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适合可再生能源接入的移动应急电源控制系统设计

作　者: 吴杰
导　师: 王志新；吴国兴
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 应急电源 PLC 可再生能源 PWM整流有源滤波
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

社会发展的信息化、现代化对供电系统的可靠性要求不断提高,突然的断电必然会给人们的正常生活秩序和社会的正常运转造成破坏,特别是对于一级负荷中特别重要的负荷,一旦中断供电,将会造成重大的政治影响或经济损失。然而电力故障突发性强,如近年来南方地区的冻雨灾害等异常天气都会造成供电中断,因此除正常的电网供电电源外,还必须增设应急电源,除此之外,随着科技和文化事业的飞速发展应急电源在电力抢险、通信维修、突发事件处理、抢险救灾、军事作战演习、后勤保障、高层建筑应急供电等方面都发挥着重要作用。但目前应急电源大都以柴油机作为其唯一电能来源,而当今社会提倡绿色环保、节能减排,迫使人们必须研究开发能够利用新能源和可再生能源的新型应急电源系统。针对传统应急电源的局限性,本文提出了一种适合可再生能源接入的三相应急电源系统,可以将风能、太阳能等多种新能源应用于移动应急电源。系统采用模块化设计方法,对系统中主要部件进行选型,确定参数；控制系统主要采用西门子S7-300 PLC和触摸屏构成硬件现场监控及数据采集平台,基于Step7-5.4开发环境及WinCC Flexible 2008组态环境设计了系统软件,并给出了主程序及主要子程序模块流程图。最终构成了一套完整的新型高可靠移动应急电源设计方案,实现了移动应急电源产品的绿色化、智能化和低成本的要求。同时,针对系统中的关键模块PWM整流部分进行了详细设计及仿真验证。PWM整流部分主要功能是为风能、太阳能等可再生能源以及市电、柴油机等常规能源接入系统提供接口,及对系统中蓄电池充电或再经逆变后转化为高质量交流电能并网或对负载应急供电。文中基于PWM整流器数学模型,对其工作原理及控制策略进行详细介绍。PWM整流部分采用双闭环矢量控制方式,实现直流电压、无功功率分别独立控制,使系统能够高功率因数运行,解决了传统意义上的整流电路中存在的谐波含量大、功率因数低等问题,具有良好的工程实用价值。该系统具备有源电力滤波功能,能够补偿来自非线性负载的谐波和无功电流,有效扩大了移动应急电源系统的应用范围。文中详细介绍了并联型有源电力滤波器结构及谐波补偿原理,给出了基于瞬时无功理论的谐波电流检测算法,以谐波电流作为指令信号,利用SPWM方法生成触发脉冲,驱动主电路开关器件补偿系统谐波,使网侧电流正弦化。最后,对设计的有源滤波系统和谐波检测方法,利用MATLAB/Simulink进行仿真,由仿真结果验证了将有源电力滤波功能集成于移动应急电源系统的有效性和可行性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 项目背景及应急电源的应用意义  10-11
  1.2 EPS发展现状与应用  11-13
    1.2.1 EPS发展状况  11-12
    1.2.2 EPS应用现状  12-13
  1.3 EPS特点  13-15
    1.3.1 EPS与柴油发电机组的区别  13-14
    1.3.2 EPS与UPS的区别  14-15
  1.4 论文主要工作  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章移动应急电源控制系统设计  17-35
  2.1 移动应急电源系统结构及控制要求  17-31
    2.1.1 移动应急电源系统结构  17-18
    2.1.2 PLC控制器及触摸屏介绍  18-22
    2.1.3 控制要求及工作过程  22-25
    2.1.4 控制系统软件设计  25-31
  2.2 系统硬件设计  31-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章应急电源系统中的变流器仿真研究  35-57
  3.1 PWM变流器结构及功能  35-37
  3.2 PWM整流器数学模型  37-43
    3.2.1 PWM整流结构及其在三相静止坐标系下数学模型  37-40
    3.2.2 PWM整流器在两相静止αβ坐标系中的数学模型  40-41
    3.2.3 PWM整流器在两相同步旋转dq坐标系中的数学模型  41-43
  3.3 PWM整流器控制系统设计  43-51
    3.3.1 电流内环控制系统设计  43-45
    3.3.2 电流内环PI控制参数设计  45-47
    3.3.3 电压外环控制系统设计  47-50
    3.3.4 瞬时功率计算  50-51
  3.4 PWM整流仿真  51-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章应急电源系统中的有源滤波仿真研究  57-66
  4.1 有源滤波器原理  57
  4.2 瞬时无功理论  57-58
  4.3 谐波检测算法  58-60
  4.4 有源滤波仿真研究  60-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章实验结果分析  66-70
  5.1 实验系统组成  66-67
  5.2 实验结果分析  67-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章全文总结  70-72
  6.1 主要结论  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-75
附录1: PLC硬件组态图  75-76
附录2: 梯形图程序  76-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间已发表、录用的论文、申请发明专利  98-101
上海交通大学学位论文答辩决议书  101

适合可再生能源接入的移动应急电源控制系统设计

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