基于DSP的串并联补偿型UPS电源技术的研究

论文摘要

不间断电源(UPS)广泛应用在消防、建筑、通讯、电力以及交通等各行各业。它有两个基本作用;第一,停电时,通过DC/AC变换,把蓄电池的直流电逆变为交流电,为用电设备继续提供不间断交流电源,第二,在电网和用电设备之间加一道隔离网,避免两者之间的相互冲击和干扰。正是由于这种双重功能,UPS近年来得到飞速发展,出现了很多新兴技术和发展趋势。其中有两个发展趋势尤为引人注目;第一,串并联电路拓朴结构即Delta变换技术,远优于目前的单独的串联或并联;第二,信号处理控制技术(DSP),无论从实时性、还是从精度和可靠性方面比较,都远优于现有的控制技术。论文首先分析了UPS的作用、以及当前国内外发展趋势,提出了本课题的主要研究内容及研究方法,接下来描述了UPS的分类及串并联UPS电路结构的特点、工作原理,综合比较各种控制策略,提出了重复控制的UPS控制策略;基于前面优点提出了以DSP作为控制核心来实现这一电路的设计方案,主要工作包括整体控制方案框图(包括各个部分作用及相关的硬件平台)、软件设计(主要包括锁相环设计、PWM信号的产生、RS485通信程序的设计),软件部分设计是采用TI公司的TMS320LF2407A数字信号处理器(DSP)作为信号处理器件,完成了软件的设计,通过实验获得了控制信号触发脉冲(PWM)。最后对于系统可能出现的干扰,描述相关的抗干扰设计。本文设计的UPS电路结构采用串并联型补偿式电路结构、控制策略采用基于DSP芯片的UPS。它既保留了其全部在线功能和输出电压高质量,又使得它的很多关键性能指标得到改善。它不仅消除了对电网的污染,更重要的是它的输出能力高、可靠性强,是一个极有开发前景的技术方案。采用DSP控制技术的串并联型UPS在我国的推广应用也必将给我国电力工业带来巨大的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 本课题研究内容
• 第二章 UPS的工作原理
• 2.1 UPS的分类
• 2.1.1 被动后备式（passive standby）
• 2.1.2 在线互动式（line-interactive）
• 2.1.3 双变换式（double conversion）
• 2.2 串并联补偿型UPS的工作原理
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 高频双向变换器的工作原理和电压补偿功能
• 2.3 串并联补偿型UPS的特点
• 2.3.1 与传统UPS在电路组成和结构上的区别
• 2.3.2 串并联补偿型UPS所能达到的指标
• 2.3.3 不同类型的UPS对市电电网及负载的适应能力
• 第三章 逆变器控制策略研究
• 3.1 逆变器控制方法
• 3.2 重复控制算法的研究
• 3.2.1 重复控制的基本原理
• 3.2.2 稳定性分析
• 3.2.3 收敛性分析
• 3.3 结果分析
• 第四章 系统的总体设计
• 4.1 DSP芯片简介
• 4.2 DSP控制电路
• 4.3 硬件平台
• 第五章 控制系统软件设计
• 5.1 控制软件设计基本思想
• 5.1.1 采样周期及各子程序执行时旅安排
• 5.1.2 中断优先级
• 5.1.3 主程序流程图
• 5.2 系统控制程序的实现
• 5.2.1 定点运算
• 5.2.2 数字锁相环
• 5.2.3 PWM信号的产生
• 5.2.4 RS-485通信程序设计
• 5.3 软件调试应注意的问题
• 5.4 实验结果
• 第6章 系统抗干扰设计
• 6.1 PCB抗干扰措施
• 6.2 硬件抗干扰措施
• 6.3 软件抗干扰
• 第七章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 参考文献