恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨家畢業(yè)課程設(shè)計帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】

恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨家畢業(yè)課程設(shè)計帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】,恒溫箱,溫度,控制系統(tǒng),設(shè)計,采用,采取,采納,stc12c5a60s2,單片機(jī),獨家,畢業(yè),課程設(shè)計,任務(wù)書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 11223344D B 2016/6/1 E:\ \..\y:755300K,0K,00D)R)0)1)8)9)10)11)12)13)14)15)按鍵電路 02. 5過零檢測04. 加熱負(fù)載驅(qū)動電路05. 蜂鳴器驅(qū)動07. 熱電偶信號處理電路 電池儲能加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力 系統(tǒng)集成 . . 要 風(fēng)力發(fā)電，因其在電網(wǎng)的電網(wǎng)穿透率因而正在覆蓋到世界各地。由于其隨時間變化的性質(zhì)和造成穩(wěn)定性的問題，風(fēng)力發(fā)電是一直波動的，這種弱的互聯(lián)風(fēng)在電網(wǎng)的發(fā)電來源會直接影響電能質(zhì)量和它的可靠性，局部能源庫應(yīng)當(dāng)賠償波動功率和支持加強(qiáng)電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在本文中提出了在電流控制模式下電壓源逆變器 (能，即通過直流總線的電池。風(fēng)力發(fā)電測量出風(fēng)速的變化，并儲存在蓄電池中，這個儲能直流電壓保持在整個剛性總線的電壓源逆變器上，所提出來的方案提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性和維護(hù)單位功率因數(shù)，它也可以運(yùn)行在電力系統(tǒng)的獨立模式 下，在風(fēng)力發(fā)電的功率交換和動態(tài)情況下的負(fù)載是可行的，在普通點耦合時能保持規(guī)范的電能質(zhì)量。它加強(qiáng)了電力系統(tǒng)的薄弱電網(wǎng)部分，在這種控制策略評估動態(tài)條件使用測試模擬系統(tǒng)，結(jié)果通過比較，驗證了控制器的性能。 關(guān)鍵詞 ： 能質(zhì)量； 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。 在最近幾年，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)作為一種干凈的和取之不盡，用之不竭的新能源而備受關(guān)注的，風(fēng)力發(fā)電的普及率已經(jīng)在世界各地持續(xù)增加，電力發(fā)電可再生能源投資的增長速度也正在世界范圍內(nèi)增加，德國大約有 16%的電力來自風(fēng)能， 丹麥也有 12%電力來自風(fēng)能，美國正在計劃產(chǎn)生 20%的來自風(fēng)能的電力，印度是全球第五大風(fēng)能生產(chǎn)國，其在 2009年總風(fēng)電潛力估計為 45195兆瓦，裝機(jī)容量為 10925兆瓦。然而，風(fēng)電場輸出功率是波動的，并且會影響到互聯(lián)電網(wǎng) 。所以這就 需要一些措施來減少輸出波動率并保持在網(wǎng)格的電能質(zhì)量。 已經(jīng)做了很多評估研究試圖減輕風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)有一些基于氫，電容器，電池儲能和超導(dǎo)磁儲能的形成研究。在日本，電池儲能被用于減緩風(fēng)電場穩(wěn)定短期波動輸出的變化，提出了大量的能量儲存為了提供所需設(shè)備去管理風(fēng)電波動，加強(qiáng)風(fēng)力吸收，實現(xiàn)節(jié) 省燃料成本，并減少 放的目的。提出的一種統(tǒng)計方法就是利用兩節(jié)電池儲能，其中風(fēng)力是用于一個充電電池儲存，而另一個是用于放電電池儲存，該控制方法是為電池充電狀態(tài)提出的，靜態(tài)補(bǔ)償器和儲能電池固定速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為電力系統(tǒng)提高了電能質(zhì)量和增加了穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電滲入到電力系統(tǒng) 將會增加對風(fēng)力變速的進(jìn)一步運(yùn)用以容納電力系統(tǒng)的最大功率，因此，它通過今天的電池儲能促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電池儲存能對充電放電快速反應(yīng)，使它在電力系統(tǒng)中作為一個恒定電壓源，當(dāng)風(fēng)速波動，特別是在高輸出低于正常運(yùn)行速度時，電池儲存是有效的，因此，輸出曲線平滑很大程度上取決于電池的儲能能力。 在本文中，該系統(tǒng)在加強(qiáng)電力系統(tǒng)上是高效和經(jīng)濟(jì)。為了驗證該系統(tǒng)的有效性，電池儲存和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了電流電壓源逆變器的控制方式，位置控制器在模擬運(yùn)行是基于瞬時建模的，提出電能儲存的控制 系統(tǒng)有以下目標(biāo)： *在公共耦合總線的單位功率因數(shù) *風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功功率支持和電池負(fù)載 *在電網(wǎng)故障情況下獨自操作 本文結(jié)構(gòu)如下：第 2部分介紹了廣義薄弱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第 3部分給出了系統(tǒng)配置加強(qiáng)了電力系統(tǒng)，第 4 部分提出了數(shù)學(xué)模型，第 5 部分介紹了系統(tǒng)的性能，第 6 部分是結(jié)論總結(jié)。 廣義風(fēng)力發(fā)電機(jī)接口系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中對各側(cè)都有電壓，風(fēng)力發(fā)電機(jī)所連接的總線是電力系統(tǒng)中的一個薄弱節(jié)點，它可以通過阻抗連接到強(qiáng)大的網(wǎng)格上，如圖 在廣義電力系統(tǒng)中，三相電源被對稱地發(fā)送，線電壓與 3 倍相電壓相等，并且總的三相功率恒定，電壓降阻抗可以寫成： 2= 3 （ 1） 其中 2是均方根 (壓， 在公共連接點 （ ，風(fēng)電場和本地負(fù)載也連接起來，風(fēng)力連接的短路功率 Z/1k ? (2) 圖 1 風(fēng)力發(fā)電量的變化通過阻抗 Z 就會引起電流的變化，這些電流的變化又會引起電壓變化。在實踐中，使網(wǎng)絡(luò)連接短路比小于 可以避免的，因為它增加了電壓波動被稱為弱網(wǎng)格。 阻抗 Z=R+遍存在的阻抗諧波為： Z h = R + (3) 其中 就是說，感應(yīng)電抗隨著頻率線性變化。 風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)荷的組合表示為 P+中 P 是有功功率， Q 是無功功率。