串并联补偿式UPS实验平台的设计与实现

论文摘要

三相桥PWM AC/DC变流器是现代电力电子技术应用中最基本、最重要、应用最广泛的一种电力电子拓扑结构,而由两个三相桥PWM变流器组成的双三相桥PWM电路,配以合适的控制,可以适用于发电、输电、配电以及用户等多个环节,在现代各类高水平的电力电子变换系统和补偿控制系统中得到了越来越广泛的应用。本文以双三相桥电路组成的串并联补偿式UPS为研究对象,以电能质量控制为研究目的,分析了串并联补偿式UPS变换器的工作原理、控制基础、电路设计等问题。在实际设计中,采用了直接控制策略对系统进行控制(即将串联变换器部分控制为标准正弦电流源,将并联变换器部分控制为标准正弦电压源)以达到改善电能质量的控制目的。从被控为标准正弦电压源的并联部分出发,建立三相电压源逆变器在abc三相静止坐标、dq两相旋转坐标下的数学模型,并通过坐标变换实现三相电压源逆变器在d、q轴下独立控制,简化了控制器的设计。在并联部分MATLAB仿真的基础上,对设计出的实际电路在不同工况条件下进行实验检验和分析,验证并联部分作为标准电压源运行的可行性。接着从串联部分出发,同样建立串联变换器在abc三相静止坐标、dq两相旋转坐标下的数学模型,并通过坐标变换实现串联变换器在d、q轴下独立控制。以标准三相电压源代替并联变换器与串联变换器进行联调仿真,在仿真的基础上,对设计出的实际电路在不同工况条件下进行实验检验和分析,验证串并联补偿式UPS作为电能质量调节控制器的可行性。总结串并联补偿式UPS实验装置的设计过程,包括系统整体的硬件设计和以TMS320LF2407 DSP为核心的控制部分软件设计,在不同工况下进行实验研究。实验结果表明串并联补偿式UPS系统能够达到电能质量控制的性能,证实了串并联补偿式UPS改善电能质量的作用。即在用户和电网之间接入本设备后,交流电网侧输入电流在负载不平衡、非线性的情况下,仍能保持标准正弦,电流总畸变率小于5%,并且与电网电压同相,使得电网输入功率因数为1;负载端电压在电网电压含谐波畸变、欠压、过压等情况下,能保持标准三相对称、额定正弦,电压总畸变率小于5%,且与基波电压同相。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电能质量问题和调节
• 1.3 本课题的研究方向和内容
• 2 串并联补偿式UPS 系统分析
• 2.1 串并联补偿式UPS 的主电路结构
• 2.2 实现目标与控制策略分析
• 2.3 工作原理
• 2.4 串联变流器被控为正弦基波电流源运行时的电源电流指令
• 2.5 并联变流器被控为正弦基波电压源运行时的电压指令
• 2.6 本章小结
• 3 并联变换器数学建模与仿真
• 3.1 三相电压源逆变器的数学模型的建立
• 3.2 坐标变换
• 3.3 电压电流双闭环控制的控制框图
• 3.4 并联变流器电压电流双闭环控制系统设计
• 3.5 基于MATLAB SIMULINK 的并联部分仿真
• 4 并联变换器软硬件设计与实验
• 4.1 并联变流器主电路设计
• 4.2 并联变流器控制电路设计
• 4.3 并联变流器控制系统的软件实现
• 4.4 并联变流器实验结果分析
• 5 串联变换器的设计以及串并联补偿式UPS 的联合运行
• 5.1 串联变流器数学模型的建立
• 5.2 串联变流器控制框图
• 5.3 串联变流器电压电流双闭环控制系统设计
• 5.4 基于MATLAB SIMULINK 的串联部分仿真
• 5.5 串联变流器主电路设计
• 5.6 锁相环电路设计
• 5.7 串并联补偿式UPS 实验结果分析
• 6 全文总结
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 串并联补偿式UPS 控制板
• 附录2 串并联补偿式UPS 实验装置