微型燃机发电机PWM整流器直接功率控制策略与工程化方法研究

摘要

高速微型燃机发电机组作为一种新型的分布式供电系统，具有体积小，能量密度高等优点，代表了世界新一代能源领域的发展方向。然而，由于燃机模型的不确定性，与控制系统的高实时性，要求其控制策略特别复杂，其控制策略是依靠高水平的电力电子技术来实现的。 功率半导体开关器件技术的进步，不断促进了电力电子变流装置技术的迅速发展，出现了以PWM控制为基础的各类变流装置，这些变流装置在国民经济各生产领域中取得了广泛的应用。其中，整流环节的应用最为普遍，常规的整流环节一般采用二极管不控整流电路，因而对电网注入了大量谐波及无功，造成了严重的电网污染。因此，学术界对此开展了大量研究工作。 随着对谐波理论的深入研究，形成了成熟的瞬时有功功率和瞬时无功功率理论。本文研究的三相PWM整流器直接功率控制(DPC)策略，主要针对以微型燃机发电机作为交流电源的三相PWM整流系统，考虑了在满足性能指标要求前提下的实用化控制手段和实现方法，提出了一种新型的三相PWM整流器DPC策略，深入研究了三相PWM整流器直接功率控制系统的工程化研究方法。应用本文提出的这种改进的工程化方法，为微型燃机电力变换及其自动控制系统的AC/DC环节设计了基于(α，β)坐标系下的PWM整流器直接功率控制器；提出了三相PWM整流器无交流电压传感器瞬时有功功率和瞬时无功功率的预估计算方法，给出了基于电压给定的有功功率控制和基于单位功率因数的无功功率控制的PWM开关表，并对该控制系统进行了仿真。仿真分析表明，这种三相PWM整流DPC系统达到了课题要求，获得了高功率因数和满意的系统性能指标。 应用TMS320LF2407A作为三相PWM整流器的直接功率控制器，进行了系统控制电路的硬件和软件设计，解决了信号检测的设计和实现问题。

目录

文摘

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第一章前言

1.1课题提出的背景

1.2微燃发电机组的发展现状及应用前景

1.3电力变换技术的发展

1.4 100KW级微型燃机控制与电力变换系统

1.4.1总体方案

1.4.2微型燃机电力变换部分概述

1.5本文所作的工作

第二章PWM整流器的原理、结构和数学模型

2.1 PWM整流器的分类

2.2 PWM整流器原理概述

2.3电压型PWM整流器的拓扑结构

2.3.1单相电压型PWM整流器拓扑结构

2.3.2三相电压型PWM整流器拓扑结构

2.3.3三相三电平PWM整流器拓扑结构

2.3.4基于软开关调制的整流电路拓扑结构

2.4 PWM整流器的数学模型

2.4.1(A，B，C)坐标系下系统数学模型

2.4.2在(α，β)坐标系下系统数学模型

2.4.3在(d，q)坐标系下系统数学模型

第三章三相PWM整流器控制策略

3.1间接电流控制

3.1.1静态间接电流控制

3.1.2动态间接电流控制

3.2 PWM整流器直接电流控制

3.2.1固定开关频率PWM电流控制

3.2.2滞环PWM电流控制

3.2.3空间电压矢量PWM(SVPWM)控制方式

第四章三相PWM整流器DPC系统工程化方法研究

4.1 PWM整流器直接功率控制(DPC)策略

4.1.1 PWM整流器发电机侧瞬时有功功率和瞬时无功功率预估

4.1.2三相交流电压的估计

4.1.3开关表的确定

4.2三相PWM整流器DPC系统的仿真与分析

4.2.1仿真软件简介

4.2.2三相PWM整流器DPC系统的仿真

4.2.3仿真结果分析

第五章三相PWM整流器DPC系统的实现

5.1功率电路的设计

5.1.1主开关器件的选择

5.1.2保护电路

5.1.3驱动电路

5.1.4直流侧电容的选取

5.2控制电路

5.2.1核心控制芯片DSP(TMS320LF2407A)的结构特点

5.2.2最小系统的设计

5.2.3通讯电路的研究设计

5.2.4 A/D采样电路

5.2.5 PWM生成电路

5.2.6抗干扰措施

5.3三相PWM整流器DPC系统的软件实现

5.3.1主程序和中断程序单元设计

5.3.2检测和计算子程序设计

第六章结论

参考文献

致谢