锁相与频率合成课程的仿真与实验研究

介绍了锁相环的基本原理。为加深学生理解,利用电路仿真软件PSPICE实现了锁相与频率合成课程实验的仿真,并以一阶和二阶无源滤波器仿真实验为例介绍了其实现方法。给出了一种主流的电荷泵锁相环的三阶环路滤波器的设计方法,并对该环路滤波器进行了仿真及实验验证。通过利用PSPICE进行锁相环的仿真和对电荷泵锁相环的环路滤波器进行实际设计,可以有效地加深学生对课程的理解和掌握,并为学生实现电路的自主开发和设计提供一个平台。     

基于谐波提取技术的风机频率自适应研究

为解决风机受谐波干扰引起电压畸变和频率波动从而影响风机并网稳定运行的问题,提出频率自适应锁相方法,以谐波提取电路为基础,设计具有滤除风机谐波功能的NSOGI (new second-order generalized integrator)锁相环。首先,在谐波提取电路中加入基波谐振电路,验证谐波提取前后锁相环的锁频精度;其次,在传统锁相环基础上加入直流抑制器,对输入信号的频率进行跟踪;最后,进行理论和仿真分析,对比DSOGI-FLL谐波提取前后电路中的频率偏差,验证2种锁相环的锁频精度。结果表明：在谐波提取电路中加入基波谐振电路,减少了谐波对基波源的影响,提升了谐波提取的效果;在抑制风机电压畸变和直流谐波方面,NSOGI 锁相环效果较好,锁频精度较高,验证了方法的可行性和正确性。采用NSOGI对电压和频率进行控制,能够提升供电可靠性,改善并网电能质量,为风机并网稳定运行提供了理论参考。     

基于弓网电弧模拟试验装置的电弧参数测量及分析

电气化高速铁路弓网相互作用是实现机车受流的关键环节,弓网电弧是评价弓网关系的重要特征.本文设计了一套弓网电弧模拟发生装置,该装置通过旋转轮盘与碳刷相对运动,产生旋转电弧,能够模拟受电弓与接触网的相对运动.系统试验最高电压100 V,电弧电流20 A,试验测试了静态电弧和动态电弧对系统的电压和电流的影响,并采用LABVIEW软件对其进行了谐波分析.谐波成分集中在500 Hz以下,且含有不规则间谐波.     

考虑需求侧响应的热电联供型微网经济优化运行

热电联供(combined heat and power,CHP)微网是提高可再生能源利用率以及实现能源转型的有效途径之一,具有广阔的应用前景。为保证其经济、灵活、高效运行,需对CHP微网进行合理的系统优化。为此提出考虑热、电负荷需求侧响应CHP微网多目标优化方法,热电负荷需求侧响应模型基于建筑物热力学模型,同时考虑可转移负荷的调度。在此基础上,建立基于热电负荷需求侧响应的多目标混合整数线性规划模型,采用所提复合粒子群算法求解。算例仿真结果表明,应用热、电负荷需求响应可以使供电、供热的灵活性大大提升,并且降低了系统经济运行成本。     

基于无锁相环和改进NTVLMS算法的i_p-i_q谐波电流检测法

基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q的谐波检测法是一种有效的电网谐波电流检测方法 .但是传统的ip-iq法不仅受到锁相环(PLL)随电压波动导致的失锁、检测精度差的影响还受到检测环节中电流有功分量、电流无功分量分离速度和分离精度的影响.对无锁相环结构,采用了基于基准正余弦法无锁相环基波电压检测法,并对直流分量提取方法的滑动积分器和低通滤波器(LPF)在电压稳定和电压突变时进行了仿真分析,证明了滑动积分器无论在提取精度还是在响应速度上都优于LPF;对于检测环节中有无功分量的提取,对NTVLMS(New Time Varying LMS)算法和变步长LMS算法两者进行改进,提出了一种改进的NTVLMS算法,并对3种算法进行了仿真对比分析,证明改进的NTVLMS算法在接入系统时和电流发生畸变时的响应速度均优于上述算法.最后对改进的ip-iq谐波电流检测法进行了谐波检测的仿真.     

