電力電子系統(tǒng)的集成化是現(xiàn)今電力電子技術發(fā)展的趨勢，系統(tǒng)的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網(wǎng)絡的變流系統(tǒng)，對復雜電力電子裝置的系統(tǒng)級集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網(wǎng)絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統(tǒng)的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統(tǒng)的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據(jù)，為應用系統(tǒng)的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統(tǒng)是網(wǎng)絡化分布式控制系統(tǒng)的應用對象。首先，論文以復雜系統(tǒng)為研究對象，分析了應用系統(tǒng)的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統(tǒng)的網(wǎng)絡化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統(tǒng)集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網(wǎng)絡模型進行了研究。分析了現(xiàn)有各類總線網(wǎng)絡和目前用于電力電子應用系統(tǒng)的網(wǎng)絡，從結構、速率和協(xié)議等各個方面將兩類網(wǎng)絡進行了系統(tǒng)的對比。明確了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統(tǒng)所需網(wǎng)絡必需具備的條件。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡技術背景，綜合控制結構和網(wǎng)絡需求，提出了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統(tǒng)控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結了系統(tǒng)的控制功能和控制內容，對系統(tǒng)不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網(wǎng)絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統(tǒng)內模塊控制信息延時對不同應用系統(tǒng)的性能影響和對開關頻率的限制。根據(jù)變流系統(tǒng)對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時系統(tǒng)；2）定延時系統(tǒng)。針對上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網(wǎng)絡（PES—Net）的通道容量和應用系統(tǒng)開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網(wǎng)絡和系統(tǒng)級集成方案。根據(jù)主節(jié)點和從節(jié)點的控制任務需求，分別從功能和系統(tǒng)結構的角度對開放式網(wǎng)絡的硬件構成進行研究；根據(jù)控制系統(tǒng)的接口需求分析，對節(jié)點的通用性設計進行重點討論。針對網(wǎng)絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數(shù)據(jù)結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統(tǒng)同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網(wǎng)絡結構和相應的硬件配置。根據(jù)應用控制和通信系統(tǒng)所需的各種操作，論文對實時網(wǎng)絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網(wǎng)絡系統(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統(tǒng)的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數(shù)和變量的申明和配置，并研究參數(shù)的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執(zhí)行速度上的優(yōu)點。論文對電力電子系統(tǒng)控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網(wǎng)絡拓撲對變流系統(tǒng)的延時影響與舊網(wǎng)絡系統(tǒng)的延時影響進行比較，總結新網(wǎng)絡系統(tǒng)在控制實時性、提高開關頻率、網(wǎng)絡可擴展性和管理靈活度等方面的優(yōu)勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網(wǎng)絡可解決網(wǎng)絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統(tǒng)級集成提供參考方案。 網(wǎng)絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統(tǒng)級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統(tǒng)提出了實時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡（RT-PES-Net），并以該網(wǎng)絡為基礎對分布式控制結構及相應的網(wǎng)絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統(tǒng)提供標準化、開放式的網(wǎng)絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統(tǒng)，為實現(xiàn)標準的應用系統(tǒng)組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統(tǒng)的即插即用和動態(tài)重構提供了研究基礎，從而為最終實現(xiàn)復雜變流器的應用系統(tǒng)級集成提供系統(tǒng)化的理論和方法依據(jù)。同時，論文的研究開拓了電力電子系統(tǒng)集成和標準化研究的一個新方向。
標簽：
電力電子
網(wǎng)絡
系統(tǒng)研究
上傳時間：
2013-06-15
上傳用戶：silenthink
