能量回馈型交流电子负载变换器研究

论文摘要

大功率交流电源如UPS、发电机、逆变电源等,已越来越广泛地应用在国民生产的各个领域,对其性能和可靠性的准确测试也就显得尤为重要。传统测试手段主要有大电阻负载放电测试和传统交流电子负载测试,其中大电阻负载放电测试所提供的负载大小不能连续调节,且将被试电源释放的电能全部耗费,在造成大量能源浪费的同时更带来了严重的发热问题;而传统交流电子负载测试虽然解决了测试精度的问题,仍存在能源的大量浪费及发热问题。出于测试精度、节约能源、降低散热等多方面考虑,本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载,既能精确控制被试电源放电电流又能将被试电源释放的能量无污染地回馈到电网上,实现了能源的再生利用,因此试验场所不必配备较大的电源容量。本文所研究的能量回馈系统不仅可以直接用于交流电子负载,其关键技术同样也适用于可再生能源并网发电、电机制动能量回馈等应用场合,具有良好的技术拓展性[1][2][3][4]。本文首先分析了PWM整流器的工作原理,根据其具有对交流侧电流幅值和相位全面控制、交流侧可以四象限运行的特点[5],将其引入到能量回馈型交流电子负载中。论文中采用具有公共直流母线的双电压型单相PWM整流器作为电子负载的总体拓扑结构,控制方式采用直接电流控制以充分保证电流的跟踪精度及速度。接着,论文详细讨论了能馈电子负载的工作原理,并在Saber仿真环境下搭建了整个系统的闭环仿真模型,进行了静态及动态条件下的仿真;最后,针对能量回馈部分进行了详细硬件电路和相关控制软件的设计,并完成了相关原理样机的研制和实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景
• 1.1.1 传统真实阻抗负载测试方式
• 1.1.2 传统交流电子负载
• 1.1.3 能量回馈型交流电子负载的研究现状
• 1.2 本文研究的目的和内容
• 第二章 能量回馈型交流电子负载结构
• 2.1 PWM 整流器介绍
• 2.1.1 PWM 整流器概述
• 2.1.2 四象限工作原理
• 2.1.3 PWM 整流器分类
• 2.2 能量回馈型交流电子负载的拓扑选择
• 2.2.1 交-直-交实现方式
• 2.2.2 交-交直接实现方式
• 2.2.3 能量回馈型交流电子负载实现方式选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 能量回馈型电子负载控制策略
• 3.1 单相电压型PWM 整流器电流控制方式
• 3.1.1 间接电流控制
• 3.1.2 直接电流控制方式
• 3.2 能量回馈型交流电子负载控制策略
• 3.2.1 负载特性模拟部分控制策略
• 3.2.2 能量回馈部分控制策略
• 3.3 仿真验证
• 3.3.1 电子负载功能仿真
• 3.3.2 系统启动过程分析和仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 样机硬件电路设计
• 4.1 系统框架设计
• 4.2 主要硬件电路设计
• 4.2.1 数字处理单元
• 4.2.2 功率开关器件
• 4.2.3 模拟信号采样与调理电路
• 4.2.4 驱动信号产生电路
• 4.2.5 故障保护电路
• 4.3 交流侧电感值选取
• 4.4 电容值选取
• 4.5 本章小结
• 第五章 软件设计及实验验证
• 5.1 能量回馈部分控制基本要求
• 5.2 能量回馈部分软件设计
• 5.2.1 直流侧电压及馈网电流控制软件设计
• 5.2.2 启动过程软件设计
• 5.2.3 相位捕获抗干扰方案
• 5.2.4 直流电压采样滤波算法
• 5.2.5 能量回馈部分软件流程图
• 5.3 实验验证
• 5.3.1 负载特性模拟及直流电压环实验验证
• 5.3.2 能量回馈电网实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 下一步工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 获得荣誉