基于DSP&FPGA的三电平太阳能逆变器的设计与实现

【摘要】：随着社会、经济的发展,人类对能源的需求越来越多,而传统古生物化石类燃料的储量有限、面临枯竭,同时大量使用化石燃料也造成严重资源浪费和环境污染。因此,寻找新的替代能源是维持社会、经济发展的一个迫切任务。太阳能以其清洁环保、取之不竭在全球范围受到了追捧,被认为是二十一世纪最重要的新能源之首,被广泛研究和利用。 本文研究了基于三电平的太阳能逆变器的控制算法,采用DSPFPGA为核心的控制电路的设计,并最终在硬件实验平台上实现了三电平SVPWM控制算法的实时运算和三电平逆变输出。论文的主要研究内容和创新点如下： 首先,分析了二极管钳位式三电平逆变器的拓扑结构及工作方式；对比分析了三电平逆变器的各类PWM控制策略的优缺点,采用了种简化的SVPWM算法控制逆变器输出；阐述了逆变器分压电容中性点漂移的原因,研究探讨了控制中性点平衡的控制方法等。 其次,建立了并网三电平逆变系统的传递函数模型,设计了相应的并网控制方案,并进行了仿真分析和研究。 然后,研究了各个阶段学者提出的各种最大功率点跟踪理论,分析和对比了各种理论的优缺点,并根据本逆变并网系统的特点,采用改进型扰动观察法实现最大功率点的跟踪,进行了仿真验证。 最后,采用基于DSP(TMS320F2812)与FPGA(EP3C10E14417N)为核心的控制系统设计与构建。由DSP完成逆变器SVPWM控制、分压电容中性点平衡控制和启停、保护控制等控制功能的实时、高精度运算；FPGA完成逻辑控制输出以及各类故障信号检测与停机保护等。最终在硬件实验平台上进行了三电平逆变输出实验验证。 【关键词】：三电平 太阳能逆变器 SVPWM DSP&FPGA
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 研究背景及意义11-12
• 1.3 三电平太阳能逆变器概述12-15
• 1.4 研究内容15-16
• 第二章 三电平逆变器的设计16-36
• 2.1 引言16
• 2.2 NPC三电平逆变器控制策略16-17
• 2.3 三电平空间矢量PWM控制17-30
• 2.4 中性点平衡控制30-33
• 2.5 SIMUlink仿真结果33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 逆变器并网控制36-57
• 3.1 引言36
• 3.2 逆变系统数学模型36-43
• 3.3 电流控制环ACR设计43-45
• 3.4 电压控制环AVR设计45-49
• 3.5 锁相环PLL设计49-51
• 3.6 MATLAB/SIMUlink仿真结果51-55
• 3.7 本章小结55-57
• 第四章 光伏电池MPPT控制57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 光伏电池MPPT原理57-60
• 4.3 BOOST电路实现最大功率跟踪60-64
• 4.4 MATLAB/SIMUlink仿真64-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 三电平SVPWM硬件发生技术67-76
• 5.1 引言67
• 5.2 七段式三电平SVPWM开关跳变时间计算67-70
• 5.3 DSP&FPGA控制系统的构成70-71
• 5.4 DSP与FPGA之间的通信71-72
• 5.5 三电平PWM信号产生72-73
• 5.6 驱动信号实验波形73-75
• 5.7 本章小结75-76
• 第六章 硬件实现76-84
• 6.1 引言76
• 6.2 系统整体框图76-77
• 6.3 电源电路77-78
• 6.4 主电路78-80
• 6.5 驱动电路80-81
• 6.6 实验波形81-83
• 6.7 本章小结83-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 7.1 总结84
• 7.2 展望84-86
• 参考文献86-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研情况说明89-90
• 致谢90

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