無功功率則依賴于電壓和電流相位之間的移動，如式 （ 4） ： )PQ(??? (4) 風(fēng)力的無功功率對電壓 些影響依賴于本地負(fù)載和反饋的電網(wǎng)阻抗，因此，在風(fēng)能產(chǎn)生電力系統(tǒng)中使用能量儲存系統(tǒng)去強(qiáng)化弱電網(wǎng)是很有必要的。 3 該儲能加強(qiáng)了風(fēng)力產(chǎn)生的網(wǎng)格在電力系統(tǒng)上配置其工作原理和所述開關(guān)逆變器的控制策略，如圖 2所示： 圖 在這個系統(tǒng)中，電源電流的大小是通過瞬時電流源、功率變換器和負(fù)載來測定的，電池作為一種能源達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的，該風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)被連接到不受控制的整流橋，其輸出電壓為可變直流，并且連接到電池儲存充電。該電池還可以從低需求的電 網(wǎng)中帶電，用于調(diào)峰需求，誤差電流可以在公共耦合點的網(wǎng)格注入電流控制電壓源逆變器。 利用該控制策略去加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖 3所示。 在實施控制策略并入電網(wǎng)系統(tǒng)過程中，直流環(huán)節(jié)需要通過功率變換器連接風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出是通過整流器的第一輪轉(zhuǎn)換，電池儲能系統(tǒng)的（ 直流電壓與參考值連接，它的誤差會被送入比例積分器，比例積分控制器的輸出被乘以一個基準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，因此，可以得到預(yù)期的參考電流 I*際電流可以通過電流傳感器從所需的參考電流檢測和削減出來，使誤差發(fā)送到滯后電流模式控制器生成開關(guān)模式。因此，這種控 制策略在電網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)逆變器中作為一種瞬時脈沖寬度調(diào)制的電流反饋控制方法（ 圖 圖 逆變器運(yùn)行的電流控制模式表現(xiàn)為： )'(L/i)R(?????（ 5） )'(Li/i)R(?????（ 6） )'(L/i)R(????? (7 ) C/)??? (8) 逆變器電壓，，和壓，ii,i 和是逆變器電流，通過和參考電流i*i,*i 和的比較獲得開關(guān)信號，，是實際的源電流，誤差電流ii,i ??? 和被應(yīng)用于滯后控制器，會對開關(guān)電源產(chǎn)生正確的信號，是開關(guān)進(jìn)行開和關(guān)的操作，直到電流超過或者低于有效值。在這種技術(shù)中，一種獨立的比較器用于驅(qū)動逆變器，一個三臂橋逆變器的導(dǎo)通狀態(tài)用三變量邏輯開關(guān)函數(shù)表示，分別是S,S 和。滯后控制器相位 A 反轉(zhuǎn)得到開關(guān)函數(shù) )i(?的特性，這一特性構(gòu)成了所描述的磁滯回線。 2/S2/?? ???? （ 9） 其中， 1'A ?? 和 表示開關(guān)的狀態(tài)。 由于這種開關(guān)函數(shù)，逆變器用電源電流無諧波的方式將電流注入電網(wǎng)中。 注入的電流將會抵消一部分有反應(yīng)性的和高次諧波的負(fù)載電流，從而提高功率因數(shù)，為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，電網(wǎng)檢測并產(chǎn)生電流同步逆變命令，一個三相平衡電壓源在電網(wǎng)上被表示為： )120ts V)120ts V)ts ????????? （ 10） 因此，對于比較的參考電流必須來自源（電網(wǎng)）電壓，這些電流可以表示為： )2 4 0ts 2 0ts Ii)ts ?????? （ 11） 其中 確保了控制電流源是為了看正弦波時電源電壓是否平衡。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲能電池系統(tǒng)是最合適的，因為它可以迅速注入或者吸收無功功率去穩(wěn)定電網(wǎng)，它還以非常快的速度控制這些線路分布和傳輸系統(tǒng)。 風(fēng)力電池發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述如下： 感應(yīng)發(fā)單機(jī)已用風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)，因為它的優(yōu)點就是從變速原動機(jī)發(fā)電，與同等級的其他機(jī)器相比，更適合高速運(yùn)行，便于維護(hù)，降低成本，電壓和頻率控制的電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率表示為： 3? (12) )3?? 是空氣密度， A(通過的渦輪葉片橫掃的區(qū)域，利用所有的風(fēng)能是不可能實現(xiàn)的，因而只能提取一部分的風(fēng)能，被稱為風(fēng)力渦輪功率系數(shù) 下式表示： (13) 其中 ? (14) 這也被稱為 這個系數(shù)可以表示包含速度 ? 和傾角的函數(shù) ? ，它是一個高度非線性的 ? 和 ? 的函數(shù)的功能，如果機(jī)械扭矩 應(yīng)用，可以很方便地生成系統(tǒng)，其中 ? 是計算渦輪轉(zhuǎn)速的。 bi e c hm e c h /? (15) 因此： )V,(fP w bi e c h ?? (16) pw in m e c h ??? (17) 其中， 位是 m/s。 圖 在逆變器中，電容器作為中間元件，減弱了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)如圖 3所示，使用來建模的電容器比電 感更加有效和昂貴。 b)in v(dc)in v(?? （ 18） 其中 C 是電路電容， 形）是整流后的直流測電流， 是逆變器直流側(cè)電流，如圖 5所示。 電池存儲連接到直流電網(wǎng)，由一個電壓源 一個內(nèi)部電阻 表，內(nèi)部電壓隨著電池充電而變化，終端電壓 ? （ 19） 保持足夠的直流鏈接級以滿足電壓逆變器是很有必要的。 （ 20） 到線中性的電壓逆變器電壓，交換頻率是 2輸出頻率是 50 是調(diào)制指數(shù)（ 因此，這個直流線性電路專門為 800V。 直流環(huán)節(jié)電容計算為： C ? （ 21） 在電池儲存的分析系統(tǒng)中，電池的數(shù)學(xué)模型是依賴于系統(tǒng)研究的，電池模型的數(shù)據(jù)目前是作為終端的行為而言：相似的短期模型是將電壓源 一個內(nèi)部電阻 聯(lián)起來研究的。電池的響應(yīng)時間是依賴于它的電氣參數(shù)，實際上的一般使用鉛酸蓄電池。在電池存儲的應(yīng)用上，直流環(huán)節(jié)的設(shè)計上大量的電池串聯(lián)產(chǎn)生所需要的操作電壓。 在電壓源逆變器上，轉(zhuǎn)換器的每個開關(guān)都被表示為一個二進(jìn)制開關(guān)，該電阻的值是無限的，如果開關(guān)是關(guān)閉或者零或者是開啟的，那么該逆變器的輸出電壓方程可以如下書面表示過程： （ 22) 其中 對控制器的滯后型可以推導(dǎo)出逆變器的開關(guān)函數(shù)， B, 一 種從風(fēng)能中提取的電池能量儲存的風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案如圖 2 所示，它是在統(tǒng)集成模塊中模擬出來， 步發(fā)電機(jī)，負(fù)荷模型等，這是已經(jīng)建成的模擬系統(tǒng)，對于給定的系統(tǒng)仿真參數(shù)如表 1 中列出： 表 系統(tǒng)參數(shù) 規(guī)格 電源電壓 三相， 415V， 50源和線性電感 力發(fā)電機(jī)參數(shù)（感應(yīng)參數(shù)） 15015V ， 50=4 ， ， ，均風(fēng)速 5m/s 直流線性參數(shù) 直流線性電壓 800v， C=5 F? 