，一些现代检测技术脱颖而出。其中有代表性 的方法有基于神经元的自适应干扰对消法、基于小波变换技术的基波分离法、基 于瞬时无功功率理论的检测方法、用于不平衡三相系统的同步检测法等。 基于神经元的自适应干扰对消法是基于信号处理中的自适应噪声对消原理 和神经网络技术的一种检测方法。该方法对元件特性依赖不大，当电源电压产生 畸变或频率偏移时仍然具有较好的自适应能力，但动态响应速度慢，实时性难以 保证。 小波变换方法由于其具有时频局部化的特点，特别适合于对突变信号和不平 稳信号的分析。基于小波变换的检测方法可以检测出某一时刻不同频率信号的组 山东大学硕士学位论文 成。但将其检测结果直接作为电压电流的实时补偿信号时，其在兼顾动态跟踪速 度和准确度方面还有待进一步改善，需要寻找一种更快速的小波算法和性能更好 的小波基函数来实现电压电流补偿信号快速而准确的检测。有人将小波变换奇异 性检测和多分辨分析用于,,,,电压暂态扰动及稳态谐波的检测【,,,，能够在,(, 个周期甚至更短的时间内完成电压暂态扰动的检测，同时对稳态谐波的检测也具 有很好的快速性和精确性，但是实现目标过于单一，,,,,性能不能得到充分的 发挥。 另外，还有一些将以上方法与其它方法相互结合的改进算法，但这些方法总 的来说实现起来较复杂并且缺乏清晰的物理意义。 踟年代日本学者,(,,,,,提出瞬时无功功率理论，基于此理论的检测方法 得到广泛发展。先后出现基于筇,坐标变换和基于,？,坐标变换的检测方法， 不失为一种实现起来简捷且物理意义清晰的实时检测方法，其瞬时有功、无功功 率的交直流分量与,,;坐标系下的基波、谐波、正序、负序、零序的电压和电 流之间相互作用的各个分量有明确的对应关系，可通过此对应关系很方便地得到 灵活的多目标补偿控制策略。但基于叩,坐标变换方法受电压波形畸变对检测精 度的影响较大，基于,？,坐标变换方法不失为一种较好的方法。,,,;基于,？, 坐标变换方法的控制原理,,,,,如图,(,,所示: 图,(,,,,,;基于,？,坐标变换方法的控制原理图 ,, 山东大学硕士学位论文 理想的用户电压应是幅值为电网电压额定值的三相标准电压，因此，根据实 际电网电压计算出用户电压的目标值作为参考电压“，，用此参考电压与电网实 际电压群，求差，即得到串联单元的目标补偿电压,:，。为使串联单元的补偿容 量最小，该参考三相标准电压应与电网电压基波正序分量同相位:关于,,,,基 波正序电压相位的检测，对称分量法受谐波影响较大，而以某一相的相电位为基 准的近似法仅适用于稳态补偿【,,;采用同步坐标变换检测基波正序电压的相角， 无需使用传统的锁相和带通滤波技术，简单快速，在实际中应用较为方便,】。 理想的电网电流应为与电网电压基波正序分量同相位的三相标准电流，其幅 值根据电网提供的三相总能量与负载三相消耗的总能量及本装置消耗的总能量 的和相平衡的原则求解。用此理想电网电流,。，与实际负载电流,。求差得到并联 单元的目标补偿电流,:，。,,,,公用直流侧母线电容电压的恒定由并联单元控 制:根据检测的电容电压值矿。，与设定的电容电压参考值矿。，之差，经,，调节 器控制，在并联单元的指令信号中加入一定的基波有功电流成分，通过补偿装置 与电网之间的能量流动维持电容电压恒定。 ,？,变换方法的不方便之处是其,,,,变换矩阵;为时变三角函数矩阵，运 用该方法时，通常都需要一个与电网工频同步的三角函数发生器，还需要正反两 次变换和低通滤波环节，比较繁琐。上述方法都是针对电流补偿信号的检测，同 样可类推出针对电压补偿信号的检测。 采用同步检测法代替瞬时无功功率理论，用于不平衡三相系统中无功和谐 波电流的补偿，其基本思想是分别考虑各相情况，并把补偿分量分配到三相中， 统一确定各相补偿电流。该方法不是从电流的分解出发，而是从功率平衡的角度 来确定补偿电流。对三相系统来说，同步检测法在补偿无功及谐波电流的同时， 还具有平衡各相电流的作用，对不同的运行情况具有较大的灵活性。但检测过程 延时较大。若电压波形存在畸变，必将影响检测精度。此外，该法检出的补偿电流 包含无功电流、谐波电流和一部分不平衡分量，无法将它们分离出来，因而大大 限制了它的应用范围。然而在,,,,的控制中，无需将补偿电流分析的如此详 细，并且电压已经通过基波正序检测器或锁相环等其他措施控制，基本不存在畸 ,, 山东大学硕士学位论文 变，因此，同步检测法在,,,,控制中也得到广泛的研究【,“,,,。 另外，将,,,,的串联侧和并联侧作为一个整体，建立包含,,,,与电网、 负载的统一数学模型，建立系统的状态空间方程，对其进行线性化控制或无差拍 控制，提供适当的开关控制参数，也可以达到比较理想的效果，只不过控制参数 的设置与模型紧密相关，系统模型摄动参数过多的话，理论分析也将会是一个极 其复杂的过程【她,，。但是，线性最优控制、模糊控制、遗传算法、专家系统以及 神经网络等理论的继续完善发展也必将为,,,,控制方法的深入研究提供更多 可行的方向【“。 ,(,,,,,直接控制模式 ,(,(,直接控制模式概述 自从有源电力滤波器(,,,)诞生以来，人们就进入了一个误区，那就是: 要补偿负载中的谐波或无功，就首先要检测负载或电源电流中的谐波电流或无功 电流，并将其作为,,,输出电流指令值，然后控制,,,输出跟踪该指令电流， 达到,,,补偿谐波或无功的目的。这种方式被认为是并联型,,,的最基本的控 制方式，一直被人们研究和应用，称为传统的,,,直接补偿方法。 采用电源电流直接控制即直接控制方法与上述传统,,,补偿控制在电流控 制上完全等效田,，不需要检测负载电流谐波或无功，也不需要检测,,,输出电 流，并且指令电流可以简单的根据电源电压的过零点及直流侧电容电压闭环控制 器的输出得到，并且只要在指令电流中叠加一定的无功电流，,,,在补偿负载 谐波的同时即可补偿相应的无功功率。另外，该直接控制方式对最终的,,,补 偿目标——电源电流为基波正弦波——来讲，是闭环控制，而传统,,,电流控 制是开环控制。显然，无论从哪个角度比较，采用电源电流直接控制的,,,方 式要比传统,,,检测补偿方式优越和简单的多。该直接控制方法及其等效原理 也适用于,,,其他拓扑结构，其详细内容将在第三章进行介绍。 在,,,,直接控制模式中，通过直接控制公共侧电容电压,的恒定来产生 标准电源参考电流的幅值„，而标准参考电压“。的产生则是根据负荷的额定需 要确定的，同时要保证电压和电流的同步，达到电源提供给负荷的电压为标准正 山东大学硕士学位论文 弦电压，电源电流为标准正弦电流，输入功率因数近似为,的目标。其基本原理 如图,(,所示: 裂砸亟 ,僦挚 —玉毒岛刊吨垂,,,乎, ,,,,，一一一一一,,: ,(,蔓堰,,,,(霾, 图,(,,,,,,直接控制模式基本原理图 一一一一一一一一, ,(,(,,,,,直接控制模式比较分析 迭犀, 电力系统中,,,的干扰是短时电压暂降，因此，目前关于,,,,直接控制 模式的研究大部分都是针对这一情况，只考虑电压暂降情况下,,,,的控制， 直接控制,,,,串联滤波器注入相应的补偿量(,,，，卢)，操作简单，同时 降低了补偿器的容量，有效地降低了成本，更易于实际应用。其基本原理图如图 ,(,,所示: 也即根据电压暂降的程度，计算选择合适的注 入电压幅值‰和相角芦。电压暂降不是很严重 时，控制口一,,。，可以最小化消耗的有功功率 ,,(,,;也可以控制口为某一定值，以实现某种最 优控制【,,】:电压暂降严重情况下，可以采用两 者的混合控制…。图,(,,,,,,电压暂降直接控制原理图 随着,,,,研究的深入和功能的完善，更多人倾向于实现,,,,多重补偿 目标的直接控制模式研究。文献【,,,采用的是传统的,,,,控制策略——直接 控制模式，控制串联,,,为电压源，并联,,,为电流源。在该文中串、并联滤 波器两者都采用了电压电流双闭环控制:串联,,,电压外环控制目标是使负载 ,, 山东大学硕士学位论文 电压为与电网电压基波同相的正弦电压，并联,,,电压外环控制目标是使直流 侧电容电压保持恒定;串联,,,电流内环控制主要考虑系统稳定性需要，而并 联,,,电流内环控制目标是使电网电流为与电网电压同相的基波正弦电流。文 献,,,，,,,采用的是新颖的,,,,控制策略——直接控制模式，控制串联,,,为电 流源，并联,,,为电压源。与文献,,,,相同的是，文献,,,，,,,也采用了电压电流双 闭环控制，内环电流环，外环电压环;所不同的是串、并联部分电压外环分别稳 定直流侧电容电压和控制负荷电压。文献,,,，还对电压环和电流环进行解耦，通 过状态反馈解耦的方法控制串、并联滤波器，简化了控制对象并方便了控制器的 设计。关于新颖控制策略下,,,,直接控制模式的深入研究将在第三章、第四 章进行详细介绍。 ,(,本文基本思想定位 自,,,,概念提出以后，针对,,,,的研究基本都停留在理论研究阶段。 目前，关于,,,,控制技术的理论研究比较多，但将这些控制方法用于实验研 究的却很少。理论研究总是站在比较理想的高度评价某种方法的好坏，跟实际应 用还是有一定的出入。一种控制方法理论上成立、补偿效果理想，实际中未必能 够应用、控制效果未必能够理想。因此，本文将课题定位于,,,,的具体实现 研究。首先要选择一种相对比较实际、优点比较突出的控制方法，即控制原理准 确可行、相对简单，实际操作方便、相对灵活。 通过上文的分析可知:传统,,,补偿模式(以典型并，珙,,,为例)需要检 测负载中谐波作为电流指令值，而任何一种谐波检测算法总会有滞后，总会有暂 态过程，因此，既使负载处于稳态时，也会出现谐波检测的滞后误差。而采用电 源电流直接控制的,,,，其指令电流是相位与电源电压同相或相差一定相角的正 弦波，其幅值直接由直流侧电压控制。在稳态时，该电流指令值的有功分量一定 等于负载基波有功分量(这里忽略,,,的损耗)，否则，,,,直流侧电压不会 稳定。在动态过程中，电源电流指令值的有功分量可能不完全等于负载的基波有 功分量，电源与,,,之间会有一定的有功交换，即出现直流侧电压暂态过程， 但它只影响电源电流指令值正弦信号的幅值，而不影响相位。另外，,,,控制 的最终目标是使电源电流为基波正弦波，至于在动态过程中，它是不是负载电流 山东大学硕士学位论文 中的基波分量其实并不重要。因此，采用电源电流直接控制的指令电流要比传统 的,,,补偿控制方式中的电流指令值更准确，进一步凸显出直接控制模式的优 点。 通过对,,,,控制技术的详细讨论和深入分析，可以得到如下结论: ,、直接补偿模式下的各种方法控制的是高频分量，都存在一定的局限性。 畸变量的检测计算精度以及实时性直接影响,,,,的性能及补偿效果，且计算 比较繁琐，控制比较复杂。而直接控制模式控制的却都是基频量，无需检测计算 畸变量，电路简单，容易实现，且补偿实时性好，很有前途。 ,、传统控制策略下和新颖控制策略下,,,,的直接控制模式目前都存在一 些性能相对比较完善的控制方法。传统控制策略下的方法是站在电网的角度上， 控制重点是抑制负载电流谐波对电网的影响，而新颖控制策略下的方法是站在用 户的角度上，控制重点是保证提供给用户比较理想的供电电压。就目前电力行业 整体情况而言，新颖控制策略下的直接控制方法更具研究前景和应用价值。 因此本文初步选择对基本拓扑结构的单相,,,,新颖控制策略一直接控制 模式的理论及其具体实现进行研究，并对其串、并联部分均采用电压电流双闭环 控制。 ,(,本章小结 本章对统一电能质量控制器,,,,的基本理论及其控制技术进行了详细的 理论讨论，深入分析了,,,,的拓扑结构、检测和控制，明确了,,,,的多重 电能质量调节功能，并对目前存在的主要控制模式和策略进行了优缺点比较和前 景性分析，最终将课题定位于对基本拓扑结构的单相,,,,新颖控制策略一直 接控制模式的理论及其实现进行研究。 山东大学硕士学位论文 第三章新颖控制策略下,,,,直接控制模式的研究 通过上一章的讨论和分析，我们初步了解了新颖控制策略下,,,,直接控 制模式的优点，本章将对其进行详细的研究，并通过,,,,仿真首先在理论上证 明该控制方法的正确性和可行性。 ,(,,,,,仿真软件介绍 ,,,,软件由美国,,,,,,,,公司(,,,(,,,,,,,,,,;,(; ,,)推出，是用于 电力电子和电机控制的专业仿真软件，能够提供友好用户界面，包含丰富的控制 元件库，为电力电子中电力转换电路设计与控制回路分析提供了强大的仿真开发 环境。该软件中开关器件均采用理想器件，因此仿真速度较快，比较适合原理性 的仿真研究，不适合研究开关的瞬态过渡过程。目前，利用,,,,进行电力转换 电路系统建模与分析的研究已受到广泛关注。另外，提供与,,,,,,和,语言 的接口，简单易学，提供的仿真算法是梯形法。 本文将用该软件对恒频滞环电流跟踪控制方法以及新颖控制策略下,,,, 的直接控制模式进行原理性的仿真研究，首先从理论上证明控制方法的正确性和 可行性。 ,(,恒频滞环跟踪控制原理、实现及,,,,仿真 由,(,节的分析可知，无论是有源滤波器,,,还是统一电能质量控制器 ,,,,，从实用角度考虑，其控制器的组成都包括两层:外层控制和内层控制。 外层控制主要负责指令信号的获取，内层控制主要负责指令信号的跟踪控制。本 节将对信号的跟踪控制即内层控制进行详细讨论。 跟踪控制就是利用实际开关电路来实现指令信号一定比例的复现，工作的关 键在于如何产生驱动开关器件动作的驱动信号。根据跟踪控制方法的不同，内层 控制可分为脉宽调制方式和滞环跟踪方式。滞环在跟踪的快速性方面有着其他方 式所不能比拟的优势，但是其频率和带宽是一对矛盾，不能同时固定:带宽固定 有利于最大误差的固定，但不利于周期固定;而周期的固定对开关器件的运行， 电路的保护起重要的作用，但需要以牺牲恒定带宽为代价。