基于DSP太阳能光伏并网系统的应用研究

光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势。并网逆变器是光伏并网发电系统核心部件之一,基于TM S320LF2407 DSP芯片控制的并网系统。利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的所有工作、控制和相应的保护功能等。并网逆变器采用前级DC/DC的boost升压结构电路,减少了系统体积和重量;后级DC/AC逆变器采用全桥逆变电路;且具有最大功率跟踪和反孤岛效应等功能。以DSP为控制核心的光伏并网系统具有可靠性强,工作效率高,稳定性好等优点。其加快了光伏并网发电系统的应用推广。     

光伏并网发电系统的MPPT-电压控制策略仿真

在配电网络的末端,负载的无功波动将会对电网供电电压产生较大的影响,对光伏发电系统并网处系统侧的交流电压进行控制,可以提高系统的电压水平。根据光伏并网系统的结构,采用外环为电压环、内环为并网电流环的双环控制。通过abc/dq0变换将并网电流解耦为有功分量和无功分量,引入最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）提供的直流侧电压参考量的闭环控制调节并网电流的有功分量,引入交流侧电压参考量的闭环控制调节并网电流的无功分量,实现了具有MPPT和电压控制能力的三相光伏并网发电技术。仿真结果表明MPPT-电压控制策略既能够实现光伏并网的最大功率点跟踪,也能够控制光伏发电系统接入点的交流电压,进一步提升了光伏并网发电系统的应用前景。     

农业装备中三电平二极管箝位式逆变器拓扑结构的改进

传统的二极管箝位式(NPC)三电平逆变器结构中,中点电压波动过大将导致输出电压的谐波总畸变率（total harmonic distortion,THD）增大及开关器件损坏,影响了该结构在农业机电中的应用。该文提出了一种带中点电压自平衡的NPC三电平逆变器拓扑结构,通过在传统NPC三电平逆变器结构中加入一套由单相全桥逆变电路组成的电压主动补偿装置,对三相桥臂中点电压的波动进行主动补偿。实时检测三相桥臂中点电压,与给定值比较后,控制补偿装置实时产生补偿电压。不需要坐标变换,控制方案简单。同时对系统的稳定性进行了理论分析。仿真结果表明提出的拓扑结构能够将三相桥臂中点电压的波动控制在3%以下,并且在负载突变时,仍然能快速的平衡中点电压的波动,具有良好的动态性能。     

牛肉电刺激仪的设计与试验

为了适合不同品种和部位的牛肉嫩化要求,该文研发了一种牛肉电刺激嫩化仪.该仪器以MSP430单片机和4个场效应管组成的H桥逆变电路为核心,以脉宽调制技术(PWM)为理论依据,通过控制单片机输出的PWM/SPWM(Sinusoidal PWM)方波占空比实现H桥对直流电逆变整形,从而产生不同波形.系统阐述了其功能原理、硬件...     

基于CAN总线的供电系统三相并联逆变器同步控制方法

针对三相并联逆变器系统同步控制中CAN（controller area network）总线通信方式存在实时性和准确性随总线负载上升而下降和同步相位调节算法存在谐波频率偏移、波形畸变大等问题,该文提出了一种基于 CAN总线通信的基准时间同步方法和基于PWM（pulse width modulation）载波周期的相位同步调整算法,采用动态主从同步控制模式,所有逆变器单元依次作为主控单元,按照时间触发和事件触发相结合的方式实时发出包含频率信息的广播同步信号,所有逆变模块据此确定基准时间并调整输出电压的频率和相位使得同相的逆变器输出电压同频率、同相位,而不同相的逆变器输出电压相位互差120°。仿真分析和试验结果表明,该方法使三相并联逆变器系统输出电压各相之间的相位误差和同相之间相位差均在1°之内,可以在无需增加功率器件耐压值和限流值的前提下提高供电系统供电容量。     

混合多电平逆变器拓扑及调制方法

针对传统多电平逆变器需要的开关器件数量较多,输出电压谐波较大等问题,该文提出了一种非对称混合多电平逆变器拓扑,包括二极管钳位非对称多电平逆变器和电压源串并联状态切换的H桥多电平逆变器。在输出电压电平数相同的情况下,该逆变器拓扑能减少开关器件的数量。采用与混合多电平逆变器相适应的混合调制控制策略,该策略使大部分开关器件工作在低频状态,减少了开关损耗,避免了电流倒流,降低了输出电压的总谐波失真(THD),可以实现连续PWM调幅。通过仿真,验证了该逆变器拓扑及其调制策略的正确性。     

组合式三相逆变器同步控制方法

为实现组合式三相逆变器输出电压的同步控制,该文以三台单相储能逆变器Y/△连接为例,对其离网模式及离并网预同步过程时的同步控制方法进行研究。该文在离网模式下采用基于CAN(controller area network)总线通信的基准时间同步与相位调整同步的主从同步控制方法;在此基础上,针对离并网预同步过程,该文提出了一种基于改进的二阶广义积分锁相环的频率调整同步控制方法,引入了逻辑判断控制器,实现了三相逆变器电压输出相位差时刻满足120°,保证了离网模式及离并网预同步过程时输出电压的同步,为离并网无冲击切换打下基础。最后,实际试验验证了该方法的可靠性和实用性。     

