不平衡及非线性负载下Delta补偿式UPS的波形控制研究

发布时间：2017-10-01 15:17

  本文关键词：不平衡及非线性负载下Delta补偿式UPS的波形控制研究

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【摘要】：Delta补偿式UPS是具有综合补偿能力的UPS电源,该装置既能抑制电网电流谐波,又能补偿电网电压波动以及无功电流,隔离电网和负载。无论是电网还是负载任何一方出现电能质量问题,都能够很好的实现补偿功能。同时,其具有容量大、损耗小、整机效率高和过载能力强等特点。随着社会进步和科技发展,在市场对UPS电源的性能要求越来越高,负载越来越复杂的条件下,研究Delta补偿式UPS具有重要的意义。本文首先将市场上主流产品高频IGBT整流式UPS和Delta补偿式UPS做了性能对比,得到Delta补偿式UPS更具优越性。然后分析了直接和间接两种控制策略,通过对比得到直接控制策略更适用于Delta补偿式UPS。在介绍了Delta补偿式UPS系统工作原理的基础上分析了不同状态下系统功率潮流,帮助了解Delta补偿式UPS工作特性。对不平衡及非线性负载特性进行了分析,明确其造成输出电压畸变的原因。在建立并联变换器数学模型基础上,本文提出了应对不平衡及非线性负载的控制策略,即针对带不平衡及非线性负载时输出电压负序分量、零序分量以及谐波分量在dq0坐标系下表现的交流特性,采用电压电流双闭环PI控制和准PR控制相结合的控制方式,使系统在带不平衡及非线性负载时输出电压对称且畸变小。本文主要对电压电流双闭环PI控制、准PR控制和重复控制进行理论分析和参数设计。然后建立串联变换器的数学模型,给出串联变换器控制策略。计算输入电流给定值,接着进行了带不平衡负载时三相输入电流均流分析。通过直流母线侧建模得到正负母线电压均压控制。运用MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真结果分析,最后搭建实验平台,采用TMS320F28335芯片进行数字控制,仿真和实验结果验证了系统理论分析以及所提出的波形控制策略的可行性。
【关键词】：Delta补偿式UPS 不平衡负载 非线性负载 准PR控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 UPS的分类及特点12-15
• 1.2.1 无源后备式UPS12
• 1.2.2 在线互动式UPS12-13
• 1.2.3 双变换式UPS13-14
• 1.2.4 Delta补偿式UPS14
• 1.2.5 Delta补偿式UPS的性能优势14-15
• 1.3 国内外研究现状15-16
• 1.4 不平衡负载和非线性负载介绍及其影响16-17
• 1.4.1 不平衡负载的介绍及其影响16-17
• 1.4.2 非线性负载的介绍及其影响17
• 1.5 波形控制技术17-18
• 1.6 课题来源及本文研究内容18-20
• 1.6.1 课题来源18-19
• 1.6.2 本文研究内容19-20
• 第2章 Delta补偿式UPS系统分析20-38
• 2.1 Delta补偿式UPS系统介绍20-25
• 2.1.1 系统结构介绍20-21
• 2.1.2 系统功能介绍21
• 2.1.3 两种控制策略21-23
• 2.1.4 等效电路模型补偿分析23
• 2.1.5 带不平衡及非线性负载运行特性23-25
• 2.2 Delta补偿式UPS系统工作原理分析25-28
• 2.2.1 Delta补偿式UPS单相工作原理分析25-27
• 2.2.2 Delta补偿式UPS系统简化分析27-28
• 2.3 Delta补偿式UPS系统功率潮流分析28-37
• 2.3.1 额定工作状态29
• 2.3.2 电网电压波动状态29-31
• 2.3.3 负载突变状态31-32
• 2.3.4 蓄电池充电状态32-34
• 2.3.5 带不平衡负载状态34-35
• 2.3.6 带非线性负载状态35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 不平衡及非线性负载下并联变换器控制策略38-63
• 3.1 并联变换器的数学建模38-42
• 3.1.1 三相静止abc坐标系下数学模型38-40
• 3.1.2 同步旋转dq0坐标系下数学模型40-42
• 3.2 不平衡负载特性分析42-43
• 3.3 非线性负载特性分析43-46
• 3.4 并联变换器的控制策略46-52
• 3.4.1 dq0坐标系下电压电流双闭环控制46-48
• 3.4.2 准比例谐振PR控制48-52
• 3.5 应对不平衡负载的控制策略52-53
• 3.6 应对非线性负载的控制策略53-57
• 3.6.1 带非线性负载下的准PR控制53-54
• 3.6.2 重复控制54-57
• 3.7 仿真结果57-62
• 3.8 本章小结62-63
• 第4章 串联变换器设计63-73
• 4.1 串联变换器数学建模63-65
• 4.1.1 三相静止abc坐标系下数学模型63-64
• 4.1.2 同步旋转dq0坐标系下数学模型64-65
• 4.2 串联变换器控制策略65-66
• 4.3 输入电流给定值的计算66-68
• 4.3.1 输入电流给定值的常规计算66-67
• 4.3.2 输入电流给定值的改进计算67-68
• 4.4 带不平衡负载时三相输入电流均流分析68-69
• 4.5 直流母线电压控制69-70
• 4.6 正负母线均压控制70-71
• 4.6.1 直流母线侧建模70-71
• 4.6.2 正负母线电压均压控制71
• 4.7 本章小结71-73
• 第5章 系统设计与实现73-99
• 5.1 电路参数设计73-75
• 5.1.1 并联变换器参数设计73-75
• 5.1.2 串联变换器参数设计75
• 5.2 系统仿真结果及分析75-81
• 5.2.1 额定工作状态76-77
• 5.2.2 电网电压波动状态77-78
• 5.2.3 负载突变状态78
• 5.2.4 带不平衡负载状态78-80
• 5.2.5 带非线性负载状态80-81
• 5.3 控制系统设计81-84
• 5.3.1 硬件设计81-83
• 5.3.2 软件设计83-84
• 5.4 实验结果及分析84-97
• 5.4.1 额定工作状态85-86
• 5.4.2 电网电压波动状态86-88
• 5.4.3 负载突变状态88-89
• 5.4.4 带不平衡负载状态89-93
• 5.4.5 带非线性负载状态93-96
• 5.4.6 开机启动母线电压实验波形96-97
• 5.5 本章小结97-99
• 结论99-101
• 参考文献101-105
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果105-106
• 致谢106

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本文编号：954181