基于跟踪快速性、控 制精度高、结构简单、易于实现的考虑,,,,，本文选取滞环跟踪控制方法产生 山东大学硕士学位论文 ,,,,主电路开关器件的驱动信号。在最大带宽一定的情况下，加入简单的频率 反馈校正，便可以减小开关频率变化范围脚】。如果调节器设计方法恰当、参数 计算合理，就可以实现恒频滞环控制，下文将详细进行阐述。 ,(,(,恒频滞环跟踪控制原理 ,、滞环电流跟踪控制的基本思想 滞环跟踪控制过程中，实际值与指令值相减，所得的差值与滞环的宽度比较， 当超出滞环宽度范围后触发开关管，进行相应的控制，保持实际电流信号在指令 信号周围一定的带宽范围内变化。图,(,给出了滞环跟踪控制半桥单元电路的原 理图，以此为例介绍滞环电流跟踪控制的基本思想。其中的工和交流电动势,， 就有源无功补偿器而言可视作滤波电抗和交流电源。由于交流侧的电压对称性。 可以等效地得到一个与直流侧中点等电位的中性点作为参考地。对该半桥单元进 行的滞环电流跟踪控制，能正常运作的前提是始终保持,的正、负最大值分别低 于直流侧的,、,。 盟 睡, 一一叶 翠 图,(,半桥单元电路及其滞环电流控制 在控制系统中，一般通过外环作用为滞环控制单元提供瞬时电流参考信号， 实际电流的检测一般通过霍尔型电流传感器来完成。如图,(,所示，把指令电流 ,„和实际输出电流,的偏差,?一,作为带有滞环特性的比较器的输入，通过其输出 来控制功率器件,,和,,的通断:在,,导通,,关断状态下，电感电流,近似直 线上升，达到预定的滞环带上限时，滞回比较器由正跃变为负，驱使半桥单元转 入另一种状态即,,关断,,开通，从而电感电流开始衰减:同样，随着电流减 至滞环带下限，半桥单元又返回到前一种状态。如此周而复始进行，通过环宽为 山东大学硕士学位论文 ,,,的滞环比较器的控制，迫使电感电流,就在,„，,，,和,„一,的范围内，呈锯齿状 地跟踪指令电流,，，如图,(,所示(设指令电流为正弦波)。 ,。 ，，,, , 。受,, , ,?„ ,, 图,(,滞环比较方式的指令电流和输出电流 滞环环宽对跟踪性能有较大地影响:环宽过宽时，开关动作频率低，但跟踪 误差增大;环宽过窄时，跟踪误差减小，但开关动作频率过高，甚至会超过开关 器件的允许频率范围，开关损耗随之增大。而电感,可起到限制电流变化率的 作用:,过大时，,的变化率过小，对指令电流的跟踪过慢;,过小时，,的变化 率过快，,?一,频繁地达到?,,，开关动作频率过高【…。因此，对环宽,和电感, 大小的选择都要折中处理。 ,、恒频滞环跟踪控制的基本原理 图,(,给出了滞环跟踪控制输出电流波形的局部放大图，以便于进行频率 分析吲，得出恒频滞环跟踪控制方法。 图,(,滞环跟踪控制输出电流局部放大图 由上图可知滞环控制的工作周期:,,,,，,, 其中:,,。两,,;屯。 阿,西,(,,,,) 山东大学硕士学位论文 由公式,, 舭,,两,,，，陌,, 其中，,,为实际信号上升过程的斜率，,,为实际信号下降过程的斜率，,, 为指令信号的斜率。具体值如下: 一番裂嵩;,嘲 否,端可知，(,,,) ,,(半;，,,, 由式(,,,,)可以知道，开关周期(频率)主要受到三个量的影响:指令信 一半;,,,生, 号的斜率;滞环控制的带宽;实际信号上升和下降的斜率。 实际信号上升和下降的斜率与电感的选择及直流工作电压有关，当电路完成 ,，,一(,以后其值不变。因此电路在工作时，开关周期只受滞环带宽和指令信号的斜率的 影响。指令电流的斜率在工作时是变化的，所以开关周期会随之变化，这就是滞 环控制系统开关频率不定的根本原因所在，从图,(,中也可以得出该结论。如果 要保持滞环控制频率恒定，即不论输入指令信号的斜率如何变化，均要求滞环以 一种恒定的频率工作，则只要每个周期选择合适的带宽，使之与指令信号的斜率 ,,,(,印相对应，就可以得到恒定的开关频率，这就是恒频滞环跟踪控制的工作原理【,,】。 ,(,(,恒频滞环控制的实现 通过以上的分析可知，实现恒频滞环控制的关键是根据指令信号的斜率，相 ,，,,，应的调整滞环的带宽,。带宽的调整可以采用两种方法:一种是数字方法，另一 种是硬件方法【剪，。 数字控制的实现:主要是指用,,,等数字手段实现。采样滞环过程中的指 令信号的斜率，在每一个开关周期内，结合设定的开关周期值计算并调整下一个 工作周期要求的带宽,，这样就可以达到使滞环开关周期恒定的目的。 砌,,，,)的开关周期,，直流测电容电压,、,，交流电源,，就可以预测下一个周期的 带宽，相应的调整滞环的带宽就能达到恒频的目的。 ,,丁;通过 硬件的实现:主要是指利用调节器实现恒频滞环。其原理与数字控制相同， 每个周期采样开关周期量，经过调节器后调节滞环控制的带宽,，从而达到恒频 测量 山东大学硕士学位论文 滞环控制的目的。 单稳态触发器的特点是在输入脉冲的触发下，其输出端产生一个具有恒定宽 度的矩形脉冲，也就是触发器翻转到另一个状态，但此状态又是暂时稳定的，经 过时间,后又回到初始状态。利用单稳态触发器采样滞环的跟踪周期信号，并将 该周期信号转换为电压信号。转换方程为:,一,。?;，其中口表示单稳态触发 器滤波输出平均值，,和瓯分别表示其时间常数和输出矩形脉冲信号幅值，,表 示输入开关脉冲信号恒频周期。因此，若设定单稳态触发器的时间常数,为恒频 开关周期,的一半即,,,，输出矩形脉冲信号的幅值为,，则对单稳态触发器的 输出进行滤波后，只要控制其值,为,(,，就能准确地控制开关器件工作在恒频 周期,，即,,,。„吾一,，,,,,?这对某一恒定指令值的跟踪，通过抽象其传递函数并设计相应的调节器就能够实 样，对频率的控制就转换为控制系统 现，具体的电路如图,(,所示。 图,(,恒频滞环的控制电路实现 图中,,,和,,,为滞环的最高点和最低点，决定滞环的宽度,，此处,,,,, ,(,，所以，,,，,,,(,，,,,,,,,,,,(,;,,,为单稳态触发器输出滤波后的指令值， 此处取,(,。这样在设定单稳态触发器的时间常数为,,,时，只要保证单稳态触 发器输出的平均值为,(,，就能保证开关以恒频周期,工作。单稳态触发器的时 间常数,为,,,，即,,,,,(,，则其输出滤波后的平均值为,(,(假设脉冲的幅值 为,)。当测量周期,;比设定周期,大时，即,;,,，则,;,,滤波后的平均值将 小于,(,，反之则平均值将大于,(,。 山东大学硕士学位论文 实际工作时，当开关周期小于设定周期的,,,时，单稳态触发器就不能再发 挥作用，所以可设定其时间常数为剧,、,,,,……，而后面添加比例环节,,,,、 ,,,……，同样能达到相应的效果，并且可以增大调整的范围。 通过以上的处理后，滞环输出开关频率的变化就转换为单稳态触发器输出平 均值的变化。因此只要设计一个调节器保证触发器的输出平均值可以跟踪指令 值，就能够完成恒频的目的。将滞环环节抽象为一个延迟环节，则相应的传递函 数框图为: 以上传递函数可以化简为: 则只要设计相应的调节器,(,)，使系统可以快速的跟踪指令值,(,，就能够达到 恒频控制的目的。上式中,为恒频的开关周期,，,,为滤波电路的时间常数， 乏,互，,，,(,)为待定的调节器。设计该系统为一型系统: 即,(,)—,一 则,,,(,,(,曹调节器使用积分器，则积分时间常数为,,,,,。 ,,等 ,(,(,恒频滞环跟踪控制,,,,仿真 恒频滞环跟踪控制,,,,仿真原理如图,(,所示。主电路是由,，,,,组成 的全桥逆变电路，利用上文提到的恒频滞环跟踪控制技术控制开关管动作，保证 电流实际值在指令值周围变化。在该电路中，采用两个比较器和一个,,触发器 完成滞环控制。为了达到恒频的效果，采样开关器件脉冲信号输出周期，经过单 稳态触发器后反馈调节滞环的带宽。其中调节器的设计在上文中已经有详细的介 山东大学硕士学位论文 绍，这里不再赘述。 图,(,电流跟踪部分电路的原理图 一、主要元器件的设计 在实验过程中，主电路的电感与电容的选取会对系统的工作性能带来很大的 影响，因此对其进行详细的讨论。 ,、电容的选择: 主电路的电容有两个作用:为恒频滞环跟踪控制提供一个稳定的直流电压; 在,,,,主电路的两部分之间进行能量交换时，充当桥梁。电容的选择主要考 虑在一个开关周期内电容电压的波动应该符合设备技术指标的要求【,,,。从理论 上讲，直流母线电容值越大越有利于直流母线电压的稳定。如果电容值选得过小， 则直流母线电压波动过大;但电容值过大，会影响直流母线电压的动态响应，同 时增大装置的体积，增加硬件成本。所以选择时应在能够满足装置参数的前提下 酌情处理。结合装置功率电流的情况，选择电容值为,,,,,,，直流侧电压参考 值为,,,,。 ,、电感,的求取: 电流滞环跟踪电路中，电感的选取直接决定了补偿电流的跟踪速度，从而很 大程度地影响补偿装置的工作性能。在一定的直流母线电压和交流电压条件下， 电感值越大，则电感中的电流变化率就越小，电流的跟踪能力就越弱，但电流的 纹波会变小，而且电感值的增大也会造成设备成本的增加;反之，电感值越小， 山东大学硕士学位论文 电感中电流变化率就越大，补偿的动态响应速度就越快，开关频率就越高，为开 关管及其驱动电路的选择和维护带来很大的困难，且电流的变化越剧烈，容易造 成系统振荡冲击，工作不稳定，甚至使控制无法实现。所以，电感的选择需要折 中考虑。 如图,(,所示，，与,的差值须限制在,内，如果要,,:,能跟踪上，则需让, 在每个指令周期内的斜率比,„的斜率要大。也就是说，当指令信号上升(或下降) 时，滞环电流的上升(或下降)斜率必须大于指令信号的最大斜率，否则，滞环 跟踪无法正常工作。对于高频开关电源与交流调速技术，广都是一确定的正弦波， 而对有源滤波器的指令信号虽是不规则的波形，但其指令信号可分解成一系列 高次谐波。所以在计算逆变器电感,寸，可通过跟踪一正弦波电流推导出来,舯】。 ,,,,装置的补偿目标之一是控制电网流入负载电流为标准正弦，因此本文以 能够跟踪电流的基波为依据进行电感的选择。 系统输出电流,由主电路中直流侧电压在电感上产生，所以主电路微分方程 为( 工尝川,叫，,一 指令电流斜率的最大值为: 鲁,等产。，。昕一，咖寺老。 即:设，删(,,,? 善,(,,(,, ,庐,,,,(对同理,(,,,善 应于图,(,),,(,,(,,, 即,在设计过程中，考虑实际电流的最小斜率也要比上式所求得的讲?,出一大， ,,“ ,,,,,,(对 这样才能保证滞环可以跟踪指令信号。 应于图,(,,) ,，((里讲,? “ 出,一 卫苫盟。 则电感:,, ,,,,,,,,,(,,,,(图,(,)或,蔓—,,,,,历,, 矿,,一,三,,(,,,,(图,(,,) ,(,,吮 ,,, 山东大学硕士学位论文 考虑到开关频率的问题，电感选择时，应在能够满足跟踪速度的前提下尽量 取大，这样可以有效的减小开关频率。因此选择,,,(,,,,。 二、仿真结果 利用上面所设计的恒频滞环，可以有效的跟踪指令电流的变化，只要能量回 馈部分能够保证电容电压为额定值,,,伏，实际值就可以在一定的带宽范围内跟 踪指令信号的变化。下文就图,(,对该控制方法进行了原理仿真。 ,、仿真参数: 跟踪电感:,,,(,,,,直流电容电压:,,,,,, 滞环宽度:,,,,?(,(,开关周期:,,,,,,,,,,,,,,,,, 相应的比例系数:,,,滤波器时间常数:,,,,,, 单稳触发器时间常数:,,,,,,,,(, ,, 积分器时间常数:,,,,,,瓦,,(,,,,, ,、仿真结果: : …。, 除,,( „………………†………,……„,……一,………(一…一一…,，:一…,一,一,(，( 图,(,(,)单稳态触发器滤波输出平均值及其局部放大图 图,(,(,)带宽修正 图,(,(;)恒频跟踪:(嵋一,?，,—,) ,, 山东大学硕士学位论文 烈骶?翻刚繁勰删 照照黑戮翮熙滋爨 图,(,(,)开关,,,波形及局部放大图 从以上仿真波形可以看出，单稳态触发器滤波输出平均值,,在指令值,(, ,《赋,,聪照? 周围做极小的波动，,,,?的比值在,(,,,(,,间变化，相应的周期变化范围为 ,(,,,,,，即基本保持恒定频率,,,,,，由图,(,(,)也可以得出同样地结论。 因此，通过硬件反馈控制带宽后，滞环的周期可以有效地控制在一定的范围内， 可以认为是恒频工作的;同时由,,的结果即图,(,(,)所示，也可以看出恒频 是以变带宽为代价的。在滞环控制中，频率和带宽是一组矛盾，如果要求恒带宽， 则频率就会随指令信号的斜率发生变化，即变频;如果要求恒频，则需要带宽随 指令信号的斜率做相应的调整，即变带宽。仿真结果图,(,(;)中,,为电流信 号的指令值，,,为实际跟踪信号，由结果可知实际信号可以在带宽的范围内准 确快速的跟踪指令信号的变化。因此，该恒频滞环跟踪控制原理和调节器设计方 法是正确可行的。 ,(,,,,,新颖控制策略直接控制方法的理论基础 ,(,(,有源电力滤波器的补偿等效原理 对并联型,,,的研究，大都集中在谐波或无功电流检测算法上，该领域是 传统,,,控制方式的重点研究内容。而采用电源电流直接控制的,,,控制方 式，因其具有不需要检测和计算负载中谐波及无功电流等一系列优点，正逐渐引 起人们的兴趣,,,，,,】。 图,(,是并联型,,,的基本原理框图:当,,,输出一个与谐波电流么相反的 电流,时，则电源电流,就仅含负载电流中的基波分量„，。这就是传统,,,谐 波补偿原理。上述原理可用如下的一组公式描述: 山东大学硕士学位论文 图,(,并联,,,谐波补偿原理图 ,,屯，,。