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本发明公开了一种前馈式无源噪声整形逐次逼近型模数转换器，本发明的噪声整形SARADC采用了无源滤波器电路结构，避免使用多输入的比较器，减小了比较器的热噪声和回踢噪声，并且DAC电容和余量电容在余量采集时没有电荷分享，不需要有源电路从而减小了功耗、同时针对该噪声整形ADC带宽较低，应用场合是采集转换生物信号或温度信号等缓慢变化或静息期较长的信号，所以在SAR逻辑电路还采用了低位优先判别的逻辑结构，进一步减少功耗和转换周期。

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电能是人类生活最基本的需求之一。在过去的几十年中，诸如不间断电源、变速 电动机、个人计算机、电视、移动电话和许多其他类似的设备的应用已经得到了长足 的进步。然而，这些设备大都具有非线性特性并且会产生谐波电流，而谐波电会产生 额外的损耗，从而降低系统电能质量以及其他危害。就电能质量而言，可以更广泛的 描述诸如畸变，相位不平衡，线路中断，幅度变化，频率变化，闪烁和瞬变等。此外， 研究发现母线电压畸变对电能质量的影响同时存在于设备级和系统级层面。 因此， 检测并减轻电流谐波使损耗最小化并为客户提供高质量的电源是非常切实和必要的。 为了控制由非线性负荷引起的电能质量污染，许多机构已经颁布了相应的标准。 其中IEEE 519 是适用最为广泛的标准，而IEC 61000-3-2 和IEC 61000-3-4 相应较少。 为满足上述标准，通常会接入针对谐波的滤波设备。在早期，无源滤波器被用来治理 较为简单的谐波污染情况，但是固有限制和一些其他的缺点，历经各种研究而衍生出 了有源电力滤波器（APF）。并联型有源电力滤波器（SAPF）是此类别中使用最为广 泛的滤波器之一。此类滤波器不仅在降低谐波对电能质量的污染上符合上述相关标准， 而且平衡了负荷从网侧吸收的电流，从而有助于减小中性点电流，通过引入这类装备， 有效改善了母线的电能质量，减轻谐波和不平衡负载所产生的源电流的影响。 本文主要以减轻谐波和不平衡负载对母线电能质量的影响为目的，通过研究将 IEEE 519 标准中描述的总谐波畸变率（THD）维持在5%以下，论文主要以三相四线 制电力系统为背景，有源电力滤波器采用SAPF 拓扑、逆变器采用6 个IGBT 构成3 个桥臂，直流侧采用分裂电容式结构；以MATLAB R16 / Simulink 作为仿真平台进行 相关验证。仿真结果来看，该控制体系在不同类型的非线性不平衡负载变化时能成功 地将THD 维持在指定值以下，并且在相位有误时平衡源侧输出电流，而流过中性点 的电流也被成功降到10A 以下，有功功率在达到20kW 时，平均无功功率也低于 1kVAR。

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并联型有源电力滤波器（SAPF） 电能质量 源侧电流平衡 总谐波畸变率（THD）