基于比例复数积分的风力发电并网逆变器控制方法

针对现有新能源并网逆变系统存在控制算法复杂和硬件锁相环带来的成本增加等问题,该文提出了一种基于比例复数积分控制的双闭环控制新方法。该控制方法以比例复数积分控制作为电流内环,以功率源形式直流母线电压控制作为系统外环。前者解决了传统PI控制无法消除并网电流稳态误差的问题,后者实现了功率源直流母线电压的稳定,以保障并网系统正常可靠运行。该文对功率源输入并网逆变器的电流内环与电压外环的参数和性能进行了详细地分析,并搭建了基于Matlab/Simulink的仿真系统,验证了控制算法的正确性。在理论分析与系统仿真的基础上,采用TMS320F2812 DSP实现了系统数字化控制,并基于风力发电系统平台试验验证了所提出控制方法的可行性与有效性,结果表明网侧的功率因数保持在0.97以上,电网电流最大谐波约为2.13%,满足电网要求。     

脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性

由于脉宽调制(PWM)间歇喷雾式变量喷施系统的间歇喷雾特性,其雾量分布均匀性较难控制,为此该文采用隔膜泵、比例溢流阀、高速开关电磁阀、TR80-05型空心圆锥雾喷头和工控机测控系统等构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施试验系统,并对其静态雾量分布特性进行了试验研究。在不同喷雾压力、不同PWM信号频率和占空比下,采用矩阵式雾量收集装置对PWM喷头的静态雾量分布进行了测试,并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3MPa、PWM信号频率2Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型。结果表明:TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状,且近似符合二维双正态分布;随喷雾压力的增大,雾量沉积量增加,且雾量分布圆环区域半径增大;PWM信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系,而对雾量分布圆环区域半径的影响较小;PWM信号频率对静态雾量分布影响很小。     

基于数字锁相环的储能逆变器并网功率控制方法

针对微网系统中各分布式电源,尤其是储能电源有功、无功功率可调度的需求,该文以单相储能逆变器为例,提出了一种基于先进的数字锁相技术的间接功率控制方法。该方法能够精确控制并网逆变器接口处的有功功率、无功功率输出,实现了有功及无功在储能单元与微网系统之间的双向交互。根据该文提出的方法,运用MATLAB/Simulink搭建仿真模型进行仿真验证,结果证明了此方法的正确性。该研究为微网系统的能量优化及调度提供支持。     

密闭式猪舍多环境因子调控系统设计及调控策略

大多数猪舍环境调控是建立在传统控制方法基础上的单一环境变量控制系统,难以对具有多个变量的系统建立精确的数值模型。该文基于模糊控制理论,以温度偏差和温度偏差变化率作为输入量,以通风模式和加热模式为输出控制量建立温度控制器;以相对湿度偏差和氨气浓度偏差为输入量,以通风模式为输出控制量建立通风控制器;并对不同季节多环境因子进行模糊化及逻辑推理,生成不同季节的调控策略及规则,建立2个具有双输入变量的非线性控制系统,加入动态补偿控制,优化猪舍环境调控系统。该文以在美国普渡大学环境研究猪舍监测所得的数据对建立的方法进行了模拟验证。结果表明,舍内温度与设定值最大相对误差为5%,实现了舍内温度稳定控制;舍内相对湿度与设定值最大相对误差为6.3%,充分满足湿度控制要求;猪舍氨气浓度变化范围为2.0~3.7 mg/m~3,远远小于设定值9.1 mg/m~3。因此,该文提出的猪舍多环境因子模糊控制系统及策略,能够很好地满足猪舍环境控制要求,为解决寒冷冬季猪舍温度与通风调控提供可行的思路。     

独立微电网有功功率自主与协调控制

为了实现微电网内各单元的协调控制,针对独立微电网设计了有功功率自主与协调控制方法。该方法基于分层控制结构,1次调整由风力分布式发电单元、光伏分布式发电单元、储能单元完成,根据电压-有功功率控制曲线自主控制。2次调整由微电网控制器完成,对风力分布式发电单元、光伏分布式发电单元、储能单元及负荷单元协调控制,实时监测储能单元的电压、有功功率,如果在2次调整允许的波动范围内,微电网控制器不下发控制指令;否则,电压越限时将储能该时刻的瞬时功率作为功率基准值实现工作曲线的平移,功率越限时,微电网控制器通过改变间歇性分布式发电单元的发电功率及投入或切除负荷完成2次调整。并建立了微电网状态转换协调控制模型,更加适用于计算机处理和工程化的实现。通过Matlab算例验证了所提出控制方法的有效性。     