整流橋參數(shù) 緩沖電阻 R=100? ， ， C=1 F? 逆變器參數(shù) 備，三臂橋類型 額定電壓： 1200V；正向電流： 50A；柵級電壓 +/遲開啟時間： 70遲關(guān)閉時間： 400耗 300W 電池存儲 直流電壓： 800v 接口變壓器 415 / 荷參數(shù) 三相 415v，非線性負(fù)荷 負(fù)載被認(rèn)為是一個非線性負(fù)載的系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)的性能是為了改善電能質(zhì)量而進(jìn)行觀察，以及當(dāng)電源不可用時可以支持負(fù)載。這個逆變器開關(guān)打開時間是 源電流是 載電流是 變器的電流測量和無逆變控制器電路也在單機(jī)運(yùn)行模式中，從電源提供的電流是正弦，諧波等形式，該控制器系統(tǒng)如圖 6（ a）所示，系統(tǒng)負(fù)載電流如圖 6（ b） ，從逆變器注入的供電電流如圖 6（ c），間隔時間，負(fù)載電流將會是電源電流和逆變器電流相加。電網(wǎng)故障時間在 t=源電壓不可用，因此逆變器將會支持負(fù)載和利用風(fēng)能發(fā)電機(jī)電池儲能系統(tǒng)作為一個獨立模式。 圖 a），源電流（ b），負(fù)載電流（ c）逆變器電流 圖 a），直流電壓（ b），風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流電流 （ c） 電池供應(yīng)電流（ d），充電電容放電 驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量和在直流線性電路上提供一個非控制接口，可變速感應(yīng)輸出發(fā)電機(jī)是速度依賴性的，將轉(zhuǎn)換輸出為直流電壓是很有必要的，直流環(huán)節(jié)電壓如圖 7（ a）所示，為了從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)換成實用的電力，產(chǎn)生的電力供給電池充電整 流器，這種控制策略保持了恒定的直流電壓的直流環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電流如圖 7（ b）所示，電池電流提供的電流如圖 7; （ c）顯示，充電和直流放電電容器如圖 7; （ d） 在模擬系統(tǒng)上放電深度是不考慮的。 力發(fā)電機(jī)的性能 感應(yīng)發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)是通過直流環(huán)節(jié)來進(jìn)行電力轉(zhuǎn)移的，風(fēng)力渦輪機(jī)是在 5m/s 風(fēng)速時操作產(chǎn)生的，電流和電壓分別顯示在圖 8的（ a）和（ b）中。 比例積分控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)，并且它的響應(yīng)速度時極快的，它糾正了測量變量和期望設(shè)定值之間的誤差， 確定反應(yīng)的電流誤差， 確定反應(yīng)的最近的誤差之和， 制器用來增加超調(diào)量的變化，沉降時間消除了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，模擬的傳遞函數(shù)為： （ 23） 控制器的性能如圖 9 所示，這是用于穩(wěn)定在分布式電網(wǎng)的電壓，電源電流保持與電源電壓同步，這表明了常見的耦合觀點上的功率因數(shù)，它滿足了電能質(zhì)量規(guī)范，同相電流源和電壓源的結(jié)果如圖 10所示。 圖 （ a） 三相電壓（ b）三相電流 圖 操作前后的電流波形可以分析電能質(zhì)量測量，傅里葉表示的波形分析是無需系統(tǒng)控制器，電源電流信號的總的諧波失真（ 圖 11（ a）所示，測量的 它的諧波順序如圖 11（ b）表示。 當(dāng)控制器是在開啟狀態(tài)時，在常見耦合下可以觀察電能質(zhì)量改進(jìn)，在操作中逆變器的放置和電源電流的波形如圖 12（ a），快速的傅里葉變換如圖 12（ b）所示。結(jié)果表明 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)已經(jīng)得到了大大的提高，無逆變控制器和國際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表 2所示。 圖 圖 a）源電流和電流源的 a）源電流和電流源的 表 電流源諧波階 F 3 5 7 9 11 控制器 2 10 制器 際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn) 3 在電力系統(tǒng)中的加強(qiáng)風(fēng)力能源儲存方案不僅能改善電能質(zhì)量還支持實際的無功功率負(fù)載。 本文提出了風(fēng)能提取方案與接口的電池儲能系統(tǒng)的有功和無功功率的交換電流控制模式去支持負(fù)載功率，滯環(huán)電流控制器是用來產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號的這樣一種方式，它將注入電流分布系統(tǒng)。該方案保持的單位功率因數(shù)和諧波源電流是在分布式網(wǎng)絡(luò)共同連接的，風(fēng)力發(fā)電的交換是在直流母線的能量儲存和提供的穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)節(jié)的，這也使得在負(fù)載的瞬時需求中得到實際的潮流，這些建議是控制系統(tǒng)適用于快速注射或者吸收無功 /實際電力系統(tǒng)的功率流，電池能量儲存系統(tǒng)提供了快速的響應(yīng)，提高了風(fēng)電波動輸出下的性能，并且也提高了電壓穩(wěn)定性，該方案提供了一個選擇， 在可利用的風(fēng)能中選擇最經(jīng)濟(jì)的實際負(fù)載功率，電池、傳統(tǒng)的資源和系統(tǒng)支持去加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的規(guī)范。 第 1 頁 共 4 頁 2016年機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )進(jìn)度計劃表 學(xué)生姓名： 孫卉 學(xué)號： 1200120304 序號 起止日期 計劃完成內(nèi)容 實際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 學(xué)期第 17 周） 查找與恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計的相關(guān)資料 國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)，國內(nèi)外眾學(xué)者的相關(guān)論文、專著，以及國內(nèi)外相關(guān)新聞報道等。 2 學(xué)期第18 周） 閱讀相關(guān)資料，對資料及 系統(tǒng)有更深入的理解 在對所搜集資料認(rèn)真研究的基礎(chǔ)上，對自己的設(shè)計有 一定的想法。 3 學(xué)期第19 周） 翻譯英文文獻(xiàn)，撰寫開題 報告 完成了翻譯工作，并且撰寫了開題報告的初稿。 4 學(xué)期第20 周） 依據(jù)系統(tǒng)框圖構(gòu)思整體 方案 設(shè)計出了 整體方案，完成了開題報告的的修改。 