飞轮储能系统电机充放电的研究.doc
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飞轮储能系统电机充放电的研究,2万字自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用摘要 飞轮储能是一种优越的新型储能技术，应用面非常广。基于飞轮储能技术的分布式能源系统以分布形式存在，可成为优化电力系统、提高电网利用率的有效方式。若能普遍采用，有望解决城市20％-30％的电能供应问题，意义重大。本文主要对...
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飞轮储能系统电机充放电的研究
2万字
自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用
摘要 飞轮储能是一种优越的新型储能技术，应用面非常广。基于飞轮储能技术的分布式能源系统以分布形式存在，可成为优化电力系统、提高电网利用率的有效方式。若能普遍采用，有望解决城市20％-30％的电能供应问题，意义重大。
本文主要对飞轮储能系统中实现能量转换控制的关键器件，即电力电子装置及其控制系统进行研究。本文根据储能飞轮的设计指标确定了永磁无刷直流电机（PMDC）作为飞轮电机,对飞轮储能系统的充放电过程进行了较为详尽的数学推导分析,给出了飞轮储能系统电机驱动的主电路拓扑图,利用Matlab/Simulink建立了无刷直流电机仿真模型,并对充电模式和放电模式进行了仿真分析。通过对飞轮储能系统结构、原理、工作模式和控制方式的分析，确定以TMS320F2812 DSP芯片作为核心的硬件方案，并完成系统硬件电路的初步设计。应用Matlab进行系统仿真，以完善并最终确定硬件设计和相关软件设计方案，完成实验样机的研制。
充电部分主要实现电能转化为机械能。为了保证飞轮在电机的带动下完成快速充电，以电流和转速为调整对象，采用PAM调制和三相逆变电路PWM调制相配合，以减小启动电流和转矩脉动，力求构建高性能的转速电流双闭环永磁直流无刷电动机系统；放电部分主要实现机械能向电能转化，以母线电压为调整对象，利用库克升压变换器，将母线电压稳定在310V左右，再经过逆变电路SPWM调制使其输出稳定的220V工频交流电。通过实验样机的调试和仿真分析结果表明该系统设计方案是合理、可靠性较高，达到了预期的目的，为下一阶段的产品开发奠定了良好的基础。
关键词：飞轮储能；电力电子；无刷直流电机；Matlab；DSP；双闭环控制
Reach of flywheel energy storage system
Abstract Flywheel energy storage(FES) is all advantageous type of late-model energy storage technology.The system is widely applied.Distributed energy system based on FES is an effective method to optimize electric power system and improve the utilization rate of electricity networks.If the method can be widely used,20%~30% of city power supply would be solved.Thus,it has high significance.
The electronic elements and control system,which arc the key components of energy conversion in FESS,are mainly discussed in this dissertation.After referring to a lot of domestic and foreign papers about FESS and analyzing the structure，principle,work mode and control methods of FESS,a solution based on the TMS320F2812 is proposed and initial system hardware circuits are designed in this dissertation.In order to finalize the design proposal of hardware and software,the simulation software of MATLAB has been used for FES system.Finally,an experimental prototype is developed.
In charge section,electrical energy is converted into mechanical energy by flywheel which is motivated by brushless DC motor(BLDCM).In order to reduce start-up current and torque ripple,the whole system combines pulse amplitude modulation(PAM)control method with pulse width modulation(PWM) control mode of three phases inverter circuit.At the same time,In order to obtain a FES control system of high performance,a dual closed-loop full-digital control system is designed using speed and current as control objects.In discharge section,FESS can be converted mechanical energy into electrical energy,and a cuk converter is introduced to stabilize the bus voltage value about 310V,then the DC bus voltage is inverted to 220 VAC by an inverter circuit which is applied
with SPWM method.The experimental and simulation results show that the system is reasonable and reliable．In a word，this research implemented the expected ideal,and laid a good foundation for the next stages of product development.
