多电平高压变频器监控系统的研发
|
摘要
本论文详细介绍了多电平高压变频器监控系统硬、软件的设计和开发过程。论文首
先从监控系统的设计要求入手，着重分析了高压变频驱动系统和多电平变频器控制的要
求和功能，阐述了监控系统的硬件设计的思路，构建出系统的整体结构，并分别介绍了
系统各个硬件模块的功能。接着叙述了工控机部分监控程序的设计过程，介绍了程序的
功能需求、程序的结构及其实现方法，并针 对运行过程中的一些缺陷，提出了程序进一
步改进的措施。本论文还对电能质量问题对高压变频器的影响作了初步的探讨与分析，
提出一种检测功率单元直流电压变化的控制策略，用 MATLAB 作了仿真分析，仿真结
果表明此方法能够有效抵御 电压暂降和短时中断 的干扰。
This paper introduces the design and development of the hardware and software
of monito ring and control system of multilevel high - voltage inverter in detail.
Firstly, the control functions of high - voltage variable frequency drive system and
multilevel inverters and the demands of this monitoring system are analy z e d. The
thoughts of hardware design, the whole structure and the function of each hardware
module are introduced respectively in this paper. Secondly, this paper presents the
design, functions, structure, actualizing methods of part of monitoring and control
program which runs on Indu strial Control Computer. Some further measures to
correct the faults emerging in testing are also put forward. Moreover, the problems
of the power quality impacting on high - voltage inverters are generally discussed and
analyzed. A control strategy based on detecting DC voltage of power cell is put
forward. Through simulating on MATLAB, the results show that this strategy can
resist the disturbances of voltage sags and interruptions effectively.
先从监控系统的设计要求入手，着重分析了高压变频驱动系统和多电平变频器控制的要
求和功能，阐述了监控系统的硬件设计的思路，构建出系统的整体结构，并分别介绍了
系统各个硬件模块的功能。接着叙述了工控机部分监控程序的设计过程，介绍了程序的
功能需求、程序的结构及其实现方法，并针 对运行过程中的一些缺陷，提出了程序进一
步改进的措施。本论文还对电能质量问题对高压变频器的影响作了初步的探讨与分析，
提出一种检测功率单元直流电压变化的控制策略，用 MATLAB 作了仿真分析，仿真结
果表明此方法能够有效抵御 电压暂降和短时中断 的干扰。
This paper introduces the design and development of the hardware and software
of monito ring and control system of multilevel high - voltage inverter in detail.
Firstly, the control functions of high - voltage variable frequency drive system and
multilevel inverters and the demands of this monitoring system are analy z e d. The
thoughts of hardware design, the whole structure and the function of each hardware
module are introduced respectively in this paper. Secondly, this paper presents the
design, functions, structure, actualizing methods of part of monitoring and control
program which runs on Indu strial Control Computer. Some further measures to
correct the faults emerging in testing are also put forward. Moreover, the problems
of the power quality impacting on high - voltage inverters are generally discussed and
analyzed. A control strategy based on detecting DC voltage of power cell is put
forward. Through simulating on MATLAB, the results show that this strategy can
resist the disturbances of voltage sags and interruptions effectively.
引文
[1] 莫畏 . 谈高压大功率变频器在我国市场的发展 ， 变频器世界， 2002 ， (1)
[2] 韩安荣 . 通用变频器及其应用 . 北京：机械工业出版社， 2001.
[3] 姚大卫 . 无谐波高压变频器在火电厂风机上的应用，现代电力， 2002 ， 19(1 ) ：
14 ～ 19
[4] 徐 甫 荣 . 中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较 ，电气传动自动化， 2003 ， 25(4) ：
4 ～ 12
[5] 薄保中 . 中压大功率变频技术的进展 ，变频器世界， 2002 ， ( 3 )
[6] 谢剑英，贾青 . 微型计算机控制技术 . 北京：国防工业出版社， 2001.
[7] 孙传友，孙晓斌，等 . 测控系统原理与设计 . 北京：北京航空航天大学出版社，
2002.
[8] 李永东 . 交流电机数字控制系统，北京：机械工业出版社， 2002.
[9] 陈伯时，陈敏逊 . 交流调速系统 . 北京：机械工业出版社， 1998.
[10] 莫 畏 , 赵镇 . 国产多电平串联型高压变频装置可靠性的发展趋势 ， 变频器世界 2002 ，
( 3 )
[11] 马维华 ， 奚抗生 ，易仲芳，等 . 从 8086 到 Pentium Ⅲ 微型计算机及接口技术 .