基于核函数极限学习机的分布式光伏短期功率预测

伴随中国农村电网的较快发展,分布式光伏的集成应用是实现新能源就地消纳的重要途径。国家相关政策已对分布式光伏的快速发展进行了相关规划,国家电网公司也出台政策为分布式光伏接入提供便利条件与技术支持,相关的分布式光伏发电功率预测技术需要进行深入研究。针对用户侧分布式光伏发电系统,考虑预测系统的成本约束和运行需求,以及农村电网应用特点,提出一种基于核函数极限学习机的分布式光伏功率预测方法。对于不同容量的分布式光伏发电系统,使用核函数极限学习机构建分布式光伏短期功率预测模型,使用基于权重的训练样本筛选方法提高预测模型计算效率,并通过粒子群算法优化模型参数。预测模型使用低成本的非数值天气预报采样信息,对几十千瓦级的分布式光伏,预测相对误差仅16%～18%,能在低功耗处理器上实现10ms内完成单次发电功率预测,在简化低权重属性后能基本保持原有精度,同时在分布式光伏随机覆尘或逆变器故障条件下预测误差基本不变,具有较高的适应能力。     

基于空间矢量脉宽调制的三电平逆变器滤波器参数设计

基于LCL滤波器的三电平并网逆变器被越来越多地应用到高电压大功率场合,LCL滤波器具有高频阻带性能好、低频补偿能力强等优点,但参数确定难。LCL参数设计的关键在于桥臂侧电感的设计,该文在建立了三电平并网逆变器数学模型的基础上,考虑单位功率因数正弦波电流控制,结合三电平的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)特性,得到桥臂侧纹波电流的变化规律,求得最大纹波电流,工程上要求最大纹波电流需要小于0.2倍的峰值电流,据此可以给出桥臂侧电感的设计范围。之后,考虑LCL的谐振影响并且将无功损耗限制在5%的系统额定功率,设计了滤波电容;取纹波电流衰减率为20%,设计了网侧电感。仿真和试验验证了所提出方法的正确性和可行性。     

户用风水光直流微电网控制策略与实现

分布式能源、微电网和智能电网都是当前电力行业的热点课题。现有微电网研究集中在并网控制、潮流计算、建模与仿真、拓扑结构与控制等方面,实际投入运营的系统不多。该文在利用现有研究成果基础上,设计并研制了一套面向户用的微电网系统。该系统由风水光等电源、储能蓄电池、逆变器等单元构成,由微网调度器和远程SCADA系统进行监控和调度。通过系统分析、建模仿真和完善的功能设计,实现了智能调度与功率自动平衡、故障自愈和即插即用等功能,并在某农村投入试运行。研究成果对智能电网的智能能量管理和调度控制研究也具有借鉴意义。     

基于响应面法的电磁阀响应时间优化

为了缩短喷雾植保用电磁阀的响应时间,提高变量喷雾的精准性,该文引入响应面法优化改进型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制参数。试验采用Box-Behnken设计方法,选取电磁阀驱动电压(10、12和14 V)、PWM延迟时间(15、40和65 ms)及PWM占空比(5%,15%和25%)作为考察因素,以电磁阀开启响应时间、电磁阀闭合响应时间和电磁阀响应时间为响应值,获取了关于3个响应值的二次多项回归模型,并对其进行了验证。经响应面法分析得出,在参数优化区间内,使电磁阀响应时间最短的参数条件为电磁阀驱动电压12 V、PWM延迟时间15 ms以及PWM占空比5%,与试验测量结果差异极小。与普通PWM控制方式相比,使用改进型PWM控制信号并优化控制参数可有效缩短电磁阀响应时间。该研究为合理选择PWM控制参数提供了参考。     

基于遗传算法的液肥变量施肥控制系统

为解决大田牵引式液肥施肥机的变量施肥作业精度不高、施肥流量不均匀以及肥料浪费问题,该研究针对液肥变量施肥控制系统,基于遗传算法的模糊PID(Proportion Integral Derivative)对电动比例阀的控制过程进行优化。首先对牵引式液肥变量施肥机的控制过程进行分析,建立液肥变量施肥控制系统的负反馈控制模型。根据控制系统要求,将模糊控制规则进行染色体编码,通过选择、交叉、变异等遗传算子对模糊控制规则进行仿真寻优,得到最优模糊控制规则表。依据得到的最优模糊控制规则对模糊PID控制器进行设置,并通过MATLAB软件进行仿真分析,结果表明,基于遗传算法的模糊PID控制的响应时间为4.86 s,小于传统PID控制的8.4 s和模糊PID控制的7.32 s。搭建试验平台进行液肥变量施肥控制系统流量控制的稳定性试验和变量控制试验,得到传统PID、模糊PID以及基于遗传算法的模糊PID在系统稳定运行时流量控制的相对误差分别为5.19%、3.40%、1.14%,响应时间分别为5.19、4.12、3.21 s,基于遗传算法的模糊PID较传统PID的相对误差减少了4.05个百分点,响应时间减少了1.98 s;基于遗传算法的模糊PID较模糊PID的相对误差减少了2.26个百分点,响应时间减少了0.91 s。基于遗传算法的模糊PID对液肥流量的控制效果优于传统PID和模糊PID,本文控制方法为变量施肥的研究提供了一种可行方案。