柴蓄混合供电系统的功率控制研究

论文摘要

常规的柴油发电系统由于结构单一,在负载轻重不定的情况下,工作状态不稳定,从而会使得柴油机时常工作在效率较低的区域。为了提高系统燃油效率,本文提出一种新的方案来改善传统柴油发电系统,在原系统中加入蓄电池和功率控制装置,利用功率控制器协调系统能量流动:轻载时蓄电池独立逆变;重载时以发电机输出为交流母线,蓄电池并联发电机逆变供电;当蓄电池亏电时,和用电器件一起作为负载,发电机对其进行充电,从而来保证柴油机工作在高效区。本文采用PWM整流器作为功率控制器,对流入蓄电池的有功和无功进行解耦控制,从而协调系统的能量流动,同时PWM整流器能够只进行有功功率的变换,变换器达到比较高的工作效率。本文首先对PWM整流器建立数学模型,在瞬时无功功率理论的基础上,采用前馈电流解耦控制,使PWM整流器的有功功率和无功功率实现独立控制,以此为基础进行整个系统功率控制的研究;接着在MATLAB中建立混合供电系统的模型,进行系统功率控制的仿真,验证算法的可行性;然后基于MOTOROLA的数字处理芯片MC56F8013,开发了一个小功率样机作为试验平台,自行完成硬件的制作和软件的编写,对系统功率的流动进行控制研究。最后得出的试验结果与理论分析相符合,功率控制器可以快速而且精确的控制系统的功率,因此采用混合供电系统可以使柴油机尽量工作在高效区,提高燃油效率,降低污染。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 柴蓄混合供电系统的组成配置
• 1.1.1 柴蓄混合发电系统的研究目的
• 1.1.2 柴蓄混合供电系统的组成
• 1.1.3 柴蓄混合供电系统的几种工作状态
• 1.2 混合供电系统的应用和发展
• 1.3 混合供电系统的架构形式
• 1.3.1 直流母线系统
• 1.3.2 交流母线系统
• 1.4 基于交流母线柴蓄混合供电系统的技术特点
• 1.5 论文的研究内容及论文的主要研究工作
• 第二章 柴蓄混合供电系统功率控制基本理论和建模仿真
• 2.1 引言
• 2.2 PWM 整流器技术概述
• 2.2.1 单相半桥、全桥电压型PWM 整流器拓扑结构
• 2.2.2 三相半桥、全桥电压型PWM 整流器拓扑结构
• 2.2.3 三相电压型PWM 整流器一般数学模型
• 2.2.4 PWM 整流器的dq 数学模型
• 2.3 系统功率控制算法研究
• 2.3.1 系统功率控制
• 2.3.2 电流控制设计
• 2.4 铅酸蓄电池
• 2.5 控制系统结构
• 2.5.1 MATLAB 仿真和波形
• 2.6 小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统主电路参数的设计
• 3.2.1 交流侧电感参数的设计
• 3.2.2 直流侧电容器的选取
• 3.2.3 主电路MOSFET 的选取
• 3.3 系统控制电路设计
• 3.3.1 DSP 的介绍
• 3.3.2 控制系统硬件框图
• 3.4 小结
• 第四章 混合供电系统的控制软件设计
• 4.1 程序的整体结构
• 4.1.1 初始化程序
• 4.1.2 中断服务子程序
• 4.1.3 软件保护中断
• 4.2 软件参数定标
• 4.2.1 定点算法
• 4.2.2 MC56F8013DSP 运算规则
• 4.3 电压定向算法
• 4.4 电流有功分量和无功分量的软件实现
• 4.5 电流调节器的软件实现
• 4.6 SVPWM 调制策略
• 4.7 低通滤波算法
• 4.8 小结
• 第五章 实验结果及分析
• 5.1 引言
• 5.2 试验结果
• 5.2.1 蓄电池充电状态电流波形
• 5.2.2 逆变并联供电状态电流波形
• 5.2.3 功率因数不为1 的工作状态
• 5.2.4 电流给定突变的动态响应性能
• d和i_q 给定同时突变的波形'>5.2.5 i_d和i_q给定同时突变的波形
• 5.3 结论
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 进一步的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文