大功率交流电子负载的研究

论文题目: 大功率交流电子负载的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电力系统及其自动化

作者: 潘诗锋

导师: 赵剑锋

关键词: 交流电子负载,能量反馈,电力电子,电力系统动模试验,整流器,滞环电流控制,数值方法,智能功率模块

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 交流电子负载是可以模拟传统真实阻抗负载的电力电子装置,它能模拟一个固定或变化的负载,甚至将试验的电能反馈回电网,其设计初衷是用于交流电源的放电试验。目前,国内外对于交流电子负载的研究目标主要在于使交流电源按照一定的平均有功、无功放电和试验电能的反馈,但电源的输出电流都存在较大的畸变,与真实阻抗负载下的电流有很大差别;而市场上存在的交流电子负载产品虽然可以精确控制电源的放电电流而取得和真实负载完全一样的试验效果,但功率不够大,且试验中能量被完全消耗掉,造成很大的浪费。由于这两类电子负载存在的上述缺点,因而应用范围也仅限于交流电源的试验,且试验效果不够理想。本文研究的新型交流电子负载克服了上述电子负载的缺点,既能够精确控制电源放电电流又能将试验能量反馈,且功率较大。它在输入侧可以完全等效于真实负载,且可以灵活连续调节,论文中提出将其应用于电力系统动模试验中,模拟线路阻抗和负荷及其各种变化,如短路,断线,负荷突变等,可以大大提高动模试验的灵活性、可靠性和自动化程度,同时缩短试验的时间,降低试验的成本。论文首先分析和确定了采用中间直流环节的交直交主电路结构,并用PWM整流器构成输入整流器和输出逆变器;其次,分析和确定了采用基于双极性调制的滞环PWM电流控制作为控制方式;然后,重点讨论了电子负载的恒定阻抗和恒定电流两种工作模式的实现方法,给出了这两种模式下整流环节和逆变环节的控制策略和参考电流的获取算法,其中在恒定阻抗模式下提出的对原电路方程进行数值解而获得整流环节参考电流的方法具有准确、实时、动态响应快的特点。在恒定阻抗模式下可以模拟阻感性负载、纯阻性负载和阻容性负载,而在恒定电流模式下可以实现电流的四象限控制。采用PSCAD/EMTDC对所提出的控制策略和方法进行数字仿真,仿真结果表明电子负载能可靠模拟稳定的阻抗或电流,也可以模拟突变的阻抗或电流,当电源电压不稳时,电子负载也能始终维持在设定值上,实现了恒定阻抗和恒定电流这两种工作模式。由于电子负载具有很好的动态性能,论文中提出将其应用于电力系统动模试验中,替代传统动模试验中模拟线路阻抗的电抗器和模拟负载的电阻器等,论文中对电子负载模拟电力系统短路故障进行了仿真,仿真结果与实际短路故障仿真结果完全一致。之后,论文中推导了电子负载直流电压低频分量和开关频率的表达式并为试验样机的设计提供依据。在理论研究与仿真研究的基础上研制了试验样机,其中采用智能功率模块构成开关电路,采用DSP作为核心控制器,并编写了控制软件。实验结果表明论文提出的控制方法和策略是有效的,所设计的电子负载达到了预期设计功能。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

1.1 电源试验方式的介绍

1.1.1 传统电源试验方式存在的问题

1.1.2 采用变压器调节的能量反馈式电源试验装置

1.1.3 基于电力电子技术的电子负载

1.2 直流电子负载的研究现状

1.3 交流电子负载的研究现状

1.4 本文的研究目的和内容

1.5 仿真工具简介

第二章 交流电子负载的拓扑结构

2.1 交－交变换器拓扑结构的选择

2.2 输入、输出变换器的选择

第三章 交流电子负载的控制方式

3.1 控制方式综述

3.2 滞环PWM电流控制的基本原理

3.3 采用双极性调制的VSR滞环PWM电流控制

3.4 采用单极性调制的VSR滞环PWM电流控制

3.5 双极性调制与单极性调制的比较

第四章 交流电子负载的控制策略

4.1 基本控制策略

4.2 恒定阻抗模式下参考电流的获得

4.2.1 参考电流i_2*的获得

4.2.2 参考电流i_4*的获得

4.3 恒定电流模式下参考电流的获得

4.3.1 参考电流i_2*的获得

4.3.2 参考电流i_4*的获得

4.4 软件仿真

4.4.1 稳态算例仿真

4.4.2 动态算例仿真

4.4.3 电子负载在电力系统动模试验中的应用

第五章 直流电压及开关频率的分析

5.1 电子负载的直流电压分析

5.1.1 单VSR整流运行时的直流电压分析

5.1.2 无滤波电容的电子负载直流电压分析

5.1.3 带滤波电容的交直交结构

5.2 电子负载的开关频率分析

5.2.1 输入VSR的开关频率分析

5.2.2 输出VSR的开关频率分析

第六章 试验样机设计

6.1 硬件设计

6.1.1 微处理器电路

6.1.2 功率模块电路

6.1.3 信号检测电路

6.1.4 触发驱动电路

6.1.5 保护电路

6.1.6 滤波电路

6.1.6.1 滤波电感的设计

6.1.6.2 滤波电容的设计

6.1.7 直流电容

6.2 软件设计

6.3 实验波形

第七章 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者简介

基本情况

简历

课程学习

参与课题和项目

发表论文

专利

致谢

详细摘要

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发布时间: 2007-06-11

参考文献

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