，(,—,) 乇一,,,乙(,,,,) 令„一一么(,,,,) 则,,,(,,,,) 显然，,,,的关键问题是如何实时、准确的检测出负载中的谐波电流。然 而，和上述原理等效的方式是将上述式(,—,)和(,—,)顺序颠倒，即:如果, 控制电源电流,为负载电流基波分量,，贝，,,,,的输出„自然就是补偿的谐波 电流么，这就是电源电流直接控制方法的基本原理。与补偿模式不同的是，该。。 原理不用检测负载中的谐波电流，只需检测负载电流的基波成分,。而事实上， 由于,,,的最终控制目标是使电源电流为基波正弦电流，至于它是不是负载中 的基波电流并不重要，因此根本无需检测负载的基波电流。实际中，电源电流的 指令电流,的相位关系可由电源电压“，决定，其幅值,可由,,,直流侧电压, 闭环控制器的输出决定(参见图,(,)。 总之，采用这种等效的补偿原理，可避免谐波及无功电流检测和计算所带来 的一系列麻烦。但问题的关键是:电源电流是否可控,其控制与传统的,,,输 出电流控制之间有无内在联系, ,(,(,,,,电流控制与电源电流直接控制的等效性 不管何种,,,控制方式，都包含两层内容:指令电流的获取和指令电流的 跟踪控制。这里仅分析电流的控制问题。 山东大学硕士学位论文 ,,,本身并不是一个线性滤波器，它可以看作成一个由功率开关电路组成 的脉冲电压功率放大电路，其输出通过电感与交流电压源相连，因此其输出电流 中总会含有开关电流误差成分，这种误差是,,,固有的，不可能被消除，它与 开关频率、电路参数、电源电压以及直流侧电压等有关。设 ,;,,，?,(,—,) „,,，越(,,,,) 式中„、„和?,分别为,,,输出的实际电流、指令电流和之中的开关误差电流; ,、,和馘分别为交流电源实际电流、指令电流和„中的开关误差电流。 图,(,是典型的传统控制方式,,,原理示意图。 图,(,传统控制方式,,,原理不恿图 图,(,中，,,,直流侧电容端电压,采用闭环控制，,„为其设定值(,„大于电 源电压“，之峰值)?这里电压控制器假设为比例?积分(,，)调节器，其输出?，，代 表,,,有功电流调节量;,表示由谐波及无功电流检测单元运算的,,,电流指 令值，,,,的,,,开关信号由电流误差值缸通过电流控制器产生。为了便于 比较，假设谐波及无功电流检测单元为理想单元，并且,,,没有功率损耗，即 检测单元的输出完全等于负载„中的谐波及无功电流成分，即,,—么，稳态时 有功调节量厶，。一,。电流控制器采用滞环控制法。图中，电流,表示负载电流屯 的基波有功电流;„表示负载电流„的谐波及无功电流的负值，因此有 ,,,，;„一乙,,，,(,—,,) 山东大学硕士学位论文 将式(,—,)、(,—,)代入式(,—,,)司得: ,一五，„，(?,一?之)(,,,,,) 显然有: ,,(,,,,缸(,,,,,) 这说明，可以不用通过获得,,,指令电流值„和检测,,,电流,的办法来 得到电流误差,,，，而可由电源电流指令值,与电源电流检测值,,之差得到。因 此，只要传统,,,控制方式的,,,电流,可控，则电源电流,，就可控，并且只 要采用相同的电流控制器，传统,,,,电流控制和电源电流直接控制这两种方式， 其控制效果也就相同，因为二者电流控制器的输入实际上是同一个量。这就说明 二者在电流控制上是等效的。 在传统的,,,电流控制中，控制比较直观，意义明确，因为被控量直接是 ,,,的输出，而用,,，控制,,,跟踪指令电流,时，表面上看被控量还是,,,的 输出电流而与电源电流„无关，但实际上，二者有着内在的联系。虽然,和„的 变化量或变化方向可能不同，但二者各自的开关误差,„和越却始终相同„“。 基于上述电流控制等效原理的新型,,,系统原理如图,(,所示: 图,(,基于电流控制等效原理的新型,,,控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 图中，经,,,单元后，,为与电源电压?，同频同相的单位幅值的正弦信号，或者, 为单位幅值的电源电压信号，直流侧电压闭环,，调节器的输出,乘以,作为电 源电流的指令信号,(,是正弦波信号，而,是它的幅值)，,,,电流控制器的 输入为电源电流开关误差越。该等效控制方案的特点是: ,, 山东大学硕士学位论文 (,)保留了传统,,,方案中的电流控制器和直流侧电容电压闭环控制器 (图,(,)，而且可取与传统,,,方案相同的控制参数，只是将电流控制器的输 入用她取代了馘。 (,)电源电流指令值,可以通过检测负载中的基波有功电流获得，也可直 接通过检测电源电流获得，而本方案充分利用,,,直流侧电容电压的闭环控制 作用，直接得到电源的有功电流信息，即电源有功电流分量幅值,。本文将采 用该方案实现电网电流的控制。 综上所述，两种电流控制方式中，电源电流„与,,,输出电流„中的开关 频率误差分量相同，即二者的电流控制跟踪效果完全等效，这就是电流控制的等 效性。此结论告诉我们，以电网流入负载电流为正弦波作为控制目标，可以通过 直接补偿谐波电流来实现，也可以直接控制流入的基波电流。所以我们可以用并 联,,,实现电流的控制，也可以用串联部分实现电流的控制，这就为,,,,新 颖控制策略提供了理论支持。 ,(,(,,,,电压控制与负载电压直接控制的等效性 图,(,,给出了串联,,,的补偿原理:类似于,(,(,和,(,(,可以得出串 联 ,,,电压补偿控制与负载电压直接控制的等效性。由电路理论可得: , ,, 图,(,,串联,,,旨波补偿原理图 (,—,,) ,,,(，,,，,, ,,。,,,，,,, (,—,,) (,—,,) 令,„,,,， 则,,一,盯 (,—,,) 山东大学硕士学位论文 同理，如果控制(,—,,)式成立，那么，联合(,—,,)和(,—,,)可以 推出(,—,,)成立。换句话说，实现电压的补偿，为用户提供高质量的电压， 我们可以通过补偿畸变电压圪实现，也可以通过直接控制负载电压屹实现，而 且两者是一致的。所以我们可以用串联,,,实现电压的控制，也可以通过并联 部分实现电压的控制。因此，将,,,,主电路中的串联,,,控制成电流源、并 联,,,控制成电压源，,,,,,,,新颖控制策略直接控制方法是完全有理可依的。 ,(,(,磁通平衡下的变压器特性 首先研究一下串联变压器的特性，如图,(,,所示串联变压器工作原理图， 变压器原边、副边匝数分别为卧栉:，变比七,,，,,,，原边电压,、电流„;副边 电压?:、电流,,;变压器前后电压分别为一、,。则可得变压器方程: 阿,(,,，,,,„。,，加,噬,【„，加弛。一,川,也，批堤，删,,，讹枷),嚣，砌洲凹，,,七) (,,,,,) 一,,,),,;，,,,,其中:,,,,次谐波，珊一基波频率，„。一原边自感，,。一副边自感，,一互感。 (,:，，，:肛) 图,(,,串联变压器的工作电路图 从后半部分看，令《,，?(厶,一肼)一,,,、石;,,,) 但,,一,肚),,,,、 瑶一,,,,棚,分别代表变压器对,次电流谐波的原边漏抗、副边漏抗、励磁 阻抗。一般情况下，变压器的励磁阻抗要远大于漏抗，即:砖》爿，露》霹。 当控制副边电流,,为满足(,,,,,)式的基频正弦电流: „,—,,? ,一。(蒌,;,,: ,一私 山东大学硕士学位论文 时，方程式(,—,,)变成: ,叫,一,„，，珊(厶。一,,)当抖,,日寸(基波) ,: 【坷:。,，,，,,(,,—,,州: ,,,一,„，,,;,(,。。一七，,,)】(,—,,) 当,，埘(高次谐波) ,，,,,,,，, ,可;一加;,,，: 此时变压器处于基波磁通平衡状态(,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,),,,,，等效电路如图,(, ,: ,、变压器的基波等效电路,、变压器的高次谐波等效电路 图,(,,控制基频电流下的变压器等效电路 由于励磁阻抗远大于漏磁阻抗，从(,—,,)可以看出，原边对基波相当于 短路，而对高次谐波相当于断路，可以将负载产生的高次谐波电流逼向并联的滤 波器。而且，此断路高阻抗刚好用来吸收电源高次谐波电压。 当(,一,,)不成立的时，即: ，,一?,,,,一口?,呔(,—,,) 这里口可以为复变量。由(,—,,)式得: ,研一，,,(，,,—,,)，:，,,洲 ，—,;一【，,，,;,(工?一肘,,),:， ,,,(,,,)，: (,一口),(,,,,,) 由于,„，如瓴，一肘,),，,,,,,，，所以只要口相对标量,有偏差，那么 在变压 器上就会产生一个相当大幅值的基频电压。可见，串联变压器不但能够隔离谐波 电流，而且能控制改变口，改变变压器对基频的阻抗，产生不同的基频电压，以 补偿基频电压的升降;同时，通过变压器二次侧基频电流与串联逆变器直流电容 交换能量，可参阅,(,(,。因此，当我们直接控制负载电压屹一曙,,,(,,，,)， 即标准的基频同步正弦电压时，如果电网基波电压有波动，则串联变压器上的压 降不但包含谐波量，同时还包含了基波波动量。 山东大学硕士学位论文 至此，如果我们将这种控制变压器二次侧电流为同步正弦波的控制策略应用 到,,,,中，还有两个问题有待解决:一是为负载谐波电流提供通路;一是稳 定负载电压。被控成为电压源的并联有源滤波器刚好可以实现这项功能，这样就 构成了直接控制模式下统一电能质量控制器,,,,的新颖控制策略。 ,(,新颖控制策略下,,,,直接控制方法的研究 ,(,(,,,,,功率平衡分析 ,,,,之，所以能够抑制电压突变，补偿基频电压的升降，就是因为串、并联 有源滤波器能够形成一个能量传递的回路。要对,,,,工作机理进行详细分析， 首先就必须分析其功率流动与平衡。图,(,,给出了,,,,系统的功率平衡简图: 图,(,,,,,,功率平衡简图 假设从电网电源流入系统的总功率为: ,,“,„,(“,，,,)„(,—,,) 式中?，、,;。、„都是瞬时值，功率儿也是瞬时功率值。以下各式中小写字符都代 表瞬时值。 圪,“,,工一“,,，匕,„(,,,,,) 如果电路能够稳定运行，根据能量守恒原理就有(,—,,)成立: 心„一“五，,,一够五，层，?最贮,,,((,—,,) 其中乞代表整个,,,,与电网的交换有功，包括两部分:其一尼:代表直流电 容,上的功率交换;其二衅，;:代表整个,,,,系统上的有功损耗，一般很小。 联合式(,—,,),(,,,,,)可以得出: 屹,,?,,,,,;，弓，,(,, ,,,) 山东大学硕士学位论文 如果忽略能量的损耗，则会有: ， ,;,„,,(,,,;。,,,;,,‰,(,,,,) …。? 』,;,„, ,—,,?,。一,出?也, ,，厶肝 式(,—,,)就变成了 , 弓,,;,„一,,,;,,，一?,)„一?,(屯一,,)(,— ,,) 式(,—,,)中电网电压“，一般不能改变，负载电压,。被控制成为与?，基波同步 的标准正弦电压，负载电流屯在理想的被控电压下，由负载的特性决定，而电网 电流,，被控与也同相，因此，如果要使等式(,,,,,)成立，只有改变电网输入 电流,,的幅值来控制,,,,的功率平衡了。 由图,(,,可知„。一„，屯，可见„的控制有两种方案:一种是通过控制„来 间接控,,,，，即并联,,,被控制为电流源输出所需电流之使得„为与电网同相的 正弦值。这时串联,,,必须被控为电压源来补偿电网电压。另一种是直接控制„ 为正弦电流，而迫使,流入并联,,,。这时串连,,,被控为正弦电流源，其对 电网谐波电压的阻抗很大使电网谐波电压不能传递到负载侧而实现电网谐波电 压的隔离;而对于基波电流而言其阻抗可控，从而实现对电网基波进行补偿。并 联,,,被控为电压源，其对谐波电流的阻抗为零，谐波电流全部流入并联,,,， 从而实现了负载谐波电流和电网之间的隔离;而对于基波电压而言其阻抗可控， 从而能提供负载所需的无功电流和用于实现系统功率平衡的有功电流。 由式(,,,,,)同时也可以得到电网电压波动时,,,,内的功率流向，分析 如下:稳态时(豆,,)，系统损耗瓦忽略不计，由式(,,,,,)一(,—,,)得 ,,,，一,,。,,,,，,,,,)?,,一一‰(,,,,,) 通常情况下负载端电压“。被控制为与电网电压“，同相的额定正弦波电压，而电 网输入电流则被控为与电网电压“(同相的正弦波电流，即输入功率因数为,。因 此式(,,,,,)可变为如下形式: 尸厶尸，,(,，，一卜。，)?,,，，, 一尸:蹦，,(,—,,) 山东大学硕士学位论文 式(,—,,)给出了,,,,内有功功率流向随电网电压波动而变化的情况。 当电网电压高于额定值时,,,,,,收高电压，转换成并联部分输出的有功电流来补偿负载的有功电流。 ,，则,乙，，,,,,(‰,,，串联 当电网电压高于额定值时卜，，,,,, 部分吸 收有功电流，转换成串联部分输出的有功电压来补偿电网电压的跌落。 ,，则毛邝《,,,,‰,,，并联部分 图,(,,给出了,,,,内有功功率流向随电网电压波动而变化的情况。 吸 (,),,,, ,。 (,)，,，， ,, 图,(,,电网电压不同时的有功功率流向 以上分析表明通过将串连有源滤波器控制为正弦电流源而将并联有源滤波 器控制为正弦电压源的新颖控制策略能够使,,,,直接控制模式有效工作，负 载和电网的谐波得到了有效隔离。 ,(,(,直流电容电压的稳定以及控制 首先，对方程(,—,,)两边同时积分，可得电容上的平均功率: 丘一知耻一新(味一,,,～),,,新一(,:一,。)，，,,。(，„, 【(,，,,,),，吨纯训膨(,,,一，，) 式中，珥和玑分别代表电源基频电压有效值和负载电压有效值。，，和,分别 ,) ,, 山东大学硕士学位论文 代表电源电流有效值和负载电流基频有效值。 