第 2 頁 共 4 頁 5 學(xué)期第 1周） 根據(jù)方案分模塊設(shè)計 設(shè)計過程的內(nèi)容包括理論分析，電路參數(shù)的計算，并選擇元器件的具體型號 6 學(xué)期第 2周） 設(shè)計各個模塊的原理圖 并畫 閱每個電路模塊的相關(guān)資料，參考已有的成功方案進(jìn)行設(shè)計。 7 學(xué)期第 3周） 電路板的制作，各模塊的 程序的設(shè)計 將電路板制作完成，并且寫出了相應(yīng)的程序 8 學(xué)期第 4周） 調(diào)試各模塊程序并將所 有模塊合成整體 將初步程序進(jìn)行了優(yōu)化，并對 整體做初步的調(diào)試 (本表同時作為指導(dǎo)教師對學(xué)生的 16次考勤記錄 ) 第 3 頁 共 4 頁 2016年機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 進(jìn)度計劃表（續(xù)） 學(xué)生姓名： 孫卉 學(xué)號： 1200120304 序號 起止日期 計劃完成內(nèi)容 實際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 9 學(xué)期第 5 周） 調(diào)試程序及優(yōu)化 將 整體的程序進(jìn)行了優(yōu)化，并完善了一些不足之處。 10 學(xué)期第 6 周） 學(xué)習(xí)并能熟練使用 解的相關(guān)知識，先可以熟練使用該軟件。 11 學(xué)期第 7 周） 根據(jù)要求建立模型并仿真 根據(jù)任務(wù)書的要求建立了數(shù)學(xué)模型，并用行了仿真 12 學(xué)期第 8 周） 調(diào)試參數(shù)并優(yōu)化 調(diào)節(jié)了 參數(shù)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。 第 4 頁 共 4 頁 13 學(xué)期第 9 周） 根據(jù)原理寫畢業(yè)設(shè) 計說明書 閱讀參考文獻(xiàn)，對論文作初步構(gòu)思，構(gòu)建主體框架，寫出論文提綱。 14 學(xué)期第 10 周） 進(jìn)一步修改畢業(yè)設(shè)計說明書 根據(jù)老師的要求，完成論文主體框架及部分內(nèi)容的修改。 15 學(xué)期第 11 周） 整理畢業(yè)設(shè)計需提交的材料，準(zhǔn)備答辯所需的資料 完成了所有材料的整理。 16 學(xué)期第 12 周） 完成畢業(yè)設(shè)計，提交論文 完成論文的 提交 。 任務(wù)下達(dá)時間 ： 2015 年 12 月 04 日 (本表同時作為指導(dǎo)教師對學(xué)生的 16次考勤記錄 ) 光刻投影鏡頭多閉環(huán)溫度控制系統(tǒng) 摘 要 圖像質(zhì)量是光學(xué)光刻工具的最重要指標(biāo)之一， 尤其易 受溫度 、 振動和投影鏡頭（ 染 的影響 。本地溫度 控制的 傳統(tǒng)方法更容易引入振動和污染， 因此研發(fā) 多閉環(huán) 溫度控制系統(tǒng)來控制 溫度，并隔離振動和污染 的影響 。一個新的遠(yuǎn)程間接溫度 控制（ 案 ，提出了 利用 冷卻水 循環(huán)完成對 嵌入溫度 控制 單元（ 的 加熱器和冷卻器 用于控制 冷卻水的溫度 ，并且， 避免震動和污染的影響。 一種包 含 一個 內(nèi)部 級聯(lián) 控制 結(jié)構(gòu)（ 一個外部 并行 串 聯(lián) 控制 結(jié)構(gòu) （ 新 型 多 閉環(huán) 控制結(jié)構(gòu) 被用來 防止大慣性， 多重遲滯 ， 和一種非線性比例積分（ 算法應(yīng)用，進(jìn)一步提高收斂速度和控制過程 的 精度。不同的控制回路和算法的對比實驗 被用來驗證對控制性能的影響。結(jié)果表明，精度達(dá)到 規(guī)格 的 多閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)收斂 率 快 ，魯棒性強(qiáng) ，自我適應(yīng)能力好。 該方法已成功地應(yīng)用于光學(xué)光刻工具，制作了 臨近尺寸 （ 100納米的模型 ，其 性能 令人滿意。 關(guān)鍵詞 ：投影鏡頭，遠(yuǎn)程間接溫度串級控制結(jié)構(gòu)，并行串 連 控制結(jié)構(gòu)，非線性比例積分（ 算法 1 簡 介 由于集 成電路縮小，更小的臨界尺寸（ 求，生產(chǎn) 過程 的控制越來越嚴(yán)格。作為最重要的制造 工藝 設(shè)備，先進(jìn)的光學(xué)光刻工具需要更 嚴(yán)格 的微控制環(huán)境， 如 嚴(yán)格控制其溫度 、 潔凈度 、 氣壓 、 濕度等 。 溫度波動，特別是導(dǎo)致圖像失真 和 平面圖像轉(zhuǎn)變，成為 了 光學(xué)光刻工具對圖像質(zhì)量影響的 一個 關(guān)鍵因素。投影鏡頭 (的 溫度 精度要求一個光刻工具 在接近 制造 一個小于 100 另外 需要 斂 率 快 以降低光刻技術(shù)的所有權(quán)（ 的成本 . 然而，實現(xiàn)這些目標(biāo) 是 一個很大的挑戰(zhàn)，因為加熱器和冷卻器 控制溫度 要求操作遠(yuǎn) 離 否 則其性能 將被它們的 振動和污染 所破壞 。另一個原因是， 包含數(shù)十個鏡頭 ， 會導(dǎo)致幾個小時慣性，所以 并 需要 很長時間去調(diào)整適應(yīng) 。 因此，一個 新的結(jié)構(gòu)和控制算法 是 度 控制的必要和重要部分。 許多溫度控制結(jié)構(gòu) 已經(jīng)被提出了。 著名的經(jīng)典 方法之一是被 廣泛應(yīng)用于 簡單或低精度 溫度控制 系統(tǒng)的 單閉環(huán)回路控制 結(jié)構(gòu) 。當(dāng)被控對象變得更加復(fù) 雜或 產(chǎn)生分布式干擾 時， 串級控制結(jié)構(gòu)（ 的 提出改善 了 精度和收斂 率 。預(yù)測前饋控制結(jié)構(gòu)已被證明具有更好的 滯后 系統(tǒng)性能。另一種有效的方法 ， 并行串級控制結(jié)構(gòu)（ 也 開發(fā)了具有 延遲 分布 式干擾的系統(tǒng) 。但 是 上述使用方法，很難實現(xiàn) 制的 高精確度和 快 收斂 率 。 在此， 本文 提出了一種新的方法，即多 閉 環(huán)溫度控制 系統(tǒng)，含有一個內(nèi)部 文 大致分為四個 部分。 第一部分解釋了一個 遠(yuǎn)程 間接溫度控制 方法的應(yīng)用。 第二部分 是一個 多 閉環(huán)回路 溫度控制結(jié)構(gòu) 的分析。 第三部分，一個雙 進(jìn) 雙出非線性比例積分（ 法 的提出用來提高控制過程的收斂速度和精度。 在文章的最后一 部分 ，對比實驗驗證了系統(tǒng)的有效性 這種顯示 ，最后，給出了 結(jié)論。 2 遠(yuǎn)程間接溫度控制方法 為了防止 震動和污染影響 一個 遠(yuǎn)程 間接溫度控制 的方法被提出來 控制 不同于傳統(tǒng) 的 直接加熱和冷卻控制對象 的方法 ，它 借助于冷卻水和冷卻套間的熱交換使 冷卻水通過長距離管道由 冷卻外殼。 溫度傳感器 、 溫度控制器 、 加熱器 、 冷卻器 和 泵 組成。 它用于 調(diào)節(jié)冷卻水的溫度以達(dá)到需求值 。 圖 1所示 。 理論上，這種方法屬于開 環(huán) 結(jié)構(gòu) 。 除了 他光刻技術(shù) 的部分 ，如晶圓 階段 、 標(biāo)線的階段 、 標(biāo)線交接 、 晶圓移交等， 都在操作時產(chǎn)生熱量 。 卻水還用于 冷卻光刻技術(shù)的其他部 件 。 循環(huán)系統(tǒng) 回收冷卻水 ， 節(jié)省最大能量 ， 是 很必要的。圖 1展示了 包括 離器、 冷卻 套和管道 的循環(huán)系統(tǒng)。從 儲水 中抽出冷卻水 通過管道和 分離器進(jìn)入冷卻套 ，最后通過合成器 、 管道和 冷卻 器流回儲水箱 。 