北京：科学出版社， 2002.
[12][ 美 ]Frank van Gilluwe 著 , 精英科技 译， PC 技术内幕 . 北京：中国电力出
版社， 2001.
[13] 黄正瑾，徐坚，章小丽，等 . CPLD 系统设计技术入门与应用 . 北京：电子工业
出版社， 2002.
[1 4 ] 何振邦 . Turbo C 程序设计及应用 . 西安：西安电子科技大学出版 社 .1991.
[ 15 ] 郑人杰，殷人昆，陶永雷 . 实用软件工程 . 北京：清华大学出版社， 1997.
[ 16 ] 王士元 . C 语言高级实用程序设计 . 北京：清华大学出版社， 1996.
[ 17 ] 肖湘宁，徐永海 . 电能质量问题剖析，电网技术， 2001 ， 25(3) .
[ 18 ] 李发海，陈汤铭，郑逢时，等 . 电机学 . 北京：科学出版社， 1998.
[ 1 9] 李华德，白晶，等 . 交流调速控制系统 . 北京：电子工业出版社， 2003.
[ 20 ] 刘志辉 . 一种新颖的三相 SPWM 技术，电力电子技术， 1997 ， 31 （ 1 ）： 1 ～ 5
[ 21 ] 周 克亮，刘志辉，姚胜华，等 . 线电压优化控制方式的研究与应用，电力电子
技术， 1998 ， 32 （ 3 ）： 21 ～ 25
[ 22 ] Dan Deng, Su Chen, Joos, G. FPGA Implementation of PWM Pattern
Generations ， 2001 Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering,
vol.1 225 ～ 230
[ 23 ] 朱宗晓，周京华，苏彦民 . 多电平大功率逆变电源的研制，电气传动自动化，
2002 ， 24 （ 6 ）： 3 ～ 7
华北电力大学（北京）硕士学位论文 第 53 页
[24] 李晔，徐时强，等 . 单元串联多电平中压变频器研制综述，电气传动自动化，
2002 ， 24 （ 2 ）： 3 ～ 7
[25] 卫三民，刘丛伟，等 . 串联 H 桥多电平变频器单元故障时的控制方法，清华大
学学报（自然科学版 ）， 2003 ， 43 （ 3 ）： 369 ～ 372.
[26] 严干贵，姜齐荣，谢小荣，等 . 中高压变频装置的状态自适应运行监控系统，
清华大学学报（自然科学版 ）， 2003 ， 43 （ 3 ）： 342 ～ 348.
[2 7 ] 张翔，张晓芸，等 . C 语言函数大全 . 北京：电子工业出版社， 2002.
[2 8 ] 张燕宾 . SPWM 变频调速应用技术， 北京：机械工业出版社， 1999.
[2 9 ] Nabae, I Takahashi, Akayi H. A New Neutral - point - clamped PWM Inverter.
IEEE Trans. On Industrial Applications , 1981,17(5):518 ～ 523.
[ 30 ] Tolbert, L.M., Fang Zheng Peng, Habetler, T.G. Multilevel Converters for
Large Elec tric Drivers , IEEE Transactions on Industry Applications , 1999,
35(1): 36 ～ 44
[ 31 ] 程汉湘，尹项根 . 电压胞级联的高压变频器的控制策略， 2002 ， 26 （ 2 ）： 49 ～
52.
[3 2 ] 薄保中，苏彦民，马学亮 . 多电平最优空间矢量 PWMW 控制方法的研究， 中国电机
工程学报， 2002 ， 22 （ 2 ）： 89 ～ 92
[3 3 ] 吴洪洋，何湘宁 . 多电平载波 PWM 法与 SVPWM 法之间的本质联系及其应用，中
国电机工程学报， 2002 ， 22 （ 5 ）： 10 ～ 15
[ 34] 陈桂明，张明照，等 . 应用 MATLAB 建模与仿真 . 北京：科学出版社， 2001.
[2] 韩安荣 . 通用变频器及其应用 . 北京：机械工业出版社， 2001.
[3] 姚大卫 . 无谐波高压变频器在火电厂风机上的应用，现代电力， 2002 ， 19(1 ) ：
14 ～ 19
[4] 徐 甫 荣 . 中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较 ，电气传动自动化， 2003 ， 25(4) ：
4 ～ 12
[5] 薄保中 . 中压大功率变频技术的进展 ，变频器世界， 2002 ， ( 3 )
[6] 谢剑英，贾青 . 微型计算机控制技术 . 北京：国防工业出版社， 2001.
