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随着电力电子技术的发展,各类电力电子装置应运而生,大功率交流电源如UPS、发电机、逆变电源等,已被广泛应用于国民生产生活的各个领域,因而在出厂前应根据需要对这些装置进行严格的性能测试。传统的电源考核方式带电阻、电容、电感等元件,能耗大、灵活性差并且造成大量的能源浪费,越来越不能满足各种测试场合的要求。本文结合计算机控制技术、自动控制理论,研究了由全控型开关器件构成的电力电子负载(Power Electrical Load,简称PEL),能根据实际需要对电流的幅值、相位等参数进行设定,灵活、方便;可以模拟线性负载、非线性负载以及有源负载,满足各种试验场合的测试需求;同时将试验的电能回馈给电网,节能、高效。
本文首先介绍了PEL在国内外的发展状况和拓扑结构,利用PWM整流器能对交流侧电流幅值和相位进行全面控制、并且可以四象限运行的特点,采用两级PWM整流器构成中间直流环节的能馈式电力电子负载的总体拓扑结构;其次,分析和确定了采用抛物线法PWM电流控制技术来实现变换器的快速、高精度电流控制:接着,详细论述了能馈式电力电子负载的工作原理,利用PSIM的动态链接库(DLL)实现负载特性模拟环节和能量回馈环节指令电流的获取和控制,采用虚拟零序电流解耦实现三相电流的解耦控制,分别搭建了单相和三相PEL系统的闭环仿真模型,进行了各种工作模式下的仿真,仿真结果表明方案的可行性;在软件仿真的基础上,搭建运放电路来模拟真实电力电子器件构成的系统,仿真结果证实了运放模型的可靠性;以TMS320F28335控制芯片为主控制器,搭建了相关的硬件电路,利用CCStudio V3.3集成开发环境编写相应的控制算法,进行了硬件调试实验。