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现代通信系统的不断发展，尤其是移动通信和雷达，使得滤波器在微波射频电路 系统中占据越来越重要的地位。同时，频段应用的多样化，使得多频可调滤波器也被 广泛研究。 但是，目前的多频可调滤波器存在截止频率不连续可调、调谐率低、功耗 大、工艺复杂、一致性差等问题，因此亟待开发一种截止频率连续可调、结构简单、 功耗低、一致性好的可调滤波器，以满足射频可调滤波器的发展需求。本文首先基于 多铁性复合材料制备了具有高调谐率的可调电感； 并以可调电感为核心元件设计制备 多种无源可调滤波器，该滤波器具有截止频率可连续调谐且调谐率极高的特点。 首先， 以 Metglas/PMN-PT 多铁性磁电复合材料为磁芯设计制备了多种可调电感， 实现了具有良好的调谐率、较高的品质因数及稳定的可重复性，其调谐率在 10kHz， 500kHz， 1MHz 分别高达 250%， 150%和 120%，品质因数最高可达 10 以上。 此外， 以 Metglas/(011)PMN-PT 多铁性复合材料研制的可调电感还展现出了非易失性， 在 10kHz 和 1MHz 分别有高达 250%和 120%的非易失性调谐率。 这种非易失性操控源自电压调 控应变介导的面内磁弹各向异性， PMN-PT 面内非 180° 畴翻转引起的晶格变化使得其 具有巨大的非易失性调谐率。 其次，基于可调电感设计制备了一系列的可调无源滤波器原型器件， 实现了截止 频率连续可调， 和较高的调谐率。 其中高通滤波器在传递函数为 30%的临界点具有 240% 的调谐率， 低通滤波器在传递函数为 40%时调谐率可达 36.4%；对于串联带阻滤波器， 其中心频率获得了 44.4%的调谐率，而串联带通滤波器则有 32.9%，且其调谐部分主要 在高频端； 并联带通滤波器其中心频率调谐 11.9%，而并联带阻滤波器调谐 19.9%；验 证了滤波器可调特性。 总之，基于多铁性磁电复合材料可调电感具有结构简单、 调谐率高、能耗低的优 点， 而基于此可调电感设计的可调滤波器表现出了截止频率连续可调、 调谐率高、 结构 简单的特点。本论文研究拓展了多铁性磁电复合材料在信息通讯领域的应用，为电可 调集成铁性器件的应用开发奠定了基础。

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磁电耦合效应 多铁性复合材料 非易失性 可调电感 可调滤波器

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电力电子高频设备引入的电磁干扰（EMI）严重影响电网及其它电子电子设备的正常运行，所以降低电子设备的电磁干扰，研究高频电子设备的兼容性对净化电网，提高工业效率，增强电子设备的可靠性显得极其必要。基于氮化镓（GaN）器件的LLC谐振变换器以高频高效低损的特性被广泛应用于DC-DC变换器中, GaN晶体管的开关速度比Si器件快很多且没有反向恢复损耗，开关损耗较小，可在保证效率的前提下进一步提高 LLC 的工作频率，进而提高功率密度。但是LLC谐振变换器快速的电压跳变点会在分布电容与杂散电感上产生强烈的电磁干扰，同时，GaN器件也会相对Si器件引入更强的电磁干扰。 针对这一问题，本文首先研究了LLC谐振变换器的EMI机理，EMI仿真建模；在此基础上，进行了无源EMI滤波器的仿真分析与设计，有源EMI滤波器的仿真分析与设计。并且这两种EMI抑制思路也同样适用于其他的高频DC-DC电路。本文的研究内容主要如下： 本文通过研究GaN器件的开关特性和LLC电路, 分析了GaN器件开关过程的EMI特性，LLC电路的EMI传导路径，以及提出了基于GaN的LLC电路的简化仿真模型和开关器件仿真模型。在此基础上，研究了电路中寄生电容与回路寄生电感对LLC的EMI影响。 其次，本文提出了无源和有源EMI滤波器的设计方法，并通过PSpice软件进行了各个滤波器拓扑的仿真，通过仿真结果对比以及理论分析，本文采用屏蔽接地的CLC型拓扑来设计无源EMI滤波器，采用反馈型互感器采样-电容补偿的拓扑来设计有源EMI滤波器。 最后，搭建了EMI测试平台，并且基于1MHz的LLC谐振变换器分别搭建了无源滤波器与有源滤波器的硬件电路。通过滤波前后对比，无源滤波器在1MHz时插损为43dB左右，在全频段内有很好的滤波效果；有源滤波器在1MHz时的差损为39dB，在3MHz以上的插损约为10dB。