再看电容电压与有功的关系，假设某稳定时刻气电容电压为,;。，则电容上 的电压与功率的关系:,::,,,;?,,《,;:,;„,,《;?,,;?,(,。)，令,,—,,一,,， ?,，;,,,，一,，。，则上式计算得: ,匕,,立?,,;(,,;。，,,;),可见，我们只要控制了电容电压的基本恒定(存在一定的高频电压纹波)，即 ,;(,—,,) ?,;,,，那么流入电容平均功率为零戽一,，整个电路的功率就平衡了，功率 的不平衡等变化将会使电容平均电压产生衰减或波动。 只要控制直流电容,的电压基本恒定，则由方程(,,,,,)和(,—,,)可 知，整个电路的功率达到平衡，电源电流的幅值，(也基本保持恒定:当功率不平 衡时，如主电路提供的功率低于负载需要的功率，那么直流电容的平均电压将降 低，此时需要提高有功电流的幅值以增加主电路提供有功功率;反之，直流电容 平均电压将升高，需要减小有功电流的幅值以降低主电路提供的功率。所以本文 直接利用直流电容电压的恒定来控制电源电流的幅值，免去了复杂的计算。也就 是说串联,,,的输出电流的幅值受制于直流电容电压，串联,,,肩负着稳定直 流电容电压的任务。 对直流电容电压的控制，目前主要有两种措施,,,,:一是利用附加电源的形 式，即采用二极管整流电路单独给主电路直流侧电容提供电源，同时采取一定的 稳压措施，使其电压保持稳定;二是对有源滤波器开关器件进行适当的控制，实 现对其直流电容电压的控制。显然前一种方法需要附加直流电源，从而增加系统 的成本、损耗和复杂性:另外，附加电源的整流电路又成为新的谐波源。根据 ,,,,的特点，直接对串联,,,的开关器件进行适当的控制，就可以保持其直流 电容电压的恒定。 根据上面的分析，要维持直流电容电压稳定，需要从电网中吸收和释放有功 功率。目前，对此采取的方法是根据电容电压实际值与参考值的偏差通过采用一 定的控制方法，向主电路注入或吸取一定的有功电流以抑制电容电压的衰减或波 动，使其维持在一个基本恒定的数值。由于,，控制在直流电容电压控制方面已经 山东大学硕士学位论文 被证明是一种有效的和成熟的方法，因此本论文也采取这种控制方法。 ,(,,,,,具体实现结构及理想,,,,仿真 ,(,(,,,,,具体实现结构 根据以上的分析，本文将串联,,,控制成电流源:通过锁相环得到电网基 频电压的相位，利用直流电容电压,出的稳定来调节电网电流的幅值，，，，由正弦 同步的电源电流,控制„。当,,和„刚好满足磁通平衡时，变压器一次侧电路对 谐波呈现高阻状态，对基频同步电流阻抗很小，将负载谐波和无功电流逼向并联 ,,,:磁通不平衡时，还可以产生基频电压，补偿电网电压的波动。而对于并联 ,,,，则根据负荷的额定需要，以理想的同步标准正弦电压,。作参考，将其控 制为电压源，直接控制负荷电压“。为与电网同步的标准正弦电压，并为高次谐 波电流提供通路。图,(,,给出了新颖控制策略下,,,,直接控制方法的具体实 现结构。 图,(,,,,,,系统具体实现结构图 其中,，、‰和,。分别表示电源电压、负载电压和串联,,,补偿电压;,、五和,; 分别表示电源电流、负载电流和并联,,,补偿电流;„、„和„分别代表负载 的基频有功、无功电流和高次谐波电流;“工，是控制的负载电压理想值;,代表 山东大学硕士学位论文 直流侧参考电压;,。代表直流电容,,，丢，实际值;变压器的变比匕。:,;:;,;,， 其同名端在图中由„标出;,。;,。和,:;,:分别是串、并联,,,的输出无源滤波 器，用来滤除开关谐波;„是串联变压器二次侧电流;,和,，分别是串、并联 ,,,的内环跟踪指令电流;(,卜一代表电流互感器 ;,。 如上图所示:串、并联部分都采用电压电流双闭环控制，外环电压环，分别 稳定“。和控制‰;内环电流环，采用恒频滞环控制，分别跟踪控制电源电流,，和 并联,,,电流,。由于增加了内环电流环，电压波动可以通过电流反馈得到比 较及时的调节，即对于扰起抑制作用，响应更快、抗扰性更强。 ,(,(,电压电流双闭环控制调节器设计 为了分析和设计控制系统，必须首先建立描述系统动态规律的数学模型，如 图,(,,和,(,,所示。每个双闭环系统最终都简化成典型，，型控制系统，利用调节 器的工程设计方法，参考典型，，型系统参数和性能指标的关系，设计调节器参数 ,,,,。设计的容量为:电源电压峰值为标准的,,,伏，负载有功电流峰值为,,,。 一、,,,,串联部分调节器设计: 串联双闭环控审,,(,外环电压环，控制直流电容电压,。的稳定;内环电流环， 采用电流滞环跟踪控制电网电流,,。控制数学模型见图,(,,，忽略电感的延时作 用，内环等效为一个延时环节,簧,和一个电压检测值与参考给定电压之差经过,，积分，再经过滤波得出串联电流的幅值 电容积分环节。外环中，直流侧电容 ,，再与同步信号结合生成内环跟踪的目标电流,。 ,，调节,滤波环节;电流内环,直流电容 图,(,,串联部分的控制数学模型 山东大学硕士学位论文 由上图可以得出其开环传递函数为: 口(,鲤生(,,叩辑声，,)伍,，,),，,毛„,。,,„(,,,,，,) „伍,，,) 校正为典型二型系统:辛 端 一(,，,(上。— 直流侧电容电压指令值球二,,,,,，？,,,,,,，，开关频率正, ,眦阮， 利用典型二型系统调节器设计方法进行参数计算，具体仿真参数为:,，,,,,,， 型堑型些 气,,,,,，,,,,,,，,,—,,?,,，,,,,,,，;?,,,,,? 二、,,,,并联部分调节器设计 类似串联部分的设计，并联部分也采用双闭环控制:外环电压环，控制负载 电压?:为标准正弦;内环电流环，采用电流滞环跟踪控制之。控制数学模型如图 ,(,,所示，内环也等效为一个延时环节和一个电容积分环节，只是内环目标电流 的获取环节不同，,，积分器所取的频段不同:串联,,,取出的是直流量，时间常 数较大，而并联部分取出的是一个交流量，时间常数小。 图,(,,并联部分的控制数学模型 同理，由上图可以得出其开环传递函数为: 卢„,:警„瓦厕,„瓦,，校正为典型二型，,,)„,。一豕,, 负载电压指令信号峰值矾为标准的,,,?互,，与电网电流指令值,同步， 即,,,石，,,,,,,，‰,,。具体仿真参数为:瓦,,,脚，,,,,,,胛， 了(,一瓦,:,丽系统:垮李黼 卢,,,,,，,—;,,,,,,,,，,,,—,,,，，, ,—,?,,。 ,:(,,丽,，,丽) 山东大学硕士学位论文 ,(,(,,,,,仿真电路及结果 ,、仿真电路: 选择电阻，然后加入三次谐波电流和五次谐波电流源作为负载;电压源按一 定顺序使基频降低或升高、添加三次谐波电压和五次谐波电压，在,,，,,(,下的 仿真电路图如,(,,所示。 图,(,,新颖控制策略下,,,,直接控制模式仿真电路 ,、仿真结果 本文分别对以下三种情况进行了仿真分析，以验证该控制方法以及调节器 设计方法的正确性和可行性: (,)电网电压为标准正弦,,,?,,,,,,,露,，负载电流加入,次、, 次谐波，含 量分别为,,,、,,,基波量; (,),,,,,,时，电网电压加入,,,,基波量的,次、,次谐波，负载电流不 变; (,),,,,,,,时，电网电压加入一,,,的基波量，即基波暂降,,,:,, ,,,,, 时，电网电压继续加入,,,的基波量，即基波升高,,,，电压、电流谐波同时 存在; 仿真结果如图,(,,所示:,,,、,,,表示,,,,装置投入前负荷电压(即电 网电压)和电网电流波形，,,,、,,,表示,,,,装置投入后负荷电压和电网电 山东大学硕士学位论文 流波形;,,,表示,,,,装置直流侧电容电压实际采样值，,,,,,;,,,:,,,、 ,,,表示,,,,装置串联部分补偿电压和并联部分补偿电流波形;,,,、,,,分 别表示串联滞环跟踪指令值和实际值波形，而,,,、,,,分别表示并联滞环跟踪 指令值和实际值波形。 三匿匦垂亟薅匦 图,(,,新颖控制策略下,,,,直接控制模式,,,,仿真结果 山东大学硕士学位论文 由以上仿真结果可以看出，进入稳态后，直流电容电压“。一直比较平稳， 只是在电网电压‰波动时，才会产生短暂的波动，见,,,(,,,(,,和,,,,(,,时); 电源电流,始终保持正弦，其幅值随电源基波电压的升高(降低)而小于(大于) 负载的有功电流，不受‰和乙的影响，见,,,和,,,:‰始终较为理想，见,,,， 即使电网电压波动，负载突加谐波，,，都观察不到任何的畸变，始终保持为标 准的正弦同步电压蚝一,,,，,,,,,,,,，串联变压器补偿了电网电压基波波动量和 谐波量，见,,,:负载电压和电网电流始终保持同步，即输入功率因数为,，见 ,,,和,,,;仿真结果验证了控制系统设计方法是完全正确的。由图,(,,还可以看 出，无论是串联部分还是并联部分，滞环跟踪控制效果非常理想，即使在峰值处， 实际信号也在带宽范围内很好地跟踪指令信号变化;然而在实际工作中，滞环跟 踪效果在峰值处往往不是很理想，这也说明了,,,,仿真软件的局限性，只适合 作原理性研究和讨论。 事实上，只要电网输出电流是与电源电压同步的正弦波，就可以防止谐波和 无功电流流入电网，没必要控制电网输出电流与负载有功电流时刻严格相同。在 电网电压波动时，由并联部分提供一定的有功电流也可以。从功率的角度来看， 在电网电压波动时，除了线路传输有功外，,,,,系统也可能传输一部分有功， 以便用来补偿电网电压的跌落、过压和闪变等。因此，新颖控制策略下,,,,直 接控制方法是有理可依、有据可行的，为其具体实现提供了很好的前提。 ,(,本章小结 本章详细分析了恒频滞环电流跟踪控制的原理及其硬件实现方法，并用 ,,,,仿真软件对控制原理和设计方法进行了验证;详细讨论了新颖控制策略下 ,,,,直接控制模式的理论基础、工作机理及其控制系统设计，建立了描述 ,,,,系统动态性能的数学模型，并对其进行了参数设计和计算，在,,,,仿真 的基础上进一步优化了系统参数，验证了控制设计方法的正确性，为实际器件 ,,,,,,,仿真和具体实现奠定了基础。 山东大学硕士学位论文 第四章单相,,,,装置硬件电路，,,,,,仿真及具体实现 如第三章所述，,,,,仿真软件中开关器件均采用理想器件模型，比较适合 原理性的仿真研究，不适合研究开关的瞬态过渡过程等。同为仿真软件，与之不 同的是，，,,,,,数、模混合电路仿真系统均采用实际器件模型，可以称得上是 一个理想的虚拟电子实验室。利用它可以观测到一般的实验仪器都难以观测到的 现象，如:瞬态响应、电路的自激以及相位补偿等。此外，利用,,,,,,系统进行 电子电路仿真实验，可以排除原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的消耗和仪器损坏等因素，使实验快速、准 确、方便、灵活。 本文将使用，,,,,,仿真系统对新颖控制策略下单相,,,,,直接控制方法进 行硬件电路仿真设计分析，包括控制电路及隔离电路的设计、功率开关器件的选 择、某一功能模块电路的实现等等，为实验的快速、准确进行奠定很好的基础。 ,(,,,?,,,仿真软件介绍 ，,,,,,是一款强大的模拟和混合信号电路仿真软件包，易用加上交互式的 设计风格取代了直接制作电路板原型的缓慢和繁杂，不用使用面包板，可以用不 同的电路结构画出原理图，即刻进行仿真。，,,,,,(，,,,,,,)是由美国,,,,,,,,公 司开发，以美国加州大学柏克莱,,，,,,,(,版为基础的软件，软件取名为 ，,,,,;,,。除了仿真软件以外，,,,,,,,,还开发了很多人机接,,,界面，使仿真软件 操作和使用更加方便，这些软件统称，,,,,,。不同的是它包含较多的大功率电力 电子器件库和磁元件库，并搭配了建立功率元件模型的,,,,,,,,软件和磁元件 设计软件,,,,,,,;,,,,,,,,,，更适合于电力电子电路的仿真。，,,,提供的仿真 算法有梯形法和,,,,法。 ，,,,,,软件集成系统主要由,,,,,,,,(电路图输入)、,,,,,,, ,(模型资料 库)、，,,,,;,(交互式电路仿真)和，,,,,;,,,(波形分析与处理)四大功能模块 组成【,,,。这四大功能模块关系及执行流程如图,(,所示:首先进入,,,;,,,,绘 制电路图，并生成相应的,,,,,,,文件，然后执行,,,,,,,仿真软件模块，在仿真 之前系统将自动连接,,,,,,;,仿真资料库中的元件模型，仿真完成之后利用 ，,,,,;,,,波形分析处理模块对仿真模型进行分析处理。 山东大学硕士学位论文 图,(,，,,,,,系统,个主要功能模块关系及执行流程 ,,,;,,,,是电路原理图绘制模块，主要实现电路原理图的绘制、,,,,,, ,文件 的自动生成、瞬态波形显示以及交互式仿真控制。它告诉，,,,,;,,仿真器这些器 件的连接关系、所要运行的仿真分析的种类以及所需保存的仿真数据。,,,;,,,, 可以将部件置于分层上，连接这些分层可以组成不同的结构。对于每种结构可以 运行不同的仿真，例如这种情况下执行最坏情况瞬态分析，而另一种情况下则执 行交流控制系统稳定性的评估。所有这些分步进行使得用户在执行最终设计之前 能够方便地进行全方位的设计和测试。，,,,,,,,开发的这种分层技术可以在不同 的仿真中灵活方便地重新使用这些分层。另外，,,,;,,,,的单键操作也很灵活， 不用动用连线工具也能实现连接。一个客户化的工具条使得简单的敲一个键就能 完成诸多操作。,,,;,,,,与当前流行的各种仿真系统兼容，其输出文档格式适用 于,,,,,,、,,,,,和,,,,, ,系统。 ，,,,,,工业版的,,,,,,;,元件资料库中包含,,，,,,种以上的元件 模型，以 ,,,，，格式保存，用户可以随时通过仿真模型浏览器,,,,,,,,,,,,对不同元器件 供应商提供的元件模型进行浏览。