电力电子系统集成中控制技术相关问题研究

论文摘要

电力电子系统集成是为了解决目前电力电子技术领域劳动密集和技术密集的现状，以促进电力电子技术的发展。是人们从电子技术和计算机技术的发展过程中受到启示，希望系统集成的技术在电力电子技术中也有类似的效应：即通过提高集成度，大大提高电力电子系统的模块化和标准化，达到降低成本和提高可靠性的目的，同时促进电力电子技术的发展。从电力电子系统集成产生的背景看，电力电子系统集成的研究具有一定的优势，可以将电子技术和计算机技术等领域先进的、成熟的集成相关的技术应用于电力电子系统集成中，以加快电力电子系统集成的发展。本文对电力电子系统集成中的操作系统、分布式控制技术、先进设计方法和通信技术进行了探索性的研究，得出了一些有意义的研究成果。提出了电力电子系统集成软件系统应采用多任务系统的形式，为此将电力电子操作系统引入电力电子系统集成。对电力电子操作系统的实时调度策略进行了研究，提出了基于中断和优先级可抢占的实时调度策略，解决了目前已有实时调度策略不能满足电力电子操作系统实时性要求的问题。同时，对电力电子操作系统的可移植性、可裁减性和可靠性要求，提出了解决方案。对电力电子系统集成中的分布式控制技术进行了研究，实现了电力电子集中控制体系向分布式控制体系的转化，为不同电力电子标准模块在功能和硬件上的划分提供了依据。针对分布式系统的同步问题，根据分布式电源系统的特点，将系统分为软同步系统和硬同步系统，采用不同的同步方法，较好的解决了分布式系统的同步问题。将嵌入式系统的软硬件协同先进设计方法，引入电力电子系统集成，解决了传统电力电子“瀑布式”设计方法的缺点。采用UML和SystemC语言对一个实际的电力电子系统进行了系统描述，提出了将GAAA思想应用于软硬件划分。按照电力电子系统集成的要求，提出了一个基于OSI模型的通信体系和通信模型，使得电力电子系统集成通信系统具有良好的开放性和可兼容性，有利于系统的升级和扩展。对电力电子系统集成通信系统的MAC协议进行了研究，选择了1-持续CSMA／CD协议作为电力电子系统集成通信系统的MAC协议，使用Opnet网络仿真软件进行了网络通信量和网络时延的仿真，仿真结果验证了选择的正确性。设计了不同电力电子标准模块的实验模型：AM和PEBB，其通信接口采用USB接口实现。以一个AM和三个PEBB构建了一个三相VSI，以此为实验平台，对本文研究内容完成了实验研究和验证。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力电子技术发展历史回顾
• 1.1.1 电力电子技术发展历史
• 1.1.2 电力电子技术发展的瓶颈
• 1.2 电力电子系统集成的意义和目标
• 1.2.1 电力电子系统集成概念的提出
• 1.2.2 电力电子系统集成的目标
• 1.2.3 电力电子系统集成的意义
• 1.3 电力电子系统集成研究内容
• 1.3.1 电力电子技术
• 1.3.2 计算机技术
• 1.3.3 分布式技术
• 1.3.4 嵌入式技术
• 1.3.5 通信技术
• 1.3.6 封装技术
• 1.3.7 小结
• 1.4 电力电子系统集成研究现状
• 1.5 论文的主要目标和内容
• 1.5.1 主要目标
• 1.5.2 论文的主要内容
• 第二章 电力电子操作系统研究
• 2.1 电力电子操作系统
• 2.1.1 操作系统简介
• 2.1.2 传统电力电子控制软件
• 2.1.3 电力电子系统集成软件系统
• 2.1.4 电力电子操作系统的基本要求
• 2.2 电力电子操作系统的调度算法
• 2.2.1 实时操作系统的任务
• 2.2.2 一种电力电子操作系统调度算法
• 2.3 电力电子操作系统其它关键问题研究
• 2.3.1 电力电子操作系统可移植性
• 2.3.2 电力电子操作系统可裁减性
• 2.3.3 电力电子操作系统可靠性
• 2.4 电力电子操作系统实验验证
• 2.4.1 实时操作系统内核μC/OS-II的移植
• 2.4.2 任务调度时间测试
• 2.4.3 可行性验证
• 2.5 本章小节
• 第三章 分布式技术研究
• 3.1 分布式控制体系在电力电子系统集成中的优势
• 3.1.1 集中控制技术与分布式控制
• 3.1.2 两种控制方式的比较
• 3.1.3 分布式技术在电力电子系统集成中的应用
• 3.2 集中控制体系向分布式控制体系的转化
• 3.2.1 三相BOOST整流器和三相VSI的控制体系
• 3.2.2 各划分接口性能分析与比较
• 3.3 分布式系统同步问题研究
• 3.3.1 同步系统
• 3.3.2 软同步系统和硬同步系统
• 3.4 硬同步系统同步问题研究
• 3.4.1 时钟恢复
• 3.4.2 时钟恢复中软件锁相环设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 电力电子系统集成设计方法研究
• 4.1 电力电子系统集成设计方法
• 4.1.1 传统电力电子系统的设计方法
• 4.1.2 嵌入式系统与电力电子系统
• 4.1.3 嵌入式系统先进设计方法
• 4.1.4 电力电子系统集成中的嵌入式设计方法
• 4.2 基于 UML的电力电子系统建模
• 4.2.1 UML简介
• 4.2.2 基于UML的电力电子系统建模
• 4.3 UML模型到SystemC语言描述的转换
• 4.3.1 UML的不足
• 4.3.2 SystemC语言概述
• 4.3.3 UML模型的转换
• 4.4 一种基于GAAA的软硬件划分算法
• 4.4.1 软硬件划分
• 4.4.2 软硬件划分算法研究情况
• 4.4.3 基于GAAA的软硬件划分算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 电力电子系统集成通信技术研究
• 5.1 OSI参考模型
• 5.1.1 OSI参考模型的产生
• 5.1.2 OSI参考模型
• 5.1.3 OSI参考模型成功应用范例
• 5.2 基于OSI电力电子系统集成通信模型及通信体系
• 5.2.1 电力电子系统集成通信模型
• 5.2.2 电力电子系统集成通信体系
• 5.2.3 传输模型和服务
• 5.3 介质访问控制方式
• 5.3.1 介质访问控制方式分类
• 5.3.2 随机竞争类MAC协议
• 5.3.3 电力电子系统集成通信系统MAC协议选择
• 5.4 电力电子系统集成通信系统综述
• 5.4.1 通信系统模型
• 5.4.2 通信方式
• 5.4.3 调制方式
• 5.4.4 信道
• 5.4.5 电力电子系统集成通信系统综述
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于电力电子系统集成三相电压源逆变器设计
• 6.1 AM和PEBB通信接口设计
• 6.1.1 通信接口和总线选择
• 6.1.2 AM通信接口设计
• 6.1.3 PEBB通信接口设计
• 6.2 基于电力电子标准模块的三相VSI实现
• 6.2.1 三相VSI构建
• 6.2.2 系统软件实现
• 6.2.3 光纤通信接口设计
• 6.3 实验结果与分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 今后的工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研工作
• 附录
• 致谢