Keyword ：

EMI滤波器 LLC谐振变换器 氮化镓晶体管 电磁干扰

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柔性直流输电（HVDC Flexible），也称为电压源型直流输电（Voltage Source Converter HVDC），是上世纪90年代后期发展起来的一种直流输电技术。柔性直流输电可以方便地构建多端直流系统、各个换流站不用通讯、可供电给无源网络、可以独立地解耦控制无功和有功。在如今投入使用的柔性直流输电现有工程中，其换流器拓扑结构主要包括：模块化多电平（MMC ）、三相三电平及三相二电平。其中模块化多电平变流器（ MMC）产生于 年。对于低电平VSC 较高的开关频率、离不开无源滤波器、电压等级不高、输出电压谐波成分多等劣势，该技术很好地克服上述缺陷，并且具有可扩展性强,容易实现冗余控制等优势，因此十分适用于柔性直流输电系统中。 本文主要研究基于MMC技术的柔性直流输电系统仿真建模和故障情况下的运行特性及保护方案配置。首先介绍柔性直流输电主流的几种拓扑结构和相关的调制技术，通过分析比较三种调制技术技术特点，结合仿真研究的实际情况，确定了仿真研究采用的调制方式；接着描述了基于MMC技术的柔性直流输电常用的几种控制方式；在此基础上，在RSCAD上进行子模块自定义模型建模和柔直背靠背系统控制仿真建模，通过稳态运行和动态响应等试验验证了模型的正确性，并进一步研究基于MMC技术的柔性直流输电系统在不同工况下的暂态运行特性。 基于以上的理论研究，本文配置了基于MMC柔性直流输电的保护方案，对其保护策略进行了详细的阐述。按照上述保护方案进行配置的换流站保护和阀保护设备在RTDS上进行了动模试验，验证所配置的柔性直流输电保护方案的正确性和可行性。仿真试验结果表明：所配置的柔性直流输电保护系统动作正确有效，可以为柔性直流输电系统保护设备研发和动模试验提供参考。

Keyword ：

保护系统 仿真 模块化多电平 柔性直流输电

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提出了一种由无源滤波器(PF)、串联有源滤波器(SAF)和并联有源滤波器(PAF)组成的新型混合有源滤波器,通过三种滤波器投入开关可以进行工作模式的选择,使此新型有源滤波器能应用于各种工业场合.采用了一种能在电网电压不平衡或畸变时准确检测出基波正序有功电流和和负序电流的检测算法,使新型有源滤波器在系统不平衡时也能进行滤波和基波正序无功电流和负序电流补偿.基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所用检测方法的有效性,此种有源滤波器具有较好的滤波性能和动态不平衡电流补偿能力.

Keyword ：

单位功率因数 工作模式 校正 有源滤波器

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电磁兼容问题已成为电力电子电路研究的一个热点，特别是在DC-DC开关电源中。因为DC-DC开关电源中的开关器件在高速通断的瞬间，电压和电流的快速跳变将分别在分布电容和杂散电感上产生强烈的电磁干扰，并且随着电力电子设备的开关频率不断提高，由此产生的电磁噪声日益严重。这些噪声不仅会污染电网，也会影响到周围的敏感电子设备。传统的办法是在电路中加入无源滤波器，然而这不仅导致无源滤波器的体积、重量大、高频性能下降的问题，同时也增大了损耗。 针对这一问题，本文设计了有源EMI滤波器，抑制DC-DC变换电路的差模和共模传导干扰。本文受国家自然科学基金资助，项目编号51277145。本文研究主要的内容如下： 分析DC-DC全桥变换器的差共模传导干扰产生的原因及其传播途径，获得了DC-DC全桥变换电路的简化共模和差模模型。该简化模型为定性分析和研究DC-DC全桥变换电路的传导电磁干扰特性提供了较为直观手段。 通过分析噪声源阻抗、被干扰设备阻抗以及滤波器结构与插入损耗的关系，获得了选取无源滤波器以及有源滤波器结构的方法。 根据有源滤波器的原理，以及DC-DC变换器噪声源特点，设计了抑制DC-DC电路传导干扰的差模和共模滤波器。最后，差模滤波器和共模滤波器均采用无源滤波器和有源滤波器混合的方案，详述了滤波器的设计并对滤波器性能进行了仿真验证。 根据电磁兼容标准CISPR22搭建了测试平台，分别对差模滤波器和共模滤波器的性能进行了测试，验证了所设计的滤波器的可行性和有效性。 本文通过仿真分析和实验验证，表明所设计的滤波器可以对CISPR22规定的150kHz-30MHz频段内的传导干扰实现大幅衰减，满足电磁兼容标准。此类滤波器对DC-DC开关电源的电磁干扰可以达到很好的抑制效果。