同时，，,,,,,系统还提供了,,,多个通用模 型，输入相应的元件参数后即可直接调用。另外，用户可以即时通过，,,,,,,下 载最新的元件库。 ，,,,,;,是具有完善的仿真控制功能的交互式仿真软件，其主要特点包括: (,)瞬态波形显示;(,)电路元件电压、电流、功耗及模型参数显示;(,)采 用，,,交互式编程语言控制仿真过程:(,)可进行成组参数扫描;(,)可进行 交流、直流、瞬态、噪声，傅立叶、失真度、温度、直流灵敏度、蒙特卡罗分析 和最佳化分析;(,)可测量电路参数临界值。交互式模式中，可以修改参数，并 立刻观测到新的仿真结果，改变关键的性能参数可以即时提高设计的品质。超过 山东大学硕士学位论文 ,,,条的交互指令语言(，,,)和函数用来运行这些交互式的仿真，提取重要的 设计信息，，,,脚本能传递到仿真器中并自动运行。 ，,,,,,,,,波形分析处理软件能够实现数字式存储示波器和频谱分析仪的功 能，能够对仿真结果进行实时分析和计算处理。主要能够实现:(,)显示各种分 析类型的仿真波形;(,)波形分析参数包括:有效值、峰(峰值、平均值、最大 值、最小值;(,)允许同时显示和分析大量波形;(,)可进行回归、滤波、增益、 相位、上升厂,降时间分析和计算。 ,(,功率开关器件选择 ,,,,自诞生以来就与有源滤波器有着密不可分的联系。在研制有源滤波 器的过程中，为了使滤波器的补偿电流能快速地跟随指令电流的变化，必须采用 开关速度快的器件;同时，要根据滤波器容量来选取器件的电压和电流等级、根 据实际补偿要求选择器件的开关频率。 继半控型开关器件晶闸管,,,出现以来，随着理论研究和工艺水平的不断提 高，在实际需要的推动下，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展， 先后出现了,,,、,,,、功率,,,,,,，等白关断、全控型器件。近年来，电力电 子器件正朝着复合化、模块化以及功率集成的方向发展【聃,。目前，有源滤波器 主电路所采用的主要有功率场效应晶体管(,,,,,,)、门极可关断晶闸管(,,,) 和绝缘栅双极晶体管,,,,)等，其主要性能见表,。 功率开关器件性能比较 ,,,,,,，,,,,,,,,, 驱动方式电压电压电流电流(脉冲) 桓快开关速度快(,(,,,,,,,),,,,,,,,,,,,,,, (,(，,,,,,，,,) 耐压低于帅们，高枷,,,,小于,(,,,,,(,,, 耐流低高,帅,,,,,,,, 大容量(有可能适用范围小容量低电压中小容 量 被，,,,代替) 其他。摹住?效应二次击穿,,,,谁 表,功率开关器件性能比较 ,,,,,,属于电压控制器件，它是通过栅极电压来控制漏极电流的，因而 它的一个显著特点是驱动功率小、驱动电路简单;仅由多数载流子导电，无少子 ,, 山东大学硕士学位论文 存储效应，高频特性好，开关频率可以达到,,,,?以上，为所有电力电子器件 中频率之最;无二次击穿问题，安全工作区广，耐破坏性强。但由于,,,,,,的 电流容量和耐压难以提高，多用于中小容量、开关频率较高的场合。 ,,,是高电压大电流型低频开关器件，在当前各种自关断器件中，其容量 最大，可达,,,,,，,,,,,。但其关断增益小、门极反向关断电流较大，需设置 专门的驱动电路;开关频率较低，对较高次谐波的补偿效果较差，一般采用多重 化技术来提高其等效开关频率;通态压降大、,,,,,及,,,,,耐量低，需要庞大的 吸收电路。目前，,,,虽然在低于,,,,,的某些领域中已被,,,、，,,,等代替， 但它在大功率电力牵引中有明显优势，必在高压领域占有一席之地，多应用在 ,,,,,,以上的大容量变流设备中。 ,,,是一种电流控制的双极双结开关器件，既具有晶体管的固有特性，又 增大了功率容量，因此，它所组成的电路灵活、成熟、开关损耗小、开关时间短， 在电源、电机控制等中等容量、中等频率的电路中应用广泛。,,,的缺点是驱 动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏，在开关电源和,,,内 正逐步被功率,,,,,,和，,,,取代。 ，,,,既具有,,,,,,电压驱动、开关频率高、无二次击穿问题等优点，又 具有电力晶体管(,,,,通态电流大、反向阻断电压高等优点，因而备受人们青睬， 是目前应用最广泛的功率开关器件。，,,,的发展方向是提高耐压能力和开关频 率、降低损耗以及开发具有集成保护功能的智能产品。随着功率,,,,器件以 及绝缘栅双极晶体管，,,,器件的广泛运用，更多场合使用,,,,器件或，,,, 器件组成桥式电路，例如开关电源半桥变换器或全桥变换器、直流无刷电机的桥 式驱动电路、步进电机驱动电路以及逆变器的逆变电路等。 通过以上对比分析，基于统一电能质量控制器,,,,性能要求和实验成本 的考虑，本文设计的,,,,装置选择,,,,,,,,，,,,,,,作为其主电路逆变桥 开关器件，其电压等级为,,,,，常温下电流额定为,,,。 ,(,直流侧电容电压隔离转换电路设计 ,(,(,高精度线性光耦隔离芯片,,,,,? 在计算机数据采集系统、闭环控制回路以及自动化仪表的输入输出硬件线路 中，常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量，这就需要电压 山东大学硕士学位论文 电流隔离转换电路，否则高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。隔 离转换电路是一种常见的电子电路，它的作用一是为了避免外部电路因接地点不 同所带来的误差，二是为了保护内部电路免受外部电路故障的影响。电路所隔离 的可以是数字信号，也可以是模拟信号。线性光电耦合器和霍尔传感器是两种较 常用的隔离器件渺，,,,。 输出信号和输入信号成线性关系的光电耦合器称为线性光电耦合器。线性光 电耦合器由于具有良好的性能和抗干扰能力而被广泛应用于输入和输出信号需 要电气隔离的场合。对于需要较高的线性度以及较高频带宽度的开关电源闭环控 制系统而言，用线性光耦实现电气隔离是一种较佳的选择。,,,,,,,就是一款 用于模拟信号隔离的高精度线性光耦，隔离电压峰值高达,,,,伏;输出跟随输 入变化，线性度达,(,,,。本文将使用芯片,,,,,,,对,,,,直流侧电容电压 采样电路实现电气隔离。 ,,,,,,,是美,虱,,,,,,,公司推出的一种性能价格比较高的模拟线性光 耦 隔离器，具有低成本、高线性度、高稳定度、频带宽、设计灵活的优点，可以工 作在单极，双极、直流,交流、同相,反相等条件下，通过外接不同的分立器件，可 以实现多种光电隔离转换电路。图,(,是,,,,,,,的内部原理图。 ,?,,?,,口————? ? ?—,, ?太 ,,,—??,,,————一, ,——?,, 多? , “一,多,„, ( ,一一?? 图,(,,,,,,,,内部结构图 上图中，，，，‰和,:关系如下: , ,,—,,?，,，，?,,,,?，,，,,,毛琶童(,,,,) ，,,, 式中:,,和,,为输入输出光电二极管的电流传输比，其典型值为,(,,，范围 为,(,,,,,(,,,;,,为传输增益，其典型值为,(,，范围为,(,,,,(,,。对于 一只制造好的,,,,,,,线性光耦而言，其电流传输比和传输增益都是固定的。 山东大学硕士学位论文 ,(,(,直流侧电容电压采样隔离线性转换电路，,,,,,仿真 图,(,给出了采用,,,,,,,实现直流侧电容电压采样隔离线性转换的 ，,,,,,仿真原理图:,,,表示,,,,,,,的输入信号，,,,,表示其输出信号，也 即直流电容电压闭环控制回路实际采样值,。直流电容电压额定值为,,,,，设 定其闭环控制回路指令值呓大小为,,，则线性变比口一,,,,。通过连接合适的 外接电路，便可以将高压直流信号线性变换为低压信号，线性变比,,,,,,;并 实现两者的隔离，保护后续控制电路不受直流高压的影响。其转换关系如下式所 示: ;,刊 专一簧，虼叱 ,揣，口?兽 图,(,直流测电容电压,;隔离转换电路 为方便分析计算，设定,一是一焉,,,,,，并保持其大小不变，则,,口， 只需根据控制电路需要改变,的大小，便可以方便的改变线性变比口的大小: ,。,,,眦时，,。 墨，(,,,,) ,』黑(口(,,,曦 ,。仿真结果如图, 雕 , ,(,、,(,所示:。 图,(,仿真结果:,,,表示直流电容电压,;，,,表示隔离输出,,,, 山东大学硕士学位论文 图,(,电容电压,,,升高或降低时仿真结果 仿真结果表明，只要,，，尺,，,,，,,大小确定并保持不变，线性变比口就保 持不变，输出‰随输入,变化而变化，当,一,一,,,,时， , 吃,‰,,?,。亩。,,,日,矿，见图,?,;由图,?,也可以看出，当电容电压 升高或降低，,,,,随之也发生变化:,,,,,,,,时，,,,,,;,,,,,,,,时， ,,,,(,,，但线性变比,保持大小为,,,,不变，这就更加说明了,,,,,,,的高 稳定性和高线性度。仿真结果证明该外接电路设计是正确的。 ,(,(,直流侧电容电压采样隔离转换电路实验 直流侧电容电压采样隔离转换实验电路如图,(,所示:在该单元电路实验调 试中，直流侧电容电压由二极管不控整流产生，整流电路交流侧电源电压连续可 调，峰值最大为,,,?,,，变压器变比为,,,,,,，直流侧电容电压额定值为,,,,， ,,,,,,,，,,,,,,，参考式(,,,,)得线性变比口,,,,,。实验结果如图 ,(,所示。 图,(,,,,,,,,隔离转换实验电路图 山东大学硕士学位论文 一哪嗍(,,，?,??(??(;??,?? „:(厂——一 ,: , 摹, 、—，———、?,; ,:??,?? 二辨,,,,(,,,,,,,,,? :。(:,??,,,,(;,,,,?,,? —————,?,,，， ,: ，,—，—,，—— , (,)电容电压增大时 (,)电容电压减少时 图,(,直流测电容电压隔离转换实验结果 在图,(,中:,,,表示直流侧电容电压输入值，,,,,,，和,;(之差，纵向 坐标 ,,,,格;,,,表示其隔离输出值，纵向坐标,,,格。由实验结果可以看出:一旦 实验电路参数确定，隔离采样输出,,,,可以实时快速地按比例,,,,跟随输入,; 变化。因此只要根据实际需要调节,,,的大小，就可以方便地改变口的大小，得 到任意设定的采样结果。 ,(,恒频滞环跟踪电路设计 关于恒频滞环跟踪原理及其控制系统设计在,(,节已进行过详细介绍，本节 不再赘述。本节主要考虑其硬件电路设计与实现，参数计算方法如上。 ,(,(,单稳态触发器芯片,,,,,, 单稳态触发器的工作特点是:(,)在没有受到外界触发脉冲作用的情况下， 单稳态触发器保持在稳态;(,)在受到外界触发脉冲作用的情况下，单稳态触 发器翻转，进入“暂稳态”;(,)经过一段时间,，单稳态触发器从暂稳态返回稳 态;也即在输入脉冲的触发下，其输出端会产生一个具有恒定宽度,,的矩形脉 冲。单稳态触发器在暂稳态停留的时间,仅仅取决于电路本身的参数。 集成单稳态触发器的特点是稳定性高、温度漂移小、电路功能强。,,,,,, 是一片集成双单稳态触发器，每个触发器均可单独设置为上升沿触发或下降沿触 发，且有清零端。当选择上升沿触发时，触发脉冲由，,,端输入，一,,端接正 电源;选择下降沿触发时，触发脉冲由一,,端输入，，,,端接地;单稳态时间 ,可由外接电阻和外接电容调节，具有较宽的调节范围，在仪器仪表行业得到了 广泛的应用,,,,。本文根据实验的需要，选择,,,,,,双单稳态触发器实现对开 关脉冲周期信号的跟踪。,,,,,,引出端功能图如图,(,所示。 山东大学硕士学位论文 图,(,,,,,,,引出端功能图 ,,,,,,的时间常数,也即输出脉冲的宽度乙与外接电容;,、电阻,。的关 系为: ,,,—,。，,。，其中;二，(,,,,(,,,,) 因此，只要根据所需的时间常数,的大小，选择满足条件的电阻电容值，就可以 实现对指令值的控制，详细内容已在,(,节介绍，这里不再赘述。 ,(,(,恒频滞环跟踪，,,,,,仿真 图,(,给出了恒频滞环跟踪控制，,,,,,仿真原理图，主电路逆变桥开关器 件采用，,,,,,,,公司的,,,,,,,型号,,,,,,管;滞环控制是通过由逻辑门器 件构成的,,触发器功能模块和型号为,,,,,的比较器实现的;由于本文所使 用，,,,,,仿真软件版本中没有元件,,,,,,的模型，因此用芯片,,,,,,,代 替:,,,,,,,是一种不可重触发的单稳态触发器，其工作原理和,,,,,,相似， 所不同的是，其时间常数,—,,,(,,。,。。 ,、仿真参数: 跟踪电感:,一,(,,,,直流电容电压:,,,,,, 滞环宽度:,,一,,,(,开关周期:„,,,,,,,,,,,,,,,, 相应的比例系数:,,,，耳，民,,(,,，民,,, , 滤波器时间常数:,,,,,，,,(,,,,, ,?;, 单稳触发器,,,,,,,时间常数:,,口„互,(瓯?,？),,(,,,，玩,,(, 积分器时间常数:,一,,,,瓦,,(,—,(,,,—,。,(负积分器) 山东大学硕士学位论文 图,(,恒频滞环跟踪，,,,,,仿真原理图 ,、仿真结果: 图,(,,,,)单稳态触发器,,,,,,,调制输出(平均值,,(,)及局部放大图 目?,自团 图,(,,(,)带宽修正 ,, 山东大学硕士学位论文 图,(,,(;)恒频跟踪:(,,,„，圪, ,) 图,(,,(,)恒频开关,,,波形及局部放大图 由以上图形可以看出，单稳态触发器输出平均值,,,在指令值,(,附近很小 范围内波动;由于采用负积分器的关系，使得带宽修正值,,浮动比较大，但与 原始带宽一,(,和，,(,相加减后，带宽范围仍不超过,(,，跟踪效果比较理想。 