晶闸管分级电压调节器电压检测方法的研究

随着科技进步和信息技术的迅猛发展,电网供电质量越来越受到人们的重视。在电压凹陷、电压波动和闪变、谐波、三相不平衡、频率偏移等电能质量问题中,电压凹陷是危害较严重的动态电能质量问题。晶闸管分级电压调节器(TVR)是进行电压凹陷的动态补偿的有效装置。本文在深入研究瞬时无功功率理论和基于该理论的检测方法后,采用了基于d-q变换算法的晶闸管电压调节器电压快速检测方法;并在Matlab仿真平台上搭建了TVR的电压凹陷检测算法仿真模型,仿真结果验证了基于d-q变换算法的电压检测方法能够很好的满足TVR的动态电压检测要求。     

基于感应滤波的高压取电装置谐波抑制方法

为了解决偏远山村、通信基站、郊区工厂等负荷的供电问题,通过特制的大容量电压互感器(PT)可实现从高压铁塔或架空线路直接取电,从而实现灵活取电、就地供电的要求。取电装置的负荷中,含大量非线性负荷,而取电装置直接接入高压输电线路,必然在线路中注入一定的谐波。以110 k V输电线路的单相PT取电装置为对象,考虑接入负荷类型及容量,提出了一种基于感应滤波的高压取电装置谐波抑制方法。首先对110 k V输电线路单相PT取电装置的引下线及塔型布置方案、谐波源负荷情况进行分析,建立相应的仿真模型,得到取电装置注入电网的谐波含量与取电装置容量的关系,进而确定取电装置接入电网的容量限值。分析了基于感应滤波的单相PT取电装置的拓扑及等效电路,并推导了输出电压与输入电压的传递函数,设计了感应滤波绕组和调谐装置的参数。仿真结果表明感应滤波及其调谐装置对不同谐波成分均有良好的衰减效果。可见,利用感应滤波对取电装置进行谐波抑制能减小取电装置接入对电网的影响,具有良好的经济性和技术性。     

快速锁定的宽频带CMOS锁相环设计

设计了一种可快速锁定的宽频带CMOS电荷泵锁相环电路.通过增加一个自适应带宽控制模块,当锁相环处于捕捉状态时,增加环路带宽实现快速锁定;锁相环接近锁定状态时,减小带宽,保证环路的稳定性和减小杂散.同时还设计了能工作在宽频率范围的压控振荡器.该锁相环基于0.25μm CMOS工艺,供电电压为2.5V时,工作范围在960～2 560MHz,功耗为8.9～23.2mW,锁定时间小于12μs.     

智能电网中基于非合作博弈的需求侧分层优化

智能电网是未来电网的发展方向,包括供电侧的安全稳定和需求侧的合理用电决策.在需求侧提出一种基于非合作博弈的分层优化机制并解决了最优响应算法(Best Response)的收敛问题.首先在供电侧以削峰填谷为目的,利用集中式优化分配微网的参考负荷,并利用参考负荷构造微网用户的电价因素,引导用户的充放电决策.微网中的用户以自身花费代价为优化目标构造成非合作博弈模型,达到纳什均衡时供电侧表现出良好的削峰填谷效果.然后,利用最优响应算法与强单调函数的关系,重新构造优化目标函数,解决了最优响应法无法收敛到纳什均衡的问题.实验结果证明,提出的分层优化方案有效地降低了电网负荷曲线的峰值平均比.     

巡检无人机应急充电电源管理系统设计

自然灾害后的电力线路巡检中需要无人机高强度、高频次启动巡检,但无人机电池日常不能满电保存,续航能力只有15～30 min,现有的无人机充电装置充满电池需要3～5 h,且无法进行外出巡检应急充电.为此,提出巡检无人机组应急充电装置及其电源管理技术,设计开发满足前述需求的整流、逆变技术,研制无人机电池应急充电装置.利用TCP/IP协议远程传输电池电压电流信息,并建立巡检无人机车载应急充电电源管理系统,实现对电池组应急充电管理及其电源远程监控.实验测试结果表明,应急充电电源管理系统可兼容不同厂家、不同型号无人机电池的应急充电与远程管理,实现一套无人机应急充电装置满足5架无人机高频次巡检的锂电池组应急充电需求.     

锁相环中低电流失配电荷泵的设计

提出了一种应用于低供电电压低相位噪声锁相环系统的低电流失配的电荷泵电路。仿真结果表明,输出电压0．4V～1．3V范围内。电荷泵上下电流失配小于1％,满足低供电电压锁相环系统对电荷泵的要求。电路采用中芯国际0．18μm标准数字工艺参数仿真。     

配电网及用户侧低压脱扣保护装置对电网的影响分析及建议

目前低压配电网及用户侧断路器上一般都安装了低压脱扣装置,这类低压或失压保护装置能够在供电电压发生电压暂降或中断时,避免用户设备损坏。但是当邻近的高压输电网发生接地或相间短路故障时,电网配置的速动保护装置尽管正确动作,在最快的时间内将故障隔离,大量的低压脱扣装置可能无延时或瞬时动作,从而导致大范围的负荷瞬间损失,并可能导致系统频率波动甚至引发更大范围的电网事故。介绍了广东电网近年来因低压脱扣导致负荷损失的2起典型事故,通过EMS事故追忆、PMU等工具对事故进行了分析,讨论了低压脱扣装置对电网的影响,最后对低压脱扣装置的管理工作及类似事故的防范措施提出了建议。     