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DC-DC开关电源差模滤波器共模滤波器有源滤波器电磁兼容

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我国风力资源丰富，具有大力开发风能的天然条件。然而风能资源分布的地域差异决定了风电必然要经过远距离的传输。如何挖掘输电走廊的潜力，提高风能资源利用率，是一个很有现实意义的研究课题。分频输电采用低频对电能进行传输，缩短了电源和负荷之间的电气距离，因此能在不改变输电走廊构架的情况下能成倍提高线路的输送功率极限。采用分频输电技术的分频风电系统也必然能将偏远地区的风能输送到负荷中心，是一种非常适合风力发电的大容量、远距离输电方式。本文对风能经12脉波交交变频器接入系统的构想进行了深入的实验研究，主要成果如下：1）本文建立了第一套基于12脉波交交变频器的分频风电系统动模仿真物理模型，设计并搭建了从低频发电机、输电线路、交交变频器到工频电力系统的各个主要部分，该系统用500V、20kW的试验规模对500kV、2000MW的实际分频风电系统进行了模拟。与交流传动领域所不同的是，在分频输电系统中，交交变频器利用有源逆变的机理，把发电机发出的低频电力送入工频电力系统，实现了功率的逆向传送。同时，针对风力发电的特点，本文提出了交交变频器主电路各电气元件的选型依据，并对换流变压器、晶闸管等主要电气元件进行了选型。根据分频风电系统运行方式的需要，计算了换流变压器的变比，同时考虑到换流变压器漏抗等因素的影响，设置了8组分接头以便于调试。最后，提出了以二阶电路不发生振荡的条件为依据选择晶闸管RC支路参数的新方法。2）根据分频风电系统的特点设计并开发了一套全新的控制系统。该系统充分考虑了分频风电系统低频侧频率可调的特性，实现了相控式交交变频器正确、稳定的工作。首先，本文提出了一种能准确生成交交变频器触发脉冲的多指针法。该方法基于基本的余弦交点法，利用多个指针查表的方式，根据各个晶闸管对应的同步电压信号与调制电压信号的交点，实时准确地判断出脉冲触发时刻。其次，根据多指针法设计了交交变频器控制系统的多DSP+CPLD全数字硬件组成结构，同时，通过软件编程实现了低频侧的电压幅值和频率的实时调节，使其更符合分频风电的实际需求。本文给出了该控制系统的硬件框图和软件流程图，并对每部分的组成结构进行了详细介绍。3）在动模环境下对分频风电系统特性进行了细致的实验研究。首先，对系统的各个组成环节进行了一系列的测试，主要包括：晶闸管触发电路实验、换流变压器铁芯形式测试实验、晶闸管阻容吸收支路参数实验、零电流检测和逻辑无环流实验、中性点接地方式实验。测试结果表明：脉冲生成的多指针算法能够满足分频输电系统低频侧频率实时可调的要求，触发电路生成的脉冲能够正常触发晶闸管，符合触发电路的技术要求。而通过设置合理死区时间，零电流检测电路和逻辑无环流电路工作正常，交交变频器换组更加平稳，大大降低了输出电流非特征畸变。根据本文提出的选型依据选出的阻容支路参数可使晶闸管换相过程更加顺畅。其次，在满载情况下对分频风电系统进行了整体测试，实验结果表明：本文所设计的交交变频器能够顺利实现两侧系统的并网和解列，并网时的冲击电流远小于额定电流。同时，由于采用分频方式，其传输容量比工频方式提高了2.5倍左右。实验中，对交交变频器效率、工频侧电流谐波、低频侧电压谐波进行了FFT分析，其研究表明本文所设计的交交变频器完全符合工程实际需要。4）对分频风电的谐波抑制策略进行了探讨。本文首先分析了分频风电系统的谐波分布特点及变化规律，研究结果表明：传统的无源滤波器无法满足分频系统滤波要求，建议在工频侧采用有源滤波装置对电流谐波进行抑制。然后利用仿真软件对有源滤波器在分频风电系统的谐波抑制效果进行了评估。仿真结果表明：有源滤波器能适用于分频风电系统，使得工频侧电流谐波含量大大减小。5）设计了中广核某分频风电示范工程所使用的12脉波交交变频器主电路，并提出了该工程的控制系统构架。在示范工程中，采用串联12脉波交交变频器实现风场与电网的连接。根根据现场要求对变频器配套的开关、互感器、避雷器和工频侧有源滤波器进行了配置。同时，对晶闸管和换流变压器进行了参数设计，并根据设计结果，选择了换流变压器的容量和变比；计算出了示范工程所需晶闸管的最少数目。最后，设计了适用于分频风电示范工程的冗余控制系统，该系统以高性能数字芯片为核心，利用高性能ASIC的DSP内核实现多指针脉冲生成算法，并通过通讯接口实现与上层控制系统之间的数据交换。采用Xilinx公司XC5VLX110T型高性能FPGA芯片的分频风电控制系统，不但可满足示范工程的要求，还更有利于知识产权的保护。