對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的分析 表明了影響 度的 三個 主要因素 ： 干擾多， 遲滯多， 還有 慣性 大 。干擾 多 ，包括冷卻水 溫度波動 ， 質(zhì)之間的熱交換 。冷卻水溫度波動是多種因素造成的，其中包括 勵 溫度 震蕩造成的 非線性 加熱冷卻 ， 管道和周圍氣體之間的熱傳遞 ，以及光刻 工具其他地方產(chǎn)生的 熱量 。 在這個循環(huán)系統(tǒng)中， 冷卻水溫度波動 達(dá)到 最差的情形 。 一個是 當(dāng) 激光穿過透鏡 時，內(nèi)部 輻射和 導(dǎo) 熱 交換 ，另一個是在鏡 頭和內(nèi)部凈化氮 之間的導(dǎo)熱和對流熱交換。至于激光，它的散熱量大概是 15W。 部介質(zhì)之間熱交換 來自兩個方面 ， 一方面來自 一方面來自 但是， 于其復(fù)雜性 ，故 難以計算 。遲滯多 主要包括 熱和冷卻 3秒遲滯，冷卻水交換 3分鐘遲滯，還有 0分鐘 遲滯。 此外， 雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不平衡熱交換，而由于 其體積大導(dǎo)致慣性在和小體積物體相比時，溫度波動較小。 上述分析表明， 僅僅通過開環(huán)結(jié)構(gòu)使 非常難以實 現(xiàn)的。 此外， 在開環(huán)結(jié)構(gòu)中 還有 很大的穩(wěn)態(tài)誤差。在以下部分中，我們將介紹一個提高 并解釋如何提高溫度控制精度和收斂 率 。 3 多閉環(huán)控制 結(jié)構(gòu) 多閉環(huán)溫度控制結(jié)構(gòu)由一個內(nèi)部 連 控制結(jié)構(gòu) 所示。有兩個分別帶有兩個控制器的反饋回路。主要回路 用來控制 成了第二條回路 . 分析這個系統(tǒng)的運(yùn)作質(zhì)量是很容易。如果 度偏離 期望 值 ( 嵌入 主 控制器 中的 控制算法會 通過比較溫度的測量值 算一個新的冷卻水溫度設(shè)定值 （ 。 然后，發(fā)送新的設(shè)定值 度控制器 。 隨后根據(jù)溫度測量 值 對 到溫度達(dá)到新的設(shè)定值。 連續(xù)地給出。 制回路是一個慢控制回路。 快速跟隨主回路設(shè)定值 當(dāng)一個新的 設(shè)定值 需要幾分鐘 時間去調(diào)整 二次回路具有很強(qiáng)的抗內(nèi)部干擾的能力。 此外，還可以減少 對主回路 非線性和 遲滯的影響。 圖 3顯示了 關(guān)于 上述 描述 串級控制系統(tǒng)的控制原理圖。在下面的圖表和方程式， Gt(s)表示加熱器和冷卻器傳遞函數(shù) ,Gp(s)表示管道傳遞函數(shù)， Gl(s)表示 m(s) Gm(s)表示主控制回路傳遞函數(shù)， Gs(s)表示二次控制回路 傳遞函數(shù)。 Hm(s) 表示測量設(shè)備主回路傳遞函數(shù)， Hs(s)表示測量設(shè)備二次回路傳遞函數(shù)。 表示 表示通過管道的冷卻水遲滯 ， 表示 Nt(s) 表示Np(s)表示管道外擾動 ,Nc(s)表示 Nn(s)表示 Rl(s)表示 Rt(s)表示 C1(s)表示 Ct(s)表示 二次回路中的輸入輸出函數(shù)如下所示： 根據(jù)二次回路的穩(wěn)態(tài)，輸出 Ct(s)近似等于輸入 Rt(s)。因此，主回路的輸入輸出函數(shù)可表示如下： 在此 早期的研究表明， h。傳遞函數(shù) G1(s） 為 傳遞函數(shù) Gp(s)為 對于簡單的閉環(huán)系統(tǒng) 容易消除它的穩(wěn)態(tài)誤差。然而，根據(jù)方程式 (2)和（ 3)， 溫度的收斂率從開始到穩(wěn)態(tài)變慢，因為 和 的延遲。而且，很難獲得 為 和 的擾動。在定態(tài)的狀態(tài)之下，由于的作用， 當(dāng)瞬時溫度變動超過冷卻水溫度 ， 的溫度變動超過 ℃。需要幾個控制周期才達(dá)到下一個穩(wěn)定狀態(tài) 。因此介紹 行串聯(lián)控制結(jié)構(gòu) 圖 4是擴(kuò)展的 個圖省略了操作系統(tǒng) ，在系統(tǒng)的框中確定了主要組成環(huán)。與 比較，也有兩個控制環(huán)和兩個控制器。一個是 一個是結(jié)合處冷卻水溫度的副環(huán)。它們之間的不同是主控制對象和副控制對象之間是并行的。 副控制對象的輸出不是主控制對象的輸入。在這個系統(tǒng)中， 控制運(yùn)算法則是主要的控制器根據(jù) 和 之間的偏差決定一個新的冷卻水的最佳溫度值。然后輔助的控制器中的控制運(yùn)算法則依照 和 之間的偏差計算 控制環(huán) 是一個慢的控制環(huán)?？刂骗h(huán) 是一個快速控制環(huán)，它過去一直快速的預(yù)測結(jié)合處的冷卻水最佳溫度值。當(dāng)合處冷卻水的溫度就是最佳溫度。這個最佳溫度將會保存為一個常數(shù)。從擾動抑制的觀點看，根據(jù)前饋控制相同的原則來控制輔助環(huán)。他們之間的不同是擾動必須是可測量的前饋結(jié)構(gòu)，而 圖 5 顯示了上面提到的并行串聯(lián)控制系統(tǒng)的詳細(xì)原理圖。在下面的圖表和方程式中， 代表結(jié)合處冷卻水的傳遞函數(shù)， 代表副控制器的傳遞函數(shù)。代表輔助環(huán)測量裝置的傳遞函數(shù)， 代表結(jié)合處冷卻水的輸入溫度， 代表結(jié)合處冷卻水的輸出溫度。 副環(huán)的輸入輸出的傳遞函數(shù)如下： 在副環(huán)的穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出 和輸入 近似相等。所以主環(huán)的輸入和輸出的傳遞函數(shù)可以簡化為： 比較方程（ 2）（ 3）和（ 7），我們可以得出擾動 和延遲時間常數(shù) 從主環(huán)分離，只有擾動 和延遲時間常數(shù) 仍在主環(huán)內(nèi)。所以輔助環(huán)獲得了物理結(jié)構(gòu)中互相延遲和互相擾動的分離，且隔離了主控制對象的非線性，互相延遲和互相擾動的影響。這種結(jié)構(gòu)也控制器設(shè)計的困難。即使冷卻水有溫度的變 動，他也能通過副控制器補(bǔ)償。因此， 4非線性比例積分算法 為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的收斂率和精確度，一種具有非線性 法的二重輸入和二重輸出智能控制器被設(shè)計出來，如圖六所示。 結(jié)合處冷卻水的溫度偏差 都是控制器的輸入端。控制器的輸出端是 面冷卻水溫度值 和結(jié)合處最佳冷卻水溫度值 。 控制器里嵌有智能算法。它包括兩級且根據(jù)理想的動態(tài)響應(yīng)分為五個控制階段。高級算法決定從我們先前介紹的五個階段中選擇 [10]。非線性 將 在后面的段落中介紹。 考慮到溫度控制系統(tǒng)的相互擾動特點， 因為不同項目將引起高頻率振動和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性誤差。 圖七顯示了非線性 法的原理圖，在接下來的圖表和方程中， 代表 冷卻水的溫度值， 代表結(jié)合處最佳冷卻水的溫度值， 代表 的影響， 代表 制法 對 的影響， 代表 制法 對 的影響， 代表 的影響， 和 代表數(shù)據(jù)融合系數(shù)。 控制算法可以被描述如下： 其中 i=1， 2， j=1， 2， 是基本不相關(guān)的增加的 其中， 代表比例系數(shù)， 代表積分系數(shù)， 代表取樣結(jié)果，和 分別代表在 e（ e（ k）分別代表（ 數(shù)據(jù)混合系數(shù)由已有的規(guī)則得出。詳細(xì)規(guī)則如下： 其中 代表由 代表由 代表由結(jié)合處冷卻水溫度的穩(wěn)態(tài)誤差決定的偏差值， 代表由結(jié)合處冷卻水溫度的暫態(tài)誤差決定的擾動值。 根據(jù)已有的規(guī)則和控制過程的輸入信息，可以獲得十六種不同的算法。