用于电力线路高压大功率信号源的研究与设计

摘要

高压大功率信号源是一种信号变换装置，可将输入的工频交流电转换成所需的高压信号，且输出高压信号的电压、频率在一定范围内可调。近年来，由于地下电缆的故障频发，高压大功率信号源逐渐运用于电力系统作为地下故障电缆的检测信号发生器，检测效果良好。随着高性能处理器DSP的飞速发展，性能更加优异、功能愈加强大的高压信号源设备在地下故障电缆的检测、工业控制等方面应用更加广泛。
　　本文提出了一种基于DSP处理器TMS320F2812的高压大功率信号源系统的设计方案，采用双PWM控制方式，通过分别控制斩波电路和逆变电路从而实现输出电压和频率的可调。首先介绍了数字高压信号源的设计基本原理、关键技术和系统结构，研究了正弦脉宽调制技术原理及SPWM波的实现方式，通过比较，采用了双极性SPWM技术和规则采样法完成SPWM波的数字式实现，并讨论了逆变电路死区时间的产生原因、影响及补偿方法。文章还介绍了系统的控制策略—模糊PID控制技术，并设计了信号源模糊PID控制器。接着文章对系统硬件部分进行了详细的设计，包括由整流滤波电路、斩波电路、逆变电路、升压变压器、交流滤波电路组成的主电路设计、以DSP为核心的控制电路的设计以及人机界面设计。然后文章进行了软件设计，软件设计部分是系统的关键部分，设计的好坏直接关系着系统能否正常工作，主要由主程序、SPWM波产生程序、模糊PID控制子程序、采样子程序、SCI串行通信子程序以及人机界面程序组成。
　　最后，根据设计方案，利用MATLAB/Simulink仿真工具搭建了高压大功率信号源系统仿真模型，通过多次仿真，得到的结果验证了设计方案的合理性和有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 电力电子技术的发展现状

1．2．2 逆变技术的发展现状

1．2．3 高压大功率信号源研究现状

1．2．4 高压大功率信号源的发展趋势

1．3 高压大功率信号源设计技术指标

1．4 本文所做的主要工作

第二章 高压大功率信号源基本原理及控制策略

2．1 信号源基本结构

2．2 SPWM波数字式实现方法

2．2．1 脉宽调制原理

2．2．2 SPWM波实现方法

2．3 死区时间分析及补偿方法

2．3．1 死区时间产生原因及其影响

2．3．2 死区时间的补偿方法

2．4 控制策略选择-模糊PID控制技术

2．4．1 PID控制原理介绍

2．4．2 模糊PID控制的基本原理

2．5 模糊PID控制器设计

2．6 模糊PID控制器的工作过程

2．7 本章小结

第三章 系统硬件设计

3．1 系统结构框图

3．2 主电路组成

3．3 整流及直流滤波电路设计

3．3．1 单相桥式整流电路

3．3．2 功率器件选型

3．4 直流斩波电路的设计

3．5 逆变电路的设计

3．6 交流滤波电路的设计

3．7 变压器设计

3．8 控制电路组成

3．9 驱动电路的设计

3．10 反馈电路

3．10．1 输出电压、电流采样电路

3．10．2 反馈信号调理电路

3．11 人机界面电路设计

3．12 本章小结

第四章 系统软件设计

4．1 开发环境

4．2 DSP程序设计部分

4．2．1 主程序

4．2．2 SPWM脉冲的产生

4．2．3 模糊PID控制算法实现

4．2．4 采样子程序

4．2．5 串行通信子程序

4．2．6 过流保护子程序

4．3 单片机程序设计

4．3．1 人机界面程序

4．3．2 串口通信子程序

4．4 本章小结

第五章 系统仿真

5．1 仿真工具选择

5．2 控制脉冲信号仿真

5．3 整体系统仿真实验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A 系统各部分电路图

附录B 攻读硕士学位期间发表论文