与,,,,仿真不同的是，单稳态触发器输出脉冲幅值不能任意设定，而是由 ,,,,,,,芯片供电电压决定;实际信号,,,可以很好的跟踪指令信号,,,，开 关脉冲信号,？,周期基本保持恒定，即恒频，但大小不再是设定的理想值,,,,， 而是,,,,左右，这就说明了理论与实际应用之间是存在误差的，,,,,仿真结果 过于理想化。 ,(,(,恒频滞环跟踪实验 恒频滞环跟踪控制实验电路图如图,(,,所示:,,触发器选用四三态或非,, 触发器芯片,,,,,,，即置位端,和清零端,为高电平有效;双单稳态触发器芯 片,,,,,,、高速,,,,集成非门芯片,,,,,,,的供电电压为,,，低功耗四电 压比较器,,,,,、,,触发器,,,,,,和低电压漂移运算放大器,,,,均采用?,, 电源供电;芯片,,,,,,、,,,,,,、,,,,,,,不使用的输入端脚不能悬空，需 接相应的正、负电源或地。 山东大学硕士学位论文 图,(,,恒频滞环跟踪控制实验电路图 ,、电感电流模拟基本原理: 从图,(,,可以看出，实验调试中并没有直接接入逆变桥主电路，实际电感 电流信号是通过一模拟电路功能模块等效产生的，这样可以在缺少主电路的情况 下验证所设计电路的正确性，调试更加灵活、方便。该功能模块由运放和,,组 成的积分器实现，其电路结构如图,(,,(,)所示: ,(,,(,)半桥逆变主电路,(,,,)电感电流模拟电路 如图,(,,(,)所示，电感电流在,,开通、,,关断和,,开通、,,关断时有 如 下两式成立: ,警,,…,，工警一一,…,(,,当电感,上的电流,,)增大或减小时，有以下方程成立: ,) (,—,) 屯(,,)，,,(,)，丢,(,— 如图,(,,(,)所示，用积分器的输出电压“。,)来等效模拟,(,)，对应于 ,,,，屯(,)一,(,,)，,, ,，,(一,—,), 山东大学硕士学位论文 式(,,,,)有: (,,,) 毗?;(,)，矗强,,，其中，吃为积分器的正输入电压，圪为积分器的负输入电压，,?为,的模拟电 姒驴毗)，斯专净 压，从式(,,,,)、(,,,,)可以看出，为了使,(,)能模拟,(,)，则必须有下式 成立: 丘兰(丘兰((,,:,,(丝(,—,) 工,,,,, ,～ 已知圪,，,,，圪,一?，,?,,,，,,,,,,,,,， ,;,，根据式(, ,,,)可得:,一,放,，,?,玎,。 ,、实验结果: 为了验证电感电流模拟和恒频滞环跟踪硬件设计的实际可操作性，基于方便 调试的考虑，实验过程中指令电流信号选择“参考地”电平信号，实验结果如图 ,(,,所示: …,, 栅前,,,～,叭谪,, ?,?, 刚?,蕊 ～:,,娅,:,止,恻， ,: ::,封罱嚣;,,,,器,,嚣:::, ?,(:;鼢销器: ?蜘删,，:,,～(磋』, 器:,:: (,):恒频滞环跟踪指令信号和实际信号波形及其局部放大图 飞 ?,?…,??,(? ,删? ，，，,,，』,;,、，，矗，，，; ,;几;几门『,门，，，，,???蚺州?, ?,?,??,,?„ ,(,。,,,?,:?心 门,,不: ?,?,, 删～叫, (,),,,,,,输出滤波平均值(;),,,,,,输出开关脉冲信号 图,(,,恒频滞环跟踪控制实验结果 图,(,,(,)中,,,表示滞环跟踪控制实际电流信号波形，,,,表示指令信 ,, 山东大学硕士学位论文 号波形，纵向坐标,,,,,,,，跟踪效果非常理想;从图,(,,(,)、(;)可以 看出，单稳态触发器,,,,,,输出滤波平均值在指令值,,,,,即,(,,附近波动， ,,触发器,,,,,,输出开关脉冲信号基本保持恒定频率,,,,,。上述实验结果 表明，硬件设计电路实际可行，控制效果相当理想。 ,(,,,,,主电路开关器件驱动电路设计 本文采用，,,,,,,,公司的，,,,,,,型号,,,,,,管组成,,,;装 置的主电路 逆变器，其全桥逆变电路的驱动由功率驱动集成芯片，,,,,,完成。 ,(,(,，,,,,,功率驱动集成芯片 在大多数,,,,?,驱动中，多采用一套独立的驱动芯片驱动一个,,,,,,， 这样每套驱动芯片都要有自己独立的电源供电。以三相逆变桥为例，必须要有六 个驱动芯片，并且必须要有四组独立电源(三个下管可以共用一个独立电源)，这 样造成了驱动芯片数目增多，并且多路电源之间相互干扰。美国,公司推出的 ，,,,,,通过先进的自举电路，使每对,,,,,,(上下管)共用一片，,,,,,，并且 所有的，,,,,,共用一路独立电源，大大降低了产品成本，也提高了系统的可靠性。 ，,,,,,是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器件的单片式集成驱动模块， 其内部功能由三个部分组成:逻辑输入，电平转换及输出保护。在该芯片中采用 了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时 提高了驱动电路的可靠性。另外，芯片还有一个封锁两路输出的保护端,,，在 ,,输入高电平时，两路输出均被封锁,,狮】。 ，,,,,,采用,,，,和闩锁抗干扰,,,,,,造工艺，,，,,,脚封装，具 有独立的 低端和高端输入通道;悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达,,,,， ,,,,,,，,,,,,,,，,,,下静态功耗仅,,,,,;输出的电源端(脚,，即功率器件的栅 极驱动电压)电压范围,,,,,,:逻辑电源电压范围(脚,),,,,,，可方便地 与,,几、,,,,电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有?,,的偏移量; 工作频率高，可达,,,,,,;开通、关断延迟小，分别为,,,,,和,,,,;图腾柱输 出峰值电流为,,,“,。 ,(,(,,,,,,,,驱动桥式电路基本原理 ，,,,,,用于驱动半桥的电路如图,(,,所示。本文以此为例介绍其驱动工作原 山东大学硕士学位论文 理:图中,,、,,,分别为自举电容和二极管，,,为,,,的滤波电容;两路输入 ,，,、,，,分别与两路输出,,、,,对应。 ((((鼍; ,鼍, 图,(,,，,,,,,驱动半桥电路 假定在,,关断期间,,已充到足够的电压(,;,?,,,): ?、当芯片输入端,，,为高电平时,,,开通、,,,关断，,,,加到,,的门极 和发射极之间，,,为高电平使得,,开通，,,通过,,,，,,,和,,门极一发射极 电容,,;,放电，,,;,被充电。此时,,,可等效为一个电压源;当,，,为低电平时， ,,,开通、,,,断开，,,栅电荷经,,,、,,,迅速释放，,,为低电平，,,关断。 ?、经短暂的死区时间(,,)之后，输入端,，,为高电平，,,,开通、,,, 关断，,,为高电平使得,,开通，,,,经,,,、,,给,,充电，迅速为,,补充能量。 当,，,为低电平时，,,,开通、,,,断开，,,栅电荷经,,,、,,,迅速释放，, 为低电平，,,关断。如此循环反复。即当,，,,,，,,,时，,,,,,,,，开关管导 通;当,，,,,，,,,时，,,,,,,,，开关管关断:如果这两路输入信号驱动电压 小于,(,,，输出信号会因欠压而被片内封锁，因此，，,,,,,,,,够正常工作的前提 是驱动信号幅值要足够高，土,(,,。 对于自举电容的选择，一般用一个大电容和一个小电容并联使用，在频率为 ,,,,,左右的工作状态下，选用,(,,,和,(,,电容并联。并联高频小电容用来 吸收高频毛刺干扰电压。电路中二极管,,,的功能是防止,,导通时高电压串入 ,,,端损坏该芯片。，,,,,,的开通传输延迟时间比关断传输延迟时间长,,,,， 这保证了功率管,,和,,在工作时不会发生同时导通，从而避免了直通故障的发 生。为了更加安全，在电路中，功率管的栅极上分别串联电阻,,,、,,,。 ，,,,,,驱动全桥逆变电路原理如图,(,,所示:驱动芯片,用来驱动逆变电路 左桥臂，驱动芯片,用来驱动逆变电路右桥臂，驱动高电平信号接芯片,输入,，, 山东大学硕士学位论文 端和芯片,输,(,，,端，保,正,,,,,,管,,、,,同时导通或关断;驱动低电平信 号接芯片,输,,，,端和芯片,输,,，,，,端，保证,,,,,,管,,、,,同时导通或关 断。 图,(,,，,,,,,驱动全桥逆变电路原理图 ,(,(,逆变器主电路开关器件驱动电路，,,,,,仿真 图,(,,给出了芯片，,,,,,驱动，,,,,,,组成的全桥逆变器的，,,, ,,仿真原 理图，驱动电阻,，,,,:一,，一巳。,,,,，直流侧电压为枷,，驱动信号隔离 电路采用惠普公司的,,,,,,,,型光耦合器实现。由于芯片,,,,,,,,供电电 压为,,，其输出脉冲幅值不会大于,,，而，,,,,,能够正常工作的前提是驱动信 号幅值要?,(,,，因此在其后续电路中加入了比例放大环节,(,。 : 图,(,,，,,,,,驱动全桥逆变电路，,,,,,仿真原理图 山东大学硕士学位论文 仿真结果: —臣圈?” 图,(,,驱动信号,,,、,,和负载电压波形图 驱动信号,,,驱动低电平,，,，即驱动开关管,,、,,;而驱动信号,,驱 动高电平,，,，即驱动开关管,,、,,。由图,(,,仿真结果可以看出，,,,为高 电平时，开关管,,、,,导通，输出负载电压,,,,,,,;,,为高电平时，开关 管,,、,,导通，输出负载电压,,，,,,,。这说明开关器件在驱动信号控制下 正常开通和关断，驱动电路的设计是正确可行的。 ,(,(,，,,,,,驱动桥式电路实验 ，,,,,,驱动桥式电路实验电路如图,(,,所示: 询畦,,吨扣量,禹 “ 糨骞 ,雕 图,(,,，,,,,,驱动桥式电路实验电路图 上图中:驱动信号由比较器,,,,,和,,积分环节构成的方波发生器产生; 由于光耦,,,,,,,,价格比较高，因此实验采用具有同样功能的高速光耦,,,,, 对驱动信号进行隔离;比例放大环节由低噪音精密运算放大器,,,,和外接电阻 电路实现;逆变桥直流侧电容电压由二极管不控整流电路产生，整流电路交流侧 瀚 一霆 山东大学硕士学位论文 电源电压连续可调，即逆变直流侧输出电容电压大小也连续可调，变压器变比为 ,,,,,,，直流侧电容电压额定值为,,,,，,一,,,,,。实验结果如图,(,,所示。 ,二 ,一 ,，,,,二，，，:，—,,，,。,,，,,( ,卜 :,,;,, ？,?,,面?? 一;,,—, ?::,，: :, :,;?～: ，:直流侧电容电压值,;，一【，;—，，:负载,,,玉，波形 :??,,„，::。?, ,:,,,,一广『(厂,(,, 一,;,(,,,, 一 :?,:～～:,,,。,,:。,,,:,。,,,)(瑞岱 瑟:: ，，，:方波发生器输出方波波形,,:，,,,,,输出驱动信号,,和,, 图,(,,，,,,,,驱动桥式电路实验结果 图,(,,是直流侧输出电容电压为某一定值,,,时的实验结果，由上述波形 可以看出:，,,,,,在驱动信号作用下可以准确、快速地驱动开关管,,,,,,,,, 作，,,输出高电平时(,,,)，,,、,,导通，负载输出，,,,电压:,,输出高 电平时(,,,)，,,、,,导通，负载输出一,,,电压。 ,(,锁相环技术的应用及指令信号的产生 统一电能质量控制器,,,,的补偿目标之一是控制电网电流与负载电压同 步，即输入功率因数为,。这就要求一个与电网电压同步的标准正弦波作为参考， 电网电流指令值和负载电压指令值均由其设定幅值和该标准正弦波合成产生。本 文利用锁相环技术，完成标准正弦波波形对电网电压波形的准确跟踪;利用数字 合成的方法产生该标准正弦波，而指令信号的产生是在,,转换中实现的。 ,(,(,锁相环的基本原理及,,,,,,的结构 锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控 制闭环系统叫做锁相环，简称,,,。锁相环主要由相位比较器(,;)、压控振荡 器(,,,)、低通滤波器三部分组成，如图,(,,所示。 山东大学硕士学位论文 雌耸丁百面石,掣蚯 , ,号…, ，“辅入信号， 羔厂磊菡订几盂， 比较信号?,～ 呈,,,, 赢?龄”蒯竺竺竺图,(,,锁相环的内部组成框图 压控振荡器的输出,,接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由 ，，竺竺竺,—低通滤波器上建立起来的平均电压,,决定。施加于相位比较器另一个输入端的 外部输入信号,,与来自压控振荡器的输出信号,,相比较，输出电压,,,正比 嗣， 于,,和,,两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量，得到平均值电 压,,。故该电压,,,朝着减小,,,输出频率和输入频率之差的方向变化，直至 ,,,输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差 保持恒定(即同步)称作相位锁定。当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能 力，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信 号频率，并强迫,,,锁定在这个频率上。 ,,,,,,是通用的,,,,锁相环集成电路，图,(,,是其内部原理框图，主 要由相位比较器，和，，、压控振荡器(,,,)，线性放大器、源跟随器、整形电 路等部分构成。