单相能馈式电力电子负载的研制

论文摘要

随着电力电子技术的发展,各类电力电子装置应运而生,大功率交流电源如UPS、发电机、逆变电源等,已被广泛应用于国民生产生活的各个领域,因而在出厂前应根据需要对这些装置进行严格的性能测试。传统的电源考核方式带电阻、电容、电感等元件,能耗大、灵活性差并且造成大量的能源浪费,越来越不能满足各种测试场合的要求。本文结合计算机控制技术、自动控制理论,研究了由全控型开关器件构成的电力电子负载(Power Electrical Load,简称PEL),能根据实际需要对电流的幅值、相位等参数进行设定,灵活、方便；可以模拟线性负载、非线性负载以及有源负载,满足各种试验场合的测试需求；同时将试验的电能回馈给电网,节能、高效。本文首先介绍了PEL在国内外的发展状况和拓扑结构,利用PWM整流器能对交流侧电流幅值和相位进行全面控制、并且可以四象限运行的特点,采用两级PWM整流器构成中间直流环节的能馈式电力电子负载的总体拓扑结构；其次,分析和确定了采用抛物线法PWM电流控制技术来实现变换器的快速、高精度电流控制；接着,详细论述了能馈式电力电子负载的工作原理,利用PSIM的动态链接库(DLL)实现负载特性模拟环节和能量回馈环节指令电流的获取和控制,采用虚拟零序电流解耦实现三相电流的解耦控制,分别搭建了单相和三相PEL系统的闭环仿真模型,进行了各种工作模式下的仿真,仿真结果表明方案的可行性；在软件仿真的基础上,搭建运放电路来模拟真实电力电子器件构成的系统,仿真结果证实了运放模型的可靠性；以TMS320F28335控制芯片为主控制器,搭建了相关的硬件电路,利用CCStudio V3.3集成开发环境编写相应的控制算法,进行了硬件调试实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 直流电子负载研究现状
• 1.2.2 交流电子负载研究现状
• 1.3 课题研究的主要目的
• 1.4 本文的主要内容及安排
• 第2章 电力电子负载拓扑结构
• 2.1 PWM整流器介绍
• 2.1.1 PWM整流器四象限运行原理分析
• 2.1.2 PWM整流器的拓扑结构
• 2.2 能馈式电力电子负载的拓扑结构
• 2.2.1 直接AC/AC变换器
• 2.2.2 中间直流环节的AC/AC变换器
• 2.2.3 能馈式电力电子负载的拓扑结构选择
• 2.3 主要元件参数的选择
• 2.3.1 交流侧电感的设计
• 2.3.2 直流母线电容值的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 电力电子负载控制方式的研究
• 3.1 控制方式综述
• 3.1.1 滞环PWM电流控制技术
• 3.1.2 预测和无差拍控制
• 3.1.3 抛物线法电流控制技术
• 3.1.4 滞环PWM电流控制与抛物线法PWM电流控制的比较
• 3.2 双极性调制抛物线法PWM电流控制
• 3.3 本章小结
• 第4章 电力电子负载系统控制策略
• 4.1 负载特性模拟单元控制策略
• 4.1.1 线性负载指令电流的产生
• 4.1.2 非线性负载指令电流的产生
• 4.2 能量回馈单元控制策略
• 4.2.1 各环节设计
• 4.3 系统综合仿真
• 4.3.1 单相系统
• 4.3.2 三相系统
• 4.4 本章小结
• 第5章 硬件电路设计
• 5.1 运放模拟功率变换电路
• 5.1.1 模型仿真结果
• 5.2 控制系统的设计
• 5.2.1 TMS320F28335 DSP简介
• 5.2.2 控制电路总体框架
• 5.3 母线电压采样与调理电路
• 5.4 模拟信号调理电路
• 5.5 过电压保护电路
• 5.6 弦信号发生电路
• 5.7 原理图说明
• 5.7.1 控制板原理图说明
• 5.7.2 功率板原理图说明
• 5.8 本章小结
• 第6章 系统软件设计
• 6.1 初始化程序设计
• 6.1.1 时钟配置
• 6.1.2 GPIO口配置
• 6.1.3 EPWM模块工作模式配置
• 6.1.4 ADC模块配置
• 6.2 相关控制算法的数字实现
• 6.2.1 抛物线法电流控制的数字实现
• 6.2.2 电压环的数字实现
• 6.2.3 程序流程图
• 6.3 CCStudio V3.3相关设置
• 6.4 实验结果
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表