基于LabVIEW的虚拟同步发电机监控与实验平台设计

发布时间：2017-10-11 13:06

  本文关键词：基于LabVIEW的虚拟同步发电机监控与实验平台设计

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【摘要】：分布式发电和微电网一般采用逆变器将直流电转换为交流电来并网/孤岛运行,因此逆变器是连接新能源发电和电网之间的桥梁,其运行状态直接影响到电能质量和电网的稳定性。对逆变器的诸多研究中,控制理论是其研究的核心,直接决定逆变器的运行特性。为了对逆变器控制理论进行研究和实验,同时对逆变器的运行状态进行监控,保证其安全运行,很有必要建立一套逆变器监控和实验平台。研究人员可以在该平台上进行控制算法有效性的验证和研究。本文所设计的监控和实验平台,具有逆变器控制理论实验验证和运行状态实时监控双重功能。逆变器控制芯片TMS320F28335将采集到的信号和逆变器控制策略的关键参数通过以太网通信传给上位机(PC机)。上位机采用虚拟仪器技术-LabVIEW软件编程,设计了友好的人机交互界面,可以直观地显示表征虚拟同步发电机运行状态的特征量,同时可以进行多种典型实验来验证控制算法的特性。本文所研究的主要内容有:(1)虚拟同步发电机控制理论:参考同步发电机的数学模型,设计了虚拟同步发电机控制算法,并在MATLAB上进行了建模和仿真。(2)逆变器运行状态特征量的提取:对表征逆变器运行状态特征量的检测算法进行了研究和仿真,包括直流侧和交流侧电压电流基本参数测量和频率偏差、谐波、三相电压不平衡以及暂态故障中的电压暂降、暂升和短时间中断。(3)以太网通信软件的实现:基于以太网通信的基本原理和TCP/IP协议,在下位机中编写了以太网通信软件程序,将需要的数据通过以太网发送给上位机。同时在上位机中实现了数据接收和解析。(4)上位机软件设计:包括数据通信、数据解析、检测算法的实现。各模块显示和交互界面。同时设计了数据库系统,对需要的数据进行存储和历史数据查询,方便研究人员进行研究。(5)虚拟同步发电机控制理论实验验证:在该平台进行了验证虚拟同步发电机控制理论的典型实验,同时软件界面对实验中需要观测的参数进行了直观的显示和数据存储。
【关键词】：逆变器 虚拟同步发电机 状态监控 实验平台 以太网通信 LabVIEW 数据库
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究工作的背景与意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究历史与现状12-18
• 1.2.1 微电源逆变器控制理论研究现状12-16
• 1.2.2 微网监控与实验平台研究现状16-18
• 1.3 本文的主要内容与贡献18-19
• 1.4 本论文的结构安排19-20
• 第二章 虚拟同步发电机控制原理及仿真实现20-33
• 2.1 同步发电机的原理和数学模型20-21
• 2.2 虚拟同步发电机控制器设计21-29
• 2.2.1 虚拟同步发电机本机控制算法的实现22-24
• 2.2.2 虚拟同步发电机调速器设计24-26
• 2.2.3 虚拟同步发电机励磁系统设计26-29
• 2.3 虚拟同步发电机仿真结果29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 监控与实验平台检测算法研究与仿真33-47
• 3.1 VSG直流母线检测算法研究33
• 3.2 VSG交流侧稳态参数检测算法研究33-40
• 3.2.1 电压偏差检测算法研究33-34
• 3.2.2 频率偏差检测算法研究34-36
• 3.2.3 谐波检测算法研究36-38
• 3.2.4 三相电压不平衡检测算法研究38-40
• 3.3 VSG交流侧暂态扰动故障检测算法研究40-46
• 3.3.1 暂态扰动的定义和分类40-41
• 3.3.2 暂态扰动检测算法研究41-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 监控与实验平台设计与实现47-71
• 4.1 监控与实验平台总体设计47-50
• 4.1.1 监控与实验平台的主要功能和目标47-48
• 4.1.2 监控与实验平台总体设计方案48-50
• 4.2 监控与实验平台下位机软件设计50-60
• 4.2.1 下位机软件整体设计和主程序流程图50-51
• 4.2.2 以太网数据通信软件设计51-54
• 4.2.3 RTL8019AS以太网控制器介绍54-56
• 4.2.4 RTL8019AS发送/接收数据软件流程56-60
• 4.3 监控与实验平台上位机软件设计与实现60-70
• 4.3.1 上位机软件总体设计60-61
• 4.3.2 VSG运行状态监测子系统软件设计与实现61-66
• 4.3.3 VSG实验子系统软件设计与实现66-67
• 4.3.4 VSG数据库子系统软件设计67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 系统测试与实验结果71-78
• 5.1 测试方案71
• 5.2 测试结果71-77
• 5.2.1 逆变器正常工作测试71-72
• 5.2.2 以太网通信测试72-73
• 5.2.3 监控与实验平台上位机软件正常工作测试73-76
• 5.2.4 VSG控制理论典型实验验证76-77
• 5.3 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 后续工作展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间取得的成果86-87

【参考文献】

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本文编号：1012672