比较器，将输入的比较信号,,与输入信号,,作相位比较，最 终使两者的相位差为一定值，实现相位锁定。而比较器，，得到的锁相信号,,„可 以无相位差的跟踪输入信号,,，”,。本文需要指令信号准确地跟踪电压波形的变 化，且没有相位差，所以使用比较器，，。因此使用时,,引脚输出的波形经过,, 滤波后输入给压控振荡器，控制,,,的振荡频率，从而锁定相位。 图,(,,,,,,,,原理框图 山东大学硕士学位论文 ,(,(,数字合成标准正弦波方法 数字合成与电网电压同步的标准单位正弦波方法是: (,)、将一个周期内的标准单位正弦波离散成,个点，每个点用代表其相位 对应幅值大小的数据表示，,个数据形成代表数字正弦波的正弦数据表;将该, 点的正弦数据表存放在,,,,,中，设,,,,,的地址线数目为,，则正弦数据 表中的数据个数为?,矿。 (,)、用电压互感器对电网电压进行采样，通过滤波和过零检测电路形成同步 方波信号，将该同步方波信号作为锁相环的输入信号。 (,)、锁相环,,,的输出信号频率和相位经二进制计数器转换为与其对应的 地址数据，二进制计数器的位数也为,，并与,,,,,的地址线相连进行,,,, 查表;将,,,,,,地址线的最高位,,输出方波反馈到锁相环，使其最终与采样 的电网电压同步方波同频同相，即相位锁定。 “)、将最终锁定的,,,,,,地址线的最高位,,输出方波的频率和相位进行 ,,,转换，重现原来被离散化的模拟正弦波，即可得到与电网电压同步的标准单 位正弦波形。 ,(,(,锁相环电路参数设计 ,、压控振荡器电路参数的设计 ,,,,,,锁相环采用的是,,型压控振荡器，,,,的振荡范围由;,、,和, 决定，“。除受本器件本身的限制外，其工作频率在外接元件参数;,、冠和忌确 定后由,脚输入的电压线形控制。当,,,电压输入端(,脚)为芯片电源电压 ,,,时振荡频率最大，最大频率由下式表示: (,—,) 丘一币厕,假当,,,电压输入端(,脚)为零时，其振荡频率最低，最低频率为: 允。一面两,(, ，,) 因此，如果所需要的振荡频率范围已知，就可以根据式(,,,)和(,,,) ,,接地)(,—选择合适的,、;,和,的值。当恐一,,时，振荡范围就为,,‰，在大范围频 ,) 山东大学硕士学位论文 率合成应用中一般取足一。。 ,,,,,,的中心输出频率即为振荡频率,,,?,,,,,(,魁,,,,，其 中,为基 准信号电网电压的频率，本文取,,,,,,:,为一个周期内正弦信号量化数值的个 数，本文取?,垆?,,,,,,,,。所以，在本文设计中取，眦,,,,,,,，丘一,， 墨,,,,,,，足,;,，可由式(,,,,,)计算得:,,,,,,,。 ,、环路滤波器参数的设计 环路增益和环路滤波特性是锁相环性能的两个重要因素。在环路特性已定的 前提下，环路设计将归结为选择合适的环路滤波器时间常数，以获得所要求的过 环路滤波器采用无源比例积分滤波器， 渡响应参数。为了获得良好的滤波效果， 其电路型式如图,(,,所示: 传递函数为荆。等， 图,(,,环路滤波器 其中？,(玛，,,);,，吒,毛;,。 这种滤波器在低频时相当于一积分电路，在高频时相当于一分压器，改变毛 及,的大小可以得到不同的高、低频特性，在锁相环中得到了广泛的应用。 环路滤波器设计问题其实就是倍频电路开环传递函数的零、极点配置问题。 配置合理则环路滤波器具有较好的低通滤波特性，又能保证系统具有足够的相位 裕度。为获得良好的滤波性能，在保证足够相位裕度的前提下，应尽可能使系统 的零、极点拉开距离。由于鉴相器输出信号的频率与同步方波频率相同，因此环 路滤波器对该频率应有较好的低通特性，设该频率为,，则应满足下列关系: ,。三。阜，且应满足三((,,,,),，并进行必要的相位 弓)弓弓 裕度校验。 本文中,,,,,,，,,,,,,:,(,,,,,)，取,一,,,，, ,吒一,,,，经计算取 墨一,,,,,,，心,,,,,,，;,—,(, ,,,。 ,(,(,指令信号的产生 由以上分析可以知道，,,,,主电路采用滞环跟踪技术，所以设计的关键是 山东大学硕士学位论文 倒一一—意鎏尸 腑准单位正弦蝴廿,如;…，一毫皇裂，。 图,(,,锁相环技术及指令信号生成实验电路图 首先采用由比较器集成电路芯片,,,,,组成的正反馈迟滞比较电路对电网 电压信号进行过零采样检测，获取其相位信息。利用锁相环,,,,,,的比较器，， (引脚,,)进行相位跟踪。除法器(计数器),,,,,,对,,,,,,电压振荡器 ,,,输出的脉冲信号进行处理。这里,,,,,,起到两个作用:对,,,的输出脉 冲进行分频，然后作为反馈信号(,,,)，与输入的采样电压信号进行比较，就可 以很好的跟踪电压的波形和相位;对输入的脉冲信号进行计数转换为地址,,, 山东大学硕士学位论文 ,,,，做,,,,,,的输入地址进行查表。 经过以上,,,,,,及,,,,,,的配合，在电压变化的每个周期内,,,将 准 确的发出,,,,(,,,)个脉冲，即,,,,,,从,,,,,,,,,,,依次增加至,,,,,,,,,,,。 将,角从,,到,,,,取,,,,个点，依次求出其相应的,,,值，用二进制表示，存 入,,,,,,,,,,相应的地址里。这样，当每个,,,脉冲到来时，以,,到,,, 作为地址，对,,,,,,进行查表，得到的二进制数通过,,,,,输出到,,,,,,, 进行,,,变换，得到幅值为,的标准参考正弦波。 ,,,,,,,为,,脚封装的,位,,,转换器。工作时，从,,,,,,,输入八 位 数字信号，从，,,、,,?,输出，，,,。根据输入从,,,,,,,,,,到,,,,,,,,依次增 大，而，。。:为，。。。的反相值。具体如下公式所示: ,,,,,。，,耐，,,其中,,,为输入的数字信号值。由上式可以看出，,,,,,,,在进行数字模拟转换 ,急，,,,。，,群，,时，其输出值还要受到,(引脚,)的控制，,的输入范围为一,,,,,,,? 利用这一点，就可以使与电压同步的单位正弦波波形与指令信号幅值合成，得到 箜警 滞环跟踪控制的指令信号，实现电压与电流的同步。 ,(,新颖控制策略下,,,,直接控制方法，,心膳仿真与实验 ,(,(,新颖控制策略下,,,,直接控制方法，,,,,,仿真 新颖控制策略下,,,,直接控制方法，,,,,,仿真原理图如图,(,,所示:串、 并联部分控制系统设计方法和参数选择、功率器件选择、各单元电路硬件设计与 具体实现上述章节已作详细介绍，这里不再赘述。需要注意的是，直流侧电容电 压实际工作过程中维持在,,,,左右，因此，在进行调节器参数设计时其设定值 大小为,,,,，相应地，部分参数需要改动;在，,,,,,仿真过程中，电压与电流 的同步式通过乘法器芯片,,,,,实现的，在实验中是通过锁相环技术实现的。 ,、仿真参数: 串联部分控制系统:直流侧电容电压指令值吐一,,,,，？一,,,,,,， 开 关频率正,,,,,,，艺,—,,,,，„一,,,,，,,,,,,，,,,,(,，,一,眦,， 山东大学硕士学位论文 墨一,,,,,,，;:,,(,,,,，,,一,,,,，,, ,,,?,? 并联部分控制系统:负载电压指令信号峰值巩为标准的,,,,,,,，与电网 电流指令值,同步，即,,,,,,—,,,,，妒,,,;瓦,,,,,，吃,,,,,(,,， 声一,,,,，,,;,，,—,,(,,，,,,,,,，玉,,,,(,,，,,,,,,,，足,,,,,,,， ？,,,(,,,? 图,(,,新颖控制策略下,,,,直接控制方法，,,,,,仿真原理图 山东大学硕士学位论文 ,、仿真结果 由于，,,,,,仿真系统均采用实际器件模型，简单的电路仿真速度比较快， 而复杂的电路仿真时间却比较长，所以本文分别对以下三种情况进行了短时仿真 分析，以验证硬件电路设计的正确性: (,)电网电压和负载电流均只含有,次、,次谐波; (,)电网电压只存在基波电压暂降故障，负载电流只含有,次、,次谐波; (,)基波电压暂降和电压、电流谐波同时存在。 仿真结果依次如图,(,,、,(,,、,(,,所示(稳态运行时): 图,(,,(,),,,,装置投入前只含有谐波时的负荷电压和电网电流波形 图,(,,(,),,,,装置投入后负荷电压,,和电源电流,(,,,) 自?,,面 波形 图,(,,(;)直流侧电容电压采样:,;,,,,, ,,, 图,(,,(,)串联滞环跟踪、并联滞环跟踪的指令电流和实际电流波形 —,,:,一。,,,((,一 厂、,,，，，、，，,:、， ,,,，,，, …,一 ，、,，:,、,，,,?，, ，,,:， 图,(,,(,),,,,装置投入前电压暂降时负荷电压和含有谐波时电网电流波形 山东大学硕士学位论文 图,(,,(,),,,,装置投入后负荷电压,,和电源电流,(,,,) 波形 图,(,,(;)直流侧电容电压采样:,;,,,,, ,,, 图,(,,(,)串联滞环跟踪、并联滞环跟踪的指令电流和实际电流波形 图,(,,(,),,,,装置投入前含有谐波和电压暂降的负荷电压和电网电流波形: 图,(,,(,),,,,装置投入后负荷电压,，和电源电流,(,,,)波形 日?,,,网 图,(,,(;)直流侧电容电压采样:,;,,,,,, ,, 图,(,,(,)串联滞环跟踪、并联滞环跟踪的指令电流和实际电流波形 山东大学硕士学位论文 从以上仿真波形可以看出:无论针对哪一种情况，,,,,装置投入后负荷电 压和电网电流都得到了很好地补偿，实现了标准正弦且保持同步的控制目标，即 ?，,,,,?,,,,,,,,，,一,,,,,,,,陌,，见图,(,,(,)、,(,,(,)和,(,,(,); 直流侧电容电压波形一直比较平稳，基本保持,,,,不变;串联部分电流滞环跟 踪控制快速、效果理想，而并联部分电流滞环跟踪在其峰值处速度明显变慢，但 并不影响整体补偿效果。上述结果充分证明了新颖控制策略下,,,,装置直接 控制方法硬件设计的实际可操作性，为实验研究打下了坚实的基础。 ,(,(,新颖控制策略下,,,;直接控制方法实验研究 图,(,,和,(,,给出了新颖控制策略下,,,,装置直接控制方法,,,,,, 实验 电路图及其,,,电路板:串、并联部分均采用电压电流双闭环控制，电流内环 采用上文所述的恒频滞环跟踪控制;负载电压和电网电流的采样由霍尔器件完 成，锁相环技术用来实现两者的同步;其单元电路和整体电路硬件设计上文已做 详细介绍，这里不再赘述。 图,(,,新颖控制策略下,,,,装置直接控制方法,,,,,,实验电路图 山东大学硕士学位论文 图,(,,,,,,装置,,,,,,实验电路,,,电路板 ,(,本章小结 本章对新颖控制策略下,,,,直接控制方法单元硬件线路进行合理性选择、 设计、，,,,,,实际器件仿真及实验调试，包括功率开关器件的选择、某一功能模 块的电路实现、控制模块芯片、隔离电路的选择设计以及对补偿性能起关键作用 的滤波电容、电感值的设计等，并对实验结果进行分析;对,,,,装置整体系统 进行了硬件线路设计、参数计算与校正，进一步证明了其实际可操作性;在单元 电路调试通过的基础上，搭建了新颖控制策略下单相,,,,装置的实验电路，并 对其进行调试。 山东大学硕士学位论文 第五章总结 高新技术的发展使复杂和精密的电子设备在人们的生产、生活中得到广泛的 应用，从而人们也开始关注于影响这些设备正常运行的电能质量。统一电能质量 控制器,,,;集电压补偿装置、电流补偿装置和储能装置于一体，统一实现多重 电能质量调节功能，一机多能，具有更高的性价比，是用户电力技术发展的最新 趋势和关键设备，也是,,，,,,,技术中的关键设备。本文在详细分析了统一电 能质量控制器,,,,研究现状的基础上，选择新颖控制策略下,,,,的直接控 制模式方法作为本文实验研究的理论基础，对其进行了仿真研究，并设计了硬件 实验电路。 本文完成的主要工作如下: ,(对统一电能质量控制器,,,,的基本理论及其控制技术进行了详细的理 论研究，深入分析了,,,,的拓扑结构、原理、检测和控制问题，明确,,,,, 的多重电能质量调节功能，并对目前存在的主要控制模式和策略进行了优缺点比 较和前景性分析，最终选择对新颖控制策略下基本拓扑结构的单相,,,,直接 控制模式进行研究，重点考虑其具体实现。 ,(对有源电力滤波器电源电流直接控制方法及其等效原理进行了详细分 析，对,,,,新颖控制策略的理论前提和可行性进行了详细讨论，并对主电路电 流指令信号的恒频跟踪控制进行了硬件调节器设计、参数值计算及修正、仿真分 析和实验。 ,(运用新颖控制策略下的直接控制方法对,,,,整体系统按其动态物理规 律进行数学模型建立，采用典型二型控制系统调节器设计方法初步设计,,,, 主电路、滤波电路、控制电路等参数，并对其进行理想模型,,,,仿真和实际器 件，,,,,,仿真，验证所选择参数并进一步对其进行修正，以达到较为理想的补偿 效果，从理论上验证了该方法的合理性、可行性和实际可操作性。 ,(对统一电能质量控制器,,,,的单元硬件线路进行合理性选择、设计、 ，,,,,,仿真及实验调试，包括功率开关器件的选择、某一功能模块的电路实现、 控制模块芯片、隔离电路的选择设计以及对补偿性能起关键作用的滤波电容、电 感值的设计等，并对实验结果进行分析。 山东大学硕士学位论文 ,(在单元电路调试通过的基础上，搭建了新颖控制策略下单相,,,,系统 的实验电路，并对其进行调试。 由于时间关系，新颖控制策略下单相,,,,装置直接控制方法实验调试并 未最终完成，但整体系统，,,,,,仿真验证可以被视为虚拟实验调试已经通过， 充分证明了其实际可操作性，加之单元电路实验结果都比较理想，因此已经从理 论研究向实验应用迈出了关键且坚实的一大步。