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风力发电交交变频器动模实验分频输电

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综合考虑滤波装置的总费用、谐波电压畸变率和谐波电流残留率等设计目标,提出一种基于改进多目标粒子群算法的无源滤波器优化设计新方法.改进了传统的粒子群算法,引入快速排序法构造非支配集、精英集归档技术和拥挤度算子概念,提高了算法的寻优速度和精度.最后通过对具体工程算例的计算,表明了该方法的优越性和有效性.

Keyword ：

多目标优化 粒子群算法 无源滤波器 谐波抑制

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本文是根据校企合作项目“电法测量数据采集系统”展开的。整个系统分为数据采集、DSP主控、ARM上位机三大环节。本文完成的主要任务为电法测量仪中的低频数据采集系统的研制，包括硬件设计、软件设计、实验测试三个部分。在硬件设计中，以等效输入噪声小于0.5μVrms为主要设计目标，从器件选型、电路结构、电源设计、PCB设计等关键环节入手，以电路板级噪声计算为理论依据，设计并实现了4通道磁道+4通道电道数据采集系统。磁道主放大器采用CS3301A实现，模数转换采用24位&#8710Σ型的CS5372A+CS5376A套片实现。采用无源滤波器实现抗混叠滤波。为克服电道传感器引入的极化电压，并实现800Hz的上限截止频率，在磁道的主放大器和ADC基础上，引入了DAC去极化补偿电路、二阶有源低通滤波器。这两部分电路都选用具有低噪声、低失调电压的OPA227作为核心放大器，实现了设计要求的功能，且保证了噪声指标。采用多组低纹波LDO实现电源供给；采用数字隔离芯片实现了数据采集板与DSP主控板的隔离；采用4层电路板及合理的布局、布线设计，进一步保证低噪性能。以MSP430F5438作为数据采集系统的底层控制，实现了采集/扫频控制、增益控制、去极化补偿、ADC配置、与DSP主控板的通信等功能。论文的软件设计分为两部分：底层单片机软件和后期数据处理的Matlab软件。按照合同要求，对所设计的8通道低频数据采集系统进行了功能和指标测试。功能测试结果表明，施工采集、扫频测试、去极化补偿等全部功能均已实现；指标测试结果表明，噪声、串音等指标均满足设计要求。其中，噪声指标设计要求为等效输入噪声小于0.5&microVrms，实测电道等效输入噪声为0.4513&microVrms，磁道为0.170&microVrms，优于设计指标。

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数据采集数字滤波器低噪声

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