Keywords flywheel energy storage,power electronics,BLDCM,Matlab,DSP,dual closed-loop control
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 飞轮储能技术的发展及应用 1
1.2.1 飞轮储能技术的发展 1
1.2.2 飞轮储能技术应用简述 3
1.3 本文主要内容 5
第2章 飞轮储能系统的工作原理分析 6
2.1 飞轮储能系统的基本工作原理 6
2.2 飞轮储能系统的电机的选择及控制方式 7
2.2.1 飞轮电机的选择 7
2.2.2 飞轮储能系统充电原理分析 8
2.2.3 飞轮系统放电原理分析 10
2.3 飞轮储能系统的工作模式分析 12
2.3.1 飞轮储能系统充电工作模式分析 12
2.3.2 充电模式下的无刷直流电机PWM控制方式分析 13
2.3.3 飞轮储能系统放电工作模式分析 15
2.4 本章小结 16
第3章 系统仿真分析 16
3.1 Simulink仿真系统 16
3.2 充电模式下的Matlab仿真 17
3.2.1 飞轮电机本体模块 18
3.2.2 换相信号部分 22
3.2.3 电源部分 24
3.2.4 充电模式仿真结果 24
3.3 放电模式仿真 25
3.3.1 放电模式仿真模型 25
3.3.2 放电模式仿真结果 26
3.4 本章小结 26
第4章 系统DSP控制的硬件电路及软件设计 27
4.1 控制电路 27
4.1.1 TMS320F2812简介 27
4.1.2 TMS320F2812最小系统设计 29
4.2 功率主电路 33
4.2.1 充电主电路设计及器件选择 34
4.2.2 放电主电路设计及器件选择 36
4.3 系统软件设计 38
4.3.1 控制系统的主程序 38
4.3.2 无刷直流电机的转速程序设计 40
4.4 本章小结 42
结论 43
致谢 45
参考文献 46
2万字
自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用
摘要 飞轮储能是一种优越的新型储能技术，应用面非常广。基于飞轮储能技术的分布式能源系统以分布形式存在，可成为优化电力系统、提高电网利用率的有效方式。若能普遍采用，有望解决城市20％-30％的电能供应问题，意义重大。
本文主要对飞轮储能系统中实现能量转换控制的关键器件，即电力电子装置及其控制系统进行研究。本文根据储能飞轮的设计指标确定了永磁无刷直流电机（PMDC）作为飞轮电机,对飞轮储能系统的充放电过程进行了较为详尽的数学推导分析,给出了飞轮储能系统电机驱动的主电路拓扑图,利用Matlab/Simulink建立了无刷直流电机仿真模型,并对充电模式和放电模式进行了仿真分析。通过对飞轮储能系统结构、原理、工作模式和控制方式的分析，确定以TMS320F2812 DSP芯片作为核心的硬件方案，并完成系统硬件电路的初步设计。应用Matlab进行系统仿真，以完善并最终确定硬件设计和相关软件设计方案，完成实验样机的研制。
充电部分主要实现电能转化为机械能。为了保证飞轮在电机的带动下完成快速充电，以电流和转速为调整对象，采用PAM调制和三相逆变电路PWM调制相配合，以减小启动电流和转矩脉动，力求构建高性能的转速电流双闭环永磁直流无刷电动机系统；放电部分主要实现机械能向电能转化，以母线电压为调整对象，利用库克升压变换器，将母线电压稳定在310V左右，再经过逆变电路SPWM调制使其输出稳定的220V工频交流电。通过实验样机的调试和仿真分析结果表明该系统设计方案是合理、可靠性较高，达到了预期的目的，为下一阶段的产品开发奠定了良好的基础。
关键词：飞轮储能；电力电子；无刷直流电机；Matlab；DSP；双闭环控制
Reach of flywheel energy storage system
Abstract Flywheel energy storage(FES) is all advantageous type of late-model energy storage technology.The system is widely applied.Distributed energy system based on FES is an effective method to optimize electric power system and improve the utilization rate of electricity networks.If the method can be widely used,20%~30% of city power supply would be solved.Thus,it has high significance.
The electronic elements and control system,which arc the key components of energy conversion in FESS,are mainly discussed in this dissertation.After referring to a lot of domestic and foreign papers about FESS and analyzing the structure，principle,work mode and control methods of FESS,a solution based on the TMS320F2812 is proposed and initial system hardware circuits are designed in this dissertation.In order to finalize the design proposal of hardware and software,the simulation software of MATLAB has been used for FES system.Finally,an experimental prototype is developed.
In charge section,electrical energy is converted into mechanical energy by flywheel which is motivated by brushless DC motor(BLDCM).In order to reduce start-up current and torque ripple,the whole system combines pulse amplitude modulation(PAM)control method with pulse width modulation(PWM) control mode of three phases inverter circuit.At the same time,In order to obtain a FES control system of high performance,a dual closed-loop full-digital control system is designed using speed and current as control objects.In discharge section,FESS can be converted mechanical energy into electrical energy,and a cuk converter is introduced to stabilize the bus voltage value about 310V,then the DC bus voltage is inverted to 220 VAC by an inverter circuit which is applied
with SPWM method.The experimental and simulation results show that the system is reasonable and reliable．In a word，this research implemented the expected ideal,and laid a good foundation for the next stages of product development.
Keywords flywheel energy storage,power electronics,BLDCM,Matlab,DSP,dual closed-loop control
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 飞轮储能技术的发展及应用 1
1.2.1 飞轮储能技术的发展 1
1.2.2 飞轮储能技术应用简述 3
1.3 本文主要内容 5
第2章 飞轮储能系统的工作原理分析 6
2.1 飞轮储能系统的基本工作原理 6
2.2 飞轮储能系统的电机的选择及控制方式 7
2.2.1 飞轮电机的选择 7
2.2.2 飞轮储能系统充电原理分析 8
2.2.3 飞轮系统放电原理分析 10
2.3 飞轮储能系统的工作模式分析 12
2.3.1 飞轮储能系统充电工作模式分析 12
2.3.2 充电模式下的无刷直流电机PWM控制方式分析 13
2.3.3 飞轮储能系统放电工作模式分析 15
2.4 本章小结 16
第3章 系统仿真分析 16
3.1 Simulink仿真系统 16
3.2 充电模式下的Matlab仿真 17
3.2.1 飞轮电机本体模块 18
3.2.2 换相信号部分 22
3.2.3 电源部分 24
3.2.4 充电模式仿真结果 24
3.3 放电模式仿真 25
3.3.1 放电模式仿真模型 25
3.3.2 放电模式仿真结果 26
3.4 本章小结 26
第4章 系统DSP控制的硬件电路及软件设计 27
4.1 控制电路 27
4.1.1 TMS320F2812简介 27
4.1.2 TMS320F2812最小系统设计 29
4.2 功率主电路 33
4.2.1 充电主电路设计及器件选择 34
4.2.2 放电主电路设计及器件选择 36
4.3 系统软件设计 38
4.3.1 控制系统的主程序 38
4.3.2 无刷直流电机的转速程序设计 40
4.4 本章小结 42
结论 43
致谢 45
参考文献 46