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制器可以靈活的選擇任何一種 算法。這不僅能提高算法的適應(yīng)性和收縮率，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和反干擾能力。 5 實驗驗證控制結(jié)構(gòu)與算法 如圖 8所示，建立了一個實驗平臺來驗證該方法的有效性，其中包括一個仿制 度傳感器，溫度測量系統(tǒng)， 程計算機(jī)，隔熱室，光源等。仿制的 實際的 熱室模仿光刻表面隔離熱的作用。用一個 20個溫度傳感器具有高精度的負(fù)溫度系數(shù)， 的校準(zhǔn)精度是用來檢測 的溫度，結(jié)合處冷卻水的溫度和熱隔離室外環(huán)境的溫度 。溫度測量系統(tǒng)由 1590 模型超溫度計和一個具 有 分辨率的掃描器組成。 置了的精確度。工程計算機(jī)上具有智能算法。 用四個實驗來檢測控制系統(tǒng)和算法：（ a）是用開環(huán)結(jié)構(gòu)，（ b）使用具有 c）使用具有 d）使用具有非線性 這些試驗中理想的 2℃，非線性 是 是 是 是 實驗結(jié)果如圖 9所示。圖 9（ a）展示了開環(huán)結(jié)構(gòu)的溫度曲線。正如圖 9所示， 定且沒有達(dá)到 2℃ 系統(tǒng)中存在三個大的穩(wěn)定性誤差，使用閉環(huán)系統(tǒng)是非常必要的。圖 9（ b）顯示了使用閉環(huán)系統(tǒng) 0小時后代到了穩(wěn)定。圖 9（ c）顯示了溫度收斂比圖 9（ b）快，但 9（ d）顯示了具有非線性 只用了 時達(dá)到了 穩(wěn)定。即使外部溫度 在 內(nèi)擺動， 穩(wěn)定性。很明顯新的方法大大的增加了收斂率，精確性和抗干擾能力。 6 結(jié)論 通過使用閉環(huán)交互系統(tǒng)可以提高光刻 過分析和實驗揭示了具有 的 在收斂率，控制精確性，抗干擾能力方面比開環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán) 用于光學(xué)領(lǐng)域生產(chǎn) 100過簡單的改進(jìn)，它也可以控制其他的需要遠(yuǎn)程遙控的非直接溫度控制，尤其是侵入液體的侵入式光刻等復(fù)雜對象的溫度控制。 11223344D B 2016/6/1 E:\ \..\y:755300K,0K,00D)R)0)1)8)9)10)11)12)13)14)15)按鍵電路 02. 5過零檢測04. 加熱負(fù)載驅(qū)動電路05. 蜂鳴器驅(qū)動07. 熱電偶信號處理電路 電池儲能加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力 系統(tǒng)集成 . . 要 風(fēng)力發(fā)電，因其在電網(wǎng)的電網(wǎng)穿透率因而正在覆蓋到世界各地。由于其隨時間變化的性質(zhì)和造成穩(wěn)定性的問題，風(fēng)力發(fā)電是一直波動的，這種弱的互聯(lián)風(fēng)在電網(wǎng)的發(fā)電來源會直接影響電能質(zhì)量和它的可靠性，局部能源庫應(yīng)當(dāng)賠償波動功率和支持加強(qiáng)電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在本文中提出了在電流控制模式下電壓源逆變器 (能，即通過直流總線的電池。風(fēng)力發(fā)電測量出風(fēng)速的變化，并儲存在蓄電池中，這個儲能直流電壓保持在整個剛性總線的電壓源逆變器上，所提出來的方案提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性和維護(hù)單位功率因數(shù)，它也可以運(yùn)行在電力系統(tǒng)的獨立模式 下，在風(fēng)力發(fā)電的功率交換和動態(tài)情況下的負(fù)載是可行的，在普通點耦合時能保持規(guī)范的電能質(zhì)量。它加強(qiáng)了電力系統(tǒng)的薄弱電網(wǎng)部分，在這種控制策略評估動態(tài)條件使用測試模擬系統(tǒng)，結(jié)果通過比較，驗證了控制器的性能。 關(guān)鍵詞 ： 能質(zhì)量； 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。 在最近幾年，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)作為一種干凈的和取之不盡，用之不竭的新能源而備受關(guān)注的，風(fēng)力發(fā)電的普及率已經(jīng)在世界各地持續(xù)增加，電力發(fā)電可再生能源投資的增長速度也正在世界范圍內(nèi)增加，德國大約有 16%的電力來自風(fēng)能， 丹麥也有 12%電力來自風(fēng)能，美國正在計劃產(chǎn)生 20%的來自風(fēng)能的電力，印度是全球第五大風(fēng)能生產(chǎn)國，其在 2009年總風(fēng)電潛力估計為 45195兆瓦，裝機(jī)容量為 10925兆瓦。然而，風(fēng)電場輸出功率是波動的，并且會影響到互聯(lián)電網(wǎng) 。所以這就 需要一些措施來減少輸出波動率并保持在網(wǎng)格的電能質(zhì)量。 已經(jīng)做了很多評估研究試圖減輕風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)有一些基于氫，電容器，電池儲能和超導(dǎo)磁儲能的形成研究。在日本，電池儲能被用于減緩風(fēng)電場穩(wěn)定短期波動輸出的變化，提出了大量的能量儲存為了提供所需設(shè)備去管理風(fēng)電波動，加強(qiáng)風(fēng)力吸收，實現(xiàn)節(jié) 省燃料成本，并減少 放的目的。提出的一種統(tǒng)計方法就是利用兩節(jié)電池儲能，其中風(fēng)力是用于一個充電電池儲存，而另一個是用于放電電池儲存，該控制方法是為電池充電狀態(tài)提出的，靜態(tài)補(bǔ)償器和儲能電池固定速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為電力系統(tǒng)提高了電能質(zhì)量和增加了穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電滲入到電力系統(tǒng) 將會增加對風(fēng)力變速的進(jìn)一步運(yùn)用以容納電力系統(tǒng)的最大功率，因此，它通過今天的電池儲能促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電池儲存能對充電放電快速反應(yīng)，使它在電力系統(tǒng)中作為一個恒定電壓源，當(dāng)風(fēng)速波動，特別是在高輸出低于正常運(yùn)行速度時，電池儲存是有效的，因此，輸出曲線平滑很大程度上取決于電池的儲能能力。 在本文中，該系統(tǒng)在加強(qiáng)電力系統(tǒng)上是高效和經(jīng)濟(jì)。為了驗證該系統(tǒng)的有效性，電池儲存和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了電流電壓源逆變器的控制方式，位置控制器在模擬運(yùn)行是基于瞬時建模的，提出電能儲存的控制 系統(tǒng)有以下目標(biāo)： *在公共耦合總線的單位功率因數(shù) *風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功功率支持和電池負(fù)載 *在電網(wǎng)故障情況下獨自操作 本文結(jié)構(gòu)如下：第 2部分介紹了廣義薄弱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第 3部分給出了系統(tǒng)配置加強(qiáng)了電力系統(tǒng)，第 4 部分提出了數(shù)學(xué)模型，第 5 部分介紹了系統(tǒng)的性能，第 6 部分是結(jié)論總結(jié)。 