单周控制高性能应急电源研究

摘要

随着工业和科学技术的快速发展，人类社会对电力的依赖也越来越多。突然的断电必然会影响人们正常的生活，严重时还会造成重大的事故和经济损失，尤其是在我国正处于电力供应紧张的时期，急需后备电源来弥补这一不足。EPS是是电源行业中的一种新型备用电源产品，相对传统的柴油发电机组，EPS具有性能可靠、管理方便、安全环保、使用寿命长、设计灵活等多种优势，已广泛应用于建筑电气和工业电气的备用电源设计中。
　　EPS电源系统主要由整流充电器、蓄电池组、逆变器、自动切换装置等部分组成，其中逆变器是核心，逆变器的输出直接决定着整个EPS输出性能，而逆变器输出电压的质量与逆变控制技术相关。单周控制技术是1991年由Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk首次提出的大信号非线性控制技术，与其它的常频PWM控制方法相比较，单周控制方法不仅结构简单、响应速度快、稳定性好，而且既无稳态误差又无暂态误差、具有很好的鲁棒性，可适应高精度、高速度和高抗扰的控制要求。
　　本文针对EPS电源需要动态响应速度快、输出电压质量高和抗干扰能力强的特点，将单周控制技术应用到EPS的逆变控制系统中。根据单周控制的基本原理，解决了三个单周控制在逆变电路中出现的关键型性的问题：首先通过双通道积分器解决了复位积分器瞬时复位的问题；接着用增加直流偏移量解决了扰动误差引起的系统不稳定的问题；最后增加前馈PI控制，解决了寄生参数引起的稳态误差问题。在单周控制技术的基础上，对单相全桥 EPS电源进行了详细仿真，并与基于SPWM技术的单相EPS电源仿真结果进行了比较。仿真结果显示，单周控制技术比SPWM技术在抗直流电源干扰、抗负载干扰和抑制死区效应上更有优势。文章还对三相半桥 EPS电源进行了仿真。为了验证理论的可行性，本文还对基于单周控制技术的单相全桥EPS电源进行了实验研究，并给出部分实验结果。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外EPS的发展及现状

1.3 EPS的发展趋势

1.4 单周控制技术的应用

1.5 论文研究的主要内容

2 逆变型EPS系统

2.1 引言

2.2 EPS电源基本工作原理及应用领域

2.3 EPS电源的分类

2.4 逆变型EPS系统结构

2.5 逆变器控制策略

2.6 本章小结

3 基于单周控制的EPS电源

3.1 引言

3.2 单周控制技术的优越性

3.3 单周控制原理

3.4 EPS电源的实现电路

3.5 本章小结

4 EPS电源的仿真

4.1 引言

4.2 基于单周控制技术的EPS电源仿真

4.3基于SPWM技术的EPS电源仿真

4.4 基于单周控制的三相EPS电源仿真

4.5 EPS电源自动切换仿真

4.6 本章小结

5 实验研究

5.1 引言

5.2 主电路部分

5.3 驱动电路部分

5.4 控制电路部分

5.5 本章小结

6 总结

致谢

参考文献

附 录