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基于PWM技术的电子负载及其在电力系统动模实验中的应用

作　者: 姜桂秀
导　师: 王成山
学　校: 天津大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 交流电子负载 电力系统动模实验 PWM整流器 滞环PWM电流控制 电力电子 能量反馈
分类号: TM743
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


为了很好地进行电力系统动态模拟试验，需要特别定制的负载。随着试验的复杂化，负载参数的调整和改变比较麻烦，准确度也不太高。电子负载的优点正好弥补了传统负载装置的不足。本文研究的交流电子负载既能够精确控制负载特性又能将试验能量反馈到电网。在对三种已有的交-交变换电路进行了分析比较的基础上，确定采用稳定性较好的中间直流环节AC/DC/AC结构作为电子负载的主电路拓扑结构和基于电压型PWM整流器的三相交流电子负载的整体框架。同时，简要分析了交流侧电感和直流电容选择的原则。采用双滞环空间矢量电流控制方法，以弥补滞环空间矢量电流控制时无法快速跟踪变化率较大的指令电流矢量的不足，实现三相VSR的电流跟踪控制、降低开关频率和抑制电流谐波。同时，研究了确定参考电压矢量方法，使得本周期指令电压矢量V refn的所在区域可以通过上周期的输出电压矢量V k，上周期的误差电流ΔI n1和本周期的误差电流ΔI n来确定。提出了基于BP算法的预测电流控制策略：在不提高控制器的采样频率的前提下，利用历史电流数据预测指令补偿电流，实现空间矢量滞环控制器的无差拍控制，以获得更好的电流跟踪效果。通过仿真计算，验证了双滞环空间矢量电流控制方法和基于BP算法的预测电流控制策略的有效性。在电能回馈单元，采用了电流内环和电压外环的双闭环控制作为控制策略，并将模糊控制技术与传统的PI控制方法相结合，组成了适合电压外环的模糊PI控制器。为简化模糊推理过程和提高控制器的控制速度，推导出了适合查询的模糊控制策略表。仿真结果证明使用模糊PI控制器的控制策略，能够得到更快的响应速度和更小的超调。讨论了异步电动机的物理模拟方法，异步电动机的等效模型，及其所带各种机械负载的特性。通过对设计的异步电动机电子负载在起动、稳态、电源扰动以及负载扰动的测试，证明了设计的正确性。同时，为实际应用异步电动机电子负载提出了一些建议。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 传统模拟负荷存在的问题  8-9
  1.2 电子负载的研究现状  9-11
  1.3 主要研究内容  11-13
第二章 电子负载的基本原理  13-24
  2.1 电子负载拓扑结构的选择  13-17
  2.2 三相VSR的数学模型  17-19
  2.3 负载模拟原理  19-21
  2.4 影响电流控制质量的其它因素  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 三相VSR的控制方法  24-36
  3.1 固定开关频率的电流控制  24-26
  3.2 滞环电流控制  26-28
  3.3 空间电压矢量控制  28-30
  3.4 基于单滞环和空间矢量的电流控制  30-33
  3.5 基于双滞环和空间矢量的电流控制  33-34
  3.6 本章小结  34-36
第四章 负载模拟单元的控制方案及其实现  36-57
  4.1 差分法及其稳定性分析  36-38
  4.2 电子负载参考电流的计算  38-39
  4.3 基于双滞环和空间矢量的电流控制方案的实现  39-43
  4.4 BP算法的基本原理  43-45
  4.5 基于BP算法的预测电流控制  45-47
  4.6 负载模拟与结果分析  47-56
  4.7 本章小结  56-57
第五章 电能回馈单元的控制方案及其实现  57-72
  5.1 基于固定开关频率电流控制方案的实现  57-60
  5.2 模糊控制的基本原理  60-61
  5.3 模糊PI控制在电压外环中的应用  61-69
  5.4 模糊PI控制的仿真结果分析  69-71
  5.5 本章小结  71-72
第六章 电力系统动模用异步电动机电子负载  72-89
  6.1 异步电动机及其所带负载的物理模拟  72-76
    6.1.1 异步电动机特性的模拟  72-74
    6.1.2 异步电动机机械负载的模拟  74-76
  6.2 异步电动机及其所带负载的等效模型  76-79
    6.2.1 异步电动机的等效模型  76-77
    6.2.2 异步电动机机械负载的特性  77-79
  6.3 异步电动机电子负载仿真及结果分析  79-88
    6.3.1 仿真模型搭建  79-80
    6.3.2 仿真结果分析  80-88
  6.4 本章小结  88-89
第七章 总结与未来工作展望  89-92
  7.1 全文总结  89-91
  7.2 未来工作展望  91-92
参考文献  92-100
发表论文和科研情况说明  100-101
致谢  101

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的模拟与计算 > 模拟与仿真
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