廣義風(fēng)力發(fā)電機(jī)接口系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中對各側(cè)都有電壓，風(fēng)力發(fā)電機(jī)所連接的總線是電力系統(tǒng)中的一個薄弱節(jié)點，它可以通過阻抗連接到強(qiáng)大的網(wǎng)格上，如圖 在廣義電力系統(tǒng)中，三相電源被對稱地發(fā)送，線電壓與 3 倍相電壓相等，并且總的三相功率恒定，電壓降阻抗可以寫成： 2= 3 （ 1） 其中 2是均方根 (壓， 在公共連接點 （ ，風(fēng)電場和本地負(fù)載也連接起來，風(fēng)力連接的短路功率 Z/1k ? (2) 圖 1 風(fēng)力發(fā)電量的變化通過阻抗 Z 就會引起電流的變化，這些電流的變化又會引起電壓變化。在實踐中，使網(wǎng)絡(luò)連接短路比小于 可以避免的，因為它增加了電壓波動被稱為弱網(wǎng)格。 阻抗 Z=R+遍存在的阻抗諧波為： Z h = R + (3) 其中 就是說，感應(yīng)電抗隨著頻率線性變化。 風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)荷的組合表示為 P+中 P 是有功功率， Q 是無功功率。無功功率則依賴于電壓和電流相位之間的移動，如式 （ 4） ： )PQ(??? (4) 風(fēng)力的無功功率對電壓 些影響依賴于本地負(fù)載和反饋的電網(wǎng)阻抗，因此，在風(fēng)能產(chǎn)生電力系統(tǒng)中使用能量儲存系統(tǒng)去強(qiáng)化弱電網(wǎng)是很有必要的。 3 該儲能加強(qiáng)了風(fēng)力產(chǎn)生的網(wǎng)格在電力系統(tǒng)上配置其工作原理和所述開關(guān)逆變器的控制策略，如圖 2所示： 圖 在這個系統(tǒng)中，電源電流的大小是通過瞬時電流源、功率變換器和負(fù)載來測定的，電池作為一種能源達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的，該風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)被連接到不受控制的整流橋，其輸出電壓為可變直流，并且連接到電池儲存充電。該電池還可以從低需求的電 網(wǎng)中帶電，用于調(diào)峰需求，誤差電流可以在公共耦合點的網(wǎng)格注入電流控制電壓源逆變器。 利用該控制策略去加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖 3所示。 在實施控制策略并入電網(wǎng)系統(tǒng)過程中，直流環(huán)節(jié)需要通過功率變換器連接風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出是通過整流器的第一輪轉(zhuǎn)換，電池儲能系統(tǒng)的（ 直流電壓與參考值連接，它的誤差會被送入比例積分器，比例積分控制器的輸出被乘以一個基準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，因此，可以得到預(yù)期的參考電流 I*際電流可以通過電流傳感器從所需的參考電流檢測和削減出來，使誤差發(fā)送到滯后電流模式控制器生成開關(guān)模式。因此，這種控 制策略在電網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)逆變器中作為一種瞬時脈沖寬度調(diào)制的電流反饋控制方法（ 圖 圖 逆變器運(yùn)行的電流控制模式表現(xiàn)為： )'(L/i)R(?????（ 5） )'(Li/i)R(?????（ 6） )'(L/i)R(????? (7 ) C/)??? (8) 逆變器電壓，，和壓，ii,i 和是逆變器電流，通過和參考電流i*i,*i 和的比較獲得開關(guān)信號，，是實際的源電流，誤差電流ii,i ??? 和被應(yīng)用于滯后控制器，會對開關(guān)電源產(chǎn)生正確的信號，是開關(guān)進(jìn)行開和關(guān)的操作，直到電流超過或者低于有效值。在這種技術(shù)中，一種獨立的比較器用于驅(qū)動逆變器，一個三臂橋逆變器的導(dǎo)通狀態(tài)用三變量邏輯開關(guān)函數(shù)表示，分別是S,S 和。滯后控制器相位 A 反轉(zhuǎn)得到開關(guān)函數(shù) )i(?的特性，這一特性構(gòu)成了所描述的磁滯回線。 2/S2/?? ???? （ 9） 其中， 1'A ?? 和 表示開關(guān)的狀態(tài)。 由于這種開關(guān)函數(shù)，逆變器用電源電流無諧波的方式將電流注入電網(wǎng)中。 注入的電流將會抵消一部分有反應(yīng)性的和高次諧波的負(fù)載電流，從而提高功率因數(shù)，為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，電網(wǎng)檢測并產(chǎn)生電流同步逆變命令，一個三相平衡電壓源在電網(wǎng)上被表示為： )120ts V)120ts V)ts ????????? （ 10） 因此，對于比較的參考電流必須來自源（電網(wǎng)）電壓，這些電流可以表示為： )2 4 0ts 2 0ts Ii)ts ?????? （ 11） 其中 確保了控制電流源是為了看正弦波時電源電壓是否平衡。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲能電池系統(tǒng)是最合適的，因為它可以迅速注入或者吸收無功功率去穩(wěn)定電網(wǎng)，它還以非常快的速度控制這些線路分布和傳輸系統(tǒng)。 風(fēng)力電池發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述如下： 感應(yīng)發(fā)單機(jī)已用風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)，因為它的優(yōu)點就是從變速原動機(jī)發(fā)電，與同等級的其他機(jī)器相比，更適合高速運(yùn)行，便于維護(hù)，降低成本，電壓和頻率控制的電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率表示為： 3? (12) )3?? 是空氣密度， A(通過的渦輪葉片橫掃的區(qū)域，利用所有的風(fēng)能是不可能實現(xiàn)的，因而只能提取一部分的風(fēng)能，被稱為風(fēng)力渦輪功率系數(shù) 下式表示： (13) 其中 ? (14) 這也被稱為 這個系數(shù)可以表示包含速度 ? 和傾角的函數(shù) ? ，它是一個高度非線性的 ? 和 ? 的函數(shù)的功能，如果機(jī)械扭矩 應(yīng)用，可以很方便地生成系統(tǒng)，其中 ? 是計算渦輪轉(zhuǎn)速的。 bi e c hm e c h /? (15) 因此： )V,(fP w bi e c h ?? (16) pw in m e c h ??? (17) 其中， 位是 m/s。 圖 在逆變器中，電容器作為中間元件，減弱了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)如圖 3所示，使用來建模的電容器比電 感更加有效和昂貴。 b)in v(dc)in v(?? （ 18） 其中 C 是電路電容， 形）是整流后的直流測電流， 是逆變器直流側(cè)電流，如圖 5所示。 電池存儲連接到直流電網(wǎng)，由一個電壓源 一個內(nèi)部電阻 表，內(nèi)部電壓隨著電池充電而變化，終端電壓 ? （ 19） 保持足夠的直流鏈接級以滿足電壓逆變器是很有必要的。 （ 20） 到線中性的電壓逆變器電壓，交換頻率是 2輸出頻率是 50 是調(diào)制指數(shù)（ 因此，這個直流線性電路專門為 800V。 