[7] 孙传友，孙晓斌，等 . 测控系统原理与设计 . 北京：北京航空航天大学出版社，
2002.
[8] 李永东 . 交流电机数字控制系统，北京：机械工业出版社， 2002.
[9] 陈伯时，陈敏逊 . 交流调速系统 . 北京：机械工业出版社， 1998.
[10] 莫 畏 , 赵镇 . 国产多电平串联型高压变频装置可靠性的发展趋势 ， 变频器世界 2002 ，
( 3 )
[11] 马维华 ， 奚抗生 ，易仲芳，等 . 从 8086 到 Pentium Ⅲ 微型计算机及接口技术 .
北京：科学出版社， 2002.
[12][ 美 ]Frank van Gilluwe 著 , 精英科技 译， PC 技术内幕 . 北京：中国电力出
版社， 2001.
[13] 黄正瑾，徐坚，章小丽，等 . CPLD 系统设计技术入门与应用 . 北京：电子工业
出版社， 2002.
[1 4 ] 何振邦 . Turbo C 程序设计及应用 . 西安：西安电子科技大学出版 社 .1991.
[ 15 ] 郑人杰，殷人昆，陶永雷 . 实用软件工程 . 北京：清华大学出版社， 1997.
[ 16 ] 王士元 . C 语言高级实用程序设计 . 北京：清华大学出版社， 1996.
[ 17 ] 肖湘宁，徐永海 . 电能质量问题剖析，电网技术， 2001 ， 25(3) .
[ 18 ] 李发海，陈汤铭，郑逢时，等 . 电机学 . 北京：科学出版社， 1998.
[ 1 9] 李华德，白晶，等 . 交流调速控制系统 . 北京：电子工业出版社， 2003.
[ 20 ] 刘志辉 . 一种新颖的三相 SPWM 技术，电力电子技术， 1997 ， 31 （ 1 ）： 1 ～ 5
[ 21 ] 周 克亮，刘志辉，姚胜华，等 . 线电压优化控制方式的研究与应用，电力电子
技术， 1998 ， 32 （ 3 ）： 21 ～ 25
[ 22 ] Dan Deng, Su Chen, Joos, G. FPGA Implementation of PWM Pattern
Generations ， 2001 Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering,
vol.1 225 ～ 230
[ 23 ] 朱宗晓，周京华，苏彦民 . 多电平大功率逆变电源的研制，电气传动自动化，
2002 ， 24 （ 6 ）： 3 ～ 7
华北电力大学（北京）硕士学位论文 第 53 页
[24] 李晔，徐时强，等 . 单元串联多电平中压变频器研制综述，电气传动自动化，
2002 ， 24 （ 2 ）： 3 ～ 7
[25] 卫三民，刘丛伟，等 . 串联 H 桥多电平变频器单元故障时的控制方法，清华大
学学报（自然科学版 ）， 2003 ， 43 （ 3 ）： 369 ～ 372.
[26] 严干贵，姜齐荣，谢小荣，等 . 中高压变频装置的状态自适应运行监控系统，
清华大学学报（自然科学版 ）， 2003 ， 43 （ 3 ）： 342 ～ 348.
[2 7 ] 张翔，张晓芸，等 . C 语言函数大全 . 北京：电子工业出版社， 2002.
[2 8 ] 张燕宾 . SPWM 变频调速应用技术， 北京：机械工业出版社， 1999.
[2 9 ] Nabae, I Takahashi, Akayi H. A New Neutral - point - clamped PWM Inverter.
IEEE Trans. On Industrial Applications , 1981,17(5):518 ～ 523.
[ 30 ] Tolbert, L.M., Fang Zheng Peng, Habetler, T.G. Multilevel Converters for
Large Elec tric Drivers , IEEE Transactions on Industry Applications , 1999,
35(1): 36 ～ 44
[ 31 ] 程汉湘，尹项根 . 电压胞级联的高压变频器的控制策略， 2002 ， 26 （ 2 ）： 49 ～
52.
[3 2 ] 薄保中，苏彦民，马学亮 . 多电平最优空间矢量 PWMW 控制方法的研究， 中国电机
工程学报， 2002 ， 22 （ 2 ）： 89 ～ 92
[3 3 ] 吴洪洋，何湘宁 . 多电平载波 PWM 法与 SVPWM 法之间的本质联系及其应用，中
国电机工程学报， 2002 ， 22 （ 5 ）： 10 ～ 15
[ 34] 陈桂明，张明照，等 . 应用 MATLAB 建模与仿真 . 北京：科学出版社， 2001.