希望以后可以继续从事该方面的 研究工作，真正实现,,,,装置的实用化。 山东大学硕士学位论文 参考文献 朱桂萍，王树民(电能质量控制技术综述【,】(电力系统自动化(,,,,， ,,(,,):,,—,,( ,,, 肖湘宁(电能质量分析与控制【,】(中国电力出版社(,,,,( ,,, 李鹏(统一电能质量控制器,,,,及其,,，一,控制方法的研究,博士学 位论文,【,】(华北电力大学，,,,,( ,;,,,,，,,,,,,,,,，,,,,,,,,,，,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,,;,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,，,,,(,，,,,,(,):,,,,,,,,( 侯慧，游大海，尹项根，关根志(人工智能技术在电能质量控制中的应 用【,】(武汉大学学报(,,,,，,,(,):,,,— ,,,( ,,,,,乙,,,,,;,,,,,，,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,(，,,,，,,,,,,, ,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,，,,,,，(,):,,, ,,( 李国勇，刘汉奎，徐殿国，王炎(统一电能质量调节器的研究【,】(电力 电子技术(,,,,，,,(,):,,—, ,( ,,, 张建成，黄立培，吴速(电压源型电能质量控制技术【,】(电力系统自动 化(,,,,，,,(,,):,,—, ,( 丁洪发，段献忠，何仰赞(一种用于不对称配电系统的新型动态电压恢 复器【,】(中国电机上程学报(,,,,，,,(,,):,,—,,( 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—,,( ,,,, ,(,,,,,,,，,(,,,,,，,(,,,,,(,,,,,？,,,,,,;,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,？,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,(，,,,， ,,,,,,,,，，,,,,,,，,,;(,,,,，,,,,(,):,,—,,( 【,,, 梅慧楠，朱中华，程时杰(,,,,检测控制方法研究【,】(电子质量( ,,,,，,:,,,( ,,,, 李庚银，陈志业，丁巧林(用于有源补偿器的广义瞬时无功电流实时检 测方法【,】(电力系统自动化(,,,,，,,(,,):,, —,,( ,,,,,,,,,，,,,,,,,,,，,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,, ,,,, ？,,,,,,;,,,,,,,,,,(,,,,):,,,,,,,;,,,,，;,,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,( ,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,，,,,,(,,,(，， ,,,,(,): ,,—,,( ,,,, ,(,(,,,,,,,,,，,(,(,,,,,,,,?,,(,,,,,?,(,,,,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,, ,,,,,, 山东大学硕士学位论文 ,,,,,,,,;,,,，,,,，,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,;,,,,，,,,,(,,,(,，,,,;(,): ,,,,一,,,,( ,,,, 万健如，裴玮，张国香(统一电能质量调节器同步无差拍控制方法研究 【,】(中国电机工程学报(,,,,，,,(,,):,, —,,( ,,,, 殷波，郑楚韬，王卉，吴炳超(遗传算法在,,,,电压补偿分量检测和计 算中的应用【,】(继电器(,,,,，,,(,):, ,—,,( 王广柱(有源电力滤波器电流控制的等价原理,;,(电工技术前沿问题学 ,,,, 术论坛(,,,,(,,，北京( ,,,, ,(,,,,，,(,,,,，,，,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,, ，,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,斌,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,， ,,,,(,,,(,，,,,,(,):,,,—,, ,( ,,,, ,(,,,,，,(,,,,,,,，,(,(,,,,,,，，,,,,,,,,，,(,,,,,(,,,,,,,;,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,？(,,,,，,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,，,,,,(,,,(,，,,,,(,): ,,,,,,,( ,,,, ,,,,,,,,,,,，,,,—,,,,,,,,，，,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,(,,,, ;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,？,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,;,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,，,,,，,,,,,,,,,,,,;,,,,,;, ,,;,,,,，,,,,(,,,(,，,,,,(,):,,一 ,,( ,,,, 宋新新，王广柱(基于新型控制原理的电能质量调节器川(电气时代( ,,,,，,:,,,—,,,( ,,,, 郭茂峰，王广柱(一种基于新型控制策略的统一电能质量控制器【,】(电 力自动化设备(,,,,，,,(,):,,—, ,( ,,,, 朱鹏程，李勋，康勇，陈坚(统一电能质量控制器控制策略研究【,】(中 国电机工程学报(,,,,，,,(,):,,—, ,( ,,,,;,,,,,,,，,,,,,，,,,,,,,,，,,,,,,,,,(,,,,,,;,,,,,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,？,,,,,,;,,,,,,,,,,,？(,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,;,,,,,,，,,,，,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,;,,,,(,,,,，,,,(,，,,,, 山东大学硕士学位论文 (,):,,,,—,,,,( ,,,,,,,,,，,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,一(,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,？,,,;,【,】(，,,,,,,,,,;,,,,,,,，,,,, ,,,,,,,,;,,,,,,(,,,,，,,(,): ,,—,,( ,,,, 童杰，冯培悌(电流控制电压源逆变器滞环控制的一种改进【,】(电气传 动(,,,,，,:,,,,( ,,,, 王兆安，黄俊(电力电子技术,,，(机械工业出版社(,,,,( ,,,, 张加胜，郝荣泰(滞环控制变流器的开关频率研究【,】(电工电能新技术 ,,,,，,:,,—,,( ,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,, ,,,,,,,,,,—,,;,,,, ,,,,;,,,,,,,？,,,;,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,(，,,,, ,,,,,;,,,,,,,, ，,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,(,,,,，,,(,): ,,—,,( ,,,, 付俊华(电气负载模拟装置的研究,硕士学位论文,，,】(山东大学，,,,,( 崔桂梅，王建良，洪晓英，任永峰(电流跟踪型逆变器中电感值的计算 ,,,, 【,】(高电压技术(,,,,，,,(,):, ,,,( ,,,, ,,,,,,，,,,,,,,,,,，,,,,,;,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,(,,,,,, ,;,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,, 【,】(，,,, ,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,，,,,,，,,,,,,,,,，,,(,，,: ,,,—,,,( ,,,, 顾建军(统一电能质量调节器中并联有源滤波单元的研究(,博士学位 论文,【,】(哈尔滨工业大学，,,,,( ,,,, ,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,;,,,,,,,打, ？,,,;, ,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,?,,,,,, ,, ,,,,,,;,,,,(，,,,,,,,,(,,,,,,,,(斌 ,,,,;,，,,,,，,,(,):,,,—,,,( ,,,,,,,，,,,,,,,,，,,,,,,,,,(，,,,,,,,,,,,, ,,;,,,,,,;,,,,,,,,, ,,,,,？,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,(，,,, ,,,,,(,,，,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,，,,,,， ,,(,):,,,,,,,( ,,,, 王广柱(并联型有源电力滤波器电流控制的等效原理【,】(中国电机工 山东大学硕士学位论文 程学报(,,,,，,,(,,):,,一, ,( ,,,, 陈伯时(电力拖动自动控制系统【,】(机械工业出版社(,,,,( ,,,, 贾默伊，黄晓红(利用，,,,,,仿真系统进行电子电路虚拟实验【,】(河北 理工学院学报(,,,,，,,(,):,,—,,( ,,,, 蒋超，陈海民(电力电子器件发展概况及应用现状川(世界电子元器件( ,,,,，,:,,—,,( ,,,, 杨小晨，王欣(高精度线性光耦,,,,,,,,,,,及其应用【,】(仪器仪 表用 户(,,,,，,,(,):,,,,, ,( ,,,, 夏军(一种实用的高压开关电源采样隔离反馈电路【,】(高压电器( ,,,,，,,(,):,,,—,,,( ,,,, 王瑞阳(目,,,,,,,组成的晶闸管三相过零触发器【,】(温州职业技术学 院学报(,,,,，,(,):,,,,, ,( ,,,,,,,，,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,(,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,;,, ,,;,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,，,,,(,，,,,,(,): ,,,,,,,,,,(, ,,,, 陶海敏，何湘宁(，,,,,,在驱动大中功率，,,,模块中的应用【,】(电 工 技术杂志(,,,,，,:,,,,,,( ,,,, 熊腊森(，,,,,,高压,,,栅极驱动器的功能及应用田(电力电子技术( ,,,,，,:,,—,,( ,,,, 雷少刚(基于,,,,,,构成的,,,及应用【,】(西安航空技术高等专科 学校学报(,,,,，,,(,):,,—,,( ,,,, 吴笃贵，王广柱，王玉斌(程控锁相式倍频器及设计【,】(电测与仪表( ,,,,，,,:,,—,,( 山东大学硕士学位论文 致谢 本文是在导师王广柱教授的细心指导下完成的。其中大量的理论设计都是以 王老师的科研成果为基础，进而实现的。从论文的选题、设计、到论文的最终完 成，无不凝聚了王老师的大量心血。在三年的研究生学习期间，王老师对我的学 习和生活给予了无微不至的关怀和帮助。高山仰止，三年来切身感受王老师对专 业的挚爱和投入，对生活的乐观和从容，将是我享用一生的宝贵财富。在论文的 最后，在即将离开的同时，向我的导师致以我最诚挚、最崇敬的谢意～ 论文创作期间，实验室王玉斌老师给予了大量的帮助，在此表示真挚的谢意～ 三年来实验室的同学张平，吕佃顺，龚字雷，刘海涛，张嘉庆等同学，对论文完 成给予了真诚的帮助，一并表示感谢。 最后，衷心感谢我的家人和山东临沂供电公司郭昌林三年来对我学业的支持 和鼓励，他们一直是我精神上和生活上坚强的后盾。谢谢所有关心我、帮助我的 朋友～