直流環(huán)節(jié)電容計算為： C ? （ 21） 在電池儲存的分析系統(tǒng)中，電池的數(shù)學(xué)模型是依賴于系統(tǒng)研究的，電池模型的數(shù)據(jù)目前是作為終端的行為而言：相似的短期模型是將電壓源 一個內(nèi)部電阻 聯(lián)起來研究的。電池的響應(yīng)時間是依賴于它的電氣參數(shù)，實際上的一般使用鉛酸蓄電池。在電池存儲的應(yīng)用上，直流環(huán)節(jié)的設(shè)計上大量的電池串聯(lián)產(chǎn)生所需要的操作電壓。 在電壓源逆變器上，轉(zhuǎn)換器的每個開關(guān)都被表示為一個二進(jìn)制開關(guān)，該電阻的值是無限的，如果開關(guān)是關(guān)閉或者零或者是開啟的，那么該逆變器的輸出電壓方程可以如下書面表示過程： （ 22) 其中 對控制器的滯后型可以推導(dǎo)出逆變器的開關(guān)函數(shù)， B, 一 種從風(fēng)能中提取的電池能量儲存的風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案如圖 2 所示，它是在統(tǒng)集成模塊中模擬出來， 步發(fā)電機(jī)，負(fù)荷模型等，這是已經(jīng)建成的模擬系統(tǒng)，對于給定的系統(tǒng)仿真參數(shù)如表 1 中列出： 表 系統(tǒng)參數(shù) 規(guī)格 電源電壓 三相， 415V， 50源和線性電感 力發(fā)電機(jī)參數(shù)（感應(yīng)參數(shù)） 15015V ， 50=4 ， ， ，均風(fēng)速 5m/s 直流線性參數(shù) 直流線性電壓 800v， C=5 F? 整流橋參數(shù) 緩沖電阻 R=100? ， ， C=1 F? 逆變器參數(shù) 備，三臂橋類型 額定電壓： 1200V；正向電流： 50A；柵級電壓 +/遲開啟時間： 70遲關(guān)閉時間： 400耗 300W 電池存儲 直流電壓： 800v 接口變壓器 415 / 荷參數(shù) 三相 415v，非線性負(fù)荷 負(fù)載被認(rèn)為是一個非線性負(fù)載的系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)的性能是為了改善電能質(zhì)量而進(jìn)行觀察，以及當(dāng)電源不可用時可以支持負(fù)載。這個逆變器開關(guān)打開時間是 源電流是 載電流是 變器的電流測量和無逆變控制器電路也在單機(jī)運(yùn)行模式中，從電源提供的電流是正弦，諧波等形式，該控制器系統(tǒng)如圖 6（ a）所示，系統(tǒng)負(fù)載電流如圖 6（ b） ，從逆變器注入的供電電流如圖 6（ c），間隔時間，負(fù)載電流將會是電源電流和逆變器電流相加。電網(wǎng)故障時間在 t=源電壓不可用，因此逆變器將會支持負(fù)載和利用風(fēng)能發(fā)電機(jī)電池儲能系統(tǒng)作為一個獨立模式。 圖 a），源電流（ b），負(fù)載電流（ c）逆變器電流 圖 a），直流電壓（ b），風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流電流 （ c） 電池供應(yīng)電流（ d），充電電容放電 驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量和在直流線性電路上提供一個非控制接口，可變速感應(yīng)輸出發(fā)電機(jī)是速度依賴性的，將轉(zhuǎn)換輸出為直流電壓是很有必要的，直流環(huán)節(jié)電壓如圖 7（ a）所示，為了從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)換成實用的電力，產(chǎn)生的電力供給電池充電整 流器，這種控制策略保持了恒定的直流電壓的直流環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電流如圖 7（ b）所示，電池電流提供的電流如圖 7; （ c）顯示，充電和直流放電電容器如圖 7; （ d） 在模擬系統(tǒng)上放電深度是不考慮的。 力發(fā)電機(jī)的性能 感應(yīng)發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)是通過直流環(huán)節(jié)來進(jìn)行電力轉(zhuǎn)移的，風(fēng)力渦輪機(jī)是在 5m/s 風(fēng)速時操作產(chǎn)生的，電流和電壓分別顯示在圖 8的（ a）和（ b）中。 比例積分控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)，并且它的響應(yīng)速度時極快的，它糾正了測量變量和期望設(shè)定值之間的誤差， 確定反應(yīng)的電流誤差， 確定反應(yīng)的最近的誤差之和， 制器用來增加超調(diào)量的變化，沉降時間消除了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，模擬的傳遞函數(shù)為： （ 23） 控制器的性能如圖 9 所示，這是用于穩(wěn)定在分布式電網(wǎng)的電壓，電源電流保持與電源電壓同步，這表明了常見的耦合觀點上的功率因數(shù)，它滿足了電能質(zhì)量規(guī)范，同相電流源和電壓源的結(jié)果如圖 10所示。 圖 （ a） 三相電壓（ b）三相電流 圖 操作前后的電流波形可以分析電能質(zhì)量測量，傅里葉表示的波形分析是無需系統(tǒng)控制器，電源電流信號的總的諧波失真（ 圖 11（ a）所示，測量的 它的諧波順序如圖 11（ b）表示。 當(dāng)控制器是在開啟狀態(tài)時，在常見耦合下可以觀察電能質(zhì)量改進(jìn)，在操作中逆變器的放置和電源電流的波形如圖 12（ a），快速的傅里葉變換如圖 12（ b）所示。結(jié)果表明 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)已經(jīng)得到了大大的提高，無逆變控制器和國際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表 2所示。 圖 圖 a）源電流和電流源的 a）源電流和電流源的 表 電流源諧波階 F 3 5 7 9 11 控制器 2 10 制器 際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn) 3 在電力系統(tǒng)中的加強(qiáng)風(fēng)力能源儲存方案不僅能改善電能質(zhì)量還支持實際的無功功率負(fù)載。 本文提出了風(fēng)能提取方案與接口的電池儲能系統(tǒng)的有功和無功功率的交換電流控制模式去支持負(fù)載功率，滯環(huán)電流控制器是用來產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號的這樣一種方式，它將注入電流分布系統(tǒng)。該方案保持的單位功率因數(shù)和諧波源電流是在分布式網(wǎng)絡(luò)共同連接的，風(fēng)力發(fā)電的交換是在直流母線的能量儲存和提供的穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)節(jié)的，這也使得在負(fù)載的瞬時需求中得到實際的潮流，這些建議是控制系統(tǒng)適用于快速注射或者吸收無功 /實際電力系統(tǒng)的功率流，電池能量儲存系統(tǒng)提供了快速的響應(yīng)，提高了風(fēng)電波動輸出下的性能，并且也提高了電壓穩(wěn)定性，該方案提供了一個選擇， 在可利用的風(fēng)能中選擇最經(jīng)濟(jì)的實際負(fù)載功率，電池、傳統(tǒng)的資源和系統(tǒng)支持去加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的規(guī)范。