双馈风力发电机故障穿越能力研究

在不对称电网故障下,为提高双馈风力发电机(DFIG)三相不平衡故障穿越能力,采用甘肃河西电网的实时数据,对双馈风力发电机发生不对称故障下穿越能力进行研究.在发电机出口串联采用改进控制策略的DVR,辅助DFIG风电机组实现故障穿越.为提高检测精度,首先,通过锁相环与pqr变换检测方法结合对电压跌落检测系统加以改进,为克服不平衡故障下负序分量对网侧和机侧的影响,在检测系统中加入基于对称分量法的正负序解耦算法;其次,利用四个PID控制器将参考电压的值与通过检测系统的结果值进行比较,分别调节每一相序,注入无功功率到电网中,保证待恢复的双馈风力发电机端口电压可以达到额定值,转速恒定,进一步保证系统的稳定运行.仿真结果验证了该方法的正确性.     

DFIG网侧变流器控制策略的改进研究

当电网电压发生跌落时,风电变流器中直流母线电压会发生波动,影响风电系统的稳定运行.为了使直流母线电压快速恢复至指定值,基于电网电压定位方法,引入锁相环并改善前馈解耦,对DFIG网侧变流器的模型进行推导和分析.当电网电压对称跌落时,网侧变流器的电流参考值得到适当补偿,以降低直流母线电压波动.为了验证该控制策略的有效性,在Matlab/Simulink软件环境下搭建风电系统模型并进行仿真.仿真结果表明,所提出的改进控制策略能够有效降低直流母线电压波动.     

一种光纤隔离式直流信号传输装置的设计

在高电压领域中,高压侧检测设备(如PT,CT）或传感器的输出信号需要传输到低压侧,光纤隔离式信号传输装置不仅能完成信号的传输,还能实现高低压的电气隔离,同时也具有很强的抗电磁干扰能力。利用电压-频率（V-F）转换芯片LM331和HFBR14XX系列光电器件设计出一套适合高电压直流测量信号的光纤隔离传输装置,并给出了具体的电路原理图。对其中的V-F转换电路进行了仿真,分析表明,其误差为0.01 V。     

基于高频电压信号注入法的电梯门机无位置传感器控制策略

针对永磁同步电梯门机系统,本文结合永磁同步电机无位置传感器控制技术的最新研究成果,提出一种基于旋转高频电压信号注入法的无位置传感器控制策略,在分析旋转高频电压信号注入法估计转子位置原理的基础上,设计了归一化锁相环转子位置观测器,给出一种根据控制系统对转子位置观测器带宽的期望指标设计锁相环参数的方法,阐述了锁相环带宽与转速环带宽的匹配关系.最后在永磁同步电梯门机平台上进行了实验,验证了该控制策略的有效性和可行性.     

DPFC系统参数设计方法研究

设计了一套分布式潮流控制器装置参数设计方法,由线路潮流变化范围确定串并联侧变流器的容量,按分布式潮流控制器的功率模型和功率守恒原理,确定串联侧注入输电线路的最大基频电压幅值、流过串联侧变流器的电流以及并联侧变流器向系统注入的电流和电压,再根据逆变器输入输出电压的关系确定直流电容电压和变流器的开关参数.最后验证参数设计方法的正确性,使用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了一套分布式潮流控制器接入10 kVA输电系统进行仿真实验,显示DPFC能快速有效改善系统的电压和潮流的能力,证明本文的装置参数设计方法的正确性.     

基于有源滤波器和斯科特变压器的同相牵引供电系统

提出了一种采用斯科特变压器和平衡变换装置的铁道牵引供电系统同相供电方案.平衡变换装置由两个电压型单相有源滤波器构成,用以补偿负载的无功和谐波电流,以及变压器两副边绕组的不平衡电流.无论负载实际的特性如何,经过变换之后在变压器的输入侧都表现为三相对称的纯阻性负载.文中分析了系统的结构和工作过程,提出了单相有源滤波器的状态优化控制方法.以一列满载运行的机车为对象,进行了供电系统的软件仿真研究,仿真结果证实了该系统的正确性.     

一种数字化SVPWM算法的研究

从逆变器交流侧各电压矢量之间的关系出发,根据SVPWM控制策略的基本思想,提出一种数字化的SVPWM算法,可以快速、准确地完成计算.利用PSCAD软件对采用不同SVPWM算法的逆变器进行仿真研究,通过实验验证了该算法的有效性.     

小水电电压稳定问题研究

本文研究了小水电电源供电电压不稳问题。本文采用在水电站至主网的干线中段位置加装有载调压装置的方法调整小水电电源在丰水期和枯水期的供电电压,算例表明加装有载调压装置后,可明显降低丰水期小水电供电电压,控制线路电压在